船舶過閘組織方式對(duì)三峽船閘運(yùn)行效率的影響

張義軍

摘 要：通過分析三峽船閘運(yùn)行過程各個(gè)環(huán)節(jié)所需時(shí)間，找出了縮短船舶進(jìn)閘及移泊時(shí)間是提高三峽船閘運(yùn)行效率的挖潛方向。根據(jù)船舶進(jìn)閘、移泊時(shí)間相關(guān)的因素，采用規(guī)范公式測(cè)算船舶采用依次進(jìn)閘和并排成組兩種組織方式下三峽船閘日運(yùn)行閘次數(shù)，為挖掘三峽船閘運(yùn)行效率提供理論支撐。

關(guān)鍵詞：過閘組織 閘次間隔時(shí)間 進(jìn)閘時(shí)間 移泊時(shí)間 日運(yùn)行閘次數(shù) 運(yùn)行效率

三峽工程蓄水后，三峽庫區(qū)的通航條件發(fā)生了重大變化，促進(jìn)了長(zhǎng)江航運(yùn)發(fā)展。三峽雙線五級(jí)船閘是長(zhǎng)江中西部咽喉要道，已經(jīng)成為長(zhǎng)江黃金水道的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。自2003年運(yùn)行以來，過閘貨運(yùn)量以年均16.6%的速度增長(zhǎng)，2011年過閘貨運(yùn)量已突破億噸，2011年——2013年連續(xù)三年通過三峽船閘的上行船舶貨物運(yùn)量超過設(shè)計(jì)值5000萬噸，隨著沿江經(jīng)濟(jì)社會(huì)的平穩(wěn)較快發(fā)展，過閘貨運(yùn)需求將繼續(xù)保持快速增長(zhǎng)，對(duì)提高船閘運(yùn)行效率，充分發(fā)揮船閘通過能力提出了新的要求。

通過船閘運(yùn)行現(xiàn)狀與狀設(shè)計(jì)參數(shù)相比較，得出合理調(diào)整船舶過閘組織方式能夠有效的提高船閘運(yùn)行效率的設(shè)想，為驗(yàn)證這一設(shè)想，對(duì)不同的船舶過閘組織方式進(jìn)行了效率測(cè)算，為管理部門進(jìn)一步挖潛船閘運(yùn)行效率提供參考。

三峽船閘運(yùn)行狀況及挖潛方向

1、船閘運(yùn)行方式

三峽船閘采取單向連續(xù)過閘的運(yùn)行方式，一線上行，一線下行。由于船閘上、下游水位隨季節(jié)變化很大，在不同的水位組合情況下，三峽船閘可分別采用四級(jí)和五級(jí)運(yùn)行方式。一般情況下，三峽庫區(qū)水位在145m～152.4m時(shí)，船閘只使用后四級(jí)運(yùn)行，第一閘室為過船通道，約為3個(gè)月時(shí)間。當(dāng)庫區(qū)水位高于152.4m時(shí)，船閘五級(jí)運(yùn)行，約為9個(gè)月時(shí)間。

2、船閘運(yùn)行效率

三峽船閘每天實(shí)際工作時(shí)間為24h，船閘的日運(yùn)行閘次數(shù) =24×60/閘次間隔時(shí)間，即縮短閘次間隔時(shí)間可以有效的提高船閘運(yùn)行效率，增加船閘的日運(yùn)行閘次數(shù)。2012年開始，正常情況下，三峽兩線船閘運(yùn)行閘次一般達(dá)到31個(gè)，在現(xiàn)行的組織方式下，實(shí)現(xiàn)了高水平運(yùn)行。

3、閘次間隔時(shí)間構(gòu)成

船舶過閘過程包含4個(gè)開關(guān)門過程、2個(gè)沖泄水過程、1個(gè)船舶進(jìn)閘過程和1個(gè)出閘（移泊）過程。閘次間隔時(shí)間由船閘人字門啟閉時(shí)間、輸水時(shí)間、船舶進(jìn)閘時(shí)間以及移泊時(shí)間構(gòu)成。根據(jù)《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》及三峽船閘實(shí)際運(yùn)行狀況，閘次間隔時(shí)間可按下式表述：

T=4t1+t2+2t3+t4+2t5（1）

式中：t1—開門、關(guān)門時(shí)間（min）；t2—第一個(gè)單元進(jìn)閘時(shí)間（min）；t3—閘室灌水或泄水時(shí)間（min）；t4—第一個(gè)船舶單元移泊時(shí)間（min）；t5—船舶進(jìn)閘及船舶移舶間隔時(shí)間（min）。t1、t3主要與船閘設(shè)備運(yùn)行狀況及船閘運(yùn)行方式相關(guān)，t2、t4、t5的取值與選擇的進(jìn)閘集結(jié)地點(diǎn)、速度控制、進(jìn)閘及移泊時(shí)的船舶單元數(shù)量相關(guān)。

