過閘平均噸位與過閘平均時(shí)間計(jì)算方法

戈國慶 楊曉松 高濤 何良德 王航

摘 要：為了提高船閘通過能力計(jì)算精度，基于船型組合法，引入過閘閘次比ξ、占用船閘時(shí)間比χ等基本概念，導(dǎo)出了一次過閘平均噸位G、閘室有效面積利用率λ、一次過閘平均時(shí)間T、日過閘次數(shù)n的計(jì)算公式。研究表明，通過能力計(jì)算時(shí)應(yīng)分別取各船型為主的滿檔組合為基本船型組合，G、λ、T均應(yīng)按ξ加權(quán)平均值計(jì)算，n可按χ加權(quán)平均值計(jì)算，也可按T直接計(jì)算。建議相關(guān)規(guī)范修訂時(shí)，補(bǔ)充一次過閘平均時(shí)間的計(jì)算要求，進(jìn)出閘速度宜區(qū)分為閘室內(nèi)速度、引航道內(nèi)速度。

關(guān)鍵詞：船閘;通過能力;閘次比;時(shí)間比

1引言

一次過閘平均噸位、一次過閘時(shí)間是計(jì)算船閘通過能力[1]的重要參數(shù)。一次過閘平均載重噸位的確定一般常用船型（排列）組合法與單位船型法[2-3]兩種。船型組合法是考慮各種設(shè)計(jì)船型尺度及其比重，結(jié)合船閘有效尺度進(jìn)行組合確定。單位船型是根據(jù)設(shè)計(jì)船型及其艘數(shù)比重加權(quán)的平均船型，再結(jié)合閘室面積利用率確定一次過閘平均噸位。單位船型法尤其適用于船閘營運(yùn)階段的評(píng)價(jià)[4]，在船閘設(shè)計(jì)階段合理確定閘室面積利用率，仍然是一個(gè)難題。

一次過閘時(shí)間，應(yīng)根據(jù)船舶、船隊(duì)進(jìn)出閘時(shí)間，閘門啟閉時(shí)間，灌泄水時(shí)間，船舶、船隊(duì)進(jìn)出閘間隔時(shí)間等因索確定。周華興建議引航道和閘室應(yīng)采用不同的航速[5]， 韋巨球認(rèn)為應(yīng)考慮雙向過閘率[6]，更合理地計(jì)算單向、雙向運(yùn)行方式的一次過閘時(shí)間。

本文結(jié)合金家堰省水船閘通過能力的計(jì)算，引入過閘閘次比、占用船閘時(shí)間比等基本概念，基于船型組合法，給出考慮閘次比的一次過閘平均噸位、一次過閘平均時(shí)間以及日過閘次數(shù)的計(jì)算公式，指出一次過閘時(shí)間，不僅要考慮單向、雙向運(yùn)行方式的差異，還應(yīng)考慮不同船型組合條件下過閘時(shí)間差異。研究結(jié)果可供船閘通過能力計(jì)算和相關(guān)規(guī)范修訂時(shí)參考。

2金家堰船閘總體設(shè)計(jì)

小清河復(fù)航工程金家堰船閘[7]位于右岸，基本尺度230 ×23 × 5.0 m（有效長度× 有效寬度×門檻水深），上閘首長41.2m、閘室長290m、下閘首長41.0m。引航道采用曲進(jìn)直出的不對稱布置，底寬為70m、最小水深4.65m，導(dǎo)航調(diào)順段長230m、停泊段長300m。船閘最大工作水頭H=5.4m，采用帶一個(gè)省水池的短廊道集中輸水系統(tǒng)布置方案，省水率33.3%。

過閘貨種包括金屬礦石、鋁礬土、工業(yè)鹽、散糧、造紙?jiān)稀⒚禾?、建材、鋼材、其他、集裝箱。預(yù)測設(shè)計(jì)水平年貨運(yùn)量上行2340萬t、下行420萬t，合計(jì)2760萬t。1拖+6×1000噸級(jí)船隊(duì)、1頂+2×1000噸級(jí)船隊(duì)、1000噸級(jí)貨船、60 TEU集裝箱船（1050t）等4種設(shè)計(jì)代表船型見表1，貨運(yùn)量分擔(dān)比pwi=60%、10%、28%、2%，艘（隊(duì)）數(shù)比pi= 22.3%、11.1%、62.4%、4.2%。

3一次過閘平均噸位

隨機(jī)排檔時(shí)，表2滿檔組合的總概率32.5%，另有67.5%不滿檔。人工排檔時(shí)，遵循先到先過，相同船型優(yōu)先安排一次過閘，未滿檔時(shí)用小一級(jí)船型填補(bǔ)。船閘通過能力是在船閘、船舶、管理、環(huán)境等要素[8]的約束條件下可能達(dá)到貨運(yùn)量最大值，可取表2組合1、9、15、27為基本船型組合，對應(yīng)的閘次比ξi=60.1%、20.0%、18.1%、1.9%。一次過閘平均噸位G的計(jì)算公式為：

4 一次過閘平均時(shí)間

各種組合的單向、雙向過閘時(shí)間，可按規(guī)范[1]計(jì)算。

金家堰船閘n0=0.5，N=330d，β=1.3，上行α=0.90，計(jì)算得P=3784萬t，滿足預(yù)測上行2340萬t的通過能力要求。其下游的金家橋普通船閘、王道省水船閘預(yù)測上行運(yùn)量分別為3780萬t、3860萬t，統(tǒng)一基本尺度為230 ×23 × 5.0 m。

6結(jié)論

（1）船閘通過能力是在設(shè)施、船舶、管理、環(huán)境等要素約束條件下可能達(dá)到貨運(yùn)量最大值，應(yīng)分別取各船型為主的滿檔組合為基本船型組合。組合數(shù)宜等于船型數(shù)，便于確定各種組合閘次比。

（2）一次過閘平均噸位、閘室有效面積利用率、一次過閘平均時(shí)間，均應(yīng)按閘次比加權(quán)平均值計(jì)算。日過閘次數(shù)可按時(shí)間比加權(quán)平均值計(jì)算，也可按一次過閘平均時(shí)間計(jì)算，兩者是等價(jià)的。

（3）建議相關(guān)規(guī)范修訂時(shí)，進(jìn)出閘速度宜分為閘室內(nèi)速度、引航道內(nèi)速度，可提高過閘時(shí)間計(jì)算精度，避免矛盾現(xiàn)象發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王振喜. 關(guān)于船閘通過能力計(jì)算中若干問題探討[J].水運(yùn)工程， 1998（6）： 19-22.

[3]陶桂蘭，張瑋，丁堅(jiān)，等.船閘1次過閘平均噸位的確定[J].水運(yùn)工程， 2003（4）： 50-52.

[4]計(jì)浩耘，李志華，馮小檢.三峽船閘一次過閘平均噸位初探[J].中國水運(yùn)， 2010 （11）：40-41.

[5]周華興.船舶進(jìn)、出閘室（ 或船廂） 速度的商榷[J].水道港口，2001，22（3）：14-17.

[6]韋巨球，賴子機(jī)，唐琨.船閘通過能力計(jì)算系數(shù)研究[J].水運(yùn)工程， 2006（1）： 59-62.

[7]佘然，夏高響. 金家堰樞紐平面布置方案比選研究[J]. 中國水運(yùn)， 2018，18（9）： 147-148.

[8]程夢瑤. 三峽船閘通過能力評(píng)價(jià)與影響因子研究[D]. 重慶交通大學(xué)， 2019.