多线船闸停航检修期间积压船舶的估算方法

【摘 要】 以三峡船闸和葛洲坝船闸为例，在介绍三峡河段船舶积压状况的基础上，分析船舶积压估算的相关因素，提出检修期间积压船舶数量估算方法，建立相关模型并选取过闸需求参数和通过能力参数为原始数据，估算验证20122014年开展的3次停航检修期间积压船舶数量。结果表明，该估算方法计算结果与实际值接近，误差较小。

【关键词】 多线船闸；船闸检修；积压船舶；三峡船闸；葛洲坝船闸

船闸设备在运行使用过程中长期承受水压力、土压力、船舶撞击力等各种荷载的作用，其建筑物及运转构件易出现磨损、变形，甚至产生局部破坏，造成部件失效，影响船闸正常运行，留下安全隐患，缩短船闸使用年限。为保证船闸的安全运行，必须对其进行定期保养和检修。根据原交通部《船闸管理办法》，船闸修理分为大修、岁修和抢修，其中大修和岁修的很多项目需停航进行。

若对多线船闸中的一线进行停航检修，会造成该船闸通过能力下降，可能带来船闸通过能力与过闸需求不符，从而使船闸附近水域出现船舶积压现象，增加管理压力。因此，寻求一种多线船闸检修期间积压船舶数量的估算方法，可为管理部门的决策提供参考。

1 三峡河段船舶积压状况

三峡船闸与葛洲坝船闸相距38 km，是我国两座典型的多线船闸，通航管理部门对三峡船闸和葛洲坝船闸实施统一调度，联合运行。三峡船闸为双线五级船闸，在正常情况下按照“南下北上”的方式实行单向运行；葛洲坝船闸为三座单级船闸，通常与三峡船闸运行方式相匹配。20112013年连续3年三峡船闸上行货物通过量达到5 000万t设计值，过闸船舶积压现象呈现出常态化趋势，尤其在船闸检修停航期间，船舶积压问题更为突出。

20122014年，三峡船闸和葛洲坝船闸开展了3次较长时间的停航检修，检修期间船闸附近水域出现了大量船舶积压现象。

2 船舶积压估算相关因素

船舶积压是船闸通过能力不足而产生的一种现象，过闸需求与通过能力之间存在的缺口是船舶积压等问题的决定性因素，缺口越大，可能导致积压的船舶数量就越多。

2.1 过船能力

船闸在检修期间的日通过船舶能力与不停航船闸的日运行闸次数、每闸次所能容纳的船舶数量相关。在一定时期内，若船闸管理运行技术未发生重大革新及过闸船型构成未发生较大变化时，则检修期间日通过船舶能力基本稳定。

2.2 过闸需求

船舶过闸需求主要取决于国家经济社会发展对航运经济的影响。对某一特定河段水域来说，在一定时期内，过闸需求通常与常年过闸船舶的运力及其过闸频率（周期）和所处的运输季节相关。若航运经济没有发生“突发性”地增长或萎缩，则常年过闸船舶的运力及其过闸频率（周期）基本稳定。但是，随着船闸检修的进行，船闸附近水域的积压船舶数量达到一定规模后，过闸船舶运力受到影响，船舶原有的过闸周期发生变化，进而对过闸需求产生影响。

3 模型计算

3.1 模型的建立

对检修期间不常过闸的船舶如公务船、工程船等按照一定比例进行折算。根据船闸运行组织原理，当日积压船舶总数等于前一日的积压船舶数量同当日过闸需求与通过能力缺口的差值之和，并综合检修选取时期（季节）等因素后，检修第i天的过闸需求及积压船舶数量可通过下式进行估算。

式中：Ai为第i天的过闸需求；Bi为第i天的积压船舶数量；g为过闸需求季节因子； 为检修期间公务船、工程船等不常过闸船舶所占的比例。检修前船闸附近水域无船舶积压，则B0=0。

从式（1）可以看出，积压船舶数量Bi迭代收敛条件为Ai=Pi，即通过能力与过闸需求相当时，积压船舶数量将稳定在某一数值附近。给定初始条件后，对式（1）进行迭代计算，估算检修期间积压船舶的数量。

设多线船闸共有L线，未停航船闸数为L 1，其中，第k座未停航船闸的日运行闸次为Nk，平均每闸次通过的船舶数量为Sk，则第i天的船闸通过能力为

3.2 计算参数选取

3.2.1 过闸需求参数

3.2.1.1 常年过闸船舶及周期

常年过闸船舶以货船为主。根据统计资料，近年来虽然过闸船舶的数量不断发生变化，但过闸的营运船舶数量总体稳定，船舶流向申报中有关上行和下行通过船闸的船舶数量总体相当。除去公务船、工程船、客船及船队等以外，常年申报通过三峡船闸和葛洲坝船闸的货运船舶为3 150艘，绝大多数船舶年过闸次数不超过36次（见图1），即船舶过闸周期一般在10天以上。

