通過增加航道水深提升三峽及葛洲壩樞紐通過船舶貨物裝載率的措施研究

王曉春

（長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443002）

船舶貨物裝載率是指貨船最大參考載重噸利用率。三峽及葛洲壩樞紐是長江黃金水道上的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，在保障安全的前提下提升通過三峽及葛洲壩水利樞紐船舶的貨物裝載率，既有利于進(jìn)一步發(fā)揮兩壩樞紐的通航效益，同時(shí)也有助于提升長江航運(yùn)物流效率。

1 三峽及葛洲壩樞紐通過船舶貨物裝載率現(xiàn)狀

三峽樞紐通航建筑物包含三峽船閘和三峽升船機(jī)，三峽船閘自2003 年開始試通航，三峽升船機(jī)自2016 年試通航。葛洲壩樞紐通航建筑物包含葛洲壩一、二、三號船閘，船閘自1981 年開始通航。

圖1 葛洲壩樞紐通航建筑物布置圖

兩壩樞紐通過船舶貨物裝載率具有如下特點(diǎn)：

1.1 船舶貨物裝載率發(fā)展變化

長江干線船舶貨物裝載率與沿江水運(yùn)物流需求、干線航道水流條件、船舶大型化及航運(yùn)企業(yè)生產(chǎn)組織等因素密切相關(guān)。自三峽及葛洲壩樞紐運(yùn)行以來，其通過船舶年平均貨物裝載率整體呈增長趨勢。2007 年以前，兩壩樞紐通過船舶年平均貨物裝載率在60%以下，2007-2009 年，三峽水庫蓄水、上游航道條件改善，兩壩樞紐通過船舶年平均貨物裝載率由60%左右快速增長至75%左右。2010-2013 年，船舶大型化趨勢明顯，主要受吃水控制標(biāo)準(zhǔn)限制，兩壩樞紐通過船舶年平均貨物裝載率略有下降，由70%下降至65%左右。2013 年以后，主要兩方面的原因使兩壩樞紐通過船舶年平均貨物裝載率再次開始逐年上升，一是三峽河段船舶控制吃水標(biāo)準(zhǔn)提升，主航道船舶控制吃水由3.3m 提升至4.3m，同時(shí)自2017 年開始，枯水期葛洲壩三江引航道實(shí)施動態(tài)吃水，最大限度地合理利用航道水深；二是西南經(jīng)濟(jì)快速增長，船舶上下行貨物裝載率逐步平衡，在船舶過壩的供需矛盾日益突出的情況下，船舶過壩生產(chǎn)組織不斷優(yōu)化。目前兩壩樞紐通過船舶年平均貨物裝載率基本保持在71%～73%。

1.2 船舶貨物裝載率月度分布

近年來，主要受航道水深變化影響，兩壩樞紐通過船舶月度平均貨物裝載率存在較明顯差異。每年1～3 月，屬于長江上游來流量較少月份，兩壩樞紐通過船舶月度平均貨物裝載率基本保持在 71%～72%左右。3 月以后，長江上游來流量逐漸增大，三峽水庫也進(jìn)入水位消落期，三峽下泄流量也逐步增加，兩壩樞紐通過船舶月度平均貨物裝載率提高至74%以上，主汛期略有下降。10 月以后，長江上游來流量逐漸減少，長江進(jìn)入枯水期，兩壩樞紐通過船舶月度平均貨物裝載率逐步下降至71%左右。

1.3 兩壩樞紐通過船舶貨物裝載率相關(guān)性

三峽及葛洲壩樞紐通航建筑物聯(lián)合調(diào)度，匹配運(yùn)行，因而在通過船舶貨物裝載率方面具有強(qiáng)相關(guān)性。由表1 可知，除三峽船閘運(yùn)行前期，三峽樞紐通過船舶貨物裝載率略小于葛洲壩樞紐，自2007 年起，兩壩樞紐通過船舶貨物裝載率基本一致。

表1 三峽及葛洲壩樞紐通過船舶年平均貨物裝載率

2 三峽及葛洲壩樞紐通過船舶貨物裝載率提升的瓶頸

2.1 船舶吃水控制標(biāo)準(zhǔn)

三峽及葛洲壩樞紐船舶吃水控制標(biāo)準(zhǔn)見表3：

表3 三峽及葛洲壩樞紐通過船舶吃水控制標(biāo)準(zhǔn)

2.2 船舶吃水分布

近年來，三峽及葛洲壩樞紐通過船舶吃水分布基本一致，其具體分布情況如表4：

表4 三峽及葛洲壩樞紐通過船舶吃水

隨著船舶大型化發(fā)展，船舶滿載吃水也逐年增大，2021 年，兩壩樞紐通過船舶滿載吃水在3.5m 及以上的艘次占比已近90%，滿載吃水在4.3m 以上的接近50%。兩壩樞紐通過船舶實(shí)載吃水在3.5m 以下的艘次約占30%，其中約17%滿載吃水超過3.5m，而實(shí)際吃水在3.5m 以下。由于船舶控制吃水標(biāo)準(zhǔn)限制，無實(shí)載吃水超過4.3m 船舶通過兩壩樞紐。

