張明，馮小香

（交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所工程泥沙交通行業(yè)重點實驗室，天津300456）

長洲樞紐四線船閘交通組織規(guī)則研究

張明，馮小香

（交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究所工程泥沙交通行業(yè)重點實驗室，天津300456）

并列多線船閘的交通組織對于保障船舶的安全、快捷過閘具有重要意義，也是閘區(qū)交通管理的重要內(nèi)容。針對長洲樞紐四線船閘的通航環(huán)境特點，分析了并列多線船閘的運行機制和閘區(qū)交通組織特點，研究了長洲樞紐并列四線船閘的交通組織原則及規(guī)則，并提出了相應(yīng)的保障措施。研究成果可給內(nèi)河多線船閘的運行管理提供參考依據(jù)。

多線船閘;調(diào)度;規(guī)則;交通組織;交通沖突;長洲

近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國內(nèi)河貨運量迅速增長，在主要的水運通道上正進行廣泛的船閘擴能工作，并列多線船閘逐漸增多［1-2］，甚至出現(xiàn)了并列的四線船閘。在多線船閘并列布置時，由于各船閘的航路存在交叉，進出各船閘的船舶間存在相互干擾，且由于特定通航環(huán)境的限制，船閘閘區(qū)的交通組織問題往往十分復(fù)雜。而現(xiàn)有關(guān)于船閘交通的研究較多的關(guān)注單個船閘閘室的排擋或是多個梯級船閘之間的聯(lián)合調(diào)度問題［3-4］，較少涉及并列多線船閘的交通組織問題。

長洲樞紐四線船閘并列布置，在口門區(qū)航路交叉，形成了一個船舶交通流的交織區(qū)，進出閘的船舶間存在潛在的沖突隱患；樞紐上游兩座橋梁與船閘距離較近，該段航路由于3座通航建筑物的制約，船舶航行的自由度不高，無序航行勢必將增加橋區(qū)的安全風(fēng)險；船閘自身也由于規(guī)模等級不同及水情變化等原因使得船閘聯(lián)合調(diào)度及排擋的復(fù)雜度明顯增加。而長洲樞紐船閘因位于西江航運干線的咽喉，過閘船舶交通流量大、船型復(fù)雜，對船閘通行能力的要求高。因此，進行長洲樞紐四線船閘交通組織規(guī)則研究，以促進閘區(qū)交通的安全、有序運行就顯得十分必要。

1 長洲樞紐船閘通航環(huán)境

1.1船閘總體布置

長洲樞紐是西江航運干線最下游的樞紐，壩址位于梧州市上游12 km的西江干流潯江分汊河段，四線船閘并列布置于右岸（圖1），其中建成于2007年的1號、2號船閘居左，于2015年建成的3號、4號船閘居右，中間由土石壩分隔，1號、2號船閘及3號、4號船閘分別共用上、下游引航道。1號船閘為2 000 t級，閘室尺度為200 m×34 m× 4.5 m（寬度×長度×檻上水深，下同），2號船閘為1 000 t級，閘室尺度為185 m×23 m×3.5 m。3號船閘、4號船閘為3 000 t級，閘室尺度均為330 m×34 m×5.8 m。4座船閘的合計年單向通過能力超過1億t，是目前國內(nèi)外規(guī)模最大的內(nèi)河船閘。

圖1長洲樞紐河段形勢圖及洪水期靠右定線制方案下閘區(qū)航段的航路交叉示意圖Fig.1River sketch near Changzhou hydro?junction and the situation of route crossing under the right ship's routing in flood period

船閘上、下游均設(shè)置有枯水期、洪水期兩類錨地；在3號、4號船閘的上游口門區(qū)附近布置了停泊段，1號、2號船閘及3號、4號船閘的下游口門區(qū)也分別布置了停泊段，停泊段均采用右側(cè)布置方案，每個停泊段均可以滿足2個閘次船舶的停靠；樞紐船閘在引航道兩側(cè)布置有待閘段，可以滿足一個閘次船舶的停靠。

1.2通航水流條件

通航水流條件是影響船舶安全過閘的重要因素。壩區(qū)河段的通航水流條件一般較為關(guān)注引航道通航水流條件、引航道口門區(qū)及連接段通航水流條件、橋區(qū)河段通航水流條件等三方面。

