關于三峽—葛洲壩兩壩間船舶汛期通航 安全管理工作的一點思考

胡勛

摘 要：三峽-葛洲壩航段，等待過閘的船舶和航行船舶數(shù)量眾多，兩壩間航道條件不是十分理想，且三峽大壩發(fā)揮抗洪節(jié)流作用時造成長江干線水位和流量流速改變迅速，對兩壩間的航行船舶安全影響巨大，因此研究以長江干線水文條件和天氣、自然環(huán)境以及通航條件均較為惡劣的兩壩間航段船舶通航安全作為研究對象，研究結果將有助于長江航運安全的保障，為建設平安航運、平安長江提供部分參考。

關鍵詞：安全；船舶運輸；通航評估；船舶事故

中圖分類號：U657.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）7-0024-04

1 兩壩間汛期通航現(xiàn)狀描述

1.1氣象條件

（1）氣溫。三峽大壩建成后，區(qū)域內每年的氣溫變化平均值未超過0.2℃，冬季、春季的月均氣溫增高值幅度在0.3～1.0℃區(qū)間內，夏季月均氣溫降低值幅度在0.9～1.2℃區(qū)間內；其中，極高溫值可能下浮4℃左右，極低溫值可能上浮3.0℃左右，但基質溫度出現(xiàn)的概率不大，年均氣溫值在16.3～18.2℃區(qū)間浮動。

（2）降水。三峽水庫區(qū)域每年的平均降水量（雨、雪等）在1070～1682mm區(qū)間浮動，較少出現(xiàn)極高和極低值，每年的降水時間段主要集中在年春季末期至年內三季度仲秋時節(jié)。每年春季期間降水量與年內秋季的降水總量基本相同，但秋季雨水的降水時間較長，但雨水強度和規(guī)模一般不大。三峽大壩建成后，庫區(qū)每年平均降水量約增加3.0mm左右，降水影響波及壩址周邊幾千米至十幾千米距離不等，影響的大小因地形和距壩址距離因素而異。

（3）大風。三峽大壩未建時，庫區(qū)每年的平均風速為1.3m/s左右，風速隨季節(jié)時令變化值較小，但有記錄的最大瞬間風速任然可達27m/s左右。三峽大壩建成后，庫區(qū)的平均風速增加了約15%～40%左右，三峽水庫建成進行156m蓄水試驗后，水庫下段常有5～6級大風現(xiàn)象，極端最大風力能達8級以上，對船閘運行和船舶安全運行影響較大。

（4）大霧。三峽壩區(qū)平均霧日為40～41天，大霧主要分布在當年11月次年5月，并以團團霧等形式出現(xiàn)且多發(fā)生在夜間，汛期大霧較少，大霧可能會導致船閘停止運行并影響船舶過壩運輸。

1.2航行條件

三峽-葛洲壩間的長江干線航段主要處于西陵峽的區(qū)間范圍內，其中位于長江三斗坪到長江樂天溪的干線航道長度約9.6km，此段水道較為寬闊，航槽主要以復式斷面形式呈現(xiàn)；自長江樂天溪以下的航道長度約25.85km，航道位于峽谷區(qū)，河槽測量斷面主要為“U”型斷面，，此區(qū)段航道水面較為狹窄，河段走勢曲折，江岸較為陡峭。在枯水期，兩壩間水流相對平緩，比降較小，呈水庫航道特性。在長江的主汛期間，因受狹窄的河谷航道地形地貌條件約束，外加三峽水電樞紐調節(jié)洪水水位運行所產(chǎn)生的非恒定流影響，當三峽水電樞紐的泄水流量大于25000m3/s后，三峽-葛洲壩間長江干線航段的水流條件惡化明顯，嚴重影響位于此航段船舶的航行安全，其中以石牌彎道和相關洪水急流灘等航段的情況最為嚴重。

兩壩間主要灘險航段即“四灘一彎一關”，示意圖如圖1所示。

1.1.1水流條件模型試驗研究結論

2011年，長江科學院在2010年兩壩間航道地形研究基礎上，通過水工模型試驗對汛期（葛洲壩壩前水位66m）兩壩間航道水流和表面流速進行了研究，得出三峽-葛洲壩區(qū)間航段汛期礙航灘段、彎道不同流量級對應流速、比降見表1。

1.1.2水流條件原型觀測實測結果

根據(jù)國家有關工作安排，在2010年及2013年，長江水利委員會三峽水文局對三峽-葛洲壩區(qū)間航段汛期重點灘段、彎道在25000m3/s、30000m3/s、35000m3/s、40000m3/s、45000m3/s五個流量級水流條件進行了原型觀測，經(jīng)過整理，觀測實測結果見表2。

