張義軍

【摘 要】 以三峽船閘和葛洲壩船閘為例，在介紹三峽河段船舶積壓狀況的基礎(chǔ)上，分析船舶積壓估算的相關(guān)因素，提出檢修期間積壓船舶數(shù)量估算方法，建立相關(guān)模型并選取過(guò)閘需求參數(shù)和通過(guò)能力參數(shù)為原始數(shù)據(jù)，估算驗(yàn)證2012―2014年開(kāi)展的3次停航檢修期間積壓船舶數(shù)量。結(jié)果表明，該估算方法計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值接近，誤差較小。

【關(guān)鍵詞】 多線船閘；船閘檢修；積壓船舶；三峽船閘；葛洲壩船閘

船閘設(shè)備在運(yùn)行使用過(guò)程中長(zhǎng)期承受水壓力、土壓力、船舶撞擊力等各種荷載的作用，其建筑物及運(yùn)轉(zhuǎn)構(gòu)件易出現(xiàn)磨損、變形，甚至產(chǎn)生局部破壞，造成部件失效，影響船閘正常運(yùn)行，留下安全隱患，縮短船閘使用年限。為保證船閘的安全運(yùn)行，必須對(duì)其進(jìn)行定期保養(yǎng)和檢修。根據(jù)原交通部《船閘管理辦法》，船閘修理分為大修、歲修和搶修，其中大修和歲修的很多項(xiàng)目需停航進(jìn)行。

若對(duì)多線船閘中的一線進(jìn)行停航檢修，會(huì)造成該船閘通過(guò)能力下降，可能帶來(lái)船閘通過(guò)能力與過(guò)閘需求不符，從而使船閘附近水域出現(xiàn)船舶積壓現(xiàn)象，增加管理壓力。因此，尋求一種多線船閘檢修期間積壓船舶數(shù)量的估算方法，可為管理部門的決策提供參考。

1 三峽河段船舶積壓狀況

三峽船閘與葛洲壩船閘相距38 km，是我國(guó)兩座典型的多線船閘，通航管理部門對(duì)三峽船閘和葛洲壩船閘實(shí)施統(tǒng)一調(diào)度，聯(lián)合運(yùn)行。三峽船閘為雙線五級(jí)船閘，在正常情況下按照“南下北上”的方式實(shí)行單向運(yùn)行；葛洲壩船閘為三座單級(jí)船閘，通常與三峽船閘運(yùn)行方式相匹配。2011―2013年連續(xù)3年三峽船閘上行貨物通過(guò)量達(dá)到5 000萬(wàn)t設(shè)計(jì)值，過(guò)閘船舶積壓現(xiàn)象呈現(xiàn)出常態(tài)化趨勢(shì)，尤其在船閘檢修停航期間，船舶積壓?jiǎn)栴}更為突出。

2012―2014年，三峽船閘和葛洲壩船閘開(kāi)展了3次較長(zhǎng)時(shí)間的停航檢修，檢修期間船閘附近水域出現(xiàn)了大量船舶積壓現(xiàn)象。

2 船舶積壓估算相關(guān)因素

船舶積壓是船閘通過(guò)能力不足而產(chǎn)生的一種現(xiàn)象，過(guò)閘需求與通過(guò)能力之間存在的缺口是船舶積壓等問(wèn)題的決定性因素，缺口越大，可能導(dǎo)致積壓的船舶數(shù)量就越多。

2.1 過(guò)船能力

船閘在檢修期間的日通過(guò)船舶能力與不停航船閘的日運(yùn)行閘次數(shù)、每閘次所能容納的船舶數(shù)量相關(guān)。在一定時(shí)期內(nèi)，若船閘管理運(yùn)行技術(shù)未發(fā)生重大革新及過(guò)閘船型構(gòu)成未發(fā)生較大變化時(shí)，則檢修期間日通過(guò)船舶能力基本穩(wěn)定。

