提高兴隆船闸和汉江综合通过能力的对策分析

胡克斌,朱乔航,叶 铮

(湖北省汉江兴隆水利枢纽管理局，湖北 武汉 430062)

1 兴隆船闸运行现状

兴隆水利枢纽是汉江中下游梯级开发的最末一个梯级，兴隆船闸作为兴隆枢纽的重要组成部分，采用单线一级船闸，对应航道等级Ⅲ级(1000t)，闸室有效尺寸为180m×23m×3.5m(长×宽×槛上水深)。

随着汉江航道条件改善和地方经济飞速发展，兴隆船闸货物通过量近年来呈现迅猛增长势头，是目前汉江沿线最繁忙的通航设施。自2013年4月正式运行以来，船闸通过能力逐年提高(见表1)，2017年过船数增至10491艘，年货运量增至523.8万t，与2013年相比增幅分别为113%和264%，有效促进了汉江航运发展，见表1。

表1 兴隆船闸历年通航情况统计表

为满足航运需求，兴隆船闸日平均开闸次数也由运行初期的3.2次增加到2017年的8.5次，日均通航时间约10h，基本满足船舶过坝需求。尽管如此，在遇下游枯水期、货运高峰时段等非正常状态时，船闸通过能力仍显不足，存在部分船舶待闸现象。

2 船闸设计通能力与实际情况对比分析

2.1 设计通航能力

兴隆船闸设计代表船队近期为1+4×500t，预测年货运量566.5万t，其中下行491.3万t；远景为1+4×1000t，预测年货运量990.5万t，其中下行878.8万t。船闸设计通过能力计算所用的基本参数为：船闸年通航天数335d；日工作小时22h；运量不均衡系数1.3；船舶装载系数0.75；日非运货船过闸次数2次；平均过闸间隔时间44.38min；日均过闸次数29.74次。

2.2 设计通过能力与实际通过能力比较

2.2.1 一次过闸平均载重

根据《初涉报告》给出的参考船型(队)推算出近期和远景的一次过闸平均载重吨位分别为1153.8t和2307.7t，2017年船闸实测值为1806.2t。仅从数据本身看，兴隆船闸的一次过闸平均载重吨位已超过设计近期年份水平。

2.2.2 平均过闸间隔时间

设计推算的平均过闸间隔时间为44.38min，根据船闸多年的运行数据计算的平均值为65min，比设计指标多出20min。分析原因主要是兴隆船闸上闸首设有一座兼顾坝面交通需要的顶升式钢结构活动桥，不顶升时桥下净空高度常年保持在7.5m，可基本满足500t级以下船舶通行净空要求。但随着船舶大型化发展，高度低于7.5m的船舶已不多见，导致活动桥几乎每闸必顶，活动桥运行耗时约15min，但设计并未考虑到该因素的影响。

2.2.3 日均过闸次数

设计理论取值是单向29.74个闸次，按兴隆船闸现有工况核定的每日最大单向闸次为20.3次。目前，兴隆船闸是根据每日实际报港船舶过闸需求，适时调整当天的通航时间和开闸次数，以2017年为例，日平均开闸数为8.5次，最高达12次。

2.2.4 船舶装载系数

设计船舶装载系数选用值为0.75，根据兴隆船闸近年统计数据来看，下行基本满载，上行少量满载且每年有所提升，推算其下行船舶的装载系数为0.9，上行船舶的装载系数为0.3，双向平均约0.6略低于设计值。

2.2.5 年货运量

兴隆船闸设计近期年货运量为566.5万t，2017年兴隆船闸实际货运量为523.8万t，基本达到设计能力，预计2018年货运量将超过设计近期水平。另外，设计预测船闸下行货运量占比为86.7%，但根据5年来实际数据测算，年平均下行货运量占比为77%，其中2017年为72.6%，说明随着货运需求的扩大，在下行船舶基本保持满载的情况下，上行船舶装载率也在提升。船闸设计通过能力与实际通过能力的计算参数具体见表2。

3 影响船闸通过能力的主要因素

虽然现阶段年货运量已接近设计近期水平，但目前货运需求并未饱和，船闸的日均通航时间仅为9.2h，只占设计值的41.8%，船闸实际通过能力并未完全发挥。若排除货运需求这个无法控制的因素，那么限制船闸通过能力增长的因素还有哪些呢？

大致上，船闸年货运量=年通航天数(D)×日运行时间(H)÷平均过闸间隔时间(h)×单个闸次平均载重(T)。通常情况下，D是相对稳定的；H由总体货运需求决定，h反映设备运行效率和调度

水平；T是由单个闸次的闸室有效面积利用率和船舶装载系数综合决定。因此，限制船闸通过能力增长的因素主要包括闸室有效面积利用率、平均过闸间隔时间及船舶装载系数。

3.1 闸室有效面积利用率

从多年的数据来看，兴隆船闸闸室利用效率呈逐年下降趋势，我们选取了船舶装载率较为稳定的下行过闸数据进行重点分析，见表3，分析发现超千吨级船舶占比在逐年递增，由2013年的16.1%增加到2017年的47.6%，年均增幅为36.2%；平均闸室利用率则逐年递减，由6.1艘/闸减少到3.6艘/闸，年均降幅为12.6%；而单个闸次的平均载重量却呈上下波动趋势，平均增幅仅为0.9%。从年货运量增幅最大的2017年来看，年过船数虽较上年增加了51.3%，但日均开闸次数较上年增幅更大，达到了72%。也就是说，随着船舶大型化的不断加剧，在单个闸次平均载重量不变的情况下，船闸有效面积利用率在不断降低，船舶等待过闸时间相对延长，最终导致船闸通过能力下降。

