通過三峽升船機的船舶排水量校驗技術

鄒 靜，楊 利，南 航

(長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443002)

三峽升船機目前已進入試通航階段。三峽升船機的投入使用，將提高三峽樞紐通過能力，在一定程度上緩解三峽樞紐通航的緊張局面，并通過和葛洲壩樞紐聯合運行，發揮升船機快速通道功能，最大化發揮梯級樞紐的整體通過能力。

由于受到三峽升船機船廂結構強度的限制以及防止進出升船機船舶因總排水量過大而發生觸底，為保障通航安全，通過升船機的船舶總排水量不能超過3 000 t。在三峽升船機的調度具體工作中，必須對船舶總排水量進行判定或校核，而當前并沒有科學準確的方法可供參考。因此，必須盡快提出科學準確、方便易行的判定或校核船舶總排水量的方法，以確保升船機通航安全，維護升船機調度的公正性。

1 不同類型船舶三維尺度與排水量的對應關系

為了掌握在總排水量不超過3 000 t的要求下，通過三峽升船機不同類型的船舶對應的吃水及排水量的具體情況，搜集近3年實際過壩的4類船舶(客船、商品汽車運輸船、集裝箱船、普通貨船)的吃水和排水量數據，結合過壩船舶申報信息中船舶的長、寬、吃水等數據進行統計分析，以確定適宜通過三峽升船機的不同類型船舶在不同的長、寬、吃水區間內所對應的排水量，分析結果見表1[1]。

表1 排水量≤3 000 t時不同類型船舶排水量數據

注：排水量數據取同型或尺度區間內船舶總排水量最大值。

2 基于船舶三維尺度的排水量計算公式

從三峽升船機的運行安全以及維護三峽升船機的調度公正考慮，必須采用一種科學、合理的測算方法來判定過壩船舶能否符合通過三峽升船機的技術要求。

本文針對通過三峽河段的過閘船舶，重點研究基于船舶三維尺度計算船舶總排水量的方法。

2.1 方形系數的分布統計

以2015年過閘的船舶數據為基礎樣本，篩選出總長L≤110 m、總寬B≤17.2 m的干散貨船、集裝箱船、客船、商品汽車運輸船共1 997艘。在分別計算這4類船舶的方形系數CB后，得出CB的最小值、最大值和平均值的統計結果以及散點分布，見表2及圖1。

表2 過壩船舶的方形系數

圖1 4類船舶的方形系數與排水量對應關系

2.2 通過三峽升船機的船舶排水量計算經驗公式

由前文各船型CB的分布可看出，根據船舶型線的特點，同一船舶的CB隨吃水增大而增大。為保證升船機的運行安全，采用船舶滿載吃水時的方形系數計算通過三峽升船機的船舶排水量，可保證計算值不大于實際排水量，計算公式為[2]：

Δ=CBfLBd

(1)

式中：Δ為船舶排水量；d為船舶吃水；CBf為滿載吃水的方形系數，其值為Δf(LBdf)，其中Δf為滿載排水量，df為滿載吃水。計算方形系數時采用統一的船長L和船寬B，則經驗公式為：

Δ=Δfddf

(2)

2.3 經驗公式的優化

為了更準確地估算通過三峽升船機船舶的排水量，需要對船舶總排水量計算經驗公式進行改進優化。引入參數空載吃水dl和空載排水量Δl，將船舶總排水量計算經驗公式修改為：

Δ=Δl+(Δf-Δl)(d-dl)(df-dl)

(3)

式中：d為當前船舶實際平均吃水，計劃編制員在使用該公式時，d取船舶申報吃水；df為船舶滿載吃水；Δf為船舶滿載排水量。

2.4 優化后的經驗公式驗證

為了評估兩個經驗公式的計算精度，采用船舶靜水力曲線計算方法進行驗證。以2015年實際過壩船舶為試驗船舶(2015年實際過壩船舶中符合三峽升船機集泊尺度的船舶有893艘，其中干散貨船442艘、集裝箱船292艘、客船121艘、商品汽車運輸船38艘)，搜集試驗船舶的申報數據以及當前航次的船舶總排水量數據，將經驗公式計算結果與靜水力曲線計算結果進行比較，再計算誤差，分析結果見表3。

從表3的結果來看，式(3)較式(2)的計算精度有了很大提高。因此，式(3)可作為三峽河段過壩船舶總排水量計算的經驗公式來判定過壩船舶的總排水量是否滿足不大于3 000 t的通過要求。

