多線船閘停航檢修期間積壓船舶的估算方法

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上，分析船舶積壓估算的相關因素，提出檢修期間積壓船舶數量估算方法，建立相關模型并選取過閘需求參數和通過能力參數為原始數據，估算驗證2012―2014年開展的3次停航檢修期間積壓船舶數量。結果表明，該估算方法計算結果與實際值接近，誤差較小。

【關鍵詞】 多線船閘；船閘檢修；積壓船舶；三峽船閘；葛洲壩船閘

船閘設備在運行使用過程中長期承受水壓力、土壓力、船舶撞擊力等各種荷載的作用，其建筑物及運轉構件易出現磨損、變形，甚至產生局部破壞，造成部件失效，影響船閘正常運行，留下安全隱患，縮短船閘使用年限。為保證船閘的安全運行，必須對其進行定期保養和檢修。根據原交通部《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目需停航進行。

若對多線船閘中的一線進行停航檢修，會造成該船閘通過能力下降，可能帶來船閘通過能力與過閘需求不符，從而使船閘附近水域出現船舶積壓現象，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，是我國兩座典型的多線船閘，通航管理部門對三峽船閘和葛洲壩船閘實施統一調度，聯合運行。三峽船閘為雙線五級船閘，在正常情況下按照“南下北上”的方式實行單向運行；葛洲壩船閘為三座單級船閘，通常與三峽船閘運行方式相匹配。2011―2013年連續3年三峽船閘上行貨物通過量達到5 000萬t設計值，過閘船舶積壓現象呈現出常態化趨勢，尤其在船閘檢修停航期間，船舶積壓問題更為突出。

2012―2014年，三峽船閘和葛洲壩船閘開展了3次較長時間的停航檢修，檢修期間船閘附近水域出現了大量船舶積壓現象。

2 船舶積壓估算相關因素

船舶積壓是船閘通過能力不足而產生的一種現象，過閘需求與通過能力之間存在的缺口是船舶積壓等問題的決定性因素，缺口越大，可能導致積壓的船舶數量就越多。

2.1 過船能力

船閘在檢修期間的日通過船舶能力與不停航船閘的日運行閘次數、每閘次所能容納的船舶數量相關。在一定時期內，若船閘管理運行技術未發生重大革新及過閘船型構成未發生較大變化時，則檢修期間日通過船舶能力基本穩定。

2.2 過閘需求

船舶過閘需求主要取決于國家經濟社會發展對航運經濟的影響。對某一特定河段水域來說，在一定時期內，過閘需求通常與常年過閘船舶的運力及其過閘頻率（周期）和所處的運輸季節相關。若航運經濟沒有發生“突發性”地增長或萎縮，則常年過閘船舶的運力及其過閘頻率（周期）基本穩定。但是，隨著船閘檢修的進行，船閘附近水域的積壓船舶數量達到一定規模后，過閘船舶運力受到影響，船舶原有的過閘周期發生變化，進而對過閘需求產生影響。

3 模型計算

3.1 模型的建立

對檢修期間不常過閘的船舶如公務船、工程船等按照一定比例進行折算。根據船閘運行組織原理，當日積壓船舶總數等于前一日的積壓船舶數量同當日過閘需求與通過能力缺口的差值之和，并綜合檢修選取時期（季節）等因素后，檢修第i天的過閘需求及積壓船舶數量可通過下式進行估算。

式中：Ai為第i天的過閘需求；Bi為第i天的積壓船舶數量；g為過閘需求季節因子； 為檢修期間公務船、工程船等不常過閘船舶所占的比例。檢修前船閘附近水域無船舶積壓，則B0=0。

從式（1）可以看出，積壓船舶數量Bi迭代收斂條件為Ai=Pi，即通過能力與過閘需求相當時，積壓船舶數量將穩定在某一數值附近。給定初始條件后，對式（1）進行迭代計算，估算檢修期間積壓船舶的數量。

