邹 静，杨 利，南 航

(长江三峡通航管理局，湖北 宜昌 443002)

三峡升船机目前已进入试通航阶段。三峡升船机的投入使用，将提高三峡枢纽通过能力，在一定程度上缓解三峡枢纽通航的紧张局面，并通过和葛洲坝枢纽联合运行，发挥升船机快速通道功能，最大化发挥梯级枢纽的整体通过能力。

由于受到三峡升船机船厢结构强度的限制以及防止进出升船机船舶因总排水量过大而发生触底，为保障通航安全，通过升船机的船舶总排水量不能超过3 000 t。在三峡升船机的调度具体工作中，必须对船舶总排水量进行判定或校核，而当前并没有科学准确的方法可供参考。因此，必须尽快提出科学准确、方便易行的判定或校核船舶总排水量的方法，以确保升船机通航安全，维护升船机调度的公正性。

1 不同类型船舶三维尺度与排水量的对应关系

为了掌握在总排水量不超过3 000 t的要求下，通过三峡升船机不同类型的船舶对应的吃水及排水量的具体情况，搜集近3年实际过坝的4类船舶(客船、商品汽车运输船、集装箱船、普通货船)的吃水和排水量数据，结合过坝船舶申报信息中船舶的长、宽、吃水等数据进行统计分析，以确定适宜通过三峡升船机的不同类型船舶在不同的长、宽、吃水区间内所对应的排水量，分析结果见表1[1]。

表1 排水量≤3 000 t时不同类型船舶排水量数据

注：排水量数据取同型或尺度区间内船舶总排水量最大值。

2 基于船舶三维尺度的排水量计算公式

从三峡升船机的运行安全以及维护三峡升船机的调度公正考虑，必须采用一种科学、合理的测算方法来判定过坝船舶能否符合通过三峡升船机的技术要求。

本文针对通过三峡河段的过闸船舶，重点研究基于船舶三维尺度计算船舶总排水量的方法。

2.1 方形系数的分布统计

以2015年过闸的船舶数据为基础样本，筛选出总长L≤110 m、总宽B≤17.2 m的干散货船、集装箱船、客船、商品汽车运输船共1 997艘。在分别计算这4类船舶的方形系数CB后，得出CB的最小值、最大值和平均值的统计结果以及散点分布，见表2及图1。

表2 过坝船舶的方形系数

图1 4类船舶的方形系数与排水量对应关系

2.2 通过三峡升船机的船舶排水量计算经验公式

由前文各船型CB的分布可看出，根据船舶型线的特点，同一船舶的CB随吃水增大而增大。为保证升船机的运行安全，采用船舶满载吃水时的方形系数计算通过三峡升船机的船舶排水量，可保证计算值不大于实际排水量，计算公式为[2]：

Δ=CBfLBd

(1)

式中：Δ为船舶排水量；d为船舶吃水；CBf为满载吃水的方形系数，其值为Δf(LBdf)，其中Δf为满载排水量，df为满载吃水。计算方形系数时采用统一的船长L和船宽B，则经验公式为：

Δ=Δfddf

(2)

2.3 经验公式的优化

为了更准确地估算通过三峡升船机船舶的排水量，需要对船舶总排水量计算经验公式进行改进优化。引入参数空载吃水dl和空载排水量Δl，将船舶总排水量计算经验公式修改为：

Δ=Δl+(Δf-Δl)(d-dl)(df-dl)

(3)

式中：d为当前船舶实际平均吃水，计划编制员在使用该公式时，d取船舶申报吃水；df为船舶满载吃水；Δf为船舶满载排水量。

2.4 优化后的经验公式验证

为了评估两个经验公式的计算精度，采用船舶静水力曲线计算方法进行验证。以2015年实际过坝船舶为试验船舶(2015年实际过坝船舶中符合三峡升船机集泊尺度的船舶有893艘，其中干散货船442艘、集装箱船292艘、客船121艘、商品汽车运输船38艘)，搜集试验船舶的申报数据以及当前航次的船舶总排水量数据，将经验公式计算结果与静水力曲线计算结果进行比较，再计算误差，分析结果见表3。

从表3的结果来看，式(3)较式(2)的计算精度有了很大提高。因此，式(3)可作为三峡河段过坝船舶总排水量计算的经验公式来判定过坝船舶的总排水量是否满足不大于3 000 t的通过要求。

