陳淑楣(交通運輸部長江航務(wù)管理局,湖北 武漢 430014)

三峽船閘運行評價模型研究*

陳淑楣
(交通運輸部長江航務(wù)管理局,湖北 武漢 430014)

為科學(xué)分析三峽船閘運行指標(biāo),準(zhǔn)確評價三峽船閘運行情況,并為管理決策提供參考,需要進(jìn)行三峽船閘運行分析評價模型的研究。文章通過分析影響三峽船閘運行狀態(tài)的各類因素,根據(jù)層次分析法構(gòu)建三峽船閘運行評價框架,提出三峽船閘運行評價的數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)模型對三峽船閘近年來的運行情況進(jìn)行了實際計算和分析。計算結(jié)果表明,該模型能準(zhǔn)確地反映三峽船閘的運行狀態(tài)。

長江航運;三峽船閘;運行評價

三峽船閘是三峽樞紐的主要運輸通道,其運行效率和通過能力對長江上游航運和沿江流域經(jīng)濟發(fā)展有著至關(guān)重要的影響,也是社會關(guān)注的焦點。為提升三峽船閘管理水平,需要系統(tǒng)研究三峽船閘運行的各類指標(biāo),準(zhǔn)確、方便、系統(tǒng)和全面地掌握有關(guān)船閘運行情況,并在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建三峽船閘通航運行分析評價體系,科學(xué)、準(zhǔn)確地分析評價三峽船閘運行情況,為航運管理部門的決策提供科學(xué)依據(jù),為引導(dǎo)長江水運市場有序發(fā)展提供有價值的參考信息。因此,開展三峽船閘運行分析評價模型研究是十分必要的。

1 船閘運行狀態(tài)分析

1.1 船閘運行狀態(tài)因素分析

影響船閘運行狀態(tài)的因素主要包括三個方面,即船閘本身設(shè)施設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)、船舶通過船閘的航行狀態(tài)、船閘通航調(diào)度管理水平[1]。

1.1.1 船閘設(shè)施運行狀態(tài)

三峽船閘運行可靠性是衡量船閘的通行能力,是保障船閘暢通的必要條件。影響三峽船閘可靠性的因素主要有兩個方面,一是船閘機電設(shè)備、水工建筑物的可靠性,船閘設(shè)備和水工結(jié)構(gòu)的完好性是船閘能否提供服務(wù)的基礎(chǔ)條件,因船舶在閘室或引航道內(nèi)故障也可能導(dǎo)致船閘不能正常使用,主要統(tǒng)計指標(biāo)包括設(shè)備完好率、設(shè)備故障礙航率和設(shè)備搶修及時率[2];二是通航環(huán)境的可靠性,在通航流量超過標(biāo)準(zhǔn)、風(fēng)況和霧情不能滿足通航法規(guī)的要求等情況下,船閘要停止運行。在實際運行中,這兩個方面綜合表現(xiàn)為船閘的通航率。因此,可將通航率作為評價船閘安全可靠的指標(biāo)。

1.1.2 船舶過閘航行狀態(tài)

船舶是船閘的服務(wù)對象,是實現(xiàn)三峽工程航運功能的重要載體。目前,通過三峽船閘的船舶類型主要有散貨船、液貨船、集裝箱船、客船、汽車滾裝船、工程船等。

船舶通過三峽船閘的一般流程包括:過閘申報、錨地待閘、引航道航行、閘室排檔、過閘。船舶過閘指揮調(diào)度流程運行有效,抵達(dá)壩區(qū)的過閘船舶能夠及時暢通地通過三峽船閘,船舶過閘秩序良好,正常情況下無船舶積壓現(xiàn)象。因此,從船舶的角度看,其對船閘運行狀況的最直接評價指標(biāo)是船舶平均待閘時間和有船舶滯留的天數(shù)、平均滯留船舶艘次。