2.3 兩壩樞紐通過船舶吃水提升限制

根據(jù)近年來兩壩樞紐通過船舶貨物裝載情況分析，吃水控制標(biāo)準(zhǔn)和航道水深是影響船舶貨物裝載率提升的兩個重要因素?；谕ê桨踩紤]，根據(jù)已有研究成果，兩壩樞紐船舶控制吃水標(biāo)準(zhǔn)目前暫無提升至4.3m 以上的可能性。

同時(shí)，分析表3 可知，枯水期葛洲壩二、三號船閘是兩壩樞紐通過船舶貨物裝載率提升的瓶頸段。根據(jù)《三峽（正常運(yùn)行期）—葛洲壩水利樞紐梯級調(diào)度規(guī)程》（2019 年修訂版），葛洲壩樞紐三江下引航道廟嘴段最低通航水位按39.0m 控制，枯水期實(shí)際航道水位在39.2m～39.5m 變動，枯水期三江引航道雖實(shí)施了船舶動態(tài)吃水控制，在保障安全的前提下，最大限度地利用了航道水深，但船舶吃水控制標(biāo)準(zhǔn)一般在3.5m 左右，遠(yuǎn)小于4.3m。

3 優(yōu)化提升對策

由以上分析可知，增加枯水期三江下引航道水深，可提高兩壩樞紐通過船舶貨物裝載率，進(jìn)一步提升樞紐運(yùn)行效益。基于目前樞紐設(shè)施現(xiàn)狀和長江干線上游梯級樞紐建設(shè)運(yùn)行情況，可通過兩種途徑增加枯水期三江下引航道水深。

3.1 增大三峽樞紐枯水期下泄流量

長江上游水電站等水利樞紐分布較多，其中，主要由6 座大型水利樞紐調(diào)蓄對長江上游水資源運(yùn)用影響較大，除三峽及葛洲壩樞紐，另4 座由上至下分別為烏東德水電站、白鶴灘水電站、溪洛渡水電站、向家壩水電站，這6 座水利樞紐將長江上游分割為梯級水庫群。自2021 年6 月白鶴灘水電站首批機(jī)組發(fā)電后，6 座樞紐已全部投入運(yùn)行，根據(jù)有關(guān)梯調(diào)規(guī)程，6 座樞紐聯(lián)合調(diào)度，在其正常運(yùn)行期，通過優(yōu)化調(diào)度可使枯水期葛洲壩下泄流量進(jìn)一步提高，其提高量可大于720m3/s。

枯水期，葛洲壩樞紐下泄流量一般在5500m3/s 左右，下泄流量提高720m3/s，葛洲壩樞紐下泄流量將達(dá)到6200m3/s 左右。三江下引航道廟嘴段水位流量滿足下圖擬和關(guān)系，當(dāng)葛洲壩樞紐下泄流量達(dá)到6200m3/s左右時(shí)，三江下引航道航道最小水深可由39.2m 提升至39.5m，按照目前長江干線船舶吃水控制相關(guān)管理規(guī)定，枯水期通過三江引航道船舶控制吃水標(biāo)準(zhǔn)可提升0.3m，達(dá)到3.8m 左右。葛洲壩二、三號船閘通過船舶吃水相應(yīng)提高，船舶貨物裝載率進(jìn)一步提升。

3.2 降低三江下引航道底部高程

葛洲壩樞紐三江下引航道設(shè)計(jì)航道底部高程為34.5m，實(shí)際維護(hù)高程為35.0m，葛洲壩二號船閘下人字門門檻高程34.0m，相同水位條件下，引航道和船閘允許通過船舶吃水不同，當(dāng)三江下引航道水位較低時(shí)，航道通過能力不滿足船閘運(yùn)行需要。通過工程措施挖深三江下引航道，使其全年維護(hù)水深達(dá)到4.5m 的要求，三江下引航道通過船舶吃水控制標(biāo)準(zhǔn)可提高至全年4.3m。

4 提升效益估算

過壩船舶吃水與其貨物裝載噸位存在對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算，吃水提高0.3 米，其裝載噸位平均增加約225 噸，按照葛洲壩船閘近年來通過船舶艘次情況，枯水期兩壩樞紐可提高貨物通過量約160 萬噸。目前，兩壩樞紐通過船舶貨物承運(yùn)價(jià)格約45 元/t，因此，吃水提高0.3 米可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益約為0.73 億元。

通過實(shí)施工程措施提升三江下引航道船舶吃水控制標(biāo)準(zhǔn)，按照表2 可估算出，工程實(shí)施后，枯水期兩壩樞紐通過船舶貨物裝載率可提升至76%左右，其貨物通過量可增加約700 萬噸，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益約為3.2億元。

5 結(jié)論

（1）通過三峽及葛洲壩樞紐船舶貨物裝載率存在月度不均衡情況，受航道水深影響，枯水期，兩壩樞紐通過船舶貨物裝載率較低。

（2）枯水期葛洲壩三江下引航道是三峽及葛洲壩樞紐通航的瓶頸段，提升枯水期葛洲壩三江下引航道水深，能夠有效提升兩壩樞紐通過船舶貨物裝載率和貨物通過量。

（3）通過優(yōu)化長江干線梯級樞紐群聯(lián)合調(diào)度的管理措施和降低三江下引航道底部高程的工程措施，可實(shí)現(xiàn)提高兩壩樞紐通過船舶貨物裝載率的目的，措施實(shí)施后，兩壩樞紐貨物通過量可增加160～700 萬噸，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益約為0.73～3.2 億元。