3.2.1.2 船队、客船、公务船等不常过闸船舶占比

不常过闸船舶通过三峡大坝和葛洲坝占常年过闸船舶比重有所不同（见表1）。

为保证检修期间客船的正常过坝，充分发挥船闸的货运通过能力，三峡船闸检修期间一般实行短线客船翻坝转运，但过闸客船主要以长线客船为主，平均每天为0.5艘次，因此，所占比重取0.008。在短线客船翻坝转运条件下，葛洲坝船闸和三峡船闸的 取值分别为0.157和0.316。

3.2.1.3 季节因子

季节因子与检修施工选取的时期有关，表示船舶过闸需求按时期分布。将近年来各月实际船舶数量值除以申请过闸的船舶数量月平均值得到季节因子值（见表2）。

表2 过闸需求季节因子

3.2.2 通过能力参数

3.2.2.1 未停航船闸的日运行闸次

在三峡船闸检修期间，船舶无法正常通过三峡大坝，使此处成为三峡河段通过能力的“瓶颈”。对未停航的一线船闸实行单向运行、定时换向，换向周期为24 h，换向用时需145 min左右，闸次间隔时间取85 min，日均可运行15.24闸次。

在葛洲坝船闸单独检修期间，当三峡南北两线船闸正常定向运行时，超出葛洲坝枢纽的通过能力，将通过能力“瓶颈”转移至葛洲坝后，未停航船闸实行迎向运行。一、二号闸闸次间隔时间约为80 min，日均可运行18闸次；三号船闸闸次间隔时间为30 min，日均运行可达48闸次。

3.2.2.2 平均每闸次通过的船舶艘次

三峡船闸和葛洲坝一、二号船闸闸室长280 m，宽34 m，允许通过的船舶吃水一般可达4.3 m。从目前过闸的船型来看，通常每闸次可安排4～5艘船舶通过。统计数据显示，近年来在检修期间，每闸次通过的船舶数量与上年平均值接近，因此，可采用上一年度平均值进行估算。20122014年分别取5.374艘/闸、4.564艘/闸和4.240艘/闸。

葛洲坝三号船闸长120 m，宽18 m，尺度较小，允许通过的船舶吃水约为3.0 m，每闸次仅能安排1艘船舶通过。

3.2.2.3 检修期间的日过船能力

根据式（2），在20122014年三峡船闸一线检修期间，另一线船闸日通过能力分别约为81.9艘次、69.6艘次和64.6艘次。由于近年来过闸船舶发展趋于大型化，从目前过闸的主要船型平面尺度及配载吃水情况来看，每天匹配三号闸尺度的船舶约为30艘次。因此，在葛洲坝一号船闸或二号船闸检修期间，三峡船闸和葛洲坝未检修船闸的日通过能力分别约为126.7艘次、112.2艘次和106.3艘次；在葛洲坝三号船闸检修期间，三峡船闸、葛洲坝一号船闸和二号船闸的日通过能力分别为193.5艘次、164.3艘次和152.6艘次。

3.3 估算结果验证

在20122013年检修期间，为避免船舶过多集中于船闸附近水域，通航管理部门对下行船舶启动三峡坝区水域船舶滞留应急联动机制二级预警，实施分段签证，申请下行过闸的船舶需求得到控制，下行船舶积压数据无法客观反映过闸需求，此检修期间仅估算验证单向上行积压船舶数量，而在2014年船闸检修期间应估算验证上下行积压船舶总量。

3.3.1 2012年三峡船闸和葛洲坝船闸检修期间的积压船舶数量

2012年3月7日4月26日，葛洲坝一号船闸停航大修，工期为55天，三峡南线船闸首次实施岁修，工期为20天，与葛洲坝船闸同时启动。根据表1和表2可知，3月份g取0.87，4月份g取1.04，前20天 取0.157，前20天日通过能力取81.9艘次；在三峡船闸检修结束后，短线客船恢复过闸，葛洲坝一号闸单独检修35天，此期间 取0.334，通过能力取126.7艘次。将上述取值代入式（1），估算出检修结束时，单向积压船舶数量为360艘次，与实际值378艘次误差约为5%。

3.3.2 2013年三峡北线船闸岁修期间的积压船舶数量

2013年3月2日21日，三峡北线船闸停航检修，工期为20天，g取0.87， 取0.157，通过能力按照日均69.6艘次取值。将上述取值代入式（1），估算出检修结束时单向积压船舶数量为286艘次，与实际值285艘次误差不到1%。

3.3.3 2014年葛洲坝二号船闸检修期间的积压船舶数量

2014年2月5日24日，葛洲坝二号船闸停航检修，工期为20天，g取0.84，客船正常过闸， 取0.334，通过能力按照日均106.3艘次取值。将上述取值代入式（1），估算出检修结束时积压船舶数量为344艘次，与实际值327艘次误差约为5%。

4 结 语

从2012年以来三峡船闸和葛洲坝船闸检修情况来看，本文提出的多线船闸检修期间积压船舶估算方法能够比较准确地预测检修期间可能引起积压的船舶数量，为采取相应的管理措施提供参考，同时对国内外多线船闸检修期间的运行管理工作具有推广意义。