表3 經驗公式計算結果與靜水力計算結果的誤差

3 通過三峽升船機船舶排水量的校驗技術

經過前文分析，式(2)、(3)是可行的，這為通過三峽升船機的船舶總排水量校驗技術研究奠定了基礎。但在實際工作中，作為航運調度部門，承擔著安全源頭控制責任，在判定船舶總排水量時要確保三峽升船機的運行安全，因此，在計算船舶總排水量時采用精度較高的式(3)較為適宜。

從船舶總排水量校驗技術的角度來說，應分為兩個階段進行校驗，第一階段采用現行的校驗方法，第二階段采用理論公式進行校驗，只有兩個階段的船舶排水量校驗結果都小于3 000 t時，則可判斷某艘船舶的總排水量滿足三峽升船機的技術要求。

3.1 現行的校驗方法

現行的校驗方法是按照升船機的集泊尺度對過壩申報船舶的總長和總寬以及吃水進行初步篩選，對于符合升船機集泊尺度的過壩申報船舶進行總排水量的校驗。

現行的船舶總排水量Δ的校驗公式是利用三峽航運調度系統中過壩船舶申報數據進行船舶總排水量的初步校驗，公式為[3]：

Δ=Δl+m+C

(4)

式中：Δl為空載排水量；m為實際載貨量；C為船舶常數，取值受船型和尺度的影響，為從源頭上保障三峽升船機的運行安全，在廣泛征求意見后，船舶常數的取值上采取“從大從嚴”的原則，按照船舶滿載排水量的5%取值。

通過上述校驗公式計算可判斷符合三峽升船機集泊尺度的過壩申報船舶的總排水量是否超過3 000 t，對總排水量未超過3 000 t且符合三峽升船機集泊尺度的過壩申報船舶，許可其通過三峽升船機。

3.2 通過三峽升船機船舶總排水量的校驗方法

由于現行的校驗方法只適用于估算過壩申報船舶的總排水量，精確度不高，對于船舶總排水量在3 000 t臨界點附近的申報船舶，難以準確判斷其排水量是否符合要求。

據前文分析，式(3)作為計算通過三峽升船機船舶總排水量的經驗公式較為合理。結合現行的校驗方法，對于同一艘船舶，將式(4)與式(3)、船舶總排水量曲線進行對比，見圖2。其中，式(4)是連接原點和滿載狀態點的一條直線，表示為控制線1；式(3)是連接空載狀態點和滿載狀態點的一條直線，表示為控制線2。

圖2 計算船舶總排水量對比

根據圖2和相關分析，提出計算過三峽升船機船舶總排水量的校驗方法：在船舶總長、總寬、吃水滿足三峽升船機限制要求(總長L≤110 m、總寬B≤17.2 m、吃水d≤2.7 m)的情況下，可按如下步驟進行判斷：

1)當滿載排水量Δf< 3 000 t、當前實際吃水d≤滿載吃水df時，可直接判定該船舶總排水量符合升船機要求。

2)當Δf≥3 000 t、d

3)若當前船舶總排水量Δ≤3 000 t，則初步校驗該艘船舶總排水量符合要求，進行二次校驗；否則直接判定該船舶總排水量不滿足要求。

4)對于初步校驗通過的船舶，還必須進行二次校驗，二次校驗利用式(3)重新計算。

5)若二次校驗的總排水量Δ仍然不大于3 000 t，則可判定該船舶總排水量符合升船機要求。

6)若過壩船舶不認可判定結果時，則由船方提供船舶靜水力曲線表數據，再次進行計算判斷。

上述校驗方法的原則是：初步校驗和二次校驗結果必須都在3 000 t以內，才能判定船舶總排水量是符合升船機通過要求的；任何一次校驗結果不在3 000 t以內，都直接判定船舶總排水量不符合升船機通過要求。上述船舶總排水量的校驗方法是由簡到繁，初步校驗只需要空載吃水dl和載貨量m兩個數據，二次校驗需要再增加空載排水量Δl和滿載吃水df等數據，其計算精度也隨之提高。

4 結語

1)本文利用船舶方形系數、滿載吃水等參數，總結出了快速計算通過三峽升船機船舶的排水量經驗公式，并對公式進行改進優化，使其精度滿足要求，計算誤差在150 t以內。

2)利用經驗公式總結出通過三峽升船機船舶排水量初次校驗和二次校驗的方法，該校驗方法快速、準確。