3.1設(shè)備運(yùn)行時(shí)間

近年來，三峽通航管理部門通過采取多種措施改善船閘運(yùn)行條件，使得人字門啟閉時(shí)間、輸水時(shí)間總體達(dá)到設(shè)計(jì)水平，不存在挖潛空間。

3.2船舶進(jìn)閘及移泊時(shí)間

三峽船閘設(shè)計(jì)船型采用船隊(duì)，每隊(duì)船舶作為一個(gè)單元進(jìn)閘，船舶進(jìn)閘時(shí)間和移泊時(shí)間分別為10.8min和8.9min。實(shí)際運(yùn)行中，以單船居多，船隊(duì)極少，2011年以來在過閘船舶中所占比例不到1%，每閘次一般通過4～5個(gè)船舶單元，多艘船舶依次進(jìn)閘、移泊和系解纜，導(dǎo)致了船舶的進(jìn)閘時(shí)間和移泊時(shí)間均高于船隊(duì)。目前船舶進(jìn)閘時(shí)間約30-40min，移泊時(shí)間約20分鐘。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)在縮短船舶進(jìn)閘和移泊時(shí)間在提高運(yùn)行效率上存在一定挖潛空間。

提升三峽船閘運(yùn)行效率方法

通過采用不同的船舶過閘組織方式可以影響到每次過閘的船舶單元數(shù)量，設(shè)想如果通過采取某些措施，使得單船過閘方式與船隊(duì)過閘方式接近，使得每一閘次的船舶在進(jìn)閘、移泊過程中部分或全部“同步走”，每次過閘的船舶單元數(shù)量減少，進(jìn)而可以減小船舶進(jìn)閘和移泊所需的時(shí)間，提高船閘運(yùn)行效率。

三峽船閘上下游靠外側(cè)設(shè)置有浮式導(dǎo)航墻和靠船墩供進(jìn)閘船舶待閘。過閘船舶（隊(duì)）按照根據(jù)先后順序在導(dǎo)航墻處集結(jié)后依次進(jìn)入閘室。從2012年和2013年全年過閘統(tǒng)計(jì)資料來看，一次過閘船舶艘次分別為4.6艘/閘和4.3艘/閘，通過對(duì)部頒標(biāo)準(zhǔn)船型的組合來看，一次過閘船舶艘次一般不低于4艘。因此以每一閘室5艘船舶為例來進(jìn)行研究，可以采用船舶兩兩并排的方式（簡(jiǎn)稱并排成組），則船舶單元數(shù)量減少到3個(gè)。理論上可實(shí)現(xiàn)縮短船舶進(jìn)閘時(shí)間和移泊時(shí)間的目的，日運(yùn)行閘次數(shù)可以會(huì)有一定幅度的提高。因此利用規(guī)范公式對(duì)船舶實(shí)行依次進(jìn)閘、并排成組2種不同的過閘組織方式進(jìn)行效率測(cè)算。

效率測(cè)算

1、測(cè)算指標(biāo)確定

1.1開關(guān)門時(shí)間

船閘設(shè)備運(yùn)行時(shí)間總體達(dá)到設(shè)計(jì)水平，在現(xiàn)有條件下，人字門運(yùn)行時(shí)間一般不會(huì)改變（表1）。

由表1可知，在三峽船閘五級(jí)運(yùn)行狀況下，船舶下行：4t1=（572+452）/60 ≈ 17min；船舶上行：4t1=（397+396）/60 ≈ 13min。四級(jí)運(yùn)行狀況下，船舶下行：4t1=（452+401）/60 ≈ 14min；船舶上行：4t1=（397+396）/60 ≈ 13min。

1.2船閘灌、泄水時(shí)間

三峽船閘輸水時(shí)間已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，船閘的輸水時(shí)間也不會(huì)發(fā)生改變（表2）。

由表2可知，在三峽船閘五級(jí)運(yùn)行狀況下，船舶下行：2t3≈ 22min；船舶上行，2t3≈ 21min。四級(jí)運(yùn)行狀況下，船舶下行：2t3≈ 23min；船舶上行2t3≈ 22min。

1.3第一個(gè)單元進(jìn)閘時(shí)間

第一個(gè)船舶單元的進(jìn)閘時(shí)間與船舶進(jìn)閘距離及允許的速度有關(guān)。依據(jù)現(xiàn)有的通航管理辦法，船舶進(jìn)出三峽船閘的航速不得超過1.0米/秒。船舶的進(jìn)閘距離由導(dǎo)航墻與一閘室閘門連接段距離以及進(jìn)入閘室后減速至停好的距離。前者與船舶待閘集結(jié)區(qū)域有關(guān)，為一固定距離，其長(zhǎng)度約為50米，此過程為一加速過程，船舶從導(dǎo)航墻解纜并由靜止加速至1m，平均速度可取0.5m/s，所需的時(shí)間約為1.7min。后者與閘室內(nèi)船舶單元數(shù)量相關(guān)，船舶單元越小，船舶慣性越小，操縱就越靈活，受船閘口門變窄的影響要小。endprint

