我國(guó)內(nèi)河航道發(fā)展規(guī)劃技術(shù)等級(jí)評(píng)定方法

李立偉　林樺　王雅

【摘 要】 為重新評(píng)定我國(guó)內(nèi)河航道等級(jí)以適應(yīng)發(fā)展需要，確定內(nèi)河航道發(fā)展規(guī)劃技術(shù)等級(jí)評(píng)定方法的步驟包括航道現(xiàn)狀評(píng)定、航道發(fā)展評(píng)定和航道發(fā)展技術(shù)等級(jí)評(píng)定，并以交通流理論為基礎(chǔ)結(jié)合航道運(yùn)量預(yù)測(cè)、航道服務(wù)水平、設(shè)計(jì)小時(shí)系數(shù)、加權(quán)平均船舶噸位、航道設(shè)計(jì)通過(guò)能力計(jì)算方法等理論，以及內(nèi)河航道標(biāo)準(zhǔn)船型船舶噸位與船長(zhǎng)的關(guān)系對(duì)內(nèi)河航道等級(jí)評(píng)定方法進(jìn)行研究。以東江航道為實(shí)例進(jìn)行應(yīng)用，驗(yàn)證該方法的可行性，結(jié)果表明東江航道等級(jí)應(yīng)重新定級(jí)為Ⅲ級(jí)。

【關(guān)鍵詞】 航道定級(jí);航道通過(guò)能力;交通流;航道服務(wù)水平

0 引 言

1994―2000年，國(guó)家對(duì)內(nèi)河航道等級(jí)進(jìn)行了第一次評(píng)定。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)快速發(fā)展，我國(guó)內(nèi)河貨運(yùn)量保持良好穩(wěn)定的增長(zhǎng)，一些航道的貨運(yùn)量已經(jīng)超過(guò)了航道設(shè)計(jì)通過(guò)能力，給航道帶來(lái)了巨大的負(fù)擔(dān)。為了適應(yīng)航道發(fā)展的需要，亟需對(duì)我國(guó)內(nèi)河航道等級(jí)進(jìn)行重新評(píng)定。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于航道定級(jí)的研究較為缺乏，我國(guó)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的航道等級(jí)是以船型噸位為基礎(chǔ)的。國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究主要著眼于沿海航道和內(nèi)河航道通過(guò)能力的計(jì)算、航道服務(wù)水平與航道通過(guò)能力的關(guān)系、船型技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證等。本文通過(guò)改進(jìn)船舶交通流理論，結(jié)合航道運(yùn)量預(yù)測(cè)、航道服務(wù)水平、加權(quán)平均船舶噸位等，計(jì)算航道年設(shè)計(jì)通過(guò)能力，再確定待定級(jí)航道的船型噸位，按照《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》最終確定航道等級(jí)。以東江航道為實(shí)例，驗(yàn)證其方法的可行性。

1 航道發(fā)展規(guī)劃技術(shù)等級(jí)評(píng)定步驟

1.1 航道現(xiàn)狀評(píng)定

（1）航道條件及建設(shè)情況分析。分析所評(píng)定航道的航道條件，包括：航道自然條件，即對(duì)所評(píng)定航道所處的地理位置、地形地貌、水文氣象等進(jìn)行分析;航道通航條件，即對(duì)該航道的航道尺度、困難河段狀況、跨河建筑物、航道設(shè)備等進(jìn)行分析;航道建設(shè)情況，即對(duì)所評(píng)定航道的航道維護(hù)和管理情況、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀、航道信息化情況等進(jìn)行分析。

（2）航道現(xiàn)有通過(guò)能力測(cè)算。在現(xiàn)有航道技術(shù)等級(jí)下對(duì)航道通過(guò)能力進(jìn)行測(cè)算。