2.2 過(guò)閘需求

船舶過(guò)閘需求主要取決于國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)航運(yùn)經(jīng)濟(jì)的影響。對(duì)某一特定河段水域來(lái)說(shuō)，在一定時(shí)期內(nèi)，過(guò)閘需求通常與常年過(guò)閘船舶的運(yùn)力及其過(guò)閘頻率（周期）和所處的運(yùn)輸季節(jié)相關(guān)。若航運(yùn)經(jīng)濟(jì)沒(méi)有發(fā)生“突發(fā)性”地增長(zhǎng)或萎縮，則常年過(guò)閘船舶的運(yùn)力及其過(guò)閘頻率（周期）基本穩(wěn)定。但是，隨著船閘檢修的進(jìn)行，船閘附近水域的積壓船舶數(shù)量達(dá)到一定規(guī)模后，過(guò)閘船舶運(yùn)力受到影響，船舶原有的過(guò)閘周期發(fā)生變化，進(jìn)而對(duì)過(guò)閘需求產(chǎn)生影響。

3 模型計(jì)算

3.1 模型的建立

對(duì)檢修期間不常過(guò)閘的船舶如公務(wù)船、工程船等按照一定比例進(jìn)行折算。根據(jù)船閘運(yùn)行組織原理，當(dāng)日積壓船舶總數(shù)等于前一日的積壓船舶數(shù)量同當(dāng)日過(guò)閘需求與通過(guò)能力缺口的差值之和，并綜合檢修選取時(shí)期（季節(jié)）等因素后，檢修第i天的過(guò)閘需求及積壓船舶數(shù)量可通過(guò)下式進(jìn)行估算。

式中：Ai為第i天的過(guò)閘需求；Bi為第i天的積壓船舶數(shù)量；g為過(guò)閘需求季節(jié)因子； 為檢修期間公務(wù)船、工程船等不常過(guò)閘船舶所占的比例。檢修前船閘附近水域無(wú)船舶積壓，則B0=0。

從式（1）可以看出，積壓船舶數(shù)量Bi迭代收斂條件為Ai=Pi，即通過(guò)能力與過(guò)閘需求相當(dāng)時(shí)，積壓船舶數(shù)量將穩(wěn)定在某一數(shù)值附近。給定初始條件后，對(duì)式（1）進(jìn)行迭代計(jì)算，估算檢修期間積壓船舶的數(shù)量。

設(shè)多線船閘共有L線，未停航船閘數(shù)為L(zhǎng) 1，其中，第k座未停航船閘的日運(yùn)行閘次為Nk，平均每閘次通過(guò)的船舶數(shù)量為Sk，則第i天的船閘通過(guò)能力為

3.2 計(jì)算參數(shù)選取

3.2.1 過(guò)閘需求參數(shù)

3.2.1.1 常年過(guò)閘船舶及周期

常年過(guò)閘船舶以貨船為主。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，近年來(lái)雖然過(guò)閘船舶的數(shù)量不斷發(fā)生變化，但過(guò)閘的營(yíng)運(yùn)船舶數(shù)量總體穩(wěn)定，船舶流向申報(bào)中有關(guān)上行和下行通過(guò)船閘的船舶數(shù)量總體相當(dāng)。除去公務(wù)船、工程船、客船及船隊(duì)等以外，常年申報(bào)通過(guò)三峽船閘和葛洲壩船閘的貨運(yùn)船舶為3 150艘，絕大多數(shù)船舶年過(guò)閘次數(shù)不超過(guò)36次（見(jiàn)圖1），即船舶過(guò)閘周期一般在10天以上。