由表1～2模型試驗和原型觀測結果可知，三峽-葛洲壩區(qū)間航段汛期重點灘段水流最大流速由小至大依次為石牌彎道、偏腦灘段、大沙壩灘段、喜灘灘段和水田角灘段，灘段比降由小到大依次為石牌彎道、偏腦灘段、喜灘灘段、大沙壩灘段和水田角灘段。因此，水田角灘段為三峽-葛洲壩區(qū)間航段 “四灘一彎一關”中船舶向上游航行最困難的灘段。石牌彎道呈90?急流彎，所以石牌彎道為兩壩間“四灘一彎一關”船舶下行航行條件最困難的航段。

汛期船舶航行通過上述灘段時應謹慎駕駛，注意用車用舵，保持船舶良好操縱性能，同時此區(qū)段的航運安全主管部分要加強巡視和現(xiàn)場值守，隨時關注過往船舶的航行狀態(tài)。

2 兩壩間汛期船舶航行安全性評價指標選定

2.1 船舶航行安全性評價指標的確定

因汛期水流改變較大，流速變化復雜，此處船舶航行安全性評價指標的確定主要從從船舶上行方面考慮：船舶航行安全性主要表現(xiàn)為是否具備克服水流和比降的能力。

因此，將船舶上灘能力作為船舶航行安全性評價主要指標，影響船舶上灘能力的因素均為影響船舶航行安全性的因素。

2.2 上灘能力指標

2.2.1 上灘能力衡準數(shù)

船舶的上灘能力衡準數(shù)由船舶的對岸航速V決定。

V=（V1-△V）-V2

其中：V1為船舶的靜水航速；

△V為坡降阻力增加引起的速降；

V2為灘段上的最大水流速。

當V>0時，表示船舶具備上灘能力，為了保證船舶航行安全，此時對岸航速V還需要有一定的裕度。而在實際航行中船舶的上灘能力也是主要通過船舶的對岸航速來進行判斷，按《長江三峽大壩-葛洲壩水域船舶分道航行規(guī)則》，如果船舶的平均對岸航速超過水流速度4km/h，則認為該船具備上水過灘能力。

2.2.2 上灘能力影響因素

對船舶上灘能力的主要影響因素包括船舶阻力和船舶推力。

（1）船舶阻力。影響船舶阻力船型參數(shù)主要包括3個方面：①主尺度比：長寬比L/B，寬吃水比B/d。②船型系數(shù)：方型系數(shù)Cb。③船體形狀：首尾形狀、滿載水線面形狀。

（2）船舶推力。船舶推進主要取決于螺旋槳要素—直徑和螺距比，而螺旋槳直徑和螺距比是按照其承受的負荷（船舶阻力）設計得到的，并通過一定的主機功率PS和轉速n予以保證。

3 兩壩間船舶航行安全性評價

本章節(jié)通過在兩壩間的實船試航實驗，對兩壩間船舶航行安全性進行分析評價。

3.1 船舶航行安全性實船試航與分析

國家相關部門曾先后2次在兩壩間組織實施了25000m3/s、30000m3/s、35000m3/s、40000m3/s和45000m3/s五個流量級19艘次船舶實船試航，參試船舶為1000～5000t級散貨船、集裝箱船和商品車滾裝船等。

3.1.1 參試船舶選取

依據(jù)壩區(qū)通航船舶現(xiàn)狀和船舶實際配載情況選取實船試航參試船舶，試航船舶在不同流量級情況下，都嚴格依照相關規(guī)定配載，保持合理的單位功率載量，保證船舶在不同流量級實驗條件下都處于試航狀態(tài)。參試船舶主要技術參數(shù)見表3。

3.1.2 船舶上灘能力實測結果分析

（1）25000m3/s流量級。25000m3/s流量級時，黔龍?zhí)枴⒋?0均順利通過兩壩間相關險灘河段。但黔龍?zhí)枮檩p載，川集30為自航船綁拖船隊，計算數(shù)據(jù)不能真實反映此功率級別的船舶特性，故對25000m3/s流量級試驗結果不進行換算分析。

（2）30000m3/s流量級。30000m3/s流量級時，上行船舶有秭歸“ 898”、“ 平原1098”，在各急流灘不同主機功率時對岸航速見表4及表5。

（3）35000m3/s流量級。35000m3/s流量級時，上行船舶有“渝海61”、“鑫運旺1號”、“啟航06”，在各急流灘不同主機功率時對岸航速見表6至表8。

（4）40000m3/s流量級。40000m3/s流量級時，上行船舶有“航旭802”，在各急流灘不同主機功率時對岸航速見表9。

（5）45000m3/s流量級。45000m3/s流量級時，上行船舶有“安達9”，在各急流灘不同主機功率時對岸航速見表10。

本次試航船舶（隊）上行通過兩壩間航道時，雖然由于不同船舶（隊）船型和駕引操作的差異，使用主機負荷的百分比也不同（大部分試航船舶在通過水田角段時使用負荷最大，最高達74.9%），但試航船舶通過各灘段的對岸平均航速均超過4km/h。為便于比較，按主機負荷70%估算各試航船舶在水田角段的對岸平均航速、最小航速和裕度，估算結果見表11。

