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三峡升船机通行船舶船型平面尺度

2021-03-22张义军

水运管理 2021年2期
关键词:船型

张义军

【摘 要】 为确定适合升船机通行的船舶船型,在技术规范和相关研究成果的基础上,统计2 200多艘次船舶试验数据,采用概率统计方法对不同长度和宽度范围的船舶进出三峡升船机的时间进行分析。结合三峡船闸通行船舶协调性需求,提出适合通行升船机的船舶船型的平面尺度指标控制要求,为合理优化升船机通航船舶船型技术要求提供技术支撑。

【关键词】 三峡升船机;船型;平面尺度;承船厢

0 引 言

长江三峡水利枢纽升船机(以下简称三峡升船机)是三峡工程的通航设施之一,2016年9月18日起投入试通航,与三峡船闸联合运行。三峡升船机承船厢有效长度为110 m、有效宽度为18 m,通过的船舶须控制排水量不得超过 t。截至2019年底,三峡升船机累计运行了厢次,通过船舶艘次、旅客35.8万人次、货物通过量323.0万t。升船机的运行为重点船舶提供快速过坝通道,较好地发挥了过坝分流功能,提高了三峡枢纽的航运通过能力。为提高升船机日常运行效率,交通运输部门组织开展了大量关于适合通过升船机的船舶船型尺度的研究。

1 相关技术规范和研究成果

1.1 设计代表船型

根据《三峡工程升船机D阶段设计报告》等设计文件,适合升船机通行的代表船型如下:

(1)单船(客货船设计排水量3 000 t):84.5 m ?17.2 m ?2.65 m (长卓韤壮运峦?

(2)船队(货驳单船设计载货量1 500 t):109.4 m ?14 m ?2.78 m。

1.2 升船机设计规范要求

按照《升船机设计规范》,承船厢有效尺度可按下式计算。

式中:L、B分别为承船厢有效长度和有效宽度,m;l1、b1分别为设计最大船舶或船队的最大长度和宽度,m; l2、b2分别为船舶两端富余总长度和两侧富余总宽度,m。《升船机设计规范》推荐l1应按已建同级别的升船机确定或取3~7 m,b2应兼顾设计水深、船舶或船队进出承船厢速度要求,可取0.8~1.2 m。

考虑到我国尚无已建与三峡升船机同级别且运行实践成熟的升船机,可反算船舶最大长度为113~117 m、最大宽度为16.8~17.2 m。

1.3 相关技术研究成果

交通运输部在三峡后续工程规划中立项开展的《三峡升船机通航与运行保障关键技术研究》,提出升船机通行船型平面尺度技术要求为总长≤110 m、总宽≤17.2 m,并在此基础上初步制订了三峡升船机通航船舶船型主尺度系列,与长江水系(主要是长江干线)过闸运输船舶标准船型主尺度系列的平面尺度相衔接。

2 不同平面尺度船舶通过升船机的效率

随着升船机运行维护和管理技术的日益成熟,三峡升船机的运行稳定性较初期有了较大的提高。升船机升降一趟,设备运行约需25 min,因此船舶进出升船机用时成为影响升船机运行效率的决定性因素。在三峡升船机试通航以来,三峡管理部门根据升船机的实际运行情况,组织观测了艘次船舶进出承船厢时间,囊括了可能通行升船机的船舶类型主要有客船、商品汽车运输船、集装箱船、货船(普通干散货,下同)、其他船舶(工程船、执行公务的交通艇等)等五大类。

2.1 船长对船舶进出承船厢用时的影响

将船长按照≤80 m、(80,90] m、(90,100] m、(100,105] m和(105,110] m分为5个范围进行分析,分别计算上、下行船舶进出承船厢用时的概率密度,得到不同长度范围的船舶进出承船厢用时的概率密度曲线,见图1。