3.2.1.2 船隊(duì)、客船、公務(wù)船等不常過(guò)閘船舶占比

不常過(guò)閘船舶通過(guò)三峽大壩和葛洲壩占常年過(guò)閘船舶比重有所不同（見(jiàn)表1）。

為保證檢修期間客船的正常過(guò)壩，充分發(fā)揮船閘的貨運(yùn)通過(guò)能力，三峽船閘檢修期間一般實(shí)行短線客船翻壩轉(zhuǎn)運(yùn)，但過(guò)閘客船主要以長(zhǎng)線客船為主，平均每天為0.5艘次，因此，所占比重取0.008。在短線客船翻壩轉(zhuǎn)運(yùn)條件下，葛洲壩船閘和三峽船閘的 取值分別為0.157和0.316。

3.2.1.3 季節(jié)因子

季節(jié)因子與檢修施工選取的時(shí)期有關(guān)，表示船舶過(guò)閘需求按時(shí)期分布。將近年來(lái)各月實(shí)際船舶數(shù)量值除以申請(qǐng)過(guò)閘的船舶數(shù)量月平均值得到季節(jié)因子值（見(jiàn)表2）。

表2 過(guò)閘需求季節(jié)因子

3.2.2 通過(guò)能力參數(shù)

3.2.2.1 未停航船閘的日運(yùn)行閘次

在三峽船閘檢修期間，船舶無(wú)法正常通過(guò)三峽大壩，使此處成為三峽河段通過(guò)能力的“瓶頸”。對(duì)未停航的一線船閘實(shí)行單向運(yùn)行、定時(shí)換向，換向周期為24 h，換向用時(shí)需145 min左右，閘次間隔時(shí)間取85 min，日均可運(yùn)行15.24閘次。

在葛洲壩船閘單獨(dú)檢修期間，當(dāng)三峽南北兩線船閘正常定向運(yùn)行時(shí)，超出葛洲壩樞紐的通過(guò)能力，將通過(guò)能力“瓶頸”轉(zhuǎn)移至葛洲壩后，未停航船閘實(shí)行迎向運(yùn)行。一、二號(hào)閘閘次間隔時(shí)間約為80 min，日均可運(yùn)行18閘次；三號(hào)船閘閘次間隔時(shí)間為30 min，日均運(yùn)行可達(dá)48閘次。

3.2.2.2 平均每閘次通過(guò)的船舶艘次

三峽船閘和葛洲壩一、二號(hào)船閘閘室長(zhǎng)280 m，寬34 m，允許通過(guò)的船舶吃水一般可達(dá)4.3 m。從目前過(guò)閘的船型來(lái)看，通常每閘次可安排4～5艘船舶通過(guò)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，近年來(lái)在檢修期間，每閘次通過(guò)的船舶數(shù)量與上年平均值接近，因此，可采用上一年度平均值進(jìn)行估算。2012―2014年分別取5.374艘/閘、4.564艘/閘和4.240艘/閘。

葛洲壩三號(hào)船閘長(zhǎng)120 m，寬18 m，尺度較小，允許通過(guò)的船舶吃水約為3.0 m，每閘次僅能安排1艘船舶通過(guò)。

3.2.2.3 檢修期間的日過(guò)船能力

根據(jù)式（2），在2012―2014年三峽船閘一線檢修期間，另一線船閘日通過(guò)能力分別約為81.9艘次、69.6艘次和64.6艘次。由于近年來(lái)過(guò)閘船舶發(fā)展趨于大型化，從目前過(guò)閘的主要船型平面尺度及配載吃水情況來(lái)看，每天匹配三號(hào)閘尺度的船舶約為30艘次。因此，在葛洲壩一號(hào)船閘或二號(hào)船閘檢修期間，三峽船閘和葛洲壩未檢修船閘的日通過(guò)能力分別約為126.7艘次、112.2艘次和106.3艘次；在葛洲壩三號(hào)船閘檢修期間，三峽船閘、葛洲壩一號(hào)船閘和二號(hào)船閘的日通過(guò)能力分別為193.5艘次、164.3艘次和152.6艘次。