1.2 航道發(fā)展評(píng)定

（1）地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展情況分析。航道的發(fā)展與航道所在區(qū)域直接腹地和間接腹地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在著緊密的聯(lián)系，分析相關(guān)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展情況有助于進(jìn)一步了解航道的發(fā)展?fàn)顩r。地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展情況分析的主要內(nèi)容如下：航道直接腹地與間接腹地若干年的區(qū)域國(guó)民經(jīng)濟(jì)主要指標(biāo)，包括地區(qū)生產(chǎn)總值、固定資產(chǎn)投資、外貿(mào)進(jìn)出口額、歷年GDP增長(zhǎng)率等;航道直接腹地和間接腹地的三次產(chǎn)業(yè)整體布局，對(duì)三次產(chǎn)業(yè)的增加值及比值調(diào)整;航道所處區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策、規(guī)劃等;航道直接腹地和間接腹地的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向、礦產(chǎn)資源、重點(diǎn)發(fā)展行業(yè)等;航道周邊地區(qū)吸引貨源的交通配套發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)等。

（2）航道貨運(yùn)量預(yù)測(cè)。根據(jù)我國(guó)航道等級(jí)評(píng)定要求，以2020年為基礎(chǔ)年、2070年為水平年，采用組合預(yù)測(cè)方法對(duì)內(nèi)河航道未來(lái)貨運(yùn)量（S）進(jìn)行預(yù)測(cè)。

（3）船型現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分析。對(duì)所評(píng)定航道船舶的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并根據(jù)所評(píng)定航道的未來(lái)運(yùn)輸貨類(lèi)、貨運(yùn)量、規(guī)劃政策等對(duì)航道未來(lái)船型趨勢(shì)進(jìn)行分析。

1.3 等級(jí)評(píng)定

根據(jù)航道未來(lái)貨運(yùn)量并結(jié)合航道服務(wù)水平得到航道年設(shè)計(jì)通過(guò)能力;再以交通流理論為基礎(chǔ)結(jié)合設(shè)計(jì)小時(shí)系數(shù)、加權(quán)平均船舶噸位、航道設(shè)計(jì)通過(guò)能力計(jì)算方法等理論計(jì)算航道年設(shè)計(jì)通過(guò)能力，并以?xún)?nèi)河航道標(biāo)準(zhǔn)船型為依據(jù)得到船舶噸位與船長(zhǎng)的關(guān)系，從而將航道未來(lái)貨運(yùn)量與船舶噸位直接聯(lián)系，再確定船舶平均噸位，進(jìn)而確定內(nèi)河航道等級(jí)。

1.3.1 內(nèi)河航道服務(wù)水平劃分

內(nèi)河航道服務(wù)水平是指在某一確定航道條件下運(yùn)營(yíng)船舶的服務(wù)質(zhì)量。在船舶交通流理論下，航道服務(wù)水平可以用交通量負(fù)荷比（V/C）（某一級(jí)服務(wù)水平下的交通量與通過(guò)能力的比值）來(lái)表示。天然河道和渠化河流航道各等級(jí)航道服務(wù)水平劃分[1]見(jiàn)表1。研究顯示，航道服務(wù)水平與航道等級(jí)之間具有很好的相關(guān)性。

1.3.2 基于船舶交通流的小時(shí)交通流計(jì)算

對(duì)于給定船型，基于船舶交通流理論，可以得到航道小時(shí)交通流計(jì)算公式：

Qmax=（1）

式中：Qmax為小時(shí)最大交通流，艘/h;ks為船舶流轉(zhuǎn)折密度，ks=，艘/km;kj為船舶流阻塞密度，kj=，艘/km;vf為船舶暢行速度，m/s;a為船舶領(lǐng)域長(zhǎng)軸參數(shù); b為船舶間距系數(shù); L為航道標(biāo)準(zhǔn)船舶長(zhǎng)度。

根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》中標(biāo)準(zhǔn)船型尺度建立船舶噸位與船長(zhǎng)的函數(shù)關(guān)系（見(jiàn)圖1）。根據(jù)圖1可知，船舶噸位與船長(zhǎng)之間的相關(guān)系數(shù)R2超過(guò)0.96;因此，可以根據(jù)這一關(guān)系將船舶船長(zhǎng)換算成船舶噸位，得出航道小時(shí)交通流，繼而得到航道通過(guò)能力。

