三峽升船機(jī)通行船舶船型平面尺度

張義軍

【摘 要】 為確定適合升船機(jī)通行的船舶船型，在技術(shù)規(guī)范和相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)2 200多艘次船舶試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用概率統(tǒng)計(jì)方法對(duì)不同長(zhǎng)度和寬度范圍的船舶進(jìn)出三峽升船機(jī)的時(shí)間進(jìn)行分析。結(jié)合三峽船閘通行船舶協(xié)調(diào)性需求，提出適合通行升船機(jī)的船舶船型的平面尺度指標(biāo)控制要求，為合理優(yōu)化升船機(jī)通航船舶船型技術(shù)要求提供技術(shù)支撐。

【關(guān)鍵詞】 三峽升船機(jī);船型;平面尺度;承船廂

0 引 言

長(zhǎng)江三峽水利樞紐升船機(jī)（以下簡(jiǎn)稱三峽升船機(jī)）是三峽工程的通航設(shè)施之一，2016年9月18日起投入試通航，與三峽船閘聯(lián)合運(yùn)行。三峽升船機(jī)承船廂有效長(zhǎng)度為110 m、有效寬度為18 m，通過(guò)的船舶須控制排水量不得超過(guò) t。截至2019年底，三峽升船機(jī)累計(jì)運(yùn)行了廂次，通過(guò)船舶艘次、旅客35.8萬(wàn)人次、貨物通過(guò)量323.0萬(wàn)t。升船機(jī)的運(yùn)行為重點(diǎn)船舶提供快速過(guò)壩通道，較好地發(fā)揮了過(guò)壩分流功能，提高了三峽樞紐的航運(yùn)通過(guò)能力。為提高升船機(jī)日常運(yùn)行效率，交通運(yùn)輸部門(mén)組織開(kāi)展了大量關(guān)于適合通過(guò)升船機(jī)的船舶船型尺度的研究。

1 相關(guān)技術(shù)規(guī)范和研究成果

1.1 設(shè)計(jì)代表船型

根據(jù)《三峽工程升船機(jī)D階段設(shè)計(jì)報(bào)告》等設(shè)計(jì)文件，適合升船機(jī)通行的代表船型如下：

（1）單船（客貨船設(shè)計(jì)排水量3 000 t）：84.5 m ？17.2 m ？2.65 m （長(zhǎng)卓韤壯運(yùn)巒？

（2）船隊(duì)（貨駁單船設(shè)計(jì)載貨量1 500 t）：109.4 m ？14 m ？2.78 m。

1.2 升船機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范要求

按照《升船機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》，承船廂有效尺度可按下式計(jì)算。

式中：L、B分別為承船廂有效長(zhǎng)度和有效寬度，m;l1、b1分別為設(shè)計(jì)最大船舶或船隊(duì)的最大長(zhǎng)度和寬度，m; l2、b2分別為船舶兩端富余總長(zhǎng)度和兩側(cè)富余總寬度，m。《升船機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦l1應(yīng)按已建同級(jí)別的升船機(jī)確定或取3～7 m，b2應(yīng)兼顧設(shè)計(jì)水深、船舶或船隊(duì)進(jìn)出承船廂速度要求，可取0.8～1.2 m。

考慮到我國(guó)尚無(wú)已建與三峽升船機(jī)同級(jí)別且運(yùn)行實(shí)踐成熟的升船機(jī)，可反算船舶最大長(zhǎng)度為113～117 m、最大寬度為16.8～17.2 m。

1.3 相關(guān)技術(shù)研究成果

交通運(yùn)輸部在三峽后續(xù)工程規(guī)劃中立項(xiàng)開(kāi)展的《三峽升船機(jī)通航與運(yùn)行保障關(guān)鍵技術(shù)研究》，提出升船機(jī)通行船型平面尺度技術(shù)要求為總長(zhǎng)≤110 m、總寬≤17.2 m，并在此基礎(chǔ)上初步制訂了三峽升船機(jī)通航船舶船型主尺度系列，與長(zhǎng)江水系（主要是長(zhǎng)江干線）過(guò)閘運(yùn)輸船舶標(biāo)準(zhǔn)船型主尺度系列的平面尺度相銜接。

2 不同平面尺度船舶通過(guò)升船機(jī)的效率

隨著升船機(jī)運(yùn)行維護(hù)和管理技術(shù)的日益成熟，三峽升船機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性較初期有了較大的提高。升船機(jī)升降一趟，設(shè)備運(yùn)行約需25 min，因此船舶進(jìn)出升船機(jī)用時(shí)成為影響升船機(jī)運(yùn)行效率的決定性因素。在三峽升船機(jī)試通航以來(lái)，三峽管理部門(mén)根據(jù)升船機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，組織觀測(cè)了艘次船舶進(jìn)出承船廂時(shí)間，囊括了可能通行升船機(jī)的船舶類型主要有客船、商品汽車運(yùn)輸船、集裝箱船、貨船（普通干散貨，下同）、其他船舶（工程船、執(zhí)行公務(wù)的交通艇等）等五大類。

2.1 船長(zhǎng)對(duì)船舶進(jìn)出承船廂用時(shí)的影響

將船長(zhǎng)按照≤80 m、（80，90] m、（90，100] m、（100，105] m和（105，110] m分為5個(gè)范圍進(jìn)行分析，分別計(jì)算上、下行船舶進(jìn)出承船廂用時(shí)的概率密度，得到不同長(zhǎng)度范圍的船舶進(jìn)出承船廂用時(shí)的概率密度曲線，見(jiàn)圖1。