3.3 估算結(jié)果驗(yàn)證

在2012―2013年檢修期間，為避免船舶過(guò)多集中于船閘附近水域，通航管理部門對(duì)下行船舶啟動(dòng)三峽壩區(qū)水域船舶滯留應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制二級(jí)預(yù)警，實(shí)施分段簽證，申請(qǐng)下行過(guò)閘的船舶需求得到控制，下行船舶積壓數(shù)據(jù)無(wú)法客觀反映過(guò)閘需求，此檢修期間僅估算驗(yàn)證單向上行積壓船舶數(shù)量，而在2014年船閘檢修期間應(yīng)估算驗(yàn)證上下行積壓船舶總量。

3.3.1 2012年三峽船閘和葛洲壩船閘檢修期間的積壓船舶數(shù)量

2012年3月7日―4月26日，葛洲壩一號(hào)船閘停航大修，工期為55天，三峽南線船閘首次實(shí)施歲修，工期為20天，與葛洲壩船閘同時(shí)啟動(dòng)。根據(jù)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天日通過(guò)能力取81.9艘次；在三峽船閘檢修結(jié)束后，短線客船恢復(fù)過(guò)閘，葛洲壩一號(hào)閘單獨(dú)檢修35天，此期間 取0.334，通過(guò)能力取126.7艘次。將上述取值代入式（1），估算出檢修結(jié)束時(shí)，單向積壓船舶數(shù)量為360艘次，與實(shí)際值378艘次誤差約為5%。

3.3.2 2013年三峽北線船閘歲修期間的積壓船舶數(shù)量

2013年3月2日―21日，三峽北線船閘停航檢修，工期為20天，g取0.87， 取0.157，通過(guò)能力按照日均69.6艘次取值。將上述取值代入式（1），估算出檢修結(jié)束時(shí)單向積壓船舶數(shù)量為286艘次，與實(shí)際值285艘次誤差不到1%。

3.3.3 2014年葛洲壩二號(hào)船閘檢修期間的積壓船舶數(shù)量

2014年2月5日―24日，葛洲壩二號(hào)船閘停航檢修，工期為20天，g取0.84，客船正常過(guò)閘， 取0.334，通過(guò)能力按照日均106.3艘次取值。將上述取值代入式（1），估算出檢修結(jié)束時(shí)積壓船舶數(shù)量為344艘次，與實(shí)際值327艘次誤差約為5%。

4 結(jié) 語(yǔ)

從2012年以來(lái)三峽船閘和葛洲壩船閘檢修情況來(lái)看，本文提出的多線船閘檢修期間積壓船舶估算方法能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)檢修期間可能引起積壓的船舶數(shù)量，為采取相應(yīng)的管理措施提供參考，同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)外多線船閘檢修期間的運(yùn)行管理工作具有推廣意義。

3.2.2.2 平均每閘次通過(guò)的船舶艘次

三峽船閘和葛洲壩一、二號(hào)船閘閘室長(zhǎng)280 m，寬34 m，允許通過(guò)的船舶吃水一般可達(dá)4.3 m。從目前過(guò)閘的船型來(lái)看，通常每閘次可安排4～5艘船舶通過(guò)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，近年來(lái)在檢修期間，每閘次通過(guò)的船舶數(shù)量與上年平均值接近，因此，可采用上一年度平均值進(jìn)行估算。2012―2014年分別取5.374艘/閘、4.564艘/閘和4.240艘/閘。

葛洲壩三號(hào)船閘長(zhǎng)120 m，寬18 m，尺度較小，允許通過(guò)的船舶吃水約為3.0 m，每閘次僅能安排1艘船舶通過(guò)。

3.2.2.3 檢修期間的日過(guò)船能力

根據(jù)式（2），在2012―2014年三峽船閘一線檢修期間，另一線船閘日通過(guò)能力分別約為81.9艘次、69.6艘次和64.6艘次。由于近年來(lái)過(guò)閘船舶發(fā)展趨于大型化，從目前過(guò)閘的主要船型平面尺度及配載吃水情況來(lái)看，每天匹配三號(hào)閘尺度的船舶約為30艘次。因此，在葛洲壩一號(hào)船閘或二號(hào)船閘檢修期間，三峽船閘和葛洲壩未檢修船閘的日通過(guò)能力分別約為126.7艘次、112.2艘次和106.3艘次；在葛洲壩三號(hào)船閘檢修期間，三峽船閘、葛洲壩一號(hào)船閘和二號(hào)船閘的日通過(guò)能力分別為193.5艘次、164.3艘次和152.6艘次。

