鄱陽湖水利樞紐過閘運(yùn)量與船舶過閘通過能力研究

徐延超 李矜潼

摘 要：為減輕鄱陽湖枯水期水位過低對航運(yùn)帶來的不利影響，擬在鄱陽湖水利樞紐規(guī)劃建設(shè)三線船閘科學(xué)合理調(diào)控枯水期湖區(qū)水位，提高贛江上下游通航能力。通過結(jié)合未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，采用多種定量預(yù)測方法預(yù)測鄱陽湖水利樞紐過閘運(yùn)量，并根據(jù)規(guī)范對船閘單向和雙向通過能力進(jìn)行分析，結(jié)合運(yùn)量預(yù)測結(jié)果，驗(yàn)證船閘規(guī)劃建設(shè)的可行性，為鄱陽湖水利樞紐工程的建設(shè)提供科學(xué)的決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鄱陽湖水利樞紐;運(yùn)量預(yù)測;通過能力

中圖分類號：U641.7? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）12-0092-03

1引言

鄱陽湖是長江經(jīng)濟(jì)帶國家重大發(fā)展戰(zhàn)略和鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)等區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略的支撐。隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和長江流域水資源利用形勢的變化，鄱陽湖的水文節(jié)律正在發(fā)生改變，出現(xiàn)了枯水時(shí)間提前、枯水期延長等現(xiàn)象[1]。為緩解當(dāng)前和今后可能經(jīng)常遇到的鄱陽湖枯水期水位過低及其對航運(yùn)帶來的一系列問題，總體來看，通過建閘方式科學(xué)合理調(diào)整枯水期湖區(qū)水位是必要的。

綜合考慮長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展戰(zhàn)略、長江黃金水道建設(shè)需求以及贛江上下游通航規(guī)模一致性，為鄱陽湖地區(qū)以及江西水運(yùn)發(fā)展留有余地，推薦鄱陽湖水利樞紐通航建筑物采用三線單級船閘并在左岸預(yù)留一線船閘位置的方案，船閘級別為I級，船閘有效尺度為320m×34m×6.9m（長×寬×最小檻上水深），船閘位于樞紐左岸，三線船閘并行布置共用上、下游引航道，自左至右依次為1號船閘、2號船閘、3號船閘。

2水利樞紐過閘運(yùn)量預(yù)測

2.1過閘運(yùn)量發(fā)展現(xiàn)狀

鄱陽湖水利樞紐斷面沒有實(shí)際運(yùn)量統(tǒng)計(jì)資料，通過對九江、上饒、南昌、宜春、吉安、贛州、鷹潭、新余、撫州、景德鎮(zhèn)等港口的流量流向資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)調(diào)查，初步分析2015年通過水利樞紐斷面貨運(yùn)量為12977萬t，其中下行9638萬t。以樞紐建設(shè)前三年的平均運(yùn)量作為基礎(chǔ)運(yùn)量，經(jīng)分析，2013年～2015年的平均運(yùn)量約1.15億噸。2016年過壩運(yùn)量為13540萬t，其中下行量為11028萬t。2017年、2018年鄱陽湖水域、長江沿非法碼頭整治后，鄱陽湖水利樞紐過壩運(yùn)量由2016年的13540萬t減少2018年的5992萬t。貨類減少主要是礦建材料的減少，礦建材料由2016年的10096萬t減少至2018年的3268萬t。

2.2 預(yù)測方法介紹

2.2.1運(yùn)輸彈性法

根據(jù)運(yùn)量水平與相關(guān)經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)的顯著關(guān)系，可以采用彈性系數(shù)法進(jìn)行運(yùn)量預(yù)測。彈性系數(shù)是衡量某一變量改變所引起另一變量的相對變化，運(yùn)量變化一般跟國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系密切，運(yùn)輸需求彈性系數(shù)=運(yùn)量平均增長率/經(jīng)濟(jì)指標(biāo)平均增長率[2]。根據(jù)運(yùn)輸需求彈性系數(shù)按下式預(yù)測運(yùn)量：

式中：為未來期運(yùn)量;Q為基期運(yùn)量;x為未來運(yùn)量平均增長速度;t為未來期距基期的年數(shù)。

2.2.2回歸分析法

回歸分析是一種定量地描述變量之間的數(shù)量關(guān)系的預(yù)測方法，是根據(jù)事物內(nèi)部因素變化的因果關(guān)系來預(yù)測事物未來的發(fā)展趨勢[3]?；貧w分析的主要步驟如下：

（1）輸入歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，建立一元線性回歸模型：

y=a+bx

式中：a，b為回歸參數(shù);x為自變量;y為因變量。

（2）計(jì)算回歸參數(shù)

（3）回歸檢驗(yàn)

當(dāng)0<r≤0.3，為微弱相關(guān);當(dāng)0.3<r≤0.5，為低度相關(guān);當(dāng)0.5<r≤0.8，為顯著相關(guān);當(dāng)0.8<r≤1，為高度相關(guān)。

2.2.3趨勢分析法

趨勢預(yù)測分析法亦稱時(shí)間序列預(yù)測分析法，包括移動(dòng)平均法和指數(shù)平滑法[4]。

（1）移動(dòng)平均法

式中：為第t+1期的預(yù)測值;為第t期的實(shí)際發(fā)生值;n為移動(dòng)平均期數(shù)值。

（2）指數(shù)平滑法

式中：為第t+1期的預(yù)測值;為第t-1期的一次指數(shù)平滑值;為第t期的實(shí)際發(fā)生值;為指數(shù)平滑系數(shù)。

2.3水利樞紐過閘運(yùn)量預(yù)測

2.3.1預(yù)測基準(zhǔn)年及規(guī)劃水平年

根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》[5]，船閘的建設(shè)規(guī)模（即船閘線數(shù)、有效尺度和通過能力）應(yīng)滿足設(shè)計(jì)水平年內(nèi)各期的客貨運(yùn)量和船舶過閘量要求。設(shè)計(jì)水平年應(yīng)根據(jù)船閘的不同條件采用建成后 20～30 年;對增建和改建、擴(kuò)建船閘困難的工程，應(yīng)采用更長的水平年。

