水位與航道通航能力的關(guān)系研究

郭義浩 劉佳侖 劉明俊

（長(zhǎng)江航務(wù)管理局1） 武漢 430020） （武漢理工大學(xué)航運(yùn)學(xué)院2） 武漢 430063）

航道的通航能力通常是指一定航道等級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)的航道，在某時(shí)段特有通航環(huán)境條件下，所能通航的最大船舶尺度、最大船舶載重噸或貨運(yùn)量及能通過船舶流的數(shù)量等.航道水位狀況是船舶安全通航需要考慮的首要因素，也是影響航道通航能力的主要因素之一［1］.隨著長(zhǎng)江航道建設(shè)的快速發(fā)展，航道水位與在航船舶都有了較大變化［2］，有必要對(duì)水位與通航能力之間的關(guān)系進(jìn)行研究［3］.

1 水深與船舶通航的關(guān)系

1.1 水位與水深的關(guān)系

自基準(zhǔn)面至河底的深度稱為圖示水深或圖注水深［4］.以基準(zhǔn)面為零值，凡在基準(zhǔn)面以上的取負(fù)值，一般稱干出高度；在基準(zhǔn)面以下的取正值，稱深度.圖示水深應(yīng)按礙航河段航道中最淺點(diǎn)的水深計(jì)算，亦即整個(gè)礙航航道的最小水深.

1.2 水深與通航船舶的關(guān)系

允許通航船舶的吃水＝實(shí)際水深－

式中：Δh為航道剩余水深或富裕水深.

1.3 有關(guān)剩余水深的規(guī)定

1.3.1 《河港平面設(shè)計(jì)總規(guī)范》的規(guī)定

式中：Dm為設(shè)計(jì)水深，m；T為船舶吃水，m，根據(jù)航道條件和運(yùn)輸要求可取船舶設(shè)計(jì)吃水或枯水期減載時(shí)的吃水.設(shè)計(jì)船型為進(jìn)江海船時(shí)，船舶吃水還應(yīng)考慮由于咸淡水密度差而增加的吃水值，海水密度按1.025t／m3計(jì)；Z為龍骨下最小富裕深度，m；ΔZ為其他富裕深度，m.其他富裕深度還應(yīng)考慮波浪富裕深度、因船舶配載不均勻應(yīng)增加船尾吃水、備淤的富裕水深等［5］.

1.3.2 《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定

式中：H為航道水深，m；T為船舶吃水，m，根據(jù)航道條件和運(yùn)輸要求可取船舶、船隊(duì)設(shè)計(jì)吃水或枯水期減載時(shí)的吃水；Δh為富裕水深，m，可從表1中選用.

表1 富裕水深值m

1.3.3 有關(guān)富余水深的管理規(guī)定 除《河港平面設(shè)計(jì)總規(guī)范》、《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定之外，有關(guān)主管機(jī)關(guān)結(jié)合轄區(qū)實(shí)際情況也分別提出了相應(yīng)的規(guī)定.如長(zhǎng)江航務(wù)管理局于1978年頒布的《長(zhǎng)航安［78］1085號(hào)》文件，對(duì)長(zhǎng)江干線枯水期航行船舶富裕水深作了如下規(guī)定：（1）川江：客、貨輪0.3 m，拖輪（包括華字艇）0.2m；（2）中、下游：各輪均為0.2m；（3）凡拖、運(yùn)一級(jí)危險(xiǎn)品的船舶，按上述規(guī)定增加0.1m.

江蘇海事局船舶航行安全富裕水深管理規(guī)定：航行于沿海港口水域的船舶應(yīng)根據(jù)本船船型、吃水和航速保留不小于船舶吃水百分之十的富裕水深；在轄區(qū)其他水域航行的船舶應(yīng)根據(jù)本船實(shí)際吃水，按下列要求留足富裕水深：（1）實(shí)際吃水不足5m的，富裕水深不小于0.4m；（2）實(shí)際吃水在5m及以上不足7m的，富裕水深不小于0.5m；（3）實(shí)際吃水在7m 及以上不足9.7m的，富裕水深不小于0.7m；（4）實(shí)際吃水在9.7 m及以上不足10.5m的，富裕水深不小于0.8 m；（5）實(shí)際吃水10.5m及以上的，富裕水深不小于1.0m；（6）載運(yùn)危險(xiǎn)貨物的，富裕水深應(yīng)另加0.1m；航速大于12kn的，富裕水深另加0.1m.

本文研究中擬采用《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》關(guān)于剩余水深的規(guī)定.

