三峽河段錨鏈輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

呂露　章捷　劉星辰

摘 要：三峽水庫建成蓄水至預(yù)期目標(biāo)后，整個(gè)三峽河段的水位漲落呈現(xiàn)規(guī)律性、周期性變化的特點(diǎn)。本文針對(duì)傳統(tǒng)錨鏈調(diào)節(jié)過程中錨鏈調(diào)節(jié)不及時(shí)、調(diào)節(jié)長度無差別等缺點(diǎn)，提出一個(gè)三峽河段錨鏈輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。當(dāng)某錨鏈?zhǔn)芰Τ^閾值、區(qū)域水位變化或者即將大幅變化時(shí)，自動(dòng)提醒調(diào)節(jié)錨鏈長度，使錨有效抓底，保持錨泊躉船定位可靠、船體穩(wěn)定，維護(hù)通航環(huán)境和通航秩序。

關(guān)鍵詞：三峽河段;錨鏈調(diào)節(jié)

中圖分類號(hào)：U64? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）10-0082-02

1 概述

1.1背景

2018年4月，習(xí)近平總書記視察長江行至三峽談到，大國重器必須掌握在自己手里?！按髧仄鳌比龒{工程的建設(shè)倒逼國內(nèi)工程項(xiàng)目各項(xiàng)技術(shù)的自主創(chuàng)新，其有效運(yùn)行也深刻影響著長江經(jīng)濟(jì)帶乃至全國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的蓬勃發(fā)展。三峽工程設(shè)計(jì)調(diào)度目標(biāo)為防洪、發(fā)電、航運(yùn)，自2010年成功蓄水至175m以來，三峽工程的綜合功能得到進(jìn)一步拓展，目前已經(jīng)發(fā)展為防洪、抗旱、供水、發(fā)電、航運(yùn)、漁業(yè)、旅游等[1]。為保障三峽水庫綜合效益得到充分發(fā)揮，2009年國務(wù)院批復(fù)了“三峽水庫優(yōu)化調(diào)度方案”，該方案較初設(shè)條件抬高了蓄水期和枯水期補(bǔ)水標(biāo)準(zhǔn);汛期可實(shí)施中小洪水優(yōu)化調(diào)度抬高水庫運(yùn)行水位;蓄水起蓄時(shí)間和起蓄水位有了大幅度優(yōu)化。

從圖1可以看出，三峽水庫建成后，三峽壩上水位多年以來始終有效調(diào)控，盡管水位落差較大，但整個(gè)水位變化呈現(xiàn)出周期性、規(guī)律性的特點(diǎn)。三峽水利樞紐梯級(jí)調(diào)度中心的水位預(yù)告也為本文提出三峽河段錨鏈輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了有效支撐。

1.2三峽河段的錨泊躉船

據(jù)悉，整個(gè)三峽河段南北兩岸分布有數(shù)量眾多的錨泊躉船，用于海事、消防、航道、公安、旅游、燃油供應(yīng)等。大多數(shù)錨泊躉船是通過傳統(tǒng)錨泊方式拋多口錨固定躉船位置。

錨泊躉船的錨鏈將錨與船體有效連接，通過浮力、拉力、摩擦力、重力等合力固定錨泊躉船位置。一方面，船舶在安檢、裝卸貨物、避風(fēng)、靠泊等情況下都可能在錨泊躉船靠泊。船舶靠泊過程中的駛?cè)腭傠x會(huì)對(duì)錨泊躉船穩(wěn)定性造成影響;另一方面，風(fēng)、浪、流等外力因素的作用也可能使錨泊躉船發(fā)生走錨，從而導(dǎo)致事故的發(fā)生，同時(shí)，水流時(shí)刻都在腐蝕錨鏈。尤其是每年三峽水庫枯水期、蓄水期的綜合調(diào)度，更使得三峽河段水位不時(shí)呈現(xiàn)出大幅變動(dòng)，影響躉船錨泊安全。

2 傳統(tǒng)錨鏈調(diào)節(jié)出現(xiàn)的問題

為降低水位大幅變動(dòng)對(duì)錨泊躉船造成的風(fēng)險(xiǎn)，各海事、消防、航道、公安等有關(guān)部門每年根據(jù)三峽水利樞紐梯級(jí)調(diào)度中心發(fā)布的水位流量預(yù)警，結(jié)合往年工作經(jīng)驗(yàn)調(diào)整錨鏈，應(yīng)對(duì)即將到來的通航環(huán)境變化。這種錨鏈調(diào)節(jié)方式也帶來了一些問題：

（1）當(dāng)三峽水庫入庫流量短時(shí)間內(nèi)迅速增加或者出庫流量急劇較小的情況下，壩上水位變化明顯，水位與錨鏈長度不匹配，錨泊躉船值班水手無法立刻感知錨鏈?zhǔn)芰ψ兓?。水位過低，錨泊躉船定位移動(dòng)，甚至出現(xiàn)錨鏈打結(jié)等問題。水位過高，可能造成走錨等險(xiǎn)情，影響錨地正常運(yùn)行秩序和人員、生產(chǎn)安全。