1.1.3 調(diào)度管理水平

三峽——葛洲壩梯級樞紐是三峽河段船舶通航重要設(shè)施,兩壩通航實行統(tǒng)一的行業(yè)調(diào)度管理。從船舶過壩方式來看,有三峽一壩上下、葛洲壩一壩上下、三峽——葛洲壩兩壩連續(xù)上下等;在船閘調(diào)度方式上,有多級船閘單向連續(xù)運行,單線多級船閘的單向運行、定時換向,兩線多級船閘的同向運行,單級船閘的單向和雙向運行等;在過壩通道的搭配上,三峽和葛洲壩船閘分別有三個閘同時運行、任意兩個閘同時運行、一個閘單獨運行等7種調(diào)度方式,調(diào)度管理十分復(fù)雜。從調(diào)度目標(biāo)來看,主要是要盡可能地提高閘室面積利用率和運行閘次,縮短船舶待閘時間。綜上,衡量三峽船閘運行狀態(tài)的多因素可采用五個統(tǒng)計指標(biāo)集中反映:船閘通航率、船舶平均在錨時間、有滯留船舶的天數(shù)、運行閘次數(shù)、閘室面積利用率。

1.2 船閘運行狀態(tài)統(tǒng)計指標(biāo)分析

為綜合評價三峽船閘運行狀態(tài),定義以下五個統(tǒng)計指標(biāo)。

1.2.1 船閘通航率

船閘通航率的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:N=t1/T,式中t1代表統(tǒng)計時段內(nèi)三峽船閘開通總時數(shù),T代表統(tǒng)計時段內(nèi)日歷總時數(shù)。通航率可綜合考慮船閘檢修、通航流量超限、大風(fēng)大霧不良?xì)夂颉⒋笆鹿实K航等多種原因造成船閘不能正常運行的影響,是船閘因素和非船閘因素影響運行可靠性的綜合體現(xiàn)。

1.2.2 船舶平均在錨時間

船舶平均在錨時間的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:T=t/n,式中t代表統(tǒng)計時段內(nèi)所有船舶在錨時間的累計值,n代表在錨船舶總數(shù)。船舶平均在錨時間的長短可以客觀地反映船舶待閘及船閘運行情況。

1.2.3 有滯留船舶的天數(shù)

有滯留船舶的天數(shù),是指統(tǒng)計時段內(nèi)曾經(jīng)出現(xiàn)過滯留船舶的日歷天。通常,當(dāng)三峽船閘出現(xiàn)大風(fēng)大霧惡劣天氣、船閘檢修、汛期特大洪峰等情況時,對應(yīng)的船舶滯留天數(shù)較多。

1.2.4 運行閘次數(shù)

運行閘次數(shù)指統(tǒng)計時段內(nèi)船閘通航的日平均閘次數(shù)。運行閘次數(shù)與通航環(huán)境和船閘設(shè)備的運行狀態(tài)有關(guān)。2003年以來,船閘運行水平逐步提升,通航閘次數(shù)從2003年的22個閘次上升至目前的24-25個左右。

1.2.5 閘室面積利用率

閘室面積利用率的數(shù)學(xué)表達(dá)式為LM=s1/s,式中s1指統(tǒng)計期內(nèi)過閘船舶的總面積,即所有過閘船舶的面積累加和;s指統(tǒng)計期內(nèi)總的閘室有效面積,即總的運行閘次數(shù)乘以閘室有效面積。閘室面積利用率與過閘船型以及不同船型的到閘時間有關(guān)系,運行以來,其值一般在70%到80%之間波動。

