內河航道維護尺度的預報研究

張小莉

【摘 要】 為了提高內河航道維護尺度預報過程及其結果的科學性和合理性，更好地利用航道的現有條件服務過往航行船舶，以阜陽市沙潁河航道阜陽閘至潁上閘段航道維護尺度為例，分析了該段航道維護尺度預報的思路和過程，總結了內河航道維護尺度預報過程中船型分析、水文分析及維護尺度確定需注意的要點。研究結果可為更好地保障船舶航行安全、發揮水運的比較優勢、服務地方經濟發展提供參考。

【關鍵詞】 內河航道；航道維護；維護尺度；預報研究

航道是國家重要的公益性交通基礎設施，其養護是航道管理工作的重要內容之一。加強航道養護是鞏固和維持航道建設成果、保持航道通航條件的重要手段，是水路運輸安全暢通和國家重大戰略物資運輸安全的重要保障，也是服務經濟社會發展的重要支撐。

根據《中華人民共和國航道法》，國務院交通運輸主管部門應制定航道養護技術規范；航道管理部門應按照航道養護技術規范進行航道養護，保證航道處于良好通航狀態；航道管理部門應根據航道現有技術等級或航道自然條件確定并公布航道維護尺度和內河航道圖。其中，航道維護尺度是指航道在不同水位期應保持的水深、寬度、彎曲半徑等技術要求。

根據《航道養護管理規定》和《交通運輸部關于加強“十四五”期間全國航道養護與管理工作的意見》，負責航道養護事務性工作的機構應向社會公布所轄航道的維護尺度、通航建筑物停航復航安排等航道公共服務信息。每月至少公布1次內河Ⅴ級以上航道的維護尺度，至少提前30日公布通航建筑物停航復航安排，及時公布應急停航信息。

對航道維護尺度預測、預報展開研究，科學合理地預測、預報航道維護尺度，可進一步利用航道水深資源[1]，使其更好地服務過往航行船舶，支撐地方經濟發展。

1 阜陽市航道概況

阜陽市境內水網密布，航道眾多，共有航道里程685.56 km，分布在淮河、沙潁河、茨淮新河、泉河等通航河流，其中沙潁河和淮河為國家高等級航道，茨淮新河和泉河為省級干線航道。近年來，隨著沙潁河和泉河航道整治工程的實施，以及潁上、耿樓復線船閘工程的建設，阜陽市航道通航條件得到顯著的改善。目前，阜陽市水運可經沙潁河入淮河，經京杭大運河直達江蘇、上海等地區；可溯沙潁河而上直達河南省豫東和平頂山產煤區，是中原通往華東的水運要塞[2]。

沙潁河航道自河南省漯河至安徽省沫河口，全長378 km。該航道的阜陽段自常勝溝至沫河口，全長約206 km，已按天然和渠化河流Ⅳ級完成整治，航道尺度為50.0 m？.8 m？30.0 m（航道寬度咨杓撲顎鬃钚⊥淝刖叮？017年交工驗收，2021年竣工驗收。沙潁河安徽段沿線建有耿樓、阜陽和潁上3座航運樞紐，分別配套建有500 噸級的耿樓及復線船閘、阜陽船閘、潁上及復線船閘。

2 研究思路方法

內河航道維護尺度研究流程見圖1，具體方法如下。

（1） 航道測量：測量需要研究的航道，測圖比例采用1∶5 000或1∶2 000。

（2） 船型分析：調研船型現狀，結合規劃標準船型與航道設計船型，分析設計航道代表船型。

（3） 水文分析：收集沿線水文站水文資料，根據近20年的水文資料分析各月特征水位資料，并計算各節點的特征水位。

（4） 依據航道現狀、水文分析結果、船型分析結果、現有航道養護等展開分析，確定各航道最小維護尺度，結合各月特征水位確定年度航道維護尺度計劃和月度航道維護水深計劃。

3 研究要點

3.1 船型分析

3.1.1 船型分析要點

（1） 船型噸級選取。航道維護尺度是航道在自然條件下，不同水位期應保持的水深、寬度、彎曲半徑等技術要求，因此分析船型時，船舶噸級選取應以航道技術等級現狀對應的船舶等級為主，并考慮規劃航道等級對應的船舶噸級和通航船舶的現狀。

（2） 船型標準選取。船型標準選取從規劃標準船型、航道現狀船型和航道設計船型3個方面綜合分析，考慮以下2個方面： ① 規劃標準船型主要從相關船型標準、港口總體規劃和航道規劃中選取對應噸級的船型； ② 對于航道現狀船型，主要從船舶噸位構成、船舶吃水、船舶干舷以上高度、船長、船寬等方面分析船閘的過閘數據；航道設計船型主要為航道整治工程對應的船型。

