提高興隆船閘和漢江綜合通過(guò)能力的對(duì)策分析

胡克斌,朱喬航,葉 錚

(湖北省漢江興隆水利樞紐管理局，湖北 武漢 430062)

1 興隆船閘運(yùn)行現(xiàn)狀

興隆水利樞紐是漢江中下游梯級(jí)開(kāi)發(fā)的最末一個(gè)梯級(jí)，興隆船閘作為興隆樞紐的重要組成部分，采用單線一級(jí)船閘，對(duì)應(yīng)航道等級(jí)Ⅲ級(jí)(1000t)，閘室有效尺寸為180m×23m×3.5m(長(zhǎng)×寬×檻上水深)。

隨著漢江航道條件改善和地方經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，興隆船閘貨物通過(guò)量近年來(lái)呈現(xiàn)迅猛增長(zhǎng)勢(shì)頭，是目前漢江沿線最繁忙的通航設(shè)施。自2013年4月正式運(yùn)行以來(lái)，船閘通過(guò)能力逐年提高(見(jiàn)表1)，2017年過(guò)船數(shù)增至10491艘，年貨運(yùn)量增至523.8萬(wàn)t，與2013年相比增幅分別為113%和264%，有效促進(jìn)了漢江航運(yùn)發(fā)展，見(jiàn)表1。

表1 興隆船閘歷年通航情況統(tǒng)計(jì)表

為滿足航運(yùn)需求，興隆船閘日平均開(kāi)閘次數(shù)也由運(yùn)行初期的3.2次增加到2017年的8.5次，日均通航時(shí)間約10h，基本滿足船舶過(guò)壩需求。盡管如此，在遇下游枯水期、貨運(yùn)高峰時(shí)段等非正常狀態(tài)時(shí)，船閘通過(guò)能力仍顯不足，存在部分船舶待閘現(xiàn)象。

2 船閘設(shè)計(jì)通能力與實(shí)際情況對(duì)比分析

2.1 設(shè)計(jì)通航能力

興隆船閘設(shè)計(jì)代表船隊(duì)近期為1+4×500t，預(yù)測(cè)年貨運(yùn)量566.5萬(wàn)t，其中下行491.3萬(wàn)t；遠(yuǎn)景為1+4×1000t，預(yù)測(cè)年貨運(yùn)量990.5萬(wàn)t，其中下行878.8萬(wàn)t。船閘設(shè)計(jì)通過(guò)能力計(jì)算所用的基本參數(shù)為：船閘年通航天數(shù)335d；日工作小時(shí)22h；運(yùn)量不均衡系數(shù)1.3；船舶裝載系數(shù)0.75；日非運(yùn)貨船過(guò)閘次數(shù)2次；平均過(guò)閘間隔時(shí)間44.38min；日均過(guò)閘次數(shù)29.74次。

2.2 設(shè)計(jì)通過(guò)能力與實(shí)際通過(guò)能力比較

2.2.1 一次過(guò)閘平均載重

根據(jù)《初涉報(bào)告》給出的參考船型(隊(duì))推算出近期和遠(yuǎn)景的一次過(guò)閘平均載重噸位分別為1153.8t和2307.7t，2017年船閘實(shí)測(cè)值為1806.2t。僅從數(shù)據(jù)本身看，興隆船閘的一次過(guò)閘平均載重噸位已超過(guò)設(shè)計(jì)近期年份水平。

2.2.2 平均過(guò)閘間隔時(shí)間

設(shè)計(jì)推算的平均過(guò)閘間隔時(shí)間為44.38min，根據(jù)船閘多年的運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算的平均值為65min，比設(shè)計(jì)指標(biāo)多出20min。分析原因主要是興隆船閘上閘首設(shè)有一座兼顧壩面交通需要的頂升式鋼結(jié)構(gòu)活動(dòng)橋，不頂升時(shí)橋下凈空高度常年保持在7.5m，可基本滿足500t級(jí)以下船舶通行凈空要求。但隨著船舶大型化發(fā)展，高度低于7.5m的船舶已不多見(jiàn)，導(dǎo)致活動(dòng)橋幾乎每閘必頂，活動(dòng)橋運(yùn)行耗時(shí)約15min，但設(shè)計(jì)并未考慮到該因素的影響。

2.2.3 日均過(guò)閘次數(shù)

設(shè)計(jì)理論取值是單向29.74個(gè)閘次，按興隆船閘現(xiàn)有工況核定的每日最大單向閘次為20.3次。目前，興隆船閘是根據(jù)每日實(shí)際報(bào)港船舶過(guò)閘需求，適時(shí)調(diào)整當(dāng)天的通航時(shí)間和開(kāi)閘次數(shù)，以2017年為例，日平均開(kāi)閘數(shù)為8.5次，最高達(dá)12次。

2.2.4 船舶裝載系數(shù)

設(shè)計(jì)船舶裝載系數(shù)選用值為0.75，根據(jù)興隆船閘近年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，下行基本滿載，上行少量滿載且每年有所提升，推算其下行船舶的裝載系數(shù)為0.9，上行船舶的裝載系數(shù)為0.3，雙向平均約0.6略低于設(shè)計(jì)值。