經(jīng)過3號、4號船閘擴建工程前期的試驗研究及方案優(yōu)化后，在設(shè)計運行條件下，四線船閘的上、下游引航道、口門區(qū)及連接段的通航水流條件基本可以滿足船舶雙向航行要求。但船舶的灌泄水對于引航道、口門區(qū)及連接段的通航水流有一定的影響，為保障船閘運行安全以及船舶的進出閘安全，3號、4號船閘一般不能同時灌泄水。

長洲樞紐上游存在兩座橋梁，分別為洛湛鐵路潯江大橋與馬梧高速潯江大橋，距離壩軸線約4 km和3 km；下游存在3座橋梁，分別為西江三橋、西江一橋、云龍大橋，距離壩軸線約4.5 km、7.1 km和14.7 km。研究采用船舶操縱模擬試驗對于靠左/靠右兩種航行方式下船舶在橋區(qū)河段的會遇情況進行模擬，以評價涉航橋梁的通航水流條件，結(jié)果表明，對于代表性船隊（長×寬×吃水，182 m×16.2 m×3.5 m），在上游橋區(qū)，無論采用靠左航行方式還是靠右航行方式，適航上限流量為34 500 m3/s（5 a一遇洪水）；對于下游西江大橋與西江三橋橋區(qū)，流量40 700 m3/s（10 a一遇洪水）時兩種航行方式下船舶的操縱均較順利；對云龍大橋橋區(qū)，采用靠左航行方式，流量40 700 m3/s時船舶的操縱較為順利，但采用靠右航行方式，適航的上限流量為28 100 m3/ s（2 a一遇洪水）。

1.3交通流環(huán)境

2006～2013年，長洲樞紐斷面貨物通過量由2 726萬t增長到6 006萬t，年均增長11.95%，2013年過閘貨運量為設(shè)計通過能力的1.53倍。根據(jù)預(yù)測，2020年將超過1億t，2030年將達到1.35億t。

長洲樞紐船閘通航以來，過閘船舶數(shù)量總體上相對穩(wěn)定（表1），除2008年超過10萬艘次、2009年超過9.5萬艘次外，2010～2013年連續(xù)4 a過閘船舶數(shù)量維持在8～9萬艘次間，相應(yīng)日均過閘船舶為224～240艘次。2012～2013年，長洲樞紐月過閘船舶數(shù)量比較穩(wěn)定，除受枯水制約及春節(jié)因素影響外，一般在7 500～7 000艘次/月間，2012年10月最大為8 351艘次。

2008～2013年，長洲樞紐雙線船閘年最多運行13 609次，出現(xiàn)在2013年，其中，1號閘運行6 093次，2號閘運行7 516次，平均每天運行37.3次。

表1長洲船閘歷年通航情況統(tǒng)計表Tab.1Navigation statistics of Changzhou ship locks in the past years

2 船閘調(diào)度運行機制分析

在水運交通繁忙的航段，船舶通過船閘前一般先在錨地報到、接受檢查后再根據(jù)調(diào)度計劃依次過閘。為形成良好的過閘次序，保障船舶過閘安全，船舶在該區(qū)域的航行需要根據(jù)有關(guān)過閘管理規(guī)定及船閘的調(diào)度指令進行。調(diào)度過程可以分為4個環(huán)節(jié)：申報與排擋、錨泊與航行、船閘的運行控制、調(diào)度信息的發(fā)布與反饋機制，這4個環(huán)節(jié)相互影響，相互制約，共同構(gòu)成一個有機的船閘調(diào)度及運行系統(tǒng)（圖2）。

圖2船閘調(diào)度內(nèi)容示意圖Fig.2Sketch of ship lock scheduling content

船閘調(diào)度運行機制實質(zhì)上表現(xiàn)為一定約束條件下的船舶、船閘運行及調(diào)度員之間的相互作用機制。船舶的進閘調(diào)度可看作是船舶在錨地、停泊段、待閘段、閘室等調(diào)度目標(biāo)空間的運動過程，而出閘調(diào)度可看作是船舶直接由船閘向錨地的調(diào)度，船舶經(jīng)過錨地后調(diào)度過程結(jié)束。船閘的運行控制是整個調(diào)度環(huán)節(jié)的關(guān)鍵，是控制船舶過閘的節(jié)點，其運行效率的高低直接影響船閘的通行能力。船閘控制室是船閘調(diào)度及過閘系統(tǒng)的核心和中樞，由調(diào)度員通過手機、甚高頻無線電話、調(diào)度信號等向過閘船舶傳遞調(diào)度信息，將過閘船舶由一個目標(biāo)空間調(diào)度到另一個目標(biāo)空間，并最終由船閘的運行來完成過閘調(diào)度的任務(wù)。船舶過閘及船閘運行安全性的需要要求船閘運行要滿足設(shè)計要求，要遵守一定的規(guī)則進行調(diào)度，而提高船閘運行效率也離不開船閘的排擋，實現(xiàn)船舶在閘室內(nèi)的合理編排。因此，如何通過優(yōu)化調(diào)度規(guī)則，在一定約束條件下，實現(xiàn)船閘運行效率的最大化并保障船舶的過閘安全將是樞紐船閘交通組織的重點。