3.3 估算結(jié)果驗(yàn)證

在2012―2013年檢修期間，為避免船舶過(guò)多集中于船閘附近水域，通航管理部門對(duì)下行船舶啟動(dòng)三峽壩區(qū)水域船舶滯留應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制二級(jí)預(yù)警，實(shí)施分段簽證，申請(qǐng)下行過(guò)閘的船舶需求得到控制，下行船舶積壓數(shù)據(jù)無(wú)法客觀反映過(guò)閘需求，此檢修期間僅估算驗(yàn)證單向上行積壓船舶數(shù)量，而在2014年船閘檢修期間應(yīng)估算驗(yàn)證上下行積壓船舶總量。

3.3.1 2012年三峽船閘和葛洲壩船閘檢修期間的積壓船舶數(shù)量

2012年3月7日―4月26日，葛洲壩一號(hào)船閘停航大修，工期為55天，三峽南線船閘首次實(shí)施歲修，工期為20天，與葛洲壩船閘同時(shí)啟動(dòng)。根據(jù)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天日通過(guò)能力取81.9艘次；在三峽船閘檢修結(jié)束后，短線客船恢復(fù)過(guò)閘，葛洲壩一號(hào)閘單獨(dú)檢修35天，此期間 取0.334，通過(guò)能力取126.7艘次。將上述取值代入式（1），估算出檢修結(jié)束時(shí)，單向積壓船舶數(shù)量為360艘次，與實(shí)際值378艘次誤差約為5%。

3.3.2 2013年三峽北線船閘歲修期間的積壓船舶數(shù)量

2013年3月2日―21日，三峽北線船閘停航檢修，工期為20天，g取0.87， 取0.157，通過(guò)能力按照日均69.6艘次取值。將上述取值代入式（1），估算出檢修結(jié)束時(shí)單向積壓船舶數(shù)量為286艘次，與實(shí)際值285艘次誤差不到1%。

3.3.3 2014年葛洲壩二號(hào)船閘檢修期間的積壓船舶數(shù)量

2014年2月5日―24日，葛洲壩二號(hào)船閘停航檢修，工期為20天，g取0.84，客船正常過(guò)閘， 取0.334，通過(guò)能力按照日均106.3艘次取值。將上述取值代入式（1），估算出檢修結(jié)束時(shí)積壓船舶數(shù)量為344艘次，與實(shí)際值327艘次誤差約為5%。

4 結(jié) 語(yǔ)

從2012年以來(lái)三峽船閘和葛洲壩船閘檢修情況來(lái)看，本文提出的多線船閘檢修期間積壓船舶估算方法能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)檢修期間可能引起積壓的船舶數(shù)量，為采取相應(yīng)的管理措施提供參考，同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)外多線船閘檢修期間的運(yùn)行管理工作具有推廣意義。

3.2.2.2 平均每閘次通過(guò)的船舶艘次

三峽船閘和葛洲壩一、二號(hào)船閘閘室長(zhǎng)280 m，寬34 m，允許通過(guò)的船舶吃水一般可達(dá)4.3 m。從目前過(guò)閘的船型來(lái)看，通常每閘次可安排4～5艘船舶通過(guò)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，近年來(lái)在檢修期間，每閘次通過(guò)的船舶數(shù)量與上年平均值接近，因此，可采用上一年度平均值進(jìn)行估算。2012―2014年分別取5.374艘/閘、4.564艘/閘和4.240艘/閘。