2 船閘運行狀態(tài)綜合評價框架

對船閘通航狀態(tài)進(jìn)行綜合評價,需要綜合考慮服務(wù)主體船閘、服務(wù)客體船舶,以及船閘的調(diào)度管理等三個方面。從系統(tǒng)工程學(xué)觀點出發(fā),綜合考慮船閘、船舶以及船閘的調(diào)度管理之間的相互作用與影響,可以把船閘看作一個與外界具有聯(lián)系的系統(tǒng),船閘的運行狀態(tài)不僅決于三峽船閘自身運行的可靠性和管理的高效性,還與服務(wù)對象密切相關(guān)。因此,綜合分析船閘通航狀態(tài),需要從船閘自身的可靠性、管理的高效性和服務(wù)對象要求的暢通性三個方面入手,即確定船閘運行的可靠度、高效度和暢通度為船閘通航狀態(tài)綜合評價的三個指標(biāo)。對于此類問題,適于用層次分析法進(jìn)行綜合評價[3]。

船閘的可靠度主要取決于船閘基礎(chǔ)設(shè)施的可靠性和通航環(huán)境對船閘通航狀態(tài)的影響,而這些影響集中于船閘的通航率,因此船閘的可靠度可以通過船閘的通航率來表征;船閘的高效度主要是指船閘運行的高效情況,取決于船閘的管理調(diào)度水平和船舶流的特點和到達(dá)規(guī)律,具體體現(xiàn)在船閘的使用情況,從時間效率和空間效率兩方面分析,單位時間內(nèi)的運行閘次和平均閘室面積利用率是反映船閘的高效度的重要因素;船閘的暢通度反映了服務(wù)對象對過閘運輸服務(wù)質(zhì)量的好壞的評價,可通過船舶的在錨時間或者有滯留船舶的天數(shù)來表征。

依據(jù)層次分析法原理,提出三峽船閘運行狀態(tài)綜合評價框架,見圖1。三峽船閘通航狀態(tài)綜合指數(shù)S為一級指標(biāo),其下從船閘、船舶、調(diào)度三個方面進(jìn)行分類,通過可靠度R、暢通度A和高效度E三個二級指標(biāo)進(jìn)行評價?？煽慷戎饕w現(xiàn)為船閘的通航率(單位:%),暢通度主要體現(xiàn)為船舶平均在錨時間(單位:小時)或有滯留船舶的天數(shù)(單位:天),高效度主要反映在平均閘室面積利用率(單位:%)和船閘運行次數(shù)(單位:閘次)。

圖1 三峽船閘運行狀態(tài)綜合評價框架

3 船閘運行狀態(tài)綜合評價模型

根據(jù)上文提出的運行狀態(tài)綜合評價框架,可利用德爾菲法進(jìn)行各指標(biāo)權(quán)重的分配,并建立船閘運行狀態(tài)綜合評價的數(shù)學(xué)模型。

3.1 基于德爾菲法的指標(biāo)權(quán)重分配

考慮到統(tǒng)計數(shù)據(jù)量限制,采用德爾菲法(也稱專家打分法)確定三個二級指標(biāo)的權(quán)重,以及五個三級指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化賦值方法。

通過對水運行業(yè)管理、船閘通航管理、航運企業(yè)、科研院所等30余位專家的問卷調(diào)查,采取兩兩比較方法,初步確定可靠度、暢通度和高效度三個指標(biāo)的權(quán)重、定性分類和取值范圍,具體如表1—4所示。

3.2 三峽船閘運行狀態(tài)綜合指數(shù)的計算

可以把三峽船閘運行狀態(tài)綜合指數(shù)表示為下式:S=KR×0.25+KA×0.30+KE×0.45

其中,S——三峽船閘通航狀態(tài)指數(shù);KR——三峽船閘運行的可靠度;KA——三峽船閘運行的暢通度;KE——三峽船閘運行的高效度。三峽船閘運行狀態(tài)的評價標(biāo)準(zhǔn)見表5。

表1 指標(biāo)組成及權(quán)重賦值

表2 可靠度KR的定性分類及取值范圍

表3 暢通度KA的定性分類及取值范圍

表4 高效度KE的定性分類及標(biāo)準(zhǔn)

