浙江省資源節(jié)約型內(nèi)河限制性三級航道尺度分析

張一鳴

(浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院，浙江杭州　310006)

浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，第16卷第2期，2015年6月

Journal of Zhejiang Institute of Communications

Vol.16 No.2,Jun.2015

浙江省資源節(jié)約型內(nèi)河限制性三級航道尺度分析

張一鳴

(浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院，浙江杭州310006)

摘要：浙江省內(nèi)河航運承擔(dān)了經(jīng)濟社會發(fā)展所需的大量物資運輸任務(wù)，從浙江省航道的實際情況出發(fā)，經(jīng)過計算分析，提出資源節(jié)約型內(nèi)河限制性三級航道的關(guān)鍵尺度，并進一步分析了在航道面寬及彎曲半徑不變的前提下，現(xiàn)有四級及五級航道提升為三級航道的可能性，為航道升級提供了必要的設(shè)計參數(shù)。

關(guān)鍵詞:內(nèi)河限制性航道;等級;提升;尺度

0引言

內(nèi)河水運具有運能大、占地少、能耗低等優(yōu)勢，是國家綜合運輸體系和水資源綜合利用的重要組成部分。隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，內(nèi)河水運運量不斷增大，內(nèi)河船舶日趨大型化，我國不斷增大內(nèi)河航道基礎(chǔ)建設(shè)投資，建設(shè)三級骨干航道網(wǎng)，提升航道通過能力，改善通航條件。

截至2012年底，浙江省內(nèi)河航道通航總里程為9739km，居全國第5位；其中四級及以上高等級航道里程為1386km，占全省通航里程的14.2%，與全國13%的平均水平基本持平。但是三級以上航道浙江省僅為2.1%，遠低于全國7%的平均水平。根據(jù)《全國內(nèi)河航道與港口布局規(guī)劃》、《長江三角洲地區(qū)高等級航道網(wǎng)布局規(guī)劃》和《浙江省內(nèi)河航運發(fā)展規(guī)劃》，浙江省內(nèi)河骨干航道(京杭運河、杭申線、長湖申線、杭平申線、湖嘉申線等)提升為三級航道已非常緊迫。

然而土地、環(huán)境、資源、經(jīng)濟成本等因素嚴(yán)重制約著內(nèi)河航道的建設(shè)步伐，必須認真研究航道尺度與土地節(jié)約、資源保護、航運安全、建設(shè)成本等相互關(guān)系，實現(xiàn)效益最大化的協(xié)調(diào)發(fā)展，因此提出了“資源節(jié)約型內(nèi)河限制性航道”建設(shè)理念。但現(xiàn)行《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》[1]是基于我國大江大河而制定的，不能完全適應(yīng)內(nèi)河限制性航道的特點，亦不能全面反映浙江省內(nèi)河地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展情況，如限制性航道尺度無計算公式，其取值未與船型等建立相應(yīng)關(guān)聯(lián)，且以頂推船隊作為代表船型不符合浙江省內(nèi)河水運發(fā)展的實際情況。

為了適應(yīng)浙江省內(nèi)河航運發(fā)展需要，提升航道等級，盡可能減少房屋拆遷及土地征用，開展資源節(jié)約型內(nèi)河限制性三級航道尺度分析具有十分重要的意義。

1通航標(biāo)準(zhǔn)及航道、船舶營運現(xiàn)狀

1.1　通航標(biāo)準(zhǔn)

目前，適用于浙江省內(nèi)河航道的標(biāo)準(zhǔn)有《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》[1]及《運河通航標(biāo)準(zhǔn)》[2]兩個，分述如下：

(1)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》[1]三級、四級、五級航道尺度如下：

三級航道：水深3.2 m，底寬45 m，彎曲半徑480 m；

四級航道：水深2.5 m，底寬40 m，彎曲半徑320 m；

五級航道：水深2.5 m，底寬35 m，彎曲半徑250 m。

根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)第3.0.5第4條規(guī)定：內(nèi)河航道的最小彎曲半徑，應(yīng)采用頂推船隊長度的3倍、貨船長度的4倍、拖帶船隊最大單船長度的4倍中的大值。在條件受限河段，航道最小彎曲半徑不能達到上述要求時，航道寬度應(yīng)加大，加大值應(yīng)經(jīng)專題研究確定。