2 長(zhǎng)江航行船舶統(tǒng)計(jì)

收集長(zhǎng)江干線不同航行船舶和船隊(duì)的資料，并對(duì)其船長(zhǎng)、船寬、型深、吃水、裝載量DWT等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析船舶定線制航行的有關(guān)特點(diǎn)［6］，計(jì)算長(zhǎng)寬比，通過統(tǒng)計(jì)分析，分別找出長(zhǎng)江干線航行船舶和船隊(duì)的吃水D～DWT的關(guān)系、船長(zhǎng)L～DWT的關(guān)系、寬度B～DWT的關(guān)系等、并繪制關(guān)系曲線.

本文收集了120艘長(zhǎng)江船舶資料，并用matlab工具標(biāo)出載重噸分別與滿載吃水、船長(zhǎng)、寬度的散點(diǎn)關(guān)系，然后對(duì)這些散點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合，求出擬合曲線的方程.圖1～3表示集裝箱船舶載重噸分別與滿載吃水、船長(zhǎng)、長(zhǎng)寬比之間擬合之后的曲線關(guān)系.

船舶DWT與滿載吃水的關(guān)系曲線方程為

式中：y為載重量，萬t；x為滿載吃水，m.

集裝箱船舶DWT與船舶長(zhǎng)度的關(guān)系曲線方程為

圖1 船舶DWT與滿載吃水的關(guān)系圖

圖2 集裝箱船舶DWT與船舶長(zhǎng)度的關(guān)系圖

圖3 集裝箱船舶DWT與船舶寬度的關(guān)系圖

式中：y為載重量，萬t；x為船長(zhǎng)，m.

集裝箱船舶DWT與船舶寬度的關(guān)系曲線方程為

式中：y為載重量，萬t；x為船寬，m.

3 運(yùn)用水位（或水深）預(yù)報(bào)航道通航能力的方案

根據(jù)上述分析，在已知典型航段實(shí)際水位（或水深）的條件下，可以通過水位與水深、船舶允許吃水、吃水與DWT的關(guān)系預(yù)報(bào)該典型航段能夠通過的最大船舶噸位，當(dāng)已知某典型航道實(shí)際水位時(shí)，根據(jù)式（2）中水位與吃水的關(guān)系，即可算出該航道能夠通過的船舶最大吃水，根據(jù)式（5）中船舶載重量與船舶吃水之間的關(guān)系，可計(jì)算出能夠通過的最大船舶噸位，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)“典型航段最大通過船型與噸位信息”的目的.

4 結(jié) 束 語

本文通過分析水位（或水深）與通航能力的關(guān)系，探索了運(yùn)用水位（或水深）預(yù)報(bào)航道通航能力的方法，研究?jī)?nèi)容對(duì)于促進(jìn)長(zhǎng)江干線船舶標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)進(jìn)程和有關(guān)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)的研究與修訂，將會(huì)起到積極的作用，對(duì)于航運(yùn)規(guī)劃與管理、航道維護(hù)與建設(shè)、航運(yùn)企業(yè)的運(yùn)營與調(diào)度等亦有較好的參考作用.

但在實(shí)際航行中，從保障航行安全的角度考慮，還應(yīng)注意綜合考慮其他航道尺度，如航道寬度、凈空高度、彎曲半徑等因素對(duì)航道通航能力的影響.此外，預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度依賴于長(zhǎng)江干線船舶標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的程度、富裕水深（剩余水深）理論研究的深度以及對(duì)長(zhǎng)江干線船舶進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的完整性、全面性和對(duì)統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行分析的系統(tǒng)性，因此，長(zhǎng)江干線船舶在完全實(shí)施船型標(biāo)準(zhǔn)化前預(yù)報(bào)值與實(shí)際值會(huì)處在一定的誤差，有關(guān)問題有待深入研究.

［1］劉明俊，龔道平.長(zhǎng)江通航環(huán)境變化分析［J］.船海工程，2004，33（2）：36－39.

［2］劉明俊，萬長(zhǎng)征.航道通過能力影響因素的分析［J］.船海工程，2008，37（5）：116－118.

［3］劉亞麗.長(zhǎng)江干線航道通過能力研究［D］.大連：大連海事大學(xué)交通運(yùn)輸管理學(xué)院，2007.

［4］吳兆麟，朱 軍.海上交通工程［M］.2版.大連：大連海事出版社，2004.

［5］李 勇，邱振良.船舶操縱［M］.北京：人民交通出版社，1999.

［6］魏志剛，周俊安，李 昕.長(zhǎng)江干線航道條件與船舶定線制問題分析與研究［J］.水運(yùn)工程，2007，（10）：44－49.