采用依次進(jìn)閘方式，單一船舶抵達(dá)閘門后開始停車減速直到停好，這段距離約為266m，此過程為一減速過程，平均速度約為0.5m/s，需時(shí)約為8.9min，因此有t2= 1.7+8.9=10.6min。

采用并排成組方式，則2艘單船組成的船舶單元進(jìn)閘速度會(huì)下降，經(jīng)觀察、統(tǒng)計(jì)及實(shí)船試驗(yàn)測(cè)定，會(huì)增加進(jìn)閘時(shí)間約為2min，即t2= 1約為12.6min。

1.4第一個(gè)單元移泊時(shí)間

同理，第一個(gè)船舶單元的移泊時(shí)間與船舶移泊距離及允許的速度有關(guān)，依據(jù)現(xiàn)有的通航管理辦法，通過三峽船閘的船舶在閘室間移泊的航速不得超過0.6 米/秒。船舶由第一閘室移泊至第二閘室，實(shí)際移泊距離為330m，同理，船舶有一個(gè)加速到0.6m/s，后來又減速到0m/s的過程，平均速度可按0.3m/s取，因此船舶單元移泊時(shí)間t4約為18.3min。

1.5船舶進(jìn)閘及船舶移舶間隔時(shí)間

船舶進(jìn)閘及船舶移舶間隔時(shí)間與船舶單元數(shù)量相關(guān)，通過操縱運(yùn)動(dòng)模擬數(shù)值仿真計(jì)算，進(jìn)閘過程中前后兩個(gè)船舶單元縱向間距應(yīng)大于0.5×（L1+L2）（L1、L2分別為前后排船舶單元船長(zhǎng)，即1個(gè)平均船長(zhǎng)），三峽船閘集泊尺度為266m，依次進(jìn)閘和并排成組方式時(shí)，縱向平均間距可按88.7m取，當(dāng)船舶單元與前一船舶單元距離小于1個(gè)平均船長(zhǎng)時(shí)，開始作減速運(yùn)動(dòng)，平均速度按照0.5m/s取。

采用依次進(jìn)閘方式，有5個(gè)船舶單元，進(jìn)閘或移泊過程中存在4個(gè)間隔，首尾船舶單元解系纜（解纜、系纜各1min，下同）時(shí)間按2min取，因此所需間隔時(shí)間t5= 4×88.7/0.5/60+2=13.8min，2t5取27.6min。

采用并排成組方式，有3個(gè)船舶單元，進(jìn)閘或移泊過程中存在2個(gè)間隔，所需間隔時(shí)間t5約為7.9min，2t5取15.8min。

2、不同組織方式下的船閘運(yùn)行效率

將上述取值代入式（1），各種過閘組織方式下閘次間隔時(shí)間和日運(yùn)行閘次數(shù)測(cè)算分別為：

采用依次進(jìn)閘方式，三峽船閘五級(jí)運(yùn)行時(shí)，船舶上行閘次間隔時(shí)間T約為90.5min，日運(yùn)行閘次數(shù)為15.9個(gè)；船舶下行閘次間隔時(shí)間T約為95.5min，日運(yùn)行閘次數(shù)為15.1個(gè)。三峽船閘四級(jí)運(yùn)行時(shí)，船舶上行閘次間隔時(shí)間T約為91.5min，日運(yùn)行閘次數(shù)為15.7個(gè)；船舶下行閘次間隔時(shí)間T約為93.5min，日運(yùn)行閘次數(shù)為15.4個(gè)。按照每年三峽船閘四級(jí)運(yùn)行時(shí)間約3個(gè)月、五級(jí)運(yùn)行時(shí)間約9個(gè)月來加權(quán)平均，則兩線日均運(yùn)行閘次數(shù)為31.03個(gè)，

采用并排成組方式，三峽船閘五級(jí)運(yùn)行時(shí)，船舶上行閘次間隔時(shí)間T約為80.7min，日運(yùn)行閘次數(shù)為17.8個(gè)；船舶下行閘次間隔時(shí)間T約為85.7min，日運(yùn)行閘次數(shù)為16.8個(gè)。三峽船閘四級(jí)運(yùn)行時(shí)，船舶上行閘次間隔時(shí)間T約為81.7min，日運(yùn)行閘次數(shù)為17.6個(gè)；船舶下行閘次間隔時(shí)間T約為83.7min，日運(yùn)行閘次數(shù)為17.2個(gè)。加權(quán)平均日均運(yùn)行閘次數(shù)為34.65個(gè)，高出依次進(jìn)閘方式3.63個(gè)，可提高運(yùn)行效率11.7%。

結(jié)束語

綜上分析，通過推行并排成組方式組織船舶過閘提高運(yùn)行效率比較符合實(shí)際，現(xiàn)階段通航管理部門已經(jīng)開始投入實(shí)施，提升約1成的運(yùn)行效率，增加三峽船閘年貨物通過量上千萬噸。

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（作者單位：長(zhǎng)江三峽通航管理局）endprint