長江南京以下12.5 m深水航道洪季船舶交通流特征分析

徐 新,李真真,劉義武,陳 康

(1.長江航道工程局，江蘇 南京 210000；2.東南大學(xué)，江蘇 南京 210000)

長江南京以下12.5 m深水航道位于長江下游的感潮河段，涵蓋河流段和潮流段，航運(yùn)繁忙。有效把握其交通流規(guī)律是提高通過能力、保障通航安全和營運(yùn)效益的基礎(chǔ)工作及關(guān)鍵問題[1]。目前，國內(nèi)關(guān)于長江下游船舶交通流特征開展了一些研究工作：閆化然[2]利用MATLAB研究長江口深水航道超大型船舶交會的特征；劉釗等[3]研究了船舶交通流行為特征在水上組織的應(yīng)用；陳衛(wèi)宏[4]研究提高長江深水航道最高限速對船舶流的影響。船舶流量、流向是船舶流特征的重要參數(shù)，但目前缺乏對長江12.5 m深水航道船舶流的研究。本文基于2018年8月份的船舶流數(shù)據(jù)和水文數(shù)據(jù)，研究長江12.5 m深水航道船舶類型、船舶流量和流向變化規(guī)律，旨在為深水航道維護(hù)施工、水域通航安全措施制定提供依據(jù)。

1 研究區(qū)域

長江南京以下12.5 m深水航道工程建設(shè)范圍為長江干線南京—太倉河段，河段全長約283 km，屬于長江潮流變動段，為非正規(guī)半日淺海潮，日潮不等，受上游徑流和下游潮汐的共同影響，潮波變形明顯，沿程各水道感潮程度不同[5]。長江12.5 m深水航道潮位從下游向上游推移過程中產(chǎn)生時差；潮差自下游往上游越來越小，大潮日潮差大，小潮日潮差小；漲潮歷時小于落潮歷時，大潮比小潮明顯[6]。

2 研究方法

收集研究區(qū)域2018年8月AIS船舶流數(shù)據(jù)、沿程的潮位數(shù)據(jù)，依次在各水道上選擇5個統(tǒng)計斷面，見圖1。對通過航道1～5斷面的船舶交通流量進(jìn)行統(tǒng)計，以交通流理論為基礎(chǔ)，結(jié)合水文分析，研究儀征、丹徒直、口岸直、福姜沙、南通水道船舶流量、流向特征。

圖1 研究區(qū)域

3 研究內(nèi)容

3.1 船舶類型及流向分析

3.1.1船型

根據(jù)長江江蘇段船舶定線制規(guī)定(2013)，大型船舶是指船長80 m及以上的船舶、船隊，小型船舶是指大型船舶之外的船舶、船隊，將通過斷面的船舶分為大船、小船。各水道大、小船型占比見圖2。

圖2 各水道大、小船型占比

從圖2可知，小船在各水道占比均超過50%，儀征、口岸直水道大船與小船占比接近，小船占比在54%～56%，丹徒直、福姜沙、南通水道大船小船占比相差大，小船占比超過65%。

3.1.2船舶流向

根據(jù)沿程各斷面的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，沿程各水道船舶上、下行情況見圖3。

從圖3可知，各水道上行船舶大小船變化較大，儀征水道大船為絕對優(yōu)勢占比為73.2%，口岸直水道大船和小船占比相當(dāng)分別為53.8%和46.2%，丹徒直、福姜沙和南通水道均以小船為主，大船占比僅在33%左右。各個水道下行船舶中小船占比均超過50%，沿程自上而下大船占比和小船占比變化小，其中大船占比在31.5%～41.3%，小船占比在58.7%～68.5%。

