船舶过闸组织方式对三峡船闸运行效率的影响

张义军

摘 要：通过分析三峡船闸运行过程各个环节所需时间，找出了缩短船舶进闸及移泊时间是提高三峡船闸运行效率的挖潜方向。根据船舶进闸、移泊时间相关的因素，采用规范公式测算船舶采用依次进闸和并排成组两种组织方式下三峡船闸日运行闸次数，为挖掘三峡船闸运行效率提供理论支撑。

关键词：过闸组织 闸次间隔时间 进闸时间 移泊时间 日运行闸次数 运行效率

三峡工程蓄水后，三峡库区的通航条件发生了重大变化，促进了长江航运发展。三峡双线五级船闸是长江中西部咽喉要道，已经成为长江黄金水道的关键节点。自2003年运行以来，过闸货运量以年均16.6%的速度增长，2011年过闸货运量已突破亿吨，2011年——2013年连续三年通过三峡船闸的上行船舶货物运量超过设计值5000万吨，随着沿江经济社会的平稳较快发展，过闸货运需求将继续保持快速增长，对提高船闸运行效率，充分发挥船闸通过能力提出了新的要求。

通过船闸运行现状与状设计参数相比较，得出合理调整船舶过闸组织方式能够有效的提高船闸运行效率的设想，为验证这一设想，对不同的船舶过闸组织方式进行了效率测算，为管理部门进一步挖潜船闸运行效率提供参考。

三峡船闸运行状况及挖潜方向

1、船闸运行方式

三峡船闸采取单向连续过闸的运行方式，一线上行，一线下行。由于船闸上、下游水位随季节变化很大，在不同的水位组合情况下，三峡船闸可分别采用四级和五级运行方式。一般情况下，三峡库区水位在145m～152.4m时，船闸只使用后四级运行，第一闸室为过船通道，约为3个月时间。当库区水位高于152.4m时，船闸五级运行，约为9个月时间。

2、船闸运行效率

三峡船闸每天实际工作时间为24h，船闸的日运行闸次数 =24×60/闸次间隔时间，即缩短闸次间隔时间可以有效的提高船闸运行效率，增加船闸的日运行闸次数。2012年开始，正常情况下，三峡两线船闸运行闸次一般达到31个，在现行的组织方式下，实现了高水平运行。

3、闸次间隔时间构成

船舶过闸过程包含4个开关门过程、2个冲泄水过程、1个船舶进闸过程和1个出闸（移泊）过程。闸次间隔时间由船闸人字门启闭时间、输水时间、船舶进闸时间以及移泊时间构成。根据《船闸总体设计规范》及三峡船闸实际运行状况，闸次间隔时间可按下式表述：

T=4t1+t2+2t3+t4+2t5（1）

式中：t1—开门、关门时间（min）；t2—第一个单元进闸时间（min）；t3—闸室灌水或泄水时间（min）；t4—第一个船舶单元移泊时间（min）；t5—船舶进闸及船舶移舶间隔时间（min）。t1、t3主要与船闸设备运行状况及船闸运行方式相关，t2、t4、t5的取值与选择的进闸集结地点、速度控制、进闸及移泊时的船舶单元数量相关。

3.1设备运行时间

近年来，三峡通航管理部门通过采取多种措施改善船闸运行条件，使得人字门启闭时间、输水时间总体达到设计水平，不存在挖潜空间。

3.2船舶进闸及移泊时间

三峡船闸设计船型采用船队，每队船舶作为一个单元进闸，船舶进闸时间和移泊时间分别为10.8min和8.9min。实际运行中，以单船居多，船队极少，2011年以来在过闸船舶中所占比例不到1%，每闸次一般通过4～5个船舶单元，多艘船舶依次进闸、移泊和系解缆，导致了船舶的进闸时间和移泊时间均高于船队。目前船舶进闸时间约30-40min，移泊时间约20分钟。通过对比发现在缩短船舶进闸和移泊时间在提高运行效率上存在一定挖潜空间。

提升三峡船闸运行效率方法

通过采用不同的船舶过闸组织方式可以影响到每次过闸的船舶单元数量，设想如果通过采取某些措施，使得单船过闸方式与船队过闸方式接近，使得每一闸次的船舶在进闸、移泊过程中部分或全部“同步走”，每次过闸的船舶单元数量减少，进而可以减小船舶进闸和移泊所需的时间，提高船闸运行效率。

三峡船闸上下游靠外侧设置有浮式导航墙和靠船墩供进闸船舶待闸。过闸船舶（队）按照根据先后顺序在导航墙处集结后依次进入闸室。从2012年和2013年全年过闸统计资料来看，一次过闸船舶艘次分别为4.6艘/闸和4.3艘/闸，通过对部颁标准船型的组合来看，一次过闸船舶艘次一般不低于4艘。因此以每一闸室5艘船舶为例来进行研究，可以采用船舶两两并排的方式（简称并排成组），则船舶单元数量减少到3个。理论上可实现缩短船舶进闸时间和移泊时间的目的，日运行闸次数可以会有一定幅度的提高。因此利用规范公式对船舶实行依次进闸、并排成组2种不同的过闸组织方式进行效率测算。