3 長洲樞紐四線船閘交通組織規(guī)則

3.1交通組織原則

長洲樞紐四線船閘聯(lián)合調(diào)度原則為：安全、有序、公平、高效、省水。

（1）安全：調(diào)度過程中，在引航道內(nèi)禁止船舶流的交叉會遇，在口門區(qū)及連接段船舶交通流的可能沖突區(qū)應(yīng)盡量減少和避免船舶的會遇，同時，逐級調(diào)度的時間應(yīng)有效銜接，避免出現(xiàn)在某個時間點兩支過閘船隊在調(diào)度目標(biāo)空間上的重疊現(xiàn)象（如待閘段上進閘船舶還沒完全離開，停泊段上的船隊已經(jīng)到達待閘段，造成位置上的重疊）；過閘船舶的排擋應(yīng)考慮航道水深、船閘門檻水深及船型等。

（2）有序：即要求船舶在壩區(qū)航段應(yīng)接受交通管制，船舶在錨地、停泊段、待閘段、船閘間的航行應(yīng)嚴格遵守調(diào)度指令，禁止擅自進入停泊段、待閘段和船閘。

（3）公平：船舶的過閘應(yīng)基本遵循先到先過的原則，根據(jù)待閘船舶的報到時間、船型、載重及船閘運行情況，提前編制過閘計劃表，并將過閘信息提前通知待閘船舶。

（4）高效：盡量實現(xiàn)各級調(diào)度的有效銜接，始終使待閘段有船，保持“船等閘”狀態(tài)，減少船閘等待船舶進閘的時間，提高船閘的日運行次數(shù)；同時，應(yīng)做好4個船閘的聯(lián)合排擋，提高船閘的閘室利用率，增加一次過閘船舶數(shù)量。

（5）省水：主要是指在水情滿足的情況下，船閘的運行應(yīng)根據(jù)待閘的船舶數(shù)量來確定船閘的運行數(shù)量，投入運行的船閘數(shù)量只要能滿足待閘船舶過閘的需要即可，避免4個船閘同時運行，既可以降低調(diào)度的復(fù)雜度，還可以提高航行的安全，對于樞紐省水也是有利的。

3.2交通組織規(guī)則

（1）船閘的排擋規(guī)則。船閘的排擋實際上是時間上的timetable（時間表）問題和空間上的bin packing（組合裝箱）問題的相互耦合，在船舶隊列確定后，可根據(jù)動態(tài)規(guī)劃算法進行求解。對于單線船閘，船舶的排擋僅包括進閘隊列的形成規(guī)則，是一個閘選船的單向選擇問題，而由于長洲樞紐船閘數(shù)量多、規(guī)模不同，船閘的排擋不僅包括閘選船問題，還涉及到船選閘問題，是船閘與船的雙向互選問題。

在船舶的排隊規(guī)則上，根據(jù)長洲樞紐船閘的特點，依據(jù)先到先過、重點優(yōu)先的原則，按照船舶排號、吃水情況來安排船舶過閘。重點優(yōu)先船舶主要參考2014年《廣西壯族自治區(qū)船閘管理辦法》（2014），依次為搶險救災(zāi)船、緊急軍事運輸船、客船、集裝箱定期班輪,易燃易爆化學(xué)品船應(yīng)當(dāng)單獨過閘。

在船閘的選擇規(guī)則上，為減少不同船型間的相互干擾，建議大小船分開過閘，大船優(yōu)先選擇3號、4號船閘，小船優(yōu)先選擇1號、2號船閘。對于危險品船舶，建議優(yōu)先選擇1號、2號船閘，不僅可以提高船閘利用率，還由于枯水期上游危險品錨地位于泗化洲洲頭，就近安排過閘不僅便于調(diào)度，還有利于減少航線間的交叉。