注：下行船舶用負(fù)值表示。

3.2 船舶流量日變化規(guī)律

3.2.1各水道上行船舶與潮位關(guān)系

圖4顯示大潮日潮位對船舶流量的影響。

圖4 大潮日潮位對船舶流量的影響

由圖4可知，上行船舶流量逐時過程線與潮位逐時過程線變化趨勢一致，漲潮時段船舶流量逐時增加，落潮時段船舶流量逐時減少，且大、小船均遵循這個規(guī)律。

表1為上行船舶高峰流與潮位高峰值出現(xiàn)時刻統(tǒng)計結(jié)果。從表1可知，除儀征水道外，船舶高峰流與高潮位峰值時差在1 h以內(nèi)，船舶低峰流多出現(xiàn)在夜間的低潮位鄰近時間段。

表1 上行船舶高峰流與高峰潮位出現(xiàn)時刻

3.2.2各水道下行船舶與潮位關(guān)系

由表2可見，各水道船舶高峰流均滯后于高峰潮位，船舶高峰流出現(xiàn)在落急潮時段。圖5顯示長江12.5 m深水航道大潮日下行船舶與潮位的關(guān)系。從圖5可知出，船舶集中在白天通行，夜間通行船舶數(shù)量較少。以上規(guī)律小船比大船明顯，小船具有利于落潮下行的特征。

圖5 大潮日下行船舶

表2 下行船舶高峰流與高峰潮位出現(xiàn)時刻

3.3 船舶流量月變化規(guī)律

3.3.11個月內(nèi)大小潮上行船舶流對比分析

基于船舶流日變化的分析，儀征、丹徒直和口岸直水道潮位變化過程相似，福姜沙和南通水道相似，因此，以口岸直和南通水道為例，分析1個月內(nèi)大小潮上行船舶的變化。為觀察方便，小潮期間的水位與船舶流量用負(fù)值表示。

由圖6可見，大潮各水道上行船舶交通流量與潮位均遵循正相關(guān)關(guān)系，船舶流與潮位的變化具有同步性，漲潮時段小時船舶流量增加，落潮時段小時船舶流量降低，船舶高峰流出現(xiàn)在潮位高峰值附近。小潮期間上行船舶流與潮位關(guān)系不明顯。

圖6 大小潮各水道上行船舶流量

3.3.21個月內(nèi)大小潮下行船舶流對比分析

由圖7可見，大潮船舶高峰流出現(xiàn)在落潮時段。小潮期間，下行船舶交通流與潮位的關(guān)系沒有大潮時明顯，口岸直水道船舶高峰流出現(xiàn)在落潮時刻，白天落潮時刻船舶通行數(shù)量較多，南通水道船舶流與潮位近似表現(xiàn)為正相關(guān)性。

圖7 大小潮各水道下行船舶流量

3.3.31個月內(nèi)逐日船舶流變化

圖8顯示，1個月內(nèi)，日船舶數(shù)量并未隨大潮、小潮出現(xiàn)明顯差異，潮位及潮差大小對每日船舶總量影響較小。在各個水道，由于特殊原因，2018年8月3日、13日、17日、30日的船舶總量均較低。

圖8 各水道8月逐日船舶流變化

4 結(jié)語

1)船型和流向特點(diǎn):小船在長江12.5 m深水航道中占比均超過50%，各水道中均以小船為主；上行船舶中，儀征水道大船占絕對優(yōu)勢為73%，丹徒直、福姜沙和南通水道均以小船為主占比約67%，口岸直水道大船、小船占比相當(dāng)；下行船舶中各水道均以小船為主占比均大于58%。

2)船舶流量日變化特點(diǎn)：上行船舶，各水道的船舶流量與潮位表現(xiàn)為正相關(guān)性；下行船舶，高峰流量均出現(xiàn)在落急潮型段，落急潮型段通行船舶數(shù)量較多，落潮對小船影響更明顯。

3)船舶流量月變化特點(diǎn)：大潮各水道船舶流量與潮位的關(guān)系顯著，小潮時潮位對船舶流量的影響較弱，幾乎不存在關(guān)系。1個月內(nèi)，日船舶數(shù)量并未隨大潮、小潮出現(xiàn)明顯差異，潮位及潮差大小對每日船舶總量影響較小。