(2)《運河通航標(biāo)準(zhǔn)》[2]三級、四級、五級航道尺度如下：

三級航道：水深3.2 m，底寬45 m，彎曲半徑280 m；

四級航道：水深2.5 m，底寬40 m，彎曲半徑210 m；

五級航道：水深2.5 m，底寬35 m，彎曲半徑170 m。

根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)第4.2.2.1規(guī)定：運河航道彎曲段的最小彎曲半徑，應(yīng)符合上述規(guī)定，也可采用頂推船隊長度的3倍或貨船長度、拖帶船隊最大單船長度的4倍計算。對特殊困難河段，在寬度加大和駕駛通視均能滿足需要的前提下，彎曲半徑可適當(dāng)減小，但不應(yīng)小于頂推船隊長度的2倍或貨船長度、拖帶船隊最大單船長度的3倍。

1.2　航道現(xiàn)狀

浙江省內(nèi)河骨干航道有：京杭運河、杭申線、湖嘉申線、杭平申線、長湖申線、杭甬運河等，均屬內(nèi)河限制性航道，目前除少量航段達到三級航道外，其余以四級、五級航道為主?？刂平ㄔO(shè)成本最主要的是航道面寬及彎曲半徑，根據(jù)浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院多年資料統(tǒng)計，三級航道的現(xiàn)狀面寬基本為70 m，四級及五級航道的現(xiàn)狀面寬分別為60 m及52 m，現(xiàn)狀航道其它尺度如下：

三級航道：水深3.2 m，底寬45 m，彎曲半徑480 m(局部困難地段320 m)；

四級航道：水深2.5 m，底寬40 m，彎曲半徑320 m(局部困難地段260 m)；

五級航道：水深2.5 m，底寬35 m，彎曲半徑260 m。

1.3　船舶營運現(xiàn)狀

隨著區(qū)域經(jīng)濟形勢的發(fā)展，內(nèi)河航道水運運量的增長，航道等級的提高，內(nèi)河船舶平均載重噸位逐年提高，企業(yè)在充分考慮物流成本的基礎(chǔ)上，投入更多的大型船舶。以京杭運河為例，其船舶平均載重噸位已達到420噸。目前以機動駁為主，部分為拖帶船隊及集裝箱船，但無頂推船隊。根據(jù)目前運營的杭嘉湖航區(qū)，超過800噸船舶信息抽樣調(diào)查資料統(tǒng)計如下：

船長44.5～54.6 m，船寬9.1～10.95 m，空載水線以上倒桅高度4.24～6.55 m，空載水線以上不倒桅高度5.2～7.5 m，滿載吃水：2.45～3.38 m，航速：3～15 km/h。從統(tǒng)計資料可以看出，超過800噸船舶的滿載吃水普遍偏深。

1.4　航行適應(yīng)性及主要影響通航因素

從現(xiàn)狀船舶航行來看，船舶長度及寬度與現(xiàn)有航道底寬及彎曲半徑基本適應(yīng)，但現(xiàn)狀船舶吃水普遍偏深，枯水期航道水深偏小，航道較窄處船舶螺旋槳往往攪動河床底泥；橋梁凈空基本能滿足目前船舶的航行，高水位船舶空載情況下，個別船舶需倒伏桅桿。根據(jù)《內(nèi)河限制性航道通航尺度及跨航橋梁拆建方案探討》[3]統(tǒng)計：①浙北航道網(wǎng)三級航道通航船型以散貨船為主，占90%以上，集裝箱船、專業(yè)運輸船(液體化工、水泥船等)及船隊為輔；② 800噸以上散貨船中，98%的船舶倒桅空載線以上凈高在5.5 m以下，均小于四級和三級航道7.0 m的凈高值；③集裝箱船中，1,000噸級(51～75 TEU)集裝箱船，當(dāng)裝箱2層時空載線以上最大高度為4.6 m，當(dāng)裝箱3層時空載線以上最大高度為6.9 m，也小于四級和三級航道7.0 m的凈高值。關(guān)于四級及五級航道提升為三級航道時的橋梁拆建標(biāo)準(zhǔn)，在該文中已有詳細論述，本文不作展開。