在船閘實際運行過程中，由于船舶棄閘及信號不通等原因，進閘船舶的次序往往會發(fā)生變化，因此，在進閘前，船舶隊列往往需要進行補充，隊列次序也需要進行二次編排。船舶隊列補充，原則上在維持原有調(diào)度計劃有序性的基礎(chǔ)上，根據(jù)所處調(diào)度流程的階段因時因地靈活確定。

（2）船舶航行調(diào)度規(guī)則。船舶航行調(diào)度總規(guī)則為：引航道內(nèi)單向通航，主航道雙向通航。船舶進閘時，自錨地駛出后，可供調(diào)度的目標(biāo)空間多，有停泊段、待閘段、閘室等，當(dāng)進閘船舶較多時，應(yīng)采用三級調(diào)度方式由遠及近從各調(diào)度目標(biāo)上逐級調(diào)度，即錨地→停泊段，停泊段→待閘段，待閘段→閘室。為使調(diào)度過程有序、高效，逐級調(diào)度的時間應(yīng)合理銜接。在進閘船舶較少時，如果停泊段無船，進閘船舶則可以直接駛?cè)氪l段。當(dāng)引航道沒有進閘船舶時，出閘船舶可直接自閘室經(jīng)由引航道駛?cè)胫骱降?，中間不經(jīng)過逐級調(diào)度。

（3）船閘運行規(guī)則。船閘運行規(guī)則主要考慮船閘自身運行安全、船閘運行對于引航道通航水流條件的影響、船閘運行對于交通流的影響3個方面的問題。

船閘灌泄水規(guī)則是影響船閘自身運行安全及引航道水流條件的重要因素，3號、4號船閘由于規(guī)模大，灌泄水影響更為明顯。根據(jù)3號、4號船閘擴建工程初步設(shè)計文件［5］，在上游水頭大于8 m時，兩線船閘互灌互泄水，閘室內(nèi)水位低于4 m時，再開啟單獨灌、泄水閥門；在上下游水頭大于4 m小于8 m時，兩線船閘可獨自開啟灌、泄水閥門，但不能同時灌、泄水；當(dāng)上下游水頭小于4 m時，兩線船閘可以同時灌水或泄水。因此，當(dāng)上下游水頭小于8 m時，3號、4號船閘應(yīng)盡量維持同步反向運行模式。

為避免船舶在引航道內(nèi)由于交匯而產(chǎn)生交通沖突，可通過控制船閘閘門的開啟來實現(xiàn)。在下述條件時，需延遲上閘門和下閘門的開啟：①共用引航道的另一個船閘已經(jīng)開門；②共用引航道的另一個船閘處于出閘狀態(tài)；③共用引航道的另一個船閘處于進閘狀態(tài)；④該船閘對應(yīng)的待閘段處于補船狀態(tài)；⑤共用引航道的另一個船閘對應(yīng)的待閘段處于補船狀態(tài)。

4 討論

（1）壩區(qū)河段船舶交通沖突避碰規(guī)則。在多線船閘并列運行時，進出閘的船舶交通流間將可能由于航路交叉而出現(xiàn)沖突現(xiàn)象，如果沿用以往的習(xí)慣航法，上、下行航路的交叉將會隨駕駛員的經(jīng)驗變化，交叉方式和潛在沖突區(qū)的位置將變得無序，當(dāng)航路上存在橋梁等限制性因素時，船舶間碰撞的風(fēng)險將大大增加。鑒于以上問題，可將船舶定線制納入到壩區(qū)航段交通管制的范疇，不僅可以使船舶的航路得到規(guī)范，船舶交通流間的沖突方式也可以隨之確定，潛在沖突區(qū)的位置也將能從空間上進行定位，從而使得通過管理手段來減少船舶在潛在沖突區(qū)的交叉成為可能。

壩區(qū)河段船舶定線制方式主要根據(jù)上下游航路的交叉點數(shù)量、壩區(qū)河段的通航水流條件情況，并結(jié)合當(dāng)前內(nèi)河習(xí)慣航法等多種因素綜合確定［6］。在擬定的各自靠右的定線制方案下，洪水期航路上游有4種交叉方式、1個交叉點，下游有6種交叉方式、3個交叉點（表2），潛在沖突區(qū)的位置主要位于口門區(qū)及連接段（圖1）。在沖突方式和沖突區(qū)位置相對明確的情況下，調(diào)度監(jiān)控室可利用VTS（船舶交通管理系統(tǒng)）隨時掌握各閘次船舶的進出閘位置信息，當(dāng)出閘船舶將可能與進閘船舶在潛在沖突區(qū)交匯時，可通過適當(dāng)延遲船舶的出閘來進行規(guī)避；或是將船舶的進出閘航路錄入AIS系統(tǒng)，以輔助船舶航行，預(yù)防船舶沖突。