由表11可知，在不同的流量級情況下，試航船舶按照相關規(guī)定，保持合理的單位功率載量，處于適航狀態(tài)，在兩壩間上行時，除川集30外，對岸平均最小航速5.8 km/h，對岸平均最大航速15.6 km/h，船舶對岸航速裕度取值范圍在45%～290%，均能夠滿足《長江三峽大壩-葛洲壩水域船舶分道航行規(guī)則》第十三條“船舶應當以安全航速航行，在航路內正常航行時航速不得低于4km/h”的規(guī)定，船舶具有足夠的上灘能力。

3.1.4 實船試航結論

兩壩間大流量實船試航分2批次，共計5個流量級19艘次船舶測試，所有參試船舶均安全通過兩壩間航道。在不同的流量級情況下，試航船舶按照相關規(guī)定，保持合理的單位功率載量，處于適航狀態(tài)，上水船舶除川集30數(shù)據(jù)缺失外，對岸平均最小航速5.8 km/h，對岸平均最大航速15.6 km/h，船舶對岸航速裕度取值范圍在45%～290%，均能夠滿足“在航路正常航行時航速不得低于4km/h”的規(guī)定，船舶具有足夠的上灘能力。

根據(jù)本文的研究，在保證船舶試航的前提下，在不同的流量級條件下，兩壩間汛期船舶通航安全性較好，船舶通行較為安全。

4 研究結論與建議

4.1 研究結論

4.1.1 兩壩間通航現(xiàn)狀總結

（1）兩壩間主要為峽谷河段，汛期受大流量和三峽電站調峰運行產(chǎn)生的非恒定流影響，通航河段水流條件復雜，會對船舶航行安全造成較大影響。兩壩間河段主要險灘有水田角灘段、喜灘灘段、大沙壩灘段、偏腦灘段、石牌彎道、南津關彎道，俗稱“四灘一彎一關”。“四灘一彎一關”是汛期兩壩間船舶航行較困難的航段。

（2）結合汛期兩壩間航道水流條件模型試驗及原型觀測分析，試驗成果與實測結果具有較好一致性。模型試驗與原型觀測表明，在各個流量級水流條件下，水田角流速、比降均最大；石牌彎道呈90?急流彎，因此水田角航段是兩壩間船舶上行最為困難航段，石牌彎道是船舶下行最為困難航段。

4.1.2 船舶航行安全性評價指標確定與量化

研究確定兩壩間汛期船舶上行安全性評價指標為上灘能力，并確定了上灘能力衡準數(shù)為船舶對岸航速指數(shù)。

4.1.3 兩壩間汛期船舶航行安全性分析

兩壩間大流量實船試航分2批次，共計5個流量級19艘次船舶測試，所有參試船舶均安全通過兩壩間航道。按本文研究所確定的船舶單位功率載量進行配載，上水船舶除川集30數(shù)據(jù)缺失外，對岸平均最小航速5.8 km/h，對岸平均最大航速15.6 km/h，船舶對岸航速裕度取值范圍在45%～290%，均能夠滿足“在航路正常航行時航速不得低于4km/h”的規(guī)定，船舶具有足夠的上灘能力。

在保證船舶試航的前提下，兩壩間汛期船舶航行上灘能力良好，航行安全性可以得到保障，且現(xiàn)有船舶配載標準還存在提升空間。

4.2 建議

4.2.1 建議盡快完善兩壩間汛期船舶通航流量控制標準

目前兩壩間汛期船舶通航流量控制標準還不夠完善，這既不利于船舶在兩壩間航行的經(jīng)濟效益，也不利于緩解兩壩間船舶滯留常態(tài)化的狀況。因此建議在確保安全前提下，盡快制定完善兩壩間航道汛期不同類型船舶通航流量標準，規(guī)范船舶汛期兩壩間航路、航法和駕引操作方法，盡可能提高船舶通航率，擴大兩壩間河段通過能力。

4.2.2 建議加快推進兩壩間航道整治工程

目前兩壩船舶航行條件還比較困難，尤其是“四灘一彎一關”航段，為徹底解決船舶兩壩間航行安全和經(jīng)濟效益問題，建議加快推進兩壩間航道整治工程，改善兩壩間通航航道狀況，提升航道等級。

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