由圖1可知，長(zhǎng)度在105 m以上的所有船舶平均進(jìn)出承船廂時(shí)間較長(zhǎng)度在105 m及以下的船舶平均進(jìn)出承船廂時(shí)間增加約26 min。上、下行每檔船舶進(jìn)出承船廂用時(shí)范圍見(jiàn)表1。不同長(zhǎng)度船舶進(jìn)出承船廂時(shí)間概率分布曲線見(jiàn)圖2。不同概率水平下船舶進(jìn)出承船廂時(shí)間分布見(jiàn)圖3。

由圖2、圖3可知，90～105 m的船舶進(jìn)出承船廂用時(shí)基本相當(dāng)，當(dāng)船長(zhǎng)超過(guò)105 m后，上行船舶在不同概率水平下進(jìn)出承船廂的時(shí)間平均增加約15 min，而船長(zhǎng)對(duì)下行船舶進(jìn)出承船廂的時(shí)間影響并不顯著。

2.2 船寬對(duì)船舶進(jìn)出承船廂用時(shí)的影響

將船寬按照≤11 m、（11～14] m、（14～16.3] m和>16.3 m等4個(gè)范圍進(jìn)行分析，對(duì)每個(gè)范圍計(jì)算上行船舶和下行船舶進(jìn)出承船廂用時(shí)的概率密度，得到不同寬度船舶進(jìn)出承船廂用時(shí)的概率密度曲線，分別見(jiàn)圖4。

由圖4可以看出，寬度16.3 m以上的船舶平均進(jìn)出承船廂時(shí)間較寬度在16.3 m及以下的船舶進(jìn)出承船廂時(shí)間延長(zhǎng)約9 min。上行、下行每檔船舶進(jìn)出承船廂用時(shí)范圍見(jiàn)表2。

不同寬度船舶進(jìn)出承船廂時(shí)間概率分布曲線見(jiàn)圖5。

在不同概率水平下，不同寬度船舶進(jìn)出承船廂時(shí)間分布見(jiàn)圖6。

由圖5、圖6可以看出：當(dāng)船舶上行時(shí)，在80%以上的概率水平下船寬為11～16.3 m的船舶進(jìn)出承船廂最大時(shí)間基本相當(dāng);當(dāng)船舶下行時(shí)，船寬增加，進(jìn)出承船廂用時(shí)總體上增加，船寬為11～14 m、14～16.3 m和超過(guò)16.3 m這三檔船舶在不同概率水平下最大時(shí)間平均每檔增加約5 min。

3 三峽船閘通行船舶協(xié)調(diào)性需求

因三峽升船機(jī)提供的通航能力有限，三峽樞紐貨物仍以通過(guò)三峽船閘為主。2019年三峽船閘貨物通過(guò)量達(dá)到1.46億t，超出設(shè)計(jì)指標(biāo)46%。從現(xiàn)有船閘運(yùn)行指標(biāo)來(lái)看，無(wú)論是船閘運(yùn)行天數(shù)、閘室利用率、一次過(guò)閘噸位以及設(shè)備運(yùn)行保障率，還是船閘通過(guò)能力，均達(dá)到或超過(guò)了設(shè)計(jì)參數(shù)。在現(xiàn)有通航條件下，船閘通航效率已得到較為充分的發(fā)掘，進(jìn)一步采取管理措施挖潛擴(kuò)能的空間已十分有限。過(guò)壩船舶待閘常態(tài)化，船舶易積壓且疏散緩慢，2019年大壩上下游日均待閘船舶495艘次，過(guò)壩船舶平均待閘時(shí)間83.3 h，正常情況下需要等待3天以上才能通過(guò)。

三峽船閘閘室內(nèi)船舶集泊的最大平面尺度為長(zhǎng)266 m、寬32.8 m，為充分發(fā)揮船閘運(yùn)行效率，交通運(yùn)輸部積極推進(jìn)長(zhǎng)江干線過(guò)壩船型標(biāo)準(zhǔn)化，將通過(guò)三峽船閘的船舶最大寬度控制在16.3 m以內(nèi)。在升船機(jī)停航檢修期間，通常通過(guò)升船機(jī)的船舶只能通過(guò)三峽船閘過(guò)閘，因而升船機(jī)的適機(jī)船舶船型需要充分考慮與三峽船閘通行船舶的協(xié)調(diào)性，以免降低三峽船閘通航效率。當(dāng)前過(guò)閘統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，由于過(guò)壩船舶日益大型化，最大寬度16.3 m以上的船舶在通過(guò)三峽船閘時(shí)，能安排與其搭配過(guò)閘的船舶數(shù)量非常少。若安排大量寬度16.3 m以上的船舶過(guò)閘，將顯著降低三峽船閘的通航效率，加劇樞紐通過(guò)能力不足的矛盾。

4 結(jié) 語(yǔ)

從船舶通過(guò)升船機(jī)效率和與船閘通行船舶協(xié)調(diào)性方面來(lái)看，最大船寬不超過(guò)16.3 m且最大船長(zhǎng)不超過(guò)105 m將是目前升船機(jī)通行船舶船型平面尺度的合理選擇，有利于更好地發(fā)揮升船機(jī)通航分流和快速過(guò)壩通道功能，實(shí)現(xiàn)三峽船閘和三峽升船機(jī)綜合通過(guò)能力的最大化。若未來(lái)借助三峽水運(yùn)新通道工程來(lái)提升三峽樞紐及葛洲壩樞紐通過(guò)能力，大壩上下游水域船舶待閘狀況將得到明顯改善。若將通過(guò)三峽升船機(jī)船舶的最大船寬、最大船長(zhǎng)分別提升至17.2 m和110 m，則有利于滿足船舶所有人建造大型船舶以節(jié)約營(yíng)運(yùn)成本、發(fā)揮船舶運(yùn)輸效益以及客船旅游舒適化等需求，實(shí)現(xiàn)水上客貨運(yùn)輸服務(wù)能力和服務(wù)水平的提升。