大治河西樞紐雙線船閘工程規(guī)模研究

張 婧，田利勇，孫陸軍

(上海市水利工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200061)

大治河西樞紐位于上海市閔行區(qū)，是大蘆線大治河段西段入黃浦江航道的重要控制口門，現(xiàn)狀大治河西樞紐船閘規(guī)模為300t級(jí)，船閘通過(guò)能力為1200萬(wàn)t/年(過(guò)閘總噸位)。隨著近年來(lái)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，尤其是浦東新區(qū)的開發(fā)、開放以及臨港新城的建設(shè)，建筑材料的需求量及上海市浦西外運(yùn)的生活垃圾呈逐年上升趨勢(shì)，大治河西樞紐承運(yùn)已為超飽和狀態(tài)，船閘的通過(guò)能力已無(wú)法適應(yīng)運(yùn)量發(fā)展的需求。同時(shí)，隨著洋山深水港一期工程、蘆潮港內(nèi)河集裝箱港區(qū)的相繼建成，大蘆線航道將承擔(dān)集裝箱的集疏運(yùn)任務(wù)，主力船型以500～1000t級(jí)國(guó)標(biāo)船型為主，現(xiàn)有船閘的尺度已不能滿足要求。

為滿足內(nèi)河航運(yùn)量增長(zhǎng)和船型發(fā)展的需要，根據(jù)上海市內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展規(guī)劃[1- 2]，將大治河西樞紐拓建為雙線船閘。如何合理地確定雙線船閘的工程規(guī)模，以滿足航線近遠(yuǎn)期的發(fā)展需求，是大治河西樞紐建設(shè)需要研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。結(jié)合現(xiàn)有船閘工程規(guī)模相關(guān)研究[3- 7]，本文通過(guò)水運(yùn)量預(yù)測(cè)、船閘尺度擬定、工程規(guī)模方案比選等，對(duì)大治河西樞紐雙線船閘的工程規(guī)模進(jìn)行論證研究。

1 水運(yùn)量預(yù)測(cè)

船閘的設(shè)計(jì)水平年采用船閘建成后20～30年，以滿足未來(lái)的運(yùn)輸發(fā)展需求[8]，本文研究以《大治河西樞紐規(guī)劃調(diào)整報(bào)告》[9]為依據(jù)，現(xiàn)狀水平年為2010年，設(shè)計(jì)水平年確定為2015、2020、2025、2030、2035、2040年。根據(jù)大蘆線腹地的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展對(duì)交通運(yùn)輸?shù)男枨?，綜合考慮蘆潮港內(nèi)河 港區(qū)建設(shè)對(duì)內(nèi)河運(yùn)輸帶來(lái)的影響，以及大蘆線航道沿線大型社區(qū)建設(shè)、浦東新區(qū)的上海迪斯尼項(xiàng)目、南匯新城建設(shè)等新城建設(shè)和重點(diǎn)項(xiàng)目對(duì)腹地水運(yùn)需求的影響，結(jié)合大蘆線航道主要貨種運(yùn)輸需求變化的特點(diǎn)和大蘆線航道二期工程對(duì)航道貨運(yùn)發(fā)展水平預(yù)測(cè)成果，預(yù)測(cè)各水平年大治河西樞紐船閘過(guò)閘貨運(yùn)量，成果如圖1所示。

圖1 過(guò)閘貨運(yùn)量發(fā)展趨勢(shì)(進(jìn)出閘合計(jì))

2 船閘尺度及通過(guò)能力

2.1 設(shè)計(jì)代表船型

大蘆線航道通過(guò)蘇申外港線、長(zhǎng)湖申線、杭申線等與蘇、浙、皖三省及長(zhǎng)江水系內(nèi)河航道網(wǎng)連通。因此，在確定過(guò)閘設(shè)計(jì)代表船型和營(yíng)運(yùn)組織方案時(shí)，收集并考慮了三省一市的內(nèi)河代表船型。根據(jù)《長(zhǎng)江三角洲高等級(jí)航道網(wǎng)規(guī)劃》中論證推薦規(guī)劃船型和GB50139—2004《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》推薦的船型，綜合船型發(fā)展趨勢(shì)，推薦下列規(guī)劃船型及營(yíng)運(yùn)組織，見表1。

