基于通航流量標準應用的船舶過灘能力分析

◎ 楊孝作 長江三峽通航管理局

汛期，三峽-葛洲壩水利樞紐兩壩間河段受河勢地形及三峽電站調(diào)峰運行的影響，呈現(xiàn)山區(qū)河流特性，比降大，水流湍急，流態(tài)紊亂，泡漩橫流叢生，通航水流條件差，船舶航行比較困難，通航安全受到威脅[1]。

為保障兩壩間汛期船舶航行安全，經(jīng)交通運輸部批準《長江三峽-葛洲壩水利樞紐兩壩間航道汛期通航流量標準》（JTS/T180-5-2020）（以下簡稱“20標準”）于2020年4月1日正式實施。“20標準”較2016年發(fā)布實施的通航流量標準（以下簡稱“16標準”）相比，控制標準充分考慮了船舶類型、滿載排水量、航向、主機總功率以及單位功率裝載量等因素，流量級別劃分更精細。

2020年汛期，“20標準”正式應用實施的首個汛期，即面臨長時間大流量的通航檢驗。通過分析“20標準”的實施對2020年汛期上行可通過船舶的影響，與“16標準”對比，“20標準”的實施既大幅提升可通行船舶艘次又能提高單個船舶載貨量[2]。

為進一步驗證通航流量標準實際應用效果，分析新增船舶過灘能力，本文開展了實船測試。

1.測試水域選取

三峽-葛洲壩兩壩間航道，下起葛洲壩樞紐三江航道上游王家溝，上至壩河口重件碼頭，長約38km，大部分處于西陵峽峽谷河段，灘險流急，主要險灘有水田角、喜灘、大沙壩、偏腦、石牌、南津關(guān),俗稱“四灘一彎一關(guān)”。兩壩間航道的“四灘一彎一關(guān)”是船舶航行安全風險最高水域。特別是“四灘”航段，在汛期比降大，流速快，通航條件差，常出現(xiàn)船舶“爬不動”風險隱患。

其中，水田角灘段是兩壩間典型的洪水急流灘，自入口處逐漸收縮，并形成灘口斷面較窄僅380m寬的束窄段，其下又突然展寬，突擴至650m。

喜灘以及大沙壩灘段，航道順直，岸線不整齊，航道狹窄，最窄河寬僅260m，局部比降大，灘口水流湍急。

偏腦灘段，中、枯水期水流平緩，航行條件尚可，洪水期流速、比降陡增，船舶（隊）航行條件異常困難。

由于開展測試時下泄流量在25000m3/s左右，偏腦灘段水流較平緩，航行條件尚可，因此本文從中選取灘段流速快、比降大且灘勢惡劣的大沙壩、喜灘、水田角作為測試數(shù)據(jù)重點采集水域。

2.測試船舶選取

通過對比“20 標準”和“16 標準”，部分船舶在“16標準”出于相同流量下在兩壩間航行受到限制，而“20標準”中這些船舶可以以更大的單位功率裝載量通過兩壩。本文從2021年汛期申報過閘船舶中，選取在當前流量下滿足“20標準”而不滿足“16標準”的新增的具有代表性可通行船舶（如表1所列）進行航行狀態(tài)分析，所選4艘船舶均為上行船舶。

表1 新增可通行船舶（部分）

3.重點水域船舶航行狀態(tài)分析

通過選取新增可通行的4艘具有代表性船舶開展實船航行測試，采集其上行通過大沙壩、喜灘、水田角等險灘段的相關(guān)數(shù)據(jù)，分析其航行狀態(tài)，檢驗其過灘能力。

學生動手操作后，師生一道總結(jié)得到判定方法2：兩角及其夾邊分別相等的兩個三角形全等(簡寫為：“角邊角”或“ASA”).判定方法3：兩角分別相等且其中一組等角的對邊也相等的兩個三角形全等.(簡寫為“角角邊”或“AAS”)