船舶船長(zhǎng)換算成船舶噸位的計(jì)算式如下：

L=17.755 ln W39.658（2）

式中：W為船舶噸位; L為航道標(biāo)準(zhǔn)船舶長(zhǎng)度。

1.3.3 小時(shí)設(shè)計(jì)通過(guò)能力

理論通過(guò)能力是指在不考慮其他任何影響因素的理想條件下，采用最佳船型在單位時(shí)間內(nèi)連續(xù)不間斷的通過(guò)某一航道斷面的最大船舶數(shù)量或最大船舶載質(zhì)量。[2] 航道小時(shí)理論通過(guò)能力為

C=W ？Qmax（3）

式中：W為加權(quán)平均船舶噸位。

實(shí)際航道通過(guò)能力應(yīng)是所有運(yùn)營(yíng)船舶的噸位總和，但我國(guó)目前內(nèi)河航道運(yùn)營(yíng)船舶種類(lèi)繁多，計(jì)算過(guò)于復(fù)雜;因此，本文引入加權(quán)平均船舶噸位概念，即將航道所有運(yùn)營(yíng)船型按噸位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分級(jí)，并求出各級(jí)船舶數(shù)在總船舶數(shù)中的占比，再進(jìn)行比例加權(quán)后得出平均值，最后根據(jù)平均船舶噸位得出航道等級(jí)，為

W = PiWi（4）

式中： Pi為第i級(jí)船舶占總艘數(shù)的比例;Wi為第i級(jí)船舶噸位。

航道設(shè)計(jì)通過(guò)能力是指在考慮船舶安全通航和實(shí)際通航中各種影響因素后對(duì)理論通過(guò)能力進(jìn)行修正而得到的通過(guò)能力。航道小時(shí)設(shè)計(jì)通過(guò)能力為

C1=C譌（5）

式中： F為各項(xiàng)影響因素整體修正系數(shù)。

由于每條航道的影響因素不同，影響因素對(duì)航道的影響程度也都不相同，所以不同航道的各項(xiàng)影響因素整體修正系數(shù)差別較大，并且修正系數(shù)需要大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)才能得到。為了減少計(jì)算量和在缺少實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的情況下對(duì)航道通過(guò)能力進(jìn)行精確計(jì)算，本文引入了設(shè)計(jì)小時(shí)系數(shù)這一概念。設(shè)計(jì)小時(shí)系數(shù)k是指設(shè)計(jì)小時(shí)交通量與年平均日交通量的比值[3]，計(jì)算航道日設(shè)計(jì)通過(guò)能力，再根據(jù)航道通航保證率計(jì)算年設(shè)計(jì)通過(guò)能力。在實(shí)踐中，如果實(shí)測(cè)資料充足，便可以直接計(jì)算船舶設(shè)計(jì)小時(shí)交通量，從而得到對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)小時(shí)系數(shù)，同時(shí)根據(jù)大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析設(shè)計(jì)小時(shí)系數(shù)的取值范圍是0.14～0.16。

1.3.4 年設(shè)計(jì)通過(guò)能力

根據(jù)航道小時(shí)通過(guò)能力結(jié)合設(shè)計(jì)小時(shí)系數(shù)得到日設(shè)計(jì)通過(guò)能力C日，并根據(jù)航道通航保證率得到年設(shè)計(jì)通過(guò)能力C年，計(jì)算式分別為

C日=C時(shí)/k（6）

C年=TC時(shí)/k（7）

式中：T為年通航天數(shù)。

1.3.5 航道等級(jí)確定

航道年設(shè)計(jì)通過(guò)能力與船舶噸位之間的關(guān)系式為

C年=

（8）

根據(jù)航道未來(lái)貨運(yùn)量和航道服務(wù)水平得到航道年設(shè)計(jì)通過(guò)能力，再根據(jù)式（8）得到航道未來(lái)貨運(yùn)量與船舶噸位之間的關(guān)系為