表1 設(shè)計(jì)代表船型尺度表 單位：m

2.2 尺度初擬

現(xiàn)狀一線船閘的閘室有效尺度為300m×20m×2.4m(長(zhǎng)×寬×門檻水深)，年通過(guò)能力為1200t。根據(jù)工程通航等級(jí)、設(shè)計(jì)船型以及一線船閘的現(xiàn)狀，并結(jié)合運(yùn)輸發(fā)展趨勢(shì)、集裝箱量與散貨量的比例等情況，分以下3種閘室?？看敖M合，初擬新建船閘的有效尺度[10](有效長(zhǎng)度×有效寬度×門檻水深)：

(1)300m×23m×4.5m：考慮閘室同時(shí)?？?jī)闪写埃?0TEU集裝箱船?？恳涣小?/p>

(2)300m×27m×4.5m：考慮閘室同時(shí)?？慷写埃?0TEU集裝箱船?？慷小?/p>

(3)300m×34m×4.5m：考慮閘室同時(shí)?？咳写?，90TEU集裝箱船停靠二列。

2.3 通過(guò)能力計(jì)算

根據(jù)船閘的尺度及典型的船舶過(guò)閘組合方式，結(jié)合貨運(yùn)量與貨種的變化和發(fā)展，分以下4個(gè)階段：

第一階段：2015年前，以散雜貨運(yùn)輸為主、集裝箱運(yùn)輸發(fā)展階段。

第二階段：2015—2020年，散雜貨運(yùn)輸穩(wěn)步發(fā)展，1000t級(jí)散雜貨為主流船型，集裝箱運(yùn)輸船舶比重持續(xù)快速發(fā)展階段。

第三階段：2020—2025年，集裝箱運(yùn)輸穩(wěn)步發(fā)展，散雜貨運(yùn)輸量趨于下降，集裝箱船與1000t級(jí)散雜貨船并駕齊驅(qū)階段。

第四階段：2025—2040年，散雜貨運(yùn)輸量繼續(xù)下降并趨于平穩(wěn)，集裝箱和垃圾集裝箱運(yùn)輸保持平穩(wěn)并少量增長(zhǎng)，各類貨物運(yùn)輸趨于穩(wěn)定階段。

根據(jù)現(xiàn)狀船閘的運(yùn)營(yíng)情況及預(yù)測(cè)水運(yùn)量分析，大治河西樞紐船閘的下行貨運(yùn)量顯著大于上行的量，其年通過(guò)能力主要體現(xiàn)在是否滿足年過(guò)閘總載重噸位(下行)的要求。參照J(rèn)TJ 305—2001《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.1節(jié)，根據(jù)不同船閘規(guī)模的一次過(guò)閘平均載重噸位、一次過(guò)閘時(shí)間、日均過(guò)閘次數(shù)等參數(shù)，計(jì)算得出船閘的單向年過(guò)閘船舶總載重噸位(下行)。詳見表2。

表2 單向年過(guò)閘船舶總載重噸位(即通過(guò)能力)計(jì)算表 單位：萬(wàn)t

3 工程規(guī)模論證分析

在二線船閘新建的基礎(chǔ)上，雙線船閘規(guī)模的確定考慮三種方案：一線船閘分別為維持現(xiàn)狀、維修加固和拆除改建，具體分析如下：

3.1 新建二線船閘+一線船閘維持現(xiàn)狀

二線船閘按有效寬度23、27、34m考慮，一線船閘維持現(xiàn)狀，樞紐通過(guò)能力見表3。

表3 新建二線船閘+一線船閘維持現(xiàn)狀通過(guò)能力計(jì)算表 單位：萬(wàn)t

可以看出：至2015年，僅二線船閘按有效寬度34m建設(shè)時(shí)，雙線船閘總載重噸位滿足過(guò)閘總載重噸位的預(yù)測(cè)需求；2015年以后，雙線船閘總載重噸位均不滿足過(guò)閘總載重噸位的預(yù)測(cè)需求，且存在較大缺口。因此，二線船閘新建后，若一線船閘維持現(xiàn)狀，不能滿足航運(yùn)發(fā)展需求。