設多線船閘共有L線，未停航船閘數為L 1，其中，第k座未停航船閘的日運行閘次為Nk，平均每閘次通過的船舶數量為Sk，則第i天的船閘通過能力為

3.2 計算參數選取

3.2.1 過閘需求參數

3.2.1.1 常年過閘船舶及周期

常年過閘船舶以貨船為主。根據統計資料，近年來雖然過閘船舶的數量不斷發生變化，但過閘的營運船舶數量總體穩定，船舶流向申報中有關上行和下行通過船閘的船舶數量總體相當。除去公務船、工程船、客船及船隊等以外，常年申報通過三峽船閘和葛洲壩船閘的貨運船舶為3 150艘，絕大多數船舶年過閘次數不超過36次（見圖1），即船舶過閘周期一般在10天以上。

3.2.1.2 船隊、客船、公務船等不常過閘船舶占比

不常過閘船舶通過三峽大壩和葛洲壩占常年過閘船舶比重有所不同（見表1）。

為保證檢修期間客船的正常過壩，充分發揮船閘的貨運通過能力，三峽船閘檢修期間一般實行短線客船翻壩轉運，但過閘客船主要以長線客船為主，平均每天為0.5艘次，因此，所占比重取0.008。在短線客船翻壩轉運條件下，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 季節因子

季節因子與檢修施工選取的時期有關，表示船舶過閘需求按時期分布。將近年來各月實際船舶數量值除以申請過閘的船舶數量月平均值得到季節因子值（見表2）。

表2 過閘需求季節因子

3.2.2 通過能力參數

3.2.2.1 未停航船閘的日運行閘次

在三峽船閘檢修期間，船舶無法正常通過三峽大壩，使此處成為三峽河段通過能力的“瓶頸”。對未停航的一線船閘實行單向運行、定時換向，換向周期為24 h，換向用時需145 min左右，閘次間隔時間取85 min，日均可運行15.24閘次。

在葛洲壩船閘單獨檢修期間，當三峽南北兩線船閘正常定向運行時，超出葛洲壩樞紐的通過能力，將通過能力“瓶頸”轉移至葛洲壩后，未停航船閘實行迎向運行。一、二號閘閘次間隔時間約為80 min，日均可運行18閘次；三號船閘閘次間隔時間為30 min，日均運行可達48閘次。

3.2.2.2 平均每閘次通過的船舶艘次

三峽船閘和葛洲壩一、二號船閘閘室長280 m，寬34 m，允許通過的船舶吃水一般可達4.3 m。從目前過閘的船型來看，通常每閘次可安排4～5艘船舶通過。統計數據顯示，近年來在檢修期間，每閘次通過的船舶數量與上年平均值接近，因此，可采用上一年度平均值進行估算。2012―2014年分別取5.374艘/閘、4.564艘/閘和4.240艘/閘。

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

3.2.2.3 檢修期間的日過船能力

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

3.3 估算結果驗證

在2012―2013年檢修期間，為避免船舶過多集中于船閘附近水域，通航管理部門對下行船舶啟動三峽壩區水域船舶滯留應急聯動機制二級預警，實施分段簽證，申請下行過閘的船舶需求得到控制，下行船舶積壓數據無法客觀反映過閘需求，此檢修期間僅估算驗證單向上行積壓船舶數量，而在2014年船閘檢修期間應估算驗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量

2012年3月7日―4月26日，葛洲壩一號船閘停航大修，工期為55天，三峽南線船閘首次實施歲修，工期為20天，與葛洲壩船閘同時啟動。根據表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天日通過能力取81.9艘次；在三峽船閘檢修結束后，短線客船恢復過閘，葛洲壩一號閘單獨檢修35天，此期間 取0.334，通過能力取126.7艘次。將上述取值代入式（1），估算出檢修結束時，單向積壓船舶數量為360艘次，與實際值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），估算出檢修結束時單向積壓船舶數量為286艘次，與實際值285艘次誤差不到1%。

3.3.3 2014年葛洲壩二號船閘檢修期間的積壓船舶數量

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

4 結 語

從2012年以來三峽船閘和葛洲壩船閘檢修情況來看，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確地預測檢修期間可能引起積壓的船舶數量，為采取相應的管理措施提供參考，同時對國內外多線船閘檢修期間的運行管理工作具有推廣意義。