葛洲壩三號(hào)船閘長(zhǎng)120 m，寬18 m，尺度較小，允許通過(guò)的船舶吃水約為3.0 m，每閘次僅能安排1艘船舶通過(guò)。

3.2.2.3 檢修期間的日過(guò)船能力

根據(jù)式（2），在2012―2014年三峽船閘一線檢修期間，另一線船閘日通過(guò)能力分別約為81.9艘次、69.6艘次和64.6艘次。由于近年來(lái)過(guò)閘船舶發(fā)展趨于大型化，從目前過(guò)閘的主要船型平面尺度及配載吃水情況來(lái)看，每天匹配三號(hào)閘尺度的船舶約為30艘次。因此，在葛洲壩一號(hào)船閘或二號(hào)船閘檢修期間，三峽船閘和葛洲壩未檢修船閘的日通過(guò)能力分別約為126.7艘次、112.2艘次和106.3艘次；在葛洲壩三號(hào)船閘檢修期間，三峽船閘、葛洲壩一號(hào)船閘和二號(hào)船閘的日通過(guò)能力分別為193.5艘次、164.3艘次和152.6艘次。

3.3 估算結(jié)果驗(yàn)證

在2012―2013年檢修期間，為避免船舶過(guò)多集中于船閘附近水域，通航管理部門對(duì)下行船舶啟動(dòng)三峽壩區(qū)水域船舶滯留應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制二級(jí)預(yù)警，實(shí)施分段簽證，申請(qǐng)下行過(guò)閘的船舶需求得到控制，下行船舶積壓數(shù)據(jù)無(wú)法客觀反映過(guò)閘需求，此檢修期間僅估算驗(yàn)證單向上行積壓船舶數(shù)量，而在2014年船閘檢修期間應(yīng)估算驗(yàn)證上下行積壓船舶總量。

3.3.1 2012年三峽船閘和葛洲壩船閘檢修期間的積壓船舶數(shù)量

2012年3月7日―4月26日，葛洲壩一號(hào)船閘停航大修，工期為55天，三峽南線船閘首次實(shí)施歲修，工期為20天，與葛洲壩船閘同時(shí)啟動(dòng)。根據(jù)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天日通過(guò)能力取81.9艘次；在三峽船閘檢修結(jié)束后，短線客船恢復(fù)過(guò)閘，葛洲壩一號(hào)閘單獨(dú)檢修35天，此期間 取0.334，通過(guò)能力取126.7艘次。將上述取值代入式（1），估算出檢修結(jié)束時(shí)，單向積壓船舶數(shù)量為360艘次，與實(shí)際值378艘次誤差約為5%。

3.3.2 2013年三峽北線船閘歲修期間的積壓船舶數(shù)量

2013年3月2日―21日，三峽北線船閘停航檢修，工期為20天，g取0.87， 取0.157，通過(guò)能力按照日均69.6艘次取值。將上述取值代入式（1），估算出檢修結(jié)束時(shí)單向積壓船舶數(shù)量為286艘次，與實(shí)際值285艘次誤差不到1%。

3.3.3 2014年葛洲壩二號(hào)船閘檢修期間的積壓船舶數(shù)量

2014年2月5日―24日，葛洲壩二號(hào)船閘停航檢修，工期為20天，g取0.84，客船正常過(guò)閘， 取0.334，通過(guò)能力按照日均106.3艘次取值。將上述取值代入式（1），估算出檢修結(jié)束時(shí)積壓船舶數(shù)量為344艘次，與實(shí)際值327艘次誤差約為5%。

4 結(jié) 語(yǔ)

從2012年以來(lái)三峽船閘和葛洲壩船閘檢修情況來(lái)看，本文提出的多線船閘檢修期間積壓船舶估算方法能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)檢修期間可能引起積壓的船舶數(shù)量，為采取相應(yīng)的管理措施提供參考，同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)外多線船閘檢修期間的運(yùn)行管理工作具有推廣意義。