表3 经验公式计算结果与静水力计算结果的误差

3 通过三峡升船机船舶排水量的校验技术

经过前文分析，式(2)、(3)是可行的，这为通过三峡升船机的船舶总排水量校验技术研究奠定了基础。但在实际工作中，作为航运调度部门，承担着安全源头控制责任，在判定船舶总排水量时要确保三峡升船机的运行安全，因此，在计算船舶总排水量时采用精度较高的式(3)较为适宜。

从船舶总排水量校验技术的角度来说，应分为两个阶段进行校验，第一阶段采用现行的校验方法，第二阶段采用理论公式进行校验，只有两个阶段的船舶排水量校验结果都小于3 000 t时，则可判断某艘船舶的总排水量满足三峡升船机的技术要求。

3.1 现行的校验方法

现行的校验方法是按照升船机的集泊尺度对过坝申报船舶的总长和总宽以及吃水进行初步筛选，对于符合升船机集泊尺度的过坝申报船舶进行总排水量的校验。

现行的船舶总排水量Δ的校验公式是利用三峡航运调度系统中过坝船舶申报数据进行船舶总排水量的初步校验，公式为[3]：

Δ=Δl+m+C

(4)

式中：Δl为空载排水量；m为实际载货量；C为船舶常数，取值受船型和尺度的影响，为从源头上保障三峡升船机的运行安全，在广泛征求意见后，船舶常数的取值上采取“从大从严”的原则，按照船舶满载排水量的5%取值。

通过上述校验公式计算可判断符合三峡升船机集泊尺度的过坝申报船舶的总排水量是否超过3 000 t，对总排水量未超过3 000 t且符合三峡升船机集泊尺度的过坝申报船舶，许可其通过三峡升船机。

3.2 通过三峡升船机船舶总排水量的校验方法

由于现行的校验方法只适用于估算过坝申报船舶的总排水量，精确度不高，对于船舶总排水量在3 000 t临界点附近的申报船舶，难以准确判断其排水量是否符合要求。

据前文分析，式(3)作为计算通过三峡升船机船舶总排水量的经验公式较为合理。结合现行的校验方法，对于同一艘船舶，将式(4)与式(3)、船舶总排水量曲线进行对比，见图2。其中，式(4)是连接原点和满载状态点的一条直线，表示为控制线1；式(3)是连接空载状态点和满载状态点的一条直线，表示为控制线2。

图2 计算船舶总排水量对比

根据图2和相关分析，提出计算过三峡升船机船舶总排水量的校验方法：在船舶总长、总宽、吃水满足三峡升船机限制要求(总长L≤110 m、总宽B≤17.2 m、吃水d≤2.7 m)的情况下，可按如下步骤进行判断：

1)当满载排水量Δf< 3 000 t、当前实际吃水d≤满载吃水df时，可直接判定该船舶总排水量符合升船机要求。

2)当Δf≥3 000 t、d

3)若当前船舶总排水量Δ≤3 000 t，则初步校验该艘船舶总排水量符合要求，进行二次校验；否则直接判定该船舶总排水量不满足要求。

4)对于初步校验通过的船舶，还必须进行二次校验，二次校验利用式(3)重新计算。

5)若二次校验的总排水量Δ仍然不大于3 000 t，则可判定该船舶总排水量符合升船机要求。

6)若过坝船舶不认可判定结果时，则由船方提供船舶静水力曲线表数据，再次进行计算判断。

上述校验方法的原则是：初步校验和二次校验结果必须都在3 000 t以内，才能判定船舶总排水量是符合升船机通过要求的；任何一次校验结果不在3 000 t以内，都直接判定船舶总排水量不符合升船机通过要求。上述船舶总排水量的校验方法是由简到繁，初步校验只需要空载吃水dl和载货量m两个数据，二次校验需要再增加空载排水量Δl和满载吃水df等数据，其计算精度也随之提高。

4 结语

1)本文利用船舶方形系数、满载吃水等参数，总结出了快速计算通过三峡升船机船舶的排水量经验公式，并对公式进行改进优化，使其精度满足要求，计算误差在150 t以内。

2)利用经验公式总结出通过三峡升船机船舶排水量初次校验和二次校验的方法，该校验方法快速、准确。