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三峡

2020-01-03 10:07:30 中国水运 2020年12期

吴蓉 杨利 胡赛军

摘 要:三峡水运新通道和葛洲坝航运扩能工程实施后,三峡枢纽有五条船舶过闸通道,葛洲坝枢纽有四条过闸通道,三峡-葛洲坝枢纽水运新通道的联合运行方式将变得更加复杂。本文基于三峡新通道建设后饱和运行模式下,对三峡-葛洲坝枢纽水运新通道的联合运行方式进行了研究,包括枢纽通航建筑物联合运行的基本原则和三峡-葛洲坝枢纽水运新通道的联合运行方式。

关键词:三峡新通道;船闸;运行方式

1引言

三峡枢纽船闸是长江航运的关键节点,是长江经济带高质量发展的重要支撑[1],自三峡船闸2003年6月通航,通航十几年来,货物通过量从3400多万吨迅速发展到2019年的1.46亿吨,年均增长约18%,提前达到设计通过能力。同时,随着长江上游地区经济社会的快速发展,三峡枢纽通过能力不足的问题已经显现,三峡船闸通过能力不可能无限制提升,而过闸货运需求不断增长,根据预测2050年三峡枢纽过闸货运需求将达到2.5亿吨,三峡枢纽通过能力缺口明显,三峡新通道建设的相关研究亟需开展。本文主要对三峡新通道建设后饱和运行模式下,三峡枢纽水运新通道的运行方式进行了研究,包括枢纽通航建筑物联合运行的基本原则和三峡-葛洲坝枢纽水运新通道的运行方式。

2三峡-葛洲坝枢纽水运新通道的布置

三峡水运新通道和葛洲坝航运扩能工程(以下简称“工程”)是长江航运建设的重要工程,工程的建设可彻底解决三峡船闸供需矛盾大、船舶积压严重等问题,充分发挥黄金水道的航运效益,加快构建和完善区域综合立体交通体系。针对多种新通道方案,经综合比选,推荐三峡水运新通道一次新建两线船闸,葛洲坝枢纽新通道建议采用“三号船闸改建+左岸新建一线船闸”方案,推荐方案均布置于长江左岸[2]。该方案下新通道建成后,三峡枢纽将包括三峡一线(现在的三峡南线船闸)、三峡二线船闸(现有的三峡北线船闸)、三峡三线、三峡四线船闸和三峡升船机,葛洲坝枢纽将包括葛洲坝一号闸、二号闸三号闸及四号闸。本文将进一步研究该新通道方案下葛洲坝-三峡枢纽新通道联合运行方式。

3枢纽通航建筑物联合运行的基本原则

《三峡-葛洲坝水利枢纽通航调度规程》明确提出,三峡-葛洲坝水利枢纽通航设施实行“统一调度、联合运行”的调度方式,船舶过坝执行“一次申报、统一计划、分坝实施”的调度程序。船舶过坝调度原则[3]为:①安全第一、兼顾效率;②重点优先、分类控制;③先到先过、合理分流。

新通道建成后,三峡枢纽有三峡一线(原三峡南线船闸)、二线(原三峡北线船闸)、三线(新建)、四线(新建)、三峡升船机共五条船舶过闸通道,葛洲坝枢纽有四条过闸通道。现有的三峡-葛洲坝枢纽的船舶过闸吃水控制在4.3米以内,升船机控制在2.7米以内,未来的枢纽通航除了在遵循现有的枢纽设施运行原则外,将进一步根据船舶过闸尺寸、船型的不同,安排不同的船闸分流,保证两坝枢纽通航安全、高效、均衡运转。