2代表性船型

在航道設(shè)計時，代表船型的選取是確定航道尺度的關(guān)鍵因素之一，考慮到航道網(wǎng)是一個整體，航道互相通達，運輸船舶標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)基本一致。通過調(diào)研，并結(jié)合我省在京杭運河、長湖申線、湖嘉申線三級航道對船型的論證結(jié)果，提出推薦船型和營運組織方式(表1)，其中1,000 t機動駁(長68 m，寬10.8 m，吃水2.6 m)可作為設(shè)計計算控制船型。

表1　船型營運組織方式表 　(單位：m)

3資源節(jié)約型航道關(guān)鍵尺度研究

資源節(jié)約主要是為了節(jié)約土地、避免因航道升級拓寬造成城鎮(zhèn)段大量的房屋拆遷，同時還要控制護岸加固等建設(shè)成本，實現(xiàn)效益最大化。資源節(jié)約型航道關(guān)鍵尺度主要涉及航道底寬、水深、面寬及彎曲半徑，其中面寬及彎曲半徑尤為關(guān)鍵。

3.1　航道底寬及水深

根據(jù)2012年1月1日起實施的《運河通航標(biāo)準(zhǔn)》[2]，明確三級雙向航道底寬為45 m，水深為3.2 m。根據(jù)多年來的運行情況及理論計算，認為航道底寬45 m是比較適宜的，但由于目前船舶吃水普遍較大，標(biāo)準(zhǔn)中要求的最小水深3.2 m明顯偏小。據(jù)實際運行情況，船舶經(jīng)過水深為3.2 m的標(biāo)準(zhǔn)斷面航道時，螺旋槳往往攪動底泥，造成水體渾濁。參考《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》(送審稿-2010年交通運輸部)公式計算為： H=T+△H

式中 H—運河航道水深(m)；T—船舶或船隊的設(shè)計吃水(m)；△H—富裕水深(m)，取1.2 m。

根據(jù)設(shè)計計算控制船型船舶的設(shè)計吃水為2.6 m，算得航道水深為3.8 m。

根據(jù)2014年實測的京杭運河(浙江段)兩千多個航道橫斷面統(tǒng)計分析，目前京杭運河四級航道的橫斷面基本上顯鍋底狀，航道底寬內(nèi)水深基本達到3.2 m，航道中心線附近水深基本上在3.8 m左右，由此可以看出，三級航道設(shè)計水深取3.2 m明顯偏小，三級航道設(shè)計水深取3.8 m比較合理。

3.2　航道面寬

雖然航道面寬不能作為航道定級的參數(shù)(由底寬確定)，但資源節(jié)約型航道最關(guān)鍵的尺度還是航道面寬，當(dāng)然是在保證航道底寬及水深滿足定級標(biāo)準(zhǔn)的前提下，面寬不僅涉及征遷數(shù)量及工程造價，同時征遷還會對社會穩(wěn)定造成一定的影響。

根據(jù)我院多年的航道設(shè)計經(jīng)驗并結(jié)合我省的工程實際情況，無大量拆遷的地段，三級航道的面寬一般取70 m，但考慮到原有四級及五級航道現(xiàn)狀面寬分別為60 m及52 m，為了把四級及五級航道改造成三級航道，在設(shè)計時，經(jīng)過多條航道的經(jīng)濟性比較，認為對有條件拓寬(指基本上無征遷及重要設(shè)施)的地段，三級航道面寬取70 m較為經(jīng)濟合理；但對處于城鎮(zhèn)段的航道，要拓寬困難較大，征遷費用及賠償企業(yè)損失費用非常高，故需研究位于城鎮(zhèn)段的四級及五級航道在加大底寬及水深使之滿足三級航道標(biāo)準(zhǔn)的前提下，保持現(xiàn)狀面寬，提升改造為三級航道的可行性。但航道面寬越小，船舶的航行阻力也就越大，控制航行阻力的航道斷面系數(shù)應(yīng)滿足《運河通航標(biāo)準(zhǔn)》[2]的規(guī)定，即不應(yīng)小于6。