3.2 新建二線船閘+一線船閘維修加固

二線船閘按有效寬度23、27、34m考慮，一線船閘維修加固，樞紐通過(guò)能力見表4。

表4 新建二線船閘+一線船閘維修加固通過(guò)能力計(jì)算表 單位：萬(wàn)t

可以看出：二線船閘按有效寬度23、27m建設(shè)，一線船閘維修加固，2015年以后，雙線船閘總載重噸位均不滿足過(guò)閘總載重噸位的預(yù)測(cè)需求；新建二線船閘的有效寬度按34m， 2015—2040年間，雙線船閘總載重噸位不滿足過(guò)閘總載重噸位的預(yù)測(cè)需求，2015—2020年間缺口達(dá)到480t/年；至2040年，雖然雙線船閘總載重噸位可以滿足預(yù)測(cè)需求，但基本無(wú)余量。此外，將來(lái)船舶標(biāo)準(zhǔn)化和大型化以后，僅對(duì)現(xiàn)有一線船閘進(jìn)行維修和局部改造難以滿足設(shè)計(jì)船型過(guò)閘的尺寸要求，進(jìn)而影響雙線船閘整體功能的發(fā)揮。因此，二線船閘新建后，如果一線船閘維修加固，不能滿足航運(yùn)發(fā)展需求。

3.3 新建二線船閘+一線船閘拆除改建

新建二線船閘及改建一線船閘的有效寬度按23、27、34m三種寬度進(jìn)行組合，樞紐通過(guò)能力見表5。

表5 新建二線船閘+一線船閘拆除重建通過(guò)能力計(jì)算表 單位：萬(wàn)t

可以看出：“23m+23m”方案在第二階段(2015—2020年) 船閘的通過(guò)能力不能滿足航運(yùn)需求，約存在81萬(wàn)t/年的缺口。“27m+23m”、“27m+27m”及“34m+23m”方案過(guò)閘總能力均能滿足大蘆線航道到2040年的運(yùn)輸需求?！?7m+23m”方案余量相對(duì)較小，“27m+27m”及“34m+23m”方案均留有一定的發(fā)展余地，可為不可預(yù)見的運(yùn)量發(fā)展保留一定的余量。“34m+23m”方案相對(duì)在一線船閘改建時(shí)，船閘通過(guò)能力與過(guò)閘總噸位需求的缺口最小，施工期航運(yùn)影響相對(duì)小?！?7m+23m”方案和“27m+27m”方案的工程投資和征地相對(duì)小。其中，“27m+23m”方案閘室寬度雖然為標(biāo)準(zhǔn)寬度，但在?？?0TEU集裝箱船舶時(shí)，僅能停靠一列；27m寬閘室則可以?？慷校l室寬度可以得到充分利用，有利于運(yùn)行組織，而且經(jīng)測(cè)算工程投資增加不大。

綜合考慮，本次研究推薦“27m+27m”方案，近期新建二線船閘及遠(yuǎn)期改建二線船閘的有效尺度均推薦為：300m×27m×4.5m。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)船閘過(guò)閘能力過(guò)程分析，無(wú)論二線船閘采取23、27m還是34m方案，僅新建二線船閘，一線船閘采取維持現(xiàn)狀或加固維修，均無(wú)法滿足過(guò)閘貨運(yùn)量的持續(xù)快速增長(zhǎng)，必須對(duì)現(xiàn)有的一線船閘進(jìn)行改建。

(2) “23m+23m”工程規(guī)模方案在第二階段(2015—2020年) 船閘的通過(guò)能力不能滿足航運(yùn)需求，“27m+23m”、“27m+27m”及“34m+23m”方案過(guò)閘總能力均能滿足大蘆線航道到2040年的運(yùn)輸需求。

(3)從通過(guò)能力保障、一線船閘改建期間的貨運(yùn)缺口、工程投資及征地、通行集裝箱船時(shí)利用率等角度綜合考慮，推薦近期新建二線船閘及遠(yuǎn)期一線船閘改建的有效尺度均為300m×27m×4.5m。

推薦工程規(guī)模組合可適應(yīng)近、遠(yuǎn)期發(fā)展需求，對(duì)類似工程有一定借鑒意義。