表5 通航狀態(tài)綜合指數(shù)的定性分類及標(biāo)準(zhǔn)

為了保證評價結(jié)果的精確度和可信性,采用線性插值法,得到可靠度、暢通度和高效度的計算公式。

3.2.1 可靠度計算

根據(jù)表2,可靠度計算公式如下。式中:N為通航率。

3.2.2 暢通度計算

根據(jù)表3,暢通度可根據(jù)平均在錨時間或有滯留船舶天數(shù)來計算,公式如下。式中:t為當(dāng)月總天數(shù),統(tǒng)一取30天,T為平均在錨時間,d為有待閘船舶天數(shù)。

3.2.3 高效度計算

考慮到日運行閘次數(shù)和閘室面積利用率具有同等的重要性,兩個指標(biāo)的權(quán)重均取0.5,高效度計算的年評價公式如下:

式中:LMn和LNn(n為2006,2007,2008, 2009,2010等)分別為第n年的年平均閘室利用率

式中:LMn和LNn分別為第n月的平均閘室利用率和日平均船閘運行次數(shù);MAX(LM)和MIN(LN)分別為評價月及2010年的最大閘室面積利用率和評價月及前11個月的日最大船閘運行次數(shù)。

4 模型的計算與評價實例

使用三峽船閘2004-2010年的實際通航統(tǒng)計指標(biāo),根據(jù)本模型對三峽船閘運行狀態(tài)的各項指標(biāo)進(jìn)行了試算和評價,結(jié)果如表6。和年船閘運行次數(shù)。高效度的月評價公式如下:

表6 2006-2010年三峽船閘通航狀態(tài)評價定量計算結(jié)果

由于2006年和2007年船閘完建和單線通航,受工程施工影響,船閘的運行狀態(tài)較差,因此綜合指數(shù)值偏低,分別為76.41和78.08。施工結(jié)束后,2008年和2009年的綜合指數(shù)值逐漸恢復(fù)并升高,分別為93.89和94.16,通航率較高,有船舶滯留天數(shù)少,船閘運行次數(shù)和閘室面積利用率高。2010年,由于汛期三峽壩區(qū)出現(xiàn)特大洪峰,不良?xì)夂蝾l率增加,加上船閘檢修,致使有船舶滯留的天數(shù)上升至135天,三峽船閘的暢通性造成較大影響,因此,綜合評價值較2008年和2009年有所下降。從以上分析可以看出,本模型的計算結(jié)果與三峽船閘的實際運行狀態(tài)相符合,能通過量化分析真實地反映三峽船閘運行情況,并為管理決策提供依據(jù)。

5 結(jié)語

本文分析了影響三峽船閘運行狀態(tài)的各類因素,根據(jù)層次分析法構(gòu)建了三峽船閘運行評價框架,提出了運行評價模型。實際計算結(jié)果表明,該模型能準(zhǔn)確地反映三峽船閘的運行狀態(tài)。隨著三峽樞紐升船機的建設(shè)投用,三峽樞紐的通航方式有新的變化,今后的工作中,我們將結(jié)合升船機的運行,進(jìn)一步完善本模型,使其能完整反映三峽樞紐的通航狀態(tài)。

[1]劉丹雅,譚培倫.三峽(圍堰發(fā)電期)——葛洲壩梯級調(diào)度規(guī)程編制[J].人民長江,2003,34(11):53 -55.

[2]李德筠,劉錫嶺,等.港口與航道工程[M].北京:水利水電出版社,2005:36-49.

[3]王蓮芬,許樹柏.層次分析法引論[M].北京:中國人民大學(xué)出版社,1990:60-63.

U641.7

A

1672-9846(2013)04-0076-04

2013-09-28

陳淑楣(1972-),女,吉林榆樹人,交通運輸部長江航務(wù)管理局高級工程師,主要從事三峽工程航運技術(shù)管理及研究、三峽樞紐船閘管理工作。