3.1.2 沙潁河船型選取

（1） 船型噸級選取。沙潁河航道現狀等級為Ⅳ級、規劃等級為Ⅲ級，結合腹地運輸需求、航道現狀和現狀船型，分析確認沙潁河航道設計代表船型按Ⅳ級航道500 噸級船型選取，兼顧1 000 噸級船型。

（2） 船型標準選取。沙潁河航道維護尺度船型標準選取從規劃標準船型、航道現狀船型和航道設計船型3方面分析，船型標準選取框架如圖2所示。

① 規劃標準船型：采用《內河通航標準》《內河過閘運輸船舶標準船型主尺度系列》《阜陽港總體規劃（2015―2025年）》及《安徽省交通運輸廳關于船舶碰撞隱患治理自查評估的代表船型》中對應的500 噸級和1 000 噸級船型。

② 航道現狀船型：2020年9月1日―2021年11月15日耿樓船閘的船舶過閘統計數據顯示，包括貨運船舶、工程船、拖船、渡船等各類船舶共艘次過閘，其中貨運船舶共11 794艘次，占船舶總數的99.1%。重點分析這些船舶噸位構成和船舶吃水深度。

噸位構成：對數據中11 794艘次的貨運船舶進行統計分析，貨船平均噸位1 430 t。其中：500 噸級以下33艘次，占比0.28%；500 噸級730艘次，占比6.19%；1 000 噸級5 949艘次，占比50.44%；2 000 噸級5 073艘次，占比43.01%；2 000 噸級以上9艘次，占比0.08%。綜上可知，雖然沙潁河航道現狀按照Ⅳ級航道標準整治完成，航道尺度達到Ⅳ級航道標準，但航道水深條件良好，1 000 噸級以上船舶達到率93.53%，所以在分析航道維護水深時需兼顧考慮 噸級船型。

船舶吃水：對統計數據中11 794艘次的貨運船舶吃水進行統計分析，平均吃水深度為2.47 m，60%保證率吃水2.95 m，90%保證率吃水3.50 m，最大吃水4.41 m。其中：500 噸級船舶90%保證率吃水深度為2.60 m；1 000 噸級船舶90%保證率吃水深度為3.19 m； 噸級船舶90%保證率吃水深度為3.62 m。綜上可知，現狀船舶吃水深度大于標準船型吃水，因此本航道維護尺度研究選取船型標準時，需考慮現狀船舶吃水較深的情況。

③ 航道設計船型：采用沙潁河航道整治工程對應的船型。

綜上可得沙潁河航道維護尺度預報研究中采用的貨船船型標準，見表1。

3.2 水文分析

3.2.1 水文分析要點

（1）水位標準選取。根據《內河通航標準》第6章通航水文選取內河航道水位。

（2） 水文分析。選取所分析航道的沿線水文站點，尤其是航道2段的水文站點，獲取各站點至少20年的逐日平均水位。

根據各站點各月的逐日平均水位值分別繪制相應的P-Ⅲ型水文頻率曲線圖，并計算得到各站點各月的最低水位、標準選取對應的最低通航水位、常水位、標準選取對應的最高通航水位和最高水位。以標準選取的最高和最低通航水位作為各節點各月對應水位，同時采用航道設計通航水位和水文分析得出的最高及最低水位作為復核，分析結果作為預測未來一年的各月各節點特征水位。

繪制P-Ⅲ型水文頻率曲線圖時，將1個月的水位值降序排列，并計算經驗頻率，其標準正態分布分位數即為P-Ⅲ型曲線的橫坐標值，水位值為縱坐標值；添加1個系列的XY散點，確定研究所需的取水保證率，其標準正態分布分位數即為P-Ⅲ型曲線的橫坐標值，縱坐標值為對應的縱坐標值；最后，將XY散點圖的橫坐標數值更換為取水保證率。

3.2.2 沙潁河水文分析

沙潁河航道現狀等級為Ⅳ級。根據《內河通航標準》中的6.2.1和6.2.2，天然河流Ⅳ級航道最高通航水位取十年一遇洪水位，最低通航水位取98%～ 95%保證率水位。考慮到沙潁河航道整治的設計水位選取，沙潁河航道的最高通航水位取十年一遇洪水水位，最低通航水位取95%保證率水位。

沙潁河航道涉及的水文站共有4個，分別為界首水文站、阜陽閘水文站、潁上閘水文站和正陽關水文站。以阜陽閘至潁上閘段航道水文數據為例，采用潁上閘（閘上）站近20年的逐日平均水位值分別繪制相應的P-Ⅲ型水文頻率曲線圖，如圖3所示。