3.2.2.2 平均每閘次通過的船舶艘次

三峽船閘和葛洲壩一、二號船閘閘室長280 m，寬34 m，允許通過的船舶吃水一般可達4.3 m。從目前過閘的船型來看，通常每閘次可安排4～5艘船舶通過。統計數據顯示，近年來在檢修期間，每閘次通過的船舶數量與上年平均值接近，因此，可采用上一年度平均值進行估算。2012―2014年分別取5.374艘/閘、4.564艘/閘和4.240艘/閘。

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

3.2.2.3 檢修期間的日過船能力

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

3.3 估算結果驗證

在2012―2013年檢修期間，為避免船舶過多集中于船閘附近水域，通航管理部門對下行船舶啟動三峽壩區水域船舶滯留應急聯動機制二級預警，實施分段簽證，申請下行過閘的船舶需求得到控制，下行船舶積壓數據無法客觀反映過閘需求，此檢修期間僅估算驗證單向上行積壓船舶數量，而在2014年船閘檢修期間應估算驗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量

2012年3月7日―4月26日，葛洲壩一號船閘停航大修，工期為55天，三峽南線船閘首次實施歲修，工期為20天，與葛洲壩船閘同時啟動。根據表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天日通過能力取81.9艘次；在三峽船閘檢修結束后，短線客船恢復過閘，葛洲壩一號閘單獨檢修35天，此期間 取0.334，通過能力取126.7艘次。將上述取值代入式（1），估算出檢修結束時，單向積壓船舶數量為360艘次，與實際值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），估算出檢修結束時單向積壓船舶數量為286艘次，與實際值285艘次誤差不到1%。

3.3.3 2014年葛洲壩二號船閘檢修期間的積壓船舶數量

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

4 結 語

從2012年以來三峽船閘和葛洲壩船閘檢修情況來看，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確地預測檢修期間可能引起積壓的船舶數量，為采取相應的管理措施提供參考，同時對國內外多線船閘檢修期間的運行管理工作具有推廣意義。

3.2.2.2 平均每閘次通過的船舶艘次

三峽船閘和葛洲壩一、二號船閘閘室長280 m，寬34 m，允許通過的船舶吃水一般可達4.3 m。從目前過閘的船型來看，通常每閘次可安排4～5艘船舶通過。統計數據顯示，近年來在檢修期間，每閘次通過的船舶數量與上年平均值接近，因此，可采用上一年度平均值進行估算。2012―2014年分別取5.374艘/閘、4.564艘/閘和4.240艘/閘。

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

3.2.2.3 檢修期間的日過船能力

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

3.3 估算結果驗證

在2012―2013年檢修期間，為避免船舶過多集中于船閘附近水域，通航管理部門對下行船舶啟動三峽壩區水域船舶滯留應急聯動機制二級預警，實施分段簽證，申請下行過閘的船舶需求得到控制，下行船舶積壓數據無法客觀反映過閘需求，此檢修期間僅估算驗證單向上行積壓船舶數量，而在2014年船閘檢修期間應估算驗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量

2012年3月7日―4月26日，葛洲壩一號船閘停航大修，工期為55天，三峽南線船閘首次實施歲修，工期為20天，與葛洲壩船閘同時啟動。根據表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天日通過能力取81.9艘次；在三峽船閘檢修結束后，短線客船恢復過閘，葛洲壩一號閘單獨檢修35天，此期間 取0.334，通過能力取126.7艘次。將上述取值代入式（1），估算出檢修結束時，單向積壓船舶數量為360艘次，與實際值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），估算出檢修結束時單向積壓船舶數量為286艘次，與實際值285艘次誤差不到1%。

3.3.3 2014年葛洲壩二號船閘檢修期間的積壓船舶數量

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

4 結 語

從2012年以來三峽船閘和葛洲壩船閘檢修情況來看，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確地預測檢修期間可能引起積壓的船舶數量，為采取相應的管理措施提供參考，同時對國內外多線船閘檢修期間的運行管理工作具有推廣意義。