（1）船A航行狀態(tài)分析。

①“船A”在大沙壩航行時，最小航速為6.1Km/h，最大航速為9.3 Km/h，平均航速為7.4Km/h；航向隨時刻變化情況如圖2所示。

圖1 “船A”在大沙壩航段航速變化

圖2 “船A”在大沙壩航段航向變化

圖3 “船A”在喜灘航段航速變化

②“船A”在喜灘航行時，最小航速為4.6Km/h，最大航速為10.6 Km/h，平均航速為6.8Km/h；航向隨時刻變化情況如圖4所示。

圖4 “船A”在喜灘航段航向變化

③“船A”在水田角航行時，最小航速為4.4Km/h，最大航速為10.0Km/h，平均航速為6.4Km/h；航向隨時刻變化情況如圖6所示。

圖5 “船A”在水田角航段航速變化

圖6 “船A”在水田角航段航向變化

圖7 “船B”在大沙壩航段航速變化

（2）船B航行狀態(tài)分析。

①“船B”在大沙壩航行時，最小航速為6.5Km/h，最大航速為9.3 Km/h，平均航速為7.2Km/h；航向隨時刻變化情況如圖8所示。

圖8 “船B”在大沙壩航段航向變化

②“船B”在喜灘航行時，最小航速為4.1Km/h，最大航速為9.6 Km/h，平均航速為6.4Km/h；航向隨時刻變化情況如圖10所示。

圖9 “船B”在喜灘航段航速變化

圖10 “船B”在喜灘航段航向變化

③“船B”在水田角航行時，最小航速為3.7 Km/h，最大航速為10.7Km/h，平均航速為7.3Km/h；航向隨時刻變化情況如圖12所示。

圖11 “船B”在水田角航段航速變化

圖12 “船B”在水田角壩航段航向變化

（3）船C航行狀態(tài)分析。

圖13 “船C”在大沙壩航段航速變化

圖14 “船C”在大沙壩航段航向變化

②“船C”在喜灘航行時，最小航速為5.9Km/h，最大航速為10.9Km/h，平均航速為7.2Km/h；航向隨時刻變化情況如圖16所示。

圖15 “船C”在喜灘航段航速變化

圖16 “船C”在喜灘航段航向變化

③“船C”在水田角航行時，最小航速為6.1 Km/h，最大航速為10.7Km/h，平均航速為7.9Km/h；航向隨時刻變化情況如圖18所示。

圖17 “船C”在水田角航段航速變化

圖18 “船C”在水田角航段航向變化

圖19 “船D”在大沙壩航段航速變化

（4）船D航行狀態(tài)分析。

①“船D”在大沙壩航行時，最小航速為8.7 Km/h，最大航速為10.4Km/h，平均航速為9.2Km/h；航向隨時刻變化情況如圖20所示。

圖20 “船D”在大沙壩航段航向變化

圖21 “船D”在喜灘航段航速變化

②“船D”在喜灘航行時，最小航速為8.0Km/h，最大航速為10.9Km/h，平均航速為9.6Km/h；航向隨時刻變化情況如圖22所示。

圖22 “船D”在喜灘航段航向變化

圖23 “船D”在水田角航段航速變化

③“船D”在水田角航行時，最小航速為6.7 Km/h，最大航速為11.9Km/h，平均航速為9.0Km/h；航向隨時刻變化情況如圖24所示。

圖24 “船D”在水田角航段航向變化

4.結(jié)論

（1）本文通過實船測試的方法，對新增可通行船舶進行了測試，驗證了“20標準”應用后新增可通行船舶過灘能力，從而證明了“20 標準”適用于兩壩間航道交通組織。

（2）通過觀測船舶狀態(tài)、收集航行數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，新增可通行船舶在水田角灘段航行時，航速普遍較小于喜灘和大沙壩水域，而且“船B”在水田角航行時，最小航速為3.7Km/h，低于海事部門規(guī)定安全航速4Km/h。

（3）建議通航管理部門加強對兩壩間航道新增可通行船舶的航行監(jiān)控，特別是下泄流量超過25000m3/s后，加強對上行通過水田角等險灘船舶的安全監(jiān)控。