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过闸平均吨位与过闸平均时间计算方法

2020-01-03戈国庆杨晓松高涛何良德王航

中国水运 2020年12期
关键词:船闸

戈国庆 杨晓松 高涛 何良德 王航

摘 要:为了提高船闸通过能力计算精度,基于船型组合法,引入过闸闸次比ξ、占用船闸时间比χ等基本概念,导出了一次过闸平均吨位G、闸室有效面积利用率λ、一次过闸平均时间T、日过闸次数n的计算公式。研究表明,通过能力计算时应分别取各船型为主的满档组合为基本船型组合,G、λ、T均应按ξ加权平均值计算,n可按χ加权平均值计算,也可按T直接计算。建议相关规范修订时,补充一次过闸平均时间的计算要求,进出闸速度宜区分为闸室内速度、引航道内速度。

关键词:船闸;通过能力;闸次比;时间比

1引言

一次过闸平均吨位、一次过闸时间是计算船闸通过能力[1]的重要参数。一次过闸平均载重吨位的确定一般常用船型(排列)组合法与单位船型法[2-3]两种。船型组合法是考虑各种设计船型尺度及其比重,结合船闸有效尺度进行组合确定。单位船型是根据设计船型及其艘数比重加权的平均船型,再结合闸室面积利用率确定一次过闸平均吨位。单位船型法尤其适用于船闸营运阶段的评价[4],在船闸设计阶段合理确定闸室面积利用率,仍然是一个难题。

一次过闸时间,应根据船舶、船队进出闸时间,闸门启闭时间,灌泄水时间,船舶、船队进出闸间隔时间等因索确定。周华兴建议引航道和闸室应采用不同的航速[5], 韦巨球认为应考虑双向过闸率[6],更合理地计算单向、双向运行方式的一次过闸时间。

本文结合金家堰省水船闸通过能力的计算,引入过闸闸次比、占用船闸时间比等基本概念,基于船型组合法,给出考虑闸次比的一次过闸平均吨位、一次过闸平均时间以及日过闸次数的计算公式,指出一次过闸时间,不仅要考虑单向、双向运行方式的差异,还应考虑不同船型组合条件下过闸时间差异。研究结果可供船闸通过能力计算和相关规范修订时参考。

2金家堰船闸总体设计

小清河复航工程金家堰船闸[7]位于右岸,基本尺度230 ×23 × 5.0 m(有效长度× 有效宽度×门槛水深),上闸首长41.2m、闸室长290m、下闸首长41.0m。引航道采用曲进直出的不对称布置,底宽为70m、最小水深4.65m,导航调顺段长230m、停泊段长300m。船闸最大工作水头H=5.4m,采用带一个省水池的短廊道集中输水系统布置方案,省水率33.3%。

过闸货种包括金属矿石、铝矾土、工业盐、散粮、造纸原料、煤炭、建材、钢材、其他、集装箱。预测设计水平年货运量上行2340万t、下行420万t,合计2760万t。1拖+6×1000吨级船队、1顶+2×1000吨级船队、1000吨级货船、60 TEU集装箱船(1050t)等4种设计代表船型见表1,货运量分担比pwi=60%、10%、28%、2%,艘(队)数比pi= 22.3%、11.1%、62.4%、4.2%。

3一次过闸平均吨位

随机排档时,表2满档组合的总概率32.5%,另有67.5%不满档。人工排档时,遵循先到先过,相同船型优先安排一次过闸,未满档时用小一级船型填补。船闸通过能力是在船闸、船舶、管理、环境等要素[8]的约束条件下可能达到货运量最大值,可取表2组合1、9、15、27为基本船型组合,对应的闸次比ξi=60.1%、20.0%、18.1%、1.9%。一次过闸平均吨位G的计算公式为:

4 一次过闸平均时间

各种组合的单向、双向过闸时间,可按规范[1]计算。

金家堰船闸n0=0.5,N=330d,β=1.3,上行α=0.90,计算得P=3784万t,满足预测上行2340万t的通过能力要求。其下游的金家桥普通船闸、王道省水船闸预测上行运量分别为3780万t、3860万t,统一基本尺度为230 ×23 × 5.0 m。

6结论

(1)船闸通过能力是在设施、船舶、管理、环境等要素约束条件下可能达到货运量最大值,应分别取各船型为主的满档组合为基本船型组合。组合数宜等于船型数,便于确定各种组合闸次比。

(2)一次过闸平均吨位、闸室有效面积利用率、一次过闸平均时间,均应按闸次比加权平均值计算。日过闸次数可按时间比加权平均值计算,也可按一次过闸平均时间计算,两者是等价的。

(3)建议相关规范修订时,进出闸速度宜分为闸室内速度、引航道内速度,可提高过闸时间计算精度,避免矛盾现象发生。

参考文献:

[1] JTJ305-2001, 船闸总体设计规范[S].

[2]王振喜. 关于船闸通过能力计算中若干问题探讨[J].水运工程, 1998(6): 19-22.

[3]陶桂兰,张玮,丁坚,等.船闸1次过闸平均吨位的确定[J].水运工程, 2003(4): 50-52.

[4]计浩耘,李志华,冯小检.三峡船闸一次过闸平均吨位初探[J].中国水运, 2010 (11):40-41.

[5]周华兴.船舶进、出闸室( 或船厢) 速度的商榷[J].水道港口,2001,22(3):14-17.

[6]韦巨球,赖子机,唐琨.船闸通过能力计算系数研究[J].水运工程, 2006(1): 59-62.

[7]佘然,夏高响. 金家堰枢纽平面布置方案比選研究[J]. 中国水运, 2018,18(9): 147-148.

[8]程梦瑶. 三峡船闸通过能力评价与影响因子研究[D]. 重庆交通大学, 2019.

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