根據潁上閘（閘上）站的水文頻率曲線圖，分析得到各月的最低水位、95%保證率水位、常水位、10%保證率水位和最高水位，同時采用航道設計通航水位和水文分析的最高及最低水位作為復核。潁上閘（閘上）站各月的特征水位變化曲線如圖4所示。將分析結果作為預測未來一年各月的特征水位，潁上閘（閘上）各月特征水文見表2。

3.3 航道維護尺度

3.3.1 航道維護尺度要點

依據航道現狀等級、規劃等級、航道測圖、水文船型分析、現有航道養護等分析并確定年度航道維護尺度時，應注意以下幾方面。

（1） 采用科學的方法分析未來一年各月水位，但考慮受水利防洪調度、上下游天氣等影響，水位預測困難，其結果存在誤差，因此確定航道維護尺度時需考慮一定的裕度。

（2） 定時發布航道維護尺度有助于進一步利用航道水深資源，遵循“深水深用、淺水淺用”原則更好地服務于航行船舶[3]，因此確定航道水深時，要結合船型分析結果，特別是對于現有船型，應盡量利用水深服務過往航行船舶。

（3） 沙潁河航道阜陽閘至潁上閘段航道水深計算見表3。當水位和航道發生較大變化，造成航道維護尺度變化時，需及時發布更新信息。

3.3.2 航道維護尺度確定

（1） 尺度標準確定。結合沙潁河航道整治工程、《內河通航標準》和《航道工程設計規范》的要求確定尺度標準。根據沙潁河航道整治工程，按照天然和渠化河流Ⅳ級航道標準整治，航道尺度為50.0 m？2.8 m？30.0 m。根據《內河通航標準》，天然和渠化河流Ⅳ級航道的航道尺度為50.0（30.0） m 祝？.6～1.9） m？30.0 m（雙線（單線））；限制性Ⅳ級航道的航道尺度為40.0 m？.5 m？20.0 m。根據《航道工程設計規范》可得航道水深表達式為：

H＝T +△H（1）

式中： H為航道水深，m；T為船舶吃水，m，根據航道條件和運輸要求可取船舶、船隊設計吃水或枯水期減載時的吃水；△H為富余水深，m，Ⅳ級航道取0.2 ～ 0.3 m，Ⅵ級航道取0.2 m。

根據式（1），計算各設計代表船型對應的航道吃水如下：

500 噸級船舶吃水＝2.3 + 0.2＝2.5 （m）

500 噸級船舶吃水＝2.6 + 0.2＝2.8 （m）

1 000 噸級船舶吃水＝3.0 + 0.2＝3.2 （m）

1 000 噸級船舶吃水＝3.2 + 0.2＝3.4 （m）

根據《航道工程設計規范》可得航道水深航道寬度表達式如下：

B＝B1 + B2 + （d1 + d2 + C）（2）

式中：B為直線段雙線航道寬度，m；B1為下行船舶或船隊航跡帶寬度，m； B2為上行船舶或船隊航跡帶寬度，m； d1 + d2 + C為各項安全距離之和，m。

貨船取0.67～0.80倍上行和下行航跡帶寬度，可得：

B＝2×（１0.8 + 67.5×sin 2^。（0.67～0.80）×（10.8 + 67.5×sin2^。） ×2＝43.94～47.36 （m）

根據《航道工程設計規范》，最小彎曲半徑宜取4倍貨船長度，在滿足寬度加大和駕駛通視的前提下可適當減小最小彎曲半徑，但不得小于3倍貨船長度，則最小彎曲半徑為4.0？7.5＝270 （m）。

（2）航道維護尺度確定。結合沙潁河航道測圖、航道水位分析、船型分析及航道現狀維護情況，計算阜陽閘至潁上閘段航道水深。根據各月特征水位預測結果，結合現狀船型及預測原則，可得阜陽閘至潁上閘段維護尺度，見表4。

4 結 語

航道是水運發展的基礎，維護尺度預報研究的準確性對水運發展具有重要意義。本文總結了內河航道維護尺度預報的思路和方法，著重分析了預報時需注意的要點，并以阜陽市沙潁河航道為例展開實例分析。研究結果可供今后類似項目參考。

參考文獻：

[1] 李亞飛，張文. 日調節非恒定流條件下長江干線敘瀘段枯水期航道維護尺度預測預報淺析[J]. 中國水運，2020（6）：12-18.

[2] 高勇. “引江濟淮”成為阜陽經濟發展助力劑[J]. 中國水運，2015（4）：34-35.

[3] 汪維，胡山松. 長江安徽段航道尺度預測預報合理性分析[J].中國水運，2021（5）：13-18.