综上所述,新通道建成后,三峡—葛洲坝水利枢纽通航设施联合运行遵循统一调度、联合运行、合理分流、安全高效、均衡运转的原则。

4三峡-葛洲坝枢纽水运新通道联合运行方式研究

4.1三峡新通道运行方式研究

新通道建成后,三峡枢纽有三峡一线(原三峡南线船闸)、二线(原三峡北线船闸)、三线(新建)、四线(新建)、三峡升船机共五条船舶过闸通道,其中三峡一线(原三峡南线船闸)、二线(原三峡北线船闸)、三线(新建)、四线(新建)可上行可下行,三峡既有船闸和新通道船闸作为多级船闸,一般采用单向运行方式。三峡升船机作为快速通道运用时,通过升船机的船舶从航向上看,既有上行,亦有下行。因此,三峡既有船闸和新通道船闸单向运行,三峡升船机应以迎向运行为主,三峡通道理论运行方式组合有16种。三峡升船机的运行受船舶过闸类型、尺度尤其是船舶吃水的影响较大,且升船机设计为迎向运行,可上行或下行,其运行方式可根据船舶申报及实际运行情况做灵活调整。

饱和运行模式下,从运行均衡角度考虑,三峡一至四线船闸应两线上行、两线下行,理论上有如下六种运行方式排列组合。三峡船闸理论运行方式组合如表1所示。

根据三峡船闸设计标准,三峡一线船闸、二线船闸船舶最大吃水4.3m,未来随着国家“一带一路”和长江经济带战略的深入实施,川江船舶“江海直达”亦是发展必然趋势。未来三峡新通道代表船型110~135 m×16.3 m-25 m x5.5 m作为船舶发展的主力船型,因此,新建的三峡三线、四线通道预期可通过船舶的最大吃水预期将大于既有的三峡船闸的4.3米吃水[4]。可以看出,组合A和组合B的运行方式使得引航道内船舶会遇次数最少,船舶航行风险较低。但是由于新、老船闸的过闸吃水控制不同,使得这A种船闸运行组合方式下,上行吃水超过4.3m的船舶无法通過三峡枢纽,B种船闸组合方式下,下行吃水超过4.3m的船舶无法通过三峡枢纽。因此,为满足吃水超过4.3m的船舶双向过坝需求,三峡三线船闸、四线船闸应一线上行,一线下行。从上下行均衡角度来看,三峡一线船闸、二线船闸相应需一线上行、一线下行。因此,运行方式组合A、B应摒弃,可供选择的运行方式组合为C、D、E、F。

运行方式组合C,既有通道和新通道,交通流流向完全悖离船舶各自靠右航行的通常习惯,船舶从引航道进船闸和从船闸进引航道,航路交叉严重,安全风险较大。运行方式组合D,下游出四线船闸船舶与上行进二线船闸、三线船闸船舶航路交叉(见图1),上游下行进四线船闸船舶与上行出二线船闸、三线船闸船舶航路交叉。运行方式组合E上下游同样各有两线航路交叉。因此,组合C、D、E的运行方式将使得上下游引航道的船舶交叉次数增加,船舶航行风险变大,同时船舶会遇次数的增加也会使得船舶上、下行的等让时间相应增加,不利于船舶有序待闸,从而影响闸次的的运行效率。

运行方式组合F而言,下游仅下行出三线船闸船舶仅与上行进二线船闸船舶航路交叉(见图1)。上游仅上行出二线船闸船舶与下行进三线船闸船舶航路交叉。上下游各有一线航路交叉。

综上所述,饱和运行模式下,从安全和效率的角度出发,组合A、B、C、D、E的运行方式均非理想运行模式,组合F是最优选择,研究推荐三峡通道采用此运行方式。

4.2葛洲坝通道运行方式研究

葛洲坝船闸可迎向运行,可单向运行,理论上的运行方式组合更为复杂。长江三峡通航管理局曾多次组织葛洲坝一、二号船闸不同运行方式下的通航效率观测实验,包括迎向运行,单向上行、单向下行,连续多闸上(下)行换连续多闸下(上)行。根据实际运行经验,葛洲坝一号闸下行换上行闸次时间间隔需150min,上行换向下行时闸次时间间隔需100min,均高于单向运行闸次时间间隔90min。葛洲壩二号闸多年的时间运行统计数据表明,单向运行比迎向运行闸次间隔时间平均节约10分钟左右。因此,近年来葛洲坝一、二号船闸一直沿用单向运行为主的运行方式。葛洲坝船闸迎向运行时,上下游引航道内交通流线路最多可达到八线,安全可控度低。葛洲坝船闸单向运行时,上下游引航道内交通流线路最多为四线,安全可控度相对较高。