（2）并列多線船閘逐級調(diào)度的必要性。一般情況下，船舶交通流具有隨機性特點，而通過逐級調(diào)度尤其是錨地向停泊段間的遠程調(diào)度，可以有效控制壩區(qū)河段船舶的數(shù)量，使得該區(qū)域的船舶交通流量相對均衡，避免了進出閘船舶數(shù)量突然增多而帶來的擁堵，也避免了由此而產(chǎn)生的安全隱患。在遠程調(diào)度過程中，雖然遠程錨地距離船閘較遠，調(diào)度時間較長，但由于船閘口門區(qū)附近設(shè)置有停泊段，且引航道有待閘段，兩者合計上游閘區(qū)可停靠6個閘次的船，下游閘區(qū)可停靠8個閘次的船，上、下游閘區(qū)同時可供待閘的船舶數(shù)量將近150艘，完全可以滿足現(xiàn)狀船舶待閘的需要，也為遠程調(diào)度提供了緩沖。

（3）船閘交通組織規(guī)則的應(yīng)用。2010～2013年間，長洲雙線船閘日均過閘船舶數(shù)量為224～246艘次，常態(tài)情況下，4座船閘的通過能力將大大超過過閘需求，為提高船閘閘室的利用率，同時為了節(jié)約船閘用水，如果4座船閘的水深都能滿足，而待閘船舶數(shù)量不多時，應(yīng)盡量減少投入運營的船閘數(shù)量，即在一定的允許等待時間范圍內(nèi)，可以通過控制船閘的運行數(shù)量，來降低由于更多船閘投入運行而產(chǎn)生的更為嚴重的沖突問題，同時，運行船閘數(shù)量的減少也可以一定程度上降低調(diào)度的難度。

表2圖1的航路交叉情況表Tab.2Situation of route crossing of Fig.1

由于水上交通情況的復(fù)雜性，為保障交通管理的統(tǒng)一性和權(quán)威性，船閘管理方需要聯(lián)合海事、航道等部門制定船閘調(diào)度技術(shù)規(guī)程，以形成具有法律效力的過閘規(guī)章制度。

5 結(jié)語

長洲樞紐四座船閘并列布置，船閘規(guī)模不同，通航環(huán)境復(fù)雜，科學(xué)合理的交通組織方案是船閘安全、高效運行的重要保障。本文根據(jù)船閘的布置特點及河段的通航環(huán)境特點，分析了船閘調(diào)度運行機制，研究了長洲樞紐四座船閘交通組織規(guī)則，提出了采用定線制來規(guī)范壩區(qū)河段航路，利用逐級調(diào)度來調(diào)節(jié)船舶交通流量，建立VTS、AIS等保障系統(tǒng)來監(jiān)測預(yù)控等一套管控手段來規(guī)避壩區(qū)河段船舶的沖突問題，為長洲樞紐多線船閘的聯(lián)合調(diào)度運行及船舶的安全航行提供了技術(shù)保障。

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Study on traffic organization rules of Changzhou four parallel ship locks

ZHANG Ming,FENG Xiao?xiang
（Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering,Key Laboratory of Engineering Sediment,Ministry of Transport,Tianjin 300456,China）

The good traffic organization of multi?line parallel locks is an important guarantee for vessel safely and quickly passing through the ship locks,which is also a major content of ship locks traffic management.Accord?ing to the navigation environment characteristics of Changzhou ship locks,the joint scheduling mechanism of multi?line parallel locks was elaborated,and traffic organization principle and rules of Changzhou parallel ship locks were studied,the security measures were finally put forward.The results may be a good reference for the transportation department managing the inland multi?line parallel locks.

multi?line locks;lock scheduling;rule;traffic organization;traffic conflict;Changzhou

U641；TV61

A

1005-8443（2015）04-0329-05

2014-12-09；

2015-03-09

張明（1981-）,男,河南省信陽人，助理研究員,主要從事動力地貌、遙感應(yīng)用及港航工程研究。

Biography：ZHANG Ming（1981-），male，assistant professor.