=

（9）

根據(jù)我國(guó)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》，由船舶噸位與航道等級(jí)之間的關(guān)系確定航道等級(jí)，具體見(jiàn)表2。

2 實(shí)證分析

本文以東江航道為例進(jìn)行評(píng)定方法的應(yīng)用。東江發(fā)源于江西省尋烏縣三標(biāo)鄉(xiāng)境內(nèi)，經(jīng)由三桐河在廣東省龍川縣合河壩與貝嶺水交匯后稱(chēng)為東江。

2.1 航道現(xiàn)狀

分析東江自然條件、通航條件、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況等，在現(xiàn)有航道技術(shù)等級(jí)下對(duì)航道通過(guò)能力進(jìn)行測(cè)算。

2.2 航道發(fā)展

分析東江航道腹地經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展情況、運(yùn)量預(yù)測(cè)和船型發(fā)展。根據(jù)我國(guó)航道等級(jí)評(píng)定要求，以2020年為基礎(chǔ)年、2070年為水平年，對(duì)東江貨運(yùn)量進(jìn)行預(yù)測(cè)。采用組合預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)東江2070年貨運(yùn)量是萬(wàn)t。

2.3 航道發(fā)展規(guī)劃技術(shù)等級(jí)

河源市擁有大量礦產(chǎn)資源，但由于航道得不到改善，水運(yùn)量只保持在100萬(wàn)～150萬(wàn)t。近年來(lái)，由于瀝口梯級(jí)建設(shè)處于停工狀態(tài)而斷航，只有局部砂石船區(qū)間通航，每年的港口貨物吞吐量也不超過(guò)20萬(wàn)t。由于水路運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性高，東江航道擴(kuò)能升級(jí)后河源市礦產(chǎn)資源等大宗貨物將會(huì)通過(guò)水路運(yùn)往下游城市，同時(shí)惠州、東莞等沿江城市貨物運(yùn)輸也會(huì)向水路分流，可以預(yù)見(jiàn)東江水路貨運(yùn)量將會(huì)大大增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，東江中下游目前航道等級(jí)為Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)，石龍至東江口航段更是達(dá)到Ⅲ級(jí);中游現(xiàn)有船舶噸位大部分在200噸級(jí)左右，下游500噸級(jí)以下的船舶占比為3.5%，500～噸級(jí)的船舶占比為21.5%，噸級(jí)及以上的船舶占比為75%，石龍至東江口航段除了有噸級(jí)船舶和噸級(jí)船舶通航外，甚至還有更高噸位船舶運(yùn)行。根據(jù)東江航道通航狀況及通航船舶現(xiàn)狀分析，可以確定東江擴(kuò)能升級(jí)后航道服務(wù)水平為2級(jí)服務(wù)水平，交通量負(fù)荷比（V / C）取值0.8（a取6，T取345天，vf取10 m/s，k取0.15，b取0.5）。將數(shù)據(jù)代入式（10）、式（11）：

C年=

（10）

110 000 000 ？0.8=

（11）

根據(jù)式（10）、式（11）得出航道船舶噸位是噸級(jí)。根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》可得東江航道等級(jí)為Ⅲ級(jí)。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文將航道未來(lái)貨運(yùn)量直接與船舶噸位聯(lián)系，再確定船舶平均噸位，進(jìn)而確定內(nèi)河航道等級(jí)。采用改進(jìn)船舶交通流理論得到航道年設(shè)計(jì)通過(guò)能力計(jì)算方法，并將航道年設(shè)計(jì)通過(guò)能力與船舶噸位直接聯(lián)系，進(jìn)而確定船舶平均噸位。此方法可適用于任何船型。以東江為例，運(yùn)用本文內(nèi)河航道發(fā)展規(guī)劃技術(shù)等級(jí)評(píng)定方法，東江航道等級(jí)應(yīng)重新定級(jí)為Ⅲ級(jí)，驗(yàn)證了該方法的可行性。

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