效率测算

1、测算指标确定

1.1开关门时间

船闸设备运行时间总体达到设计水平，在现有条件下，人字门运行时间一般不会改变（表1）。

由表1可知，在三峡船闸五级运行状况下，船舶下行：4t1=（572+452）/60 ≈ 17min；船舶上行：4t1=（397+396）/60 ≈ 13min。四级运行状况下，船舶下行：4t1=（452+401）/60 ≈ 14min；船舶上行：4t1=（397+396）/60 ≈ 13min。

1.2船闸灌、泄水时间

三峡船闸输水时间已经达到设计要求，在现有技术条件下，船闸的输水时间也不会发生改变（表2）。

由表2可知，在三峡船闸五级运行状况下，船舶下行：2t3≈ 22min；船舶上行，2t3≈ 21min。四级运行状况下，船舶下行：2t3≈ 23min；船舶上行2t3≈ 22min。

1.3第一个单元进闸时间

第一个船舶单元的进闸时间与船舶进闸距离及允许的速度有关。依据现有的通航管理办法，船舶进出三峡船闸的航速不得超过1.0米/秒。船舶的进闸距离由导航墙与一闸室闸门连接段距离以及进入闸室后减速至停好的距离。前者与船舶待闸集结区域有关，为一固定距离，其长度约为50米，此过程为一加速过程，船舶从导航墙解缆并由静止加速至1m，平均速度可取0.5m/s，所需的时间约为1.7min。后者与闸室内船舶单元数量相关，船舶单元越小，船舶惯性越小，操纵就越灵活，受船闸口门变窄的影响要小。endprint

采用依次进闸方式，单一船舶抵达闸门后开始停车减速直到停好，这段距离约为266m，此过程为一减速过程，平均速度约为0.5m/s，需时约为8.9min，因此有t2= 1.7+8.9=10.6min。

采用并排成组方式，则2艘单船组成的船舶单元进闸速度会下降，经观察、统计及实船试验测定，会增加进闸时间约为2min，即t2= 1约为12.6min。

1.4第一个单元移泊时间

同理，第一个船舶单元的移泊时间与船舶移泊距离及允许的速度有关，依据现有的通航管理办法，通过三峡船闸的船舶在闸室间移泊的航速不得超过0.6 米/秒。船舶由第一闸室移泊至第二闸室，实际移泊距离为330m，同理，船舶有一个加速到0.6m/s，后来又减速到0m/s的过程，平均速度可按0.3m/s取，因此船舶单元移泊时间t4约为18.3min。

1.5船舶进闸及船舶移舶间隔时间

船舶进闸及船舶移舶间隔时间与船舶单元数量相关，通过操纵运动模拟数值仿真计算，进闸过程中前后两个船舶单元纵向间距应大于0.5×（L1+L2）（L1、L2分别为前后排船舶单元船长，即1个平均船长），三峡船闸集泊尺度为266m，依次进闸和并排成组方式时，纵向平均间距可按88.7m取，当船舶单元与前一船舶单元距离小于1个平均船长时，开始作减速运动，平均速度按照0.5m/s取。

采用依次进闸方式，有5个船舶单元，进闸或移泊过程中存在4个间隔，首尾船舶单元解系缆（解缆、系缆各1min，下同）时间按2min取，因此所需间隔时间t5= 4×88.7/0.5/60+2=13.8min，2t5取27.6min。

采用并排成组方式，有3个船舶单元，进闸或移泊过程中存在2个间隔，所需间隔时间t5约为7.9min，2t5取15.8min。

2、不同组织方式下的船闸运行效率

将上述取值代入式（1），各种过闸组织方式下闸次间隔时间和日运行闸次数测算分别为：

采用依次进闸方式，三峡船闸五级运行时，船舶上行闸次间隔时间T约为90.5min，日运行闸次数为15.9个；船舶下行闸次间隔时间T约为95.5min，日运行闸次数为15.1个。三峡船闸四级运行时，船舶上行闸次间隔时间T约为91.5min，日运行闸次数为15.7个；船舶下行闸次间隔时间T约为93.5min，日运行闸次数为15.4个。按照每年三峡船闸四级运行时间约3个月、五级运行时间约9个月来加权平均，则两线日均运行闸次数为31.03个，

采用并排成组方式，三峡船闸五级运行时，船舶上行闸次间隔时间T约为80.7min，日运行闸次数为17.8个；船舶下行闸次间隔时间T约为85.7min，日运行闸次数为16.8个。三峡船闸四级运行时，船舶上行闸次间隔时间T约为81.7min，日运行闸次数为17.6个；船舶下行闸次间隔时间T约为83.7min，日运行闸次数为17.2个。加权平均日均运行闸次数为34.65个，高出依次进闸方式3.63个，可提高运行效率11.7%。

结束语

综上分析，通过推行并排成组方式组织船舶过闸提高运行效率比较符合实际，现阶段通航管理部门已经开始投入实施，提升约1成的运行效率，增加三峡船闸年货物通过量上千万吨。

参考文献：

[1]刘紫凌、田建军、冯国栋. 三峡船闸年货运量首破亿吨大关[Z].新华社.2011-12-25.

[2]长江水利委员会.长江三峡水利枢纽永久船闸单项工程初步设计报告[R].1994.

[3]交通运输部.长江水系过闸运输船舶标准船型主尺度系列[Z].2012.

[4]交通部.三峡工程初期运行期通航管理办法[Z].2006-8-8.

[5]陆志才.船舶操纵[M].大连：大连海事大学出版社，2006 32～37.

（作者单位：长江三峡通航管理局）endprint