由图1可知,长度在105 m以上的所有船舶平均进出承船厢时间较长度在105 m及以下的船舶平均进出承船厢时间增加约26 min。上、下行每档船舶进出承船厢用时范围见表1。不同长度船舶进出承船厢时间概率分布曲线见图2。不同概率水平下船舶进出承船厢时间分布见图3。

由图2、图3可知,90~105 m的船舶进出承船厢用时基本相当,当船长超过105 m后,上行船舶在不同概率水平下进出承船厢的时间平均增加约15 min,而船长对下行船舶进出承船厢的时间影响并不显著。

2.2 船宽对船舶进出承船厢用时的影响

将船宽按照≤11 m、(11~14] m、(14~16.3] m和>16.3 m等4个范围进行分析,对每个范围计算上行船舶和下行船舶进出承船厢用时的概率密度,得到不同宽度船舶进出承船厢用时的概率密度曲线,分别见图4。

由图4可以看出,宽度16.3 m以上的船舶平均进出承船厢时间较宽度在16.3 m及以下的船舶进出承船厢时间延长约9 min。上行、下行每档船舶进出承船厢用时范围见表2。

不同宽度船舶进出承船厢时间概率分布曲线见图5。

在不同概率水平下,不同宽度船舶进出承船厢时间分布见图6。

由图5、图6可以看出:当船舶上行时,在80%以上的概率水平下船宽为11~16.3 m的船舶进出承船厢最大时间基本相当;当船舶下行时,船宽增加,进出承船厢用时总体上增加,船宽为11~14 m、14~16.3 m和超过16.3 m这三档船舶在不同概率水平下最大时间平均每档增加约5 min。

3 三峡船闸通行船舶协调性需求

因三峡升船机提供的通航能力有限,三峡枢纽货物仍以通过三峡船闸为主。2019年三峡船闸货物通过量达到1.46亿t,超出设计指标46%。从现有船闸运行指标来看,无论是船闸运行天数、闸室利用率、一次过闸吨位以及设备运行保障率,还是船闸通过能力,均达到或超过了设计参数。在现有通航条件下,船闸通航效率已得到较为充分的发掘,进一步采取管理措施挖潜扩能的空间已十分有限。过坝船舶待闸常态化,船舶易积压且疏散缓慢,2019年大坝上下游日均待闸船舶495艘次,过坝船舶平均待闸时间83.3 h,正常情况下需要等待3天以上才能通过。

三峡船闸闸室内船舶集泊的最大平面尺度为长266 m、宽32.8 m,为充分发揮船闸运行效率,交通运输部积极推进长江干线过坝船型标准化,将通过三峡船闸的船舶最大宽度控制在16.3 m以内。在升船机停航检修期间,通常通过升船机的船舶只能通过三峡船闸过闸,因而升船机的适机船舶船型需要充分考虑与三峡船闸通行船舶的协调性,以免降低三峡船闸通航效率。当前过闸统计数据显示,由于过坝船舶日益大型化,最大宽度16.3 m以上的船舶在通过三峡船闸时,能安排与其搭配过闸的船舶数量非常少。若安排大量宽度16.3 m以上的船舶过闸,将显著降低三峡船闸的通航效率,加剧枢纽通过能力不足的矛盾。

4 结 语

从船舶通过升船机效率和与船闸通行船舶协调性方面来看,最大船宽不超过16.3 m且最大船长不超过105 m将是目前升船机通行船舶船型平面尺度的合理选择,有利于更好地发挥升船机通航分流和快速过坝通道功能,实现三峡船闸和三峡升船机综合通过能力的最大化。若未来借助三峡水运新通道工程来提升三峡枢纽及葛洲坝枢纽通过能力,大坝上下游水域船舶待闸状况将得到明显改善。若将通过三峡升船机船舶的最大船宽、最大船长分别提升至17.2 m和110 m,则有利于满足船舶所有人建造大型船舶以节约营运成本、发挥船舶运输效益以及客船旅游舒适化等需求,实现水上客货运输服务能力和服务水平的提升。

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