鄱陽湖水利樞紐過閘運(yùn)量預(yù)測以2018年為基準(zhǔn)年，考慮未來鄱陽湖水利樞紐對長江黃金水道、江西水運(yùn)發(fā)展、項(xiàng)目影響區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生的重要影響，確定預(yù)測規(guī)劃水平年為2035年和2050年。

2.3.2預(yù)測方法選擇與思路

目前，鄱陽湖水利樞紐斷面約75%的過閘運(yùn)量為礦建材料，擬將過閘斷面運(yùn)量分為兩個(gè)部分來分析礦建材料運(yùn)量和扣除礦建材料的其他運(yùn)量。

主要以“十三五”期的相關(guān)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、交通規(guī)劃為依據(jù)，采取運(yùn)輸彈性、線性回歸等分析等數(shù)學(xué)方法，綜合預(yù)測2035年貨運(yùn)需求。

考慮到對腹地遠(yuǎn)期宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)變化及相關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)難以準(zhǔn)確判斷，因此結(jié)合國內(nèi)外水運(yùn)發(fā)展特點(diǎn)，在區(qū)域工業(yè)化、城鎮(zhèn)化發(fā)展階段判斷的基礎(chǔ)上，既要考慮為港口和水運(yùn)行業(yè)發(fā)展留有空間和余地，又要考慮區(qū)域資源容量（港口岸線、水環(huán)境等）的制約，以趨勢分析為主，把握2050年的過閘運(yùn)量。

鄱陽湖水利樞紐過閘運(yùn)量預(yù)測方法與思路見圖1。

2.3.3過閘總運(yùn)量預(yù)測

鄱陽湖水利樞紐過閘運(yùn)量預(yù)測值見表1。

通過對鄱陽湖水利樞紐過閘貨運(yùn)量進(jìn)行預(yù)測可知，2035年鄱陽湖水利樞紐過閘總運(yùn)量為18000 萬t，其中下行 10200萬t;2050年鄱陽湖水利樞紐過閘總運(yùn)量為 21500萬t，其中下行 11500萬t。

目前預(yù)測成果中，鄱陽湖水利樞紐過閘砂石運(yùn)輸所占比例很大，但其運(yùn)輸需求存在諸多的不確定性，若未來砂石需求大幅度減少，則鄱陽湖水利樞紐過閘運(yùn)量可能會低于目前的預(yù)測值。

3船閘通過能力計(jì)算

3.1船閘通過能力計(jì)算公式

船閘通過能力大小與船閘設(shè)備、航道條件、管理水平、營運(yùn)情況等因素有關(guān)，所以船閘通過能力始終處于動(dòng)態(tài)變化之中[6]。根據(jù)《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》[7]，船閘單向通過能力計(jì)算公式如下：

式中：n為日平均過閘次數(shù);n0為日非運(yùn)客、貨船過閘次數(shù);N為年通航天數(shù)，d;G為一次過閘平均載重噸位，t;為船舶裝載系數(shù);為運(yùn)量不均衡系數(shù)。

根據(jù)《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》，船閘雙向通過能力計(jì)算公式如下：

3.2 船閘通過能力計(jì)算結(jié)果

根據(jù)《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算鄱陽湖船閘單向和雙向通過能力，所需相關(guān)參數(shù)見表2。

鄱陽湖水利樞紐采取調(diào)枯不控洪的調(diào)度方式，汛期閘門全部打開敞泄，江湖連通。船閘通過能力計(jì)算時(shí)，按調(diào)控期和江湖連通期分別計(jì)算。

江湖連通期船閘的閘門、閥門均不投入運(yùn)行，船舶通閘運(yùn)行;調(diào)控期船閘的閘門、閥門均投入運(yùn)行，閘室有充泄水過程。根據(jù)航運(yùn)規(guī)劃，2035年鄱陽湖區(qū)通航船舶以1000～2000噸級、2000～3500噸級為主，兼顧5000噸級船舶;2050年2000～3500噸級的船舶占主導(dǎo)地位，5000噸級以上船舶比例將逐步增加。船閘長度按320m計(jì)，船閘單向和雙向通過能力計(jì)算結(jié)果見表3和表4。

根據(jù)《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》對鄱陽湖船閘通過能力進(jìn)行計(jì)算可知，考慮三線船閘按一線船閘單向運(yùn)行+二線船閘雙向運(yùn)行，2035年船閘的單向年通過能力為1.45億t，2050年船閘的單向年通過能力為1.64億t。

4結(jié)語

對鄱陽湖水利樞紐過閘貨運(yùn)量預(yù)測結(jié)果和擬規(guī)劃建設(shè)的船閘通過能力進(jìn)行對比分析可知，2035年船閘的單向年通過能力為1.45億t，滿足重載方向1.02億t規(guī)劃運(yùn)量要求;2050年船閘的單向年通過能力為1.64億t，滿足重載方向1.15億t規(guī)劃運(yùn)量要求。采用三線單級船閘的建設(shè)方案均能夠滿足 2035和2050 年規(guī)劃運(yùn)量要求，推薦鄱陽湖水利樞紐通航建筑物采用三線單級船閘并在左岸預(yù)留一線船閘位置的方案。

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