因此,从提高运行效率的角度,葛洲坝航运扩能工程实施后,葛洲坝船闸仍以采用单向运行方式为宜。而且,单向运行方式下,同一航路维持同向交通流,能显著减少交通流线路数量,减少船舶对会和航路交叉,提高安全可控度。

葛洲坝船闸采用单向运行方式时,从运行均衡以及两坝匹配运行角度考虑,一至四号船闸应对应三峡船闸一至四线船闸即两线上行、两线下行。葛洲坝船闸采用单向运行方式时,理论上运行方式组合见下表3。

葛洲坝一号船闸、二号船闸船舶最大吃水4.3m,三号船闸、四号船闸船舶最大吃水与新建的三峡三、四号闸一致。同样,为满足吃水超过4.3m的双向船舶过坝需求,葛洲坝三号船闸(新)、四号船闸应一线上行,一线下行。从上下行均衡角度计,三峡一线船闸、二线船闸相应需一线上行、一线下行。因此,运行方式组合A、B应摒弃。

考虑到葛洲坝一号船闸和大江上下游航道河势未安排改建改造,葛洲坝一号船闸下游无靠船墩,上行船舶待闸条件差,坝下笔架山水域、卷桥河水域,坝上南津关水域流速大、流态差,汛期和丰水期,三峡出库流量超过10000m3/s时,上行船舶航行经此航段明显困难,曾数次发生上行失速的险情。目前葛洲坝一号船闸的运行方式,非枯水期一般为单向下行,枯水期单向运行、定期换向放行大吃水船舶。葛洲坝扩能工程实施后,大吃水船舶无需通过葛洲坝一号闸换向放行,因此葛洲坝一号船闸宜采用单向下行的运行方式。运行方式组合C、F应摒弃。

就运行方式组合D和E相比较而言,组合方式E中间一线(进出三号船闸)交通流与左右两侧交通流均为异向,船舶对会风险高。运行方式D,中间一线交通流与一侧为同向,在考虑航路交叉时可以航路合并,船舶对会风险相对较低,安全可控度相对较高。

因此,推荐葛洲坝枢纽通航建筑物运行方式为D组合,如下表4所示。

5结论

针对三峡水运新通道一次新建两线船闸,葛洲枢纽新通道采用“三号船闸改建+左岸新建一线船闸”的新通道方案,本文研究得出,新通道建成后,三峡—葛洲坝水利枢纽通航设施联合运行遵循统一调度、联合运行、合理分流、安全高效、均衡运转的原则。在“通航环境、通航条件处于正常情况;上下行船舶交通流平衡;过闸需求旺盛、船闸处于饱和运行情况;三峡多线多级船闸与葛洲坝多线单级船闸联合交通组织、统一调度”的前提下,新通道建成后三峡—葛洲坝枢纽通航建筑物宜采用单向运行方式,其联合运行基本方式为:(1)三峡一线船闸下行,二线船闸上行,三线船闸下行,四线船闸上行,升船机迎向运行;(2)葛洲坝一号船闸下行,二号船闸上行、三号船闸(新)上行,四号船闸下行。

参考文献:

[1]袁子文,刘长俭.尽快开工建设三峡枢纽水运新通道  推动长江经济带高质量发展[J].中国水运,2019(07):17-19.

[2]高艳娇,徐玮,王苑,吴俊东.三峡水运新通道和葛洲坝航运扩能工程对长江三峡风景名胜区影响初探[J].环境影响评价,2020,42(02):90-96.

[3]《三峡(正常运行期)-葛洲坝水利枢纽通航调度规程》.

[4]张绪进,吴澎,王召兵,马希钦.三峡新通道研究进展及主要技术问题[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2016,35(S1):33-40.