根據(jù)目前我省的實際情況，初擬面寬分別為70 m、60 m、52 m三種航道橫斷(圖1)，擬定設(shè)計最低通航水位0.5 m，水下邊坡1:4，按三級航道標(biāo)準(zhǔn)，取底寬45 m，水深3.8 m，計算航道斷面系數(shù)是否滿足要求。

(1)70 m面寬橫斷面

其過水面積為227m2，選擇船型為1000 t散貨船(長×寬×吃水=68×10.8×2.6 m)，設(shè)計船舶滿載吃水舯橫剖面浸水面積A=10.8×2.6=28.1m2，橫斷面系數(shù)=227/28.1=8.1>6，滿足要求。

(2)60 m面寬橫斷面

其過水面積為211m2，選擇船型同上，橫斷面系數(shù)=211/28.1=7.5>6，滿足要求。

(3)52 m面寬橫斷面

其過水面積為188m2，選擇船型同上，橫斷面系數(shù)=188/28.1=6.7>6，滿足要求。

從以上計算可以看出，三種面寬的航道斷面系數(shù)均滿足《運河通航標(biāo)準(zhǔn)》[2]的規(guī)定，即原有四級及五級航道在面寬不變的前提下，通過加大水深及底寬均能滿足三級航道通航標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1　三種典型航道面寬橫斷面圖

3.3　航道彎曲半徑

資源節(jié)約型航道另一個關(guān)鍵尺度是航道彎曲半徑，對原有四級及五級航道的現(xiàn)狀彎曲半徑是否滿足三級航道的要求，也必須作進一步計算分析。

(1) 根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》[1]分析彎道半徑

根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》[1]，內(nèi)河限制性三級航道彎曲半徑≥480 m，但根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)第3.0.5第4條規(guī)定：內(nèi)河航道的最小彎曲半徑，應(yīng)采用頂推船隊長度的3倍、貨船長度的4倍、拖帶船隊最大單船長度的4倍中的大值。在條件受限河段，航道最小彎曲半徑不能達到上述要求時，航道寬度應(yīng)加大，加大值應(yīng)經(jīng)專題研究確定。計算如下：

因我省內(nèi)河航道不適合頂推船隊，故按貨船長度、拖帶船隊最大單船長度的4倍計算。

根據(jù)推薦船型表，選擇1000噸散貨船(長×寬×吃水=68×10.8×2.6 m)，即在條件受限河段，在寬度加大的前提下，三級航道的最小彎曲半徑可降低為4×68=272 m。

(2)根據(jù)《運河通航標(biāo)準(zhǔn)》[2]分析彎道半徑

根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)第4.2.2.1規(guī)定：運河航道彎曲段的最小彎曲半徑，應(yīng)符合表4.2.1的規(guī)定，也可采用頂推船隊長度的3倍或貨船長度、拖帶船隊最大單船長度的4倍計算。對特殊困難河段，在寬度加大和駕駛通視均能滿足需要的前提下，彎曲半徑可適當(dāng)減小，但不應(yīng)小于頂推船隊長度的2倍或貨船長度、拖帶船隊最大單船長度的3倍。

① 根據(jù)推薦的設(shè)計船型，按《運河通航標(biāo)準(zhǔn)》[2]表4.2.1規(guī)定，三級航道的彎曲半徑為280 m；

② 若按貨船長度、拖帶船隊最大單船長度的4倍計算，則三級航道的彎曲半徑為4×68=272 m；

③ 特殊困難河段，在寬度加大和駕駛通視均能滿足需要的前提下，彎曲半徑可適當(dāng)減小，按貨船長度、拖帶船隊最大單船長度的3倍計算，則三級航道的彎曲半徑為3×68=204 m。