（2）以長江三峽通航綜合服務(wù)區(qū)（以下簡稱“綜合服務(wù)區(qū)”）為例，三峽躉902-三峽錨囤604-三峽躉903以兩艘跳躉鏈接，構(gòu)成了長度將近300米的錨泊整體，前后下錨24口，每年不規(guī)律調(diào)整錨鏈超過20次。受河床底質(zhì)變化、錨泊躉船配載不均衡等因素的影響，整個(gè)綜合服務(wù)區(qū)前后各錨鏈所受拉力并不一致，所需調(diào)節(jié)長度也不一致。傳統(tǒng)人工調(diào)節(jié)多憑借專家經(jīng)驗(yàn)等方式，無差別調(diào)節(jié)所有錨鏈。

3 錨鏈輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1錨鏈輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

與復(fù)雜不可預(yù)期的海洋環(huán)境相比，三峽河段錨鏈調(diào)節(jié)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。本文設(shè)計(jì)的三峽河段錨鏈輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖所示。系統(tǒng)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)管理層以及應(yīng)用層。感知層主要用于采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括實(shí)時(shí)水位數(shù)據(jù)，水位預(yù)告數(shù)據(jù)，各錨鏈實(shí)時(shí)拉力數(shù)據(jù)等。網(wǎng)絡(luò)管理層是通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（以長江三峽通航綜合服務(wù)區(qū)為例，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋）、互聯(lián)網(wǎng)、通信信息中心等手段將相關(guān)采集數(shù)據(jù)發(fā)送至應(yīng)用層。應(yīng)用層中的錨鏈調(diào)整模塊是系統(tǒng)的核心，其將接收到的流量、水位、拉力等數(shù)據(jù)綜合分析，判斷是否需要調(diào)整錨鏈。

3.1.2錨鏈?zhǔn)芰Ω兄K設(shè)計(jì)

三峽河段錨鏈輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過該模塊實(shí)現(xiàn)錨鏈調(diào)整提示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模塊包括壓力傳感器與控制器兩個(gè)部分。可拆卸的壓力傳感器內(nèi)置于有檔錨鏈或無檔錨鏈的卸扣中。壓力傳感器用于檢測(cè)錨鏈的壓力并將信號(hào)傳送給控制器。該控制器通過無線信號(hào)發(fā)射模塊將檢測(cè)到的錨鏈實(shí)時(shí)壓力信號(hào)聯(lián)網(wǎng)傳送至錨鏈調(diào)節(jié)控制中心和三峽錨地業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)。

3.1.3 水位模塊設(shè)計(jì)

該模塊存儲(chǔ)一個(gè)初始數(shù)據(jù)：最近一次錨鏈調(diào)節(jié)時(shí)的水位信息;接收兩個(gè)外部數(shù)據(jù)，一是當(dāng)日水位數(shù)據(jù)，二是預(yù)告水位數(shù)據(jù)。設(shè)置一個(gè)閾值，一旦水位差超過閾值，即觸發(fā)錨鏈調(diào)節(jié)控制中心預(yù)警，向錨泊躉船值守水手或管理單位發(fā)出錨鏈調(diào)節(jié)提示。

4 結(jié)語

三峽河段目前普遍使用的錨泊躉船為傳統(tǒng)固定式錨鏈。該類型錨泊躉船的錨鏈調(diào)節(jié)需要人工實(shí)施。遇到三峽水庫出入庫流量大幅變化的的季節(jié)（如2020年的五次長江大洪水，為保證上下游安全，三峽河段水位變化非常大），傳統(tǒng)固定式錨泊躉船會(huì)出現(xiàn)錨鏈調(diào)節(jié)不及時(shí)導(dǎo)致走錨或者丟錨等險(xiǎn)情。

本文設(shè)計(jì)的三峽河段錨鏈輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)了錨鏈?zhǔn)芰Ω兄K和水位模塊，進(jìn)行錨鏈?zhǔn)芰?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與錨鏈調(diào)節(jié)提醒等。其中，水位模塊不僅可以用于三峽河段錨泊躉船，還可用于航標(biāo)、浮標(biāo)、靠船墩、系纜樁、待閘船舶等。以此提升三峽河段錨泊安全，維護(hù)通航秩序。本文系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)憑借人工經(jīng)驗(yàn)的錨鏈調(diào)節(jié)方式存在的無差別化調(diào)節(jié)的弊端，提高了三峽錨地的信息化水平，為錨泊安全提供了可靠的保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]鮑正風(fēng)， 李長春， 王祥. 長江上游流域水文條件變化下的三峽水庫綜合運(yùn)用[J]. 水利水電技術(shù)， 2016（4）：98-103.

[2]程鐵信， 吳浩剛， 楊樹耕，等. 海上單點(diǎn)系泊錨鏈調(diào)整軟件的開發(fā)[J]. 中國海上油氣， 2000.

[3]姜小云， 陳成松， 陳江恒，等. 基于Python的遠(yuǎn)程水位數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 國外電子測(cè)量技術(shù)， 2020（9）.

[4]印黃燕， 莫麗琴， 孫方霞，等. 航道浮標(biāo)錨定系統(tǒng)：， CN203946244U[P].

[5]張國根. 浮標(biāo)自動(dòng)升降系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用[J]. 中國水運(yùn)月刊， 2016， 16（009）：143-144.