2.2.5 年貨運(yùn)量

興隆船閘設(shè)計(jì)近期年貨運(yùn)量為566.5萬(wàn)t，2017年興隆船閘實(shí)際貨運(yùn)量為523.8萬(wàn)t，基本達(dá)到設(shè)計(jì)能力，預(yù)計(jì)2018年貨運(yùn)量將超過(guò)設(shè)計(jì)近期水平。另外，設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)船閘下行貨運(yùn)量占比為86.7%，但根據(jù)5年來(lái)實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)算，年平均下行貨運(yùn)量占比為77%，其中2017年為72.6%，說(shuō)明隨著貨運(yùn)需求的擴(kuò)大，在下行船舶基本保持滿載的情況下，上行船舶裝載率也在提升。船閘設(shè)計(jì)通過(guò)能力與實(shí)際通過(guò)能力的計(jì)算參數(shù)具體見(jiàn)表2。

3 影響船閘通過(guò)能力的主要因素

雖然現(xiàn)階段年貨運(yùn)量已接近設(shè)計(jì)近期水平，但目前貨運(yùn)需求并未飽和，船閘的日均通航時(shí)間僅為9.2h，只占設(shè)計(jì)值的41.8%，船閘實(shí)際通過(guò)能力并未完全發(fā)揮。若排除貨運(yùn)需求這個(gè)無(wú)法控制的因素，那么限制船閘通過(guò)能力增長(zhǎng)的因素還有哪些呢？

大致上，船閘年貨運(yùn)量=年通航天數(shù)(D)×日運(yùn)行時(shí)間(H)÷平均過(guò)閘間隔時(shí)間(h)×單個(gè)閘次平均載重(T)。通常情況下，D是相對(duì)穩(wěn)定的；H由總體貨運(yùn)需求決定，h反映設(shè)備運(yùn)行效率和調(diào)度

水平；T是由單個(gè)閘次的閘室有效面積利用率和船舶裝載系數(shù)綜合決定。因此，限制船閘通過(guò)能力增長(zhǎng)的因素主要包括閘室有效面積利用率、平均過(guò)閘間隔時(shí)間及船舶裝載系數(shù)。

3.1 閘室有效面積利用率

從多年的數(shù)據(jù)來(lái)看，興隆船閘閘室利用效率呈逐年下降趨勢(shì)，我們選取了船舶裝載率較為穩(wěn)定的下行過(guò)閘數(shù)據(jù)進(jìn)行重點(diǎn)分析，見(jiàn)表3，分析發(fā)現(xiàn)超千噸級(jí)船舶占比在逐年遞增，由2013年的16.1%增加到2017年的47.6%，年均增幅為36.2%；平均閘室利用率則逐年遞減，由6.1艘/閘減少到3.6艘/閘，年均降幅為12.6%；而單個(gè)閘次的平均載重量卻呈上下波動(dòng)趨勢(shì)，平均增幅僅為0.9%。從年貨運(yùn)量增幅最大的2017年來(lái)看，年過(guò)船數(shù)雖較上年增加了51.3%，但日均開(kāi)閘次數(shù)較上年增幅更大，達(dá)到了72%。也就是說(shuō)，隨著船舶大型化的不斷加劇，在單個(gè)閘次平均載重量不變的情況下，船閘有效面積利用率在不斷降低，船舶等待過(guò)閘時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)，最終導(dǎo)致船閘通過(guò)能力下降。

3.2 平均過(guò)閘間隔時(shí)間

因?yàn)槭苌祥l首活動(dòng)橋頻繁運(yùn)行的影響，船閘單次運(yùn)行需多耗時(shí)約15min，導(dǎo)致日開(kāi)閘次數(shù)相對(duì)減少，船閘運(yùn)行效率降低。

3.3 船舶裝載系數(shù)

興隆船閘船舶裝載系數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，在正常情況下，上下行載貨船舶基本能實(shí)現(xiàn)滿載航行。當(dāng)遇到枯水年份時(shí)，以2014年和2016年為例，因漢江主河床下切導(dǎo)致水位下降，上游來(lái)水量較小時(shí)船閘下游引航道水位長(zhǎng)時(shí)間低于設(shè)計(jì)最低通航水位，安全水深不足導(dǎo)致大型船舶只能限載航行，船舶裝載系數(shù)大打折扣，降低了船閘的通過(guò)能力。

4 對(duì)策與建議

綜合上述分析，提高興隆船閘通過(guò)能力的對(duì)策可分為兩類：近期對(duì)策和遠(yuǎn)期對(duì)策。近期可通過(guò)改善通航設(shè)施和提高現(xiàn)有設(shè)施運(yùn)行效率來(lái)提升船閘通過(guò)能力；遠(yuǎn)期可通過(guò)推行標(biāo)準(zhǔn)化船型等措施，在貨運(yùn)需求趨于飽和時(shí)，進(jìn)一步挖掘船閘通過(guò)能力，緩解瓶頸效應(yīng)。