3.2 平均过闸间隔时间

因为受上闸首活动桥频繁运行的影响，船闸单次运行需多耗时约15min，导致日开闸次数相对减少，船闸运行效率降低。

3.3 船舶装载系数

兴隆船闸船舶装载系数相对稳定，在正常情况下，上下行载货船舶基本能实现满载航行。当遇到枯水年份时，以2014年和2016年为例，因汉江主河床下切导致水位下降，上游来水量较小时船闸下游引航道水位长时间低于设计最低通航水位，安全水深不足导致大型船舶只能限载航行，船舶装载系数大打折扣，降低了船闸的通过能力。

4 对策与建议

综合上述分析，提高兴隆船闸通过能力的对策可分为两类：近期对策和远期对策。近期可通过改善通航设施和提高现有设施运行效率来提升船闸通过能力；远期可通过推行标准化船型等措施，在货运需求趋于饱和时，进一步挖掘船闸通过能力，缓解瓶颈效应。

表2 兴隆船闸设计参数与实际情况对比表

表3 兴隆船闸历年下行通航数据统计表

4.1 近期对策

(1)采取工程措施消除船闸下游引航道枯水期水深不足的影响，提高船舶装载效率。目前，设计已提出针对性方案，采用疏浚和水下拆除等方式将下游引航道底部高程整体下降1.6m，使其在枯水期亦能满足Ⅲ级航道的水深要求。同时，建议有关部门进一步加大汉江流域危险航道的整治力度，确保水深常年达标。

(2)对船闸进行技术改造，提高运行效率。可考虑对上闸首顶升式活动桥实施技术改造，在满足坝顶交通需要的前提下尽可能减少其运行频次，进一步缩短一次过闸时间。

(3)建议航运主管部门制定相关制度，对闸室利用效率较大的“标准型”船舶实行优先过闸，同时降低和限制“非标准型”船舶的过闸频次，提高闸室利用率。

4.2 远期对策

(1)学习借鉴京杭运河成功经验，结合自身特点，打造并推行适合汉江航运发展的千吨级标准化船型。推行标准化船型可大幅提高船闸的闸室利用效率和船闸通过能力。

闸室利用率是一次过闸船舶的总面积(Sc)和闸室内有效水域面积(S)的比值。其中S是固定值，兴隆船闸为180m×23m×3.5m；Sc方面，设计远景通过船型对应《内河航道标准》(以下简称《标准》)表3.0.2-1的船舶总体尺寸为85m×10.8m×2.0m，单闸可容纳4艘，闸室利用率为88.7%，而兴隆船闸闸室实际平均利用率远未达到设计标准。

分析原因，主要是汉江实际货运船型和《标准》中代表船型差别较大，特别是船宽尺寸。目前核载1000t的货船平均尺寸为60.9m×11.9m×2.3m，一闸最多只能容纳3艘，单闸载重3000t，闸室利用率仅为52.5%，主要原因是闸室横向空间浪费过大。

目前汉江中下游已建和在建的7座千吨级船闸宽度均为23m，想要最大化利用闸室有效宽度，目前最可行的办法是实现纵向刚好可并排两条船，船宽控制在11m以内。如果能设计出一种尺寸为60m×11m×2.5m、核载1000t左右的“标准”船型，以兴隆船闸为例，单闸可容纳船只6条，单闸载重可达6000t，闸室利用率将达到95.7%，接近设计极限。若考虑船舶装载系数及运量不均衡系数的影响，采用标准船型后，保守估计单个闸次平均载重可达到2951t，与2017年实测的1806.2t相比，增幅可达63.4%，效益十分显著。

(2)采取工程措施，增加通道，打通船闸“瓶颈”。建议交通主管部门结合航运中长期发展趋势，分析货运需求与航道条件、船闸实际通过能力的对应关系，在货运量特别集中、航运压力大的部位，提前规划和建设二线船闸，双线船闸同时运行既可保证高峰期货运需求，亦可减轻船闸检修对通航带来的影响。

5 结语

从汉江航运中长期发展来看，随着运输船舶数量的不断增加，流域沿线各梯级的单线船闸必然会成为制约总体货运能力的瓶颈。本文从分析兴隆船闸的运行现状入手，找出了闸室利用率低等影响船闸通过能力的主要因素，提出了针对性较强的措施和建议。解决船闸通航“瓶颈”、提高流域综合通过能力是一项复杂的系统工程，需要交通、水利、航道主管部门、船舶设计以及船企共同参与，结合汉江水运特点，统筹兼顾地采取上述措施。通过对策的实施，船闸将更为通畅，汉江航运效益也将大幅度增长。