⑶ 綜合分析

由于以前設(shè)計時采用的老規(guī)范對航道半徑要求較高，我省目前航道彎曲半徑的實際情況如下：四級航道的彎曲半徑≥320 m(局部困難地段260 m)，五級航道的彎曲半徑≥260 m，結(jié)合以上分析計算，認為三級航道最小彎曲半徑選擇280 m較為合適，但對個別改造極困難的城鎮(zhèn)段，在寬度加大和駕駛通視距離均能滿足需要的前提下，通過適當(dāng)限速，其最小彎曲半徑可降低到204 m，但考慮到目前我省四級、五級航道的最小半徑已達到260 m，故可取最小彎曲半徑260 m。

4結(jié)語

通過以上對浙江省內(nèi)河限制性航道的現(xiàn)狀分析、代表船型研究及航道關(guān)鍵尺度的計算分析可知，我省的四級航道及五級航道若要提升改造成三級航道，在水深及底寬加大的前提下，目前航道的面寬及半徑可以基本保持不變，這樣大大降低了征遷費用，但在航道面寬不變的情況下，因需對航道底寬加大及水深加深，故必須對現(xiàn)有護岸進行加固處理，但其成本較高。據(jù)我院近幾年的設(shè)計資料分析統(tǒng)計，三級航道在面寬70 m的條件下，每延米新建護岸造價約3,000～4,000元(地質(zhì)變化等原因引起造價變化，下同)；60 m面寬時，每延米加固護岸造價約5,000～7,000元；52m面寬時，每延米加固護岸造價約7,000～9,000元。

在進行航道設(shè)計時，應(yīng)綜合分析比較，才能達到最優(yōu)的設(shè)計參數(shù)，在征遷費用與護岸造價中找到一個平衡點，達到降低工程總造價，實現(xiàn)資源節(jié)約的目的。根據(jù)以上分析計算，建議三級航道底寬取45 m、水深取3.8 m為宜，面寬及彎道半徑根據(jù)不同情況分別取值如下：

(1)在無征遷的地段，面寬取70 m，半徑≥280 m，采取新建護岸；

(2)在城鎮(zhèn)等建筑物密集區(qū)域，現(xiàn)狀面寬及彎曲半徑保持不變，采取加固護岸的措施。

三級航道選用最小尺度及適用范圍詳見表2。

表2 三級航道選用最小尺度及適用范圍表　(單位：m)

在三級航道設(shè)計時，應(yīng)因地制宜，對位于郊區(qū)無房屋拆遷的航段，航道面寬擬取70 m，最小彎曲半徑擬取280 m；對位于城鎮(zhèn)段的四級及五級現(xiàn)狀航道提升為三級航道時，其面寬及彎曲半徑可維持原狀，采取加大底寬、加深水深及對現(xiàn)狀護岸進行加固的措施，以達到三級航道的通航標(biāo)準(zhǔn)，這樣，既避免了大量的房屋拆遷及土地征用，又對工廠企業(yè)及居民的影響降低到最低程度，達到了資源節(jié)約的目的。

參考文獻：

[1]GB 50139—2014,內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]JTS 180—2—2011,運河通航標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]呂建偉,李志峰,徐朝輝．內(nèi)河限制性航道通航尺度及跨航橋梁拆建方案探討[J].水運工程,2014,(10):139-142.

Analysis on Dimensions of a Resource-Saving Inland Restricted

Class III Channel in Zhejiang Province

ZHANG Yi-ming

(Zhejiang Provincial Institute of Communications Planning, Design and Research, Hangzhou 310006, China)

Abstract:The inland channels in Zhejiang province have carried the transport of a large amount of cargoes required for the economic and social development. Based on the actual conditions of channels in Zhejiang Province, the key dimensions of a resource-saving inland restricted Class Ⅲ channel are put forward by means of calculation and analysis, and the possibility of upgrading the existing Class IV or Class V channel into a Class III channel is analyzed further in order to provide necessary parameters for upgrading of channels.

Key words:inland restricted channel; grade; upgrading; dimensions

文章編號：1671-234X(2015)02-0020-05

中圖分類號:U612-

文獻標(biāo)識碼：A-doi：10.3969/j.issn.1671-234X.2015.02.005

作者簡介：張一鳴(1964-)，男，浙江慈溪人，高級工程師，E-mail：zhangym@zjic.com。

收稿日期：2015-01-14