表2 興隆船閘設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際情況對(duì)比表

表3 興隆船閘歷年下行通航數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

4.1 近期對(duì)策

(1)采取工程措施消除船閘下游引航道枯水期水深不足的影響，提高船舶裝載效率。目前，設(shè)計(jì)已提出針對(duì)性方案，采用疏浚和水下拆除等方式將下游引航道底部高程整體下降1.6m，使其在枯水期亦能滿足Ⅲ級(jí)航道的水深要求。同時(shí)，建議有關(guān)部門(mén)進(jìn)一步加大漢江流域危險(xiǎn)航道的整治力度，確保水深常年達(dá)標(biāo)。

(2)對(duì)船閘進(jìn)行技術(shù)改造，提高運(yùn)行效率?？煽紤]對(duì)上閘首頂升式活動(dòng)橋?qū)嵤┘夹g(shù)改造，在滿足壩頂交通需要的前提下盡可能減少其運(yùn)行頻次，進(jìn)一步縮短一次過(guò)閘時(shí)間。

(3)建議航運(yùn)主管部門(mén)制定相關(guān)制度，對(duì)閘室利用效率較大的“標(biāo)準(zhǔn)型”船舶實(shí)行優(yōu)先過(guò)閘，同時(shí)降低和限制“非標(biāo)準(zhǔn)型”船舶的過(guò)閘頻次，提高閘室利用率。

4.2 遠(yuǎn)期對(duì)策

(1)學(xué)習(xí)借鑒京杭運(yùn)河成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自身特點(diǎn)，打造并推行適合漢江航運(yùn)發(fā)展的千噸級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化船型。推行標(biāo)準(zhǔn)化船型可大幅提高船閘的閘室利用效率和船閘通過(guò)能力。

閘室利用率是一次過(guò)閘船舶的總面積(Sc)和閘室內(nèi)有效水域面積(S)的比值。其中S是固定值，興隆船閘為180m×23m×3.5m；Sc方面，設(shè)計(jì)遠(yuǎn)景通過(guò)船型對(duì)應(yīng)《內(nèi)河航道標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》)表3.0.2-1的船舶總體尺寸為85m×10.8m×2.0m，單閘可容納4艘，閘室利用率為88.7%，而興隆船閘閘室實(shí)際平均利用率遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

分析原因，主要是漢江實(shí)際貨運(yùn)船型和《標(biāo)準(zhǔn)》中代表船型差別較大，特別是船寬尺寸。目前核載1000t的貨船平均尺寸為60.9m×11.9m×2.3m，一閘最多只能容納3艘，單閘載重3000t，閘室利用率僅為52.5%，主要原因是閘室橫向空間浪費(fèi)過(guò)大。

目前漢江中下游已建和在建的7座千噸級(jí)船閘寬度均為23m，想要最大化利用閘室有效寬度，目前最可行的辦法是實(shí)現(xiàn)縱向剛好可并排兩條船，船寬控制在11m以內(nèi)。如果能設(shè)計(jì)出一種尺寸為60m×11m×2.5m、核載1000t左右的“標(biāo)準(zhǔn)”船型，以興隆船閘為例，單閘可容納船只6條，單閘載重可達(dá)6000t，閘室利用率將達(dá)到95.7%，接近設(shè)計(jì)極限。若考慮船舶裝載系數(shù)及運(yùn)量不均衡系數(shù)的影響，采用標(biāo)準(zhǔn)船型后，保守估計(jì)單個(gè)閘次平均載重可達(dá)到2951t，與2017年實(shí)測(cè)的1806.2t相比，增幅可達(dá)63.4%，效益十分顯著。

(2)采取工程措施，增加通道，打通船閘“瓶頸”。建議交通主管部門(mén)結(jié)合航運(yùn)中長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)，分析貨運(yùn)需求與航道條件、船閘實(shí)際通過(guò)能力的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在貨運(yùn)量特別集中、航運(yùn)壓力大的部位，提前規(guī)劃和建設(shè)二線船閘，雙線船閘同時(shí)運(yùn)行既可保證高峰期貨運(yùn)需求，亦可減輕船閘檢修對(duì)通航帶來(lái)的影響。

5 結(jié)語(yǔ)

從漢江航運(yùn)中長(zhǎng)期發(fā)展來(lái)看，隨著運(yùn)輸船舶數(shù)量的不斷增加，流域沿線各梯級(jí)的單線船閘必然會(huì)成為制約總體貨運(yùn)能力的瓶頸。本文從分析興隆船閘的運(yùn)行現(xiàn)狀入手，找出了閘室利用率低等影響船閘通過(guò)能力的主要因素，提出了針對(duì)性較強(qiáng)的措施和建議。解決船閘通航“瓶頸”、提高流域綜合通過(guò)能力是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要交通、水利、航道主管部門(mén)、船舶設(shè)計(jì)以及船企共同參與，結(jié)合漢江水運(yùn)特點(diǎn)，統(tǒng)籌兼顧地采取上述措施。通過(guò)對(duì)策的實(shí)施，船閘將更為通暢，漢江航運(yùn)效益也將大幅度增長(zhǎng)。