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(jī)目前已進(jìn)入試通航階段。三峽升船機(jī)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(lián)合運行，發(fā)揮升船機(jī)快速通道功能，最大化發(fā)揮梯級樞紐的整體通過能力。

由于受到三峽升船機(jī)船廂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制以及防止進(jìn)出升船機(jī)船舶因總排水量過大而發(fā)生觸底，為保障通航安全，通過升船機(jī)的船舶總排水量不能超過3 000 t。在三峽升船機(jī)的調(diào)度具體工作中，必須對船舶總排水量進(jìn)行判定或校核，而當(dāng)前并沒有科學(xué)準(zhǔn)確的方法可供參考。因此，必須盡快提出科學(xué)準(zhǔn)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(jī)通航安全，維護(hù)升船機(jī)調(diào)度的公正性。

1 不同類型船舶三維尺度與排水量的對應(yīng)關(guān)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(jī)不同類型的船舶對應(yīng)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(shù)據(jù)，結(jié)合過壩船舶申報信息中船舶的長、寬、吃水等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，以確定適宜通過三峽升船機(jī)的不同類型船舶在不同的長、寬、吃水區(qū)間內(nèi)所對應(yīng)的排水量，分析結(jié)果見表1[1]。

表1 排水量≤3 000 t時不同類型船舶排水量數(shù)據(jù)

注：排水量數(shù)據(jù)取同型或尺度區(qū)間內(nèi)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(jī)的運行安全以及維護(hù)三峽升船機(jī)的調(diào)度公正考慮，必須采用一種科學(xué)、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(jī)的技術(shù)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(shù)的分布統(tǒng)計

以2015年過閘的船舶數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)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(shù)CB后，得出CB的最小值、最大值和平均值的統(tǒng)計結(jié)果以及散點分布，見表2及圖1。

表2 過壩船舶的方形系數(shù)

圖1 4類船舶的方形系數(shù)與排水量對應(yīng)關(guān)系

2.2 通過三峽升船機(jī)的船舶排水量計算經(jīng)驗公式

由前文各船型CB的分布可看出，根據(jù)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(jī)的運行安全，采用船舶滿載吃水時的方形系數(shù)計算通過三峽升船機(jī)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(shù)，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(shù)時采用統(tǒng)一的船長L和船寬B，則經(jīng)驗公式為：

Δ=Δfddf

(2)

2.3 經(jīng)驗公式的優(yōu)化

為了更準(zhǔn)確地估算通過三峽升船機(jī)船舶的排水量，需要對船舶總排水量計算經(jīng)驗公式進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。引入?yún)?shù)空載吃水dl和空載排水量Δl，將船舶總排水量計算經(jīng)驗公式修改為：

Δ=Δl+(Δf-Δl)(d-dl)(df-dl)

(3)

式中：d為當(dāng)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(yōu)化后的經(jīng)驗公式驗證

為了評估兩個經(jīng)驗公式的計算精度，采用船舶靜水力曲線計算方法進(jìn)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(jī)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(shù)據(jù)以及當(dāng)前航次的船舶總排水量數(shù)據(jù)，將經(jīng)驗公式計算結(jié)果與靜水力曲線計算結(jié)果進(jìn)行比較，再計算誤差，分析結(jié)果見表3。

從表3的結(jié)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(jīng)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(jīng)驗公式計算結(jié)果與靜水力計算結(jié)果的誤差

3 通過三峽升船機(jī)船舶排水量的校驗技術(shù)

經(jīng)過前文分析，式(2)、(3)是可行的，這為通過三峽升船機(jī)的船舶總排水量校驗技術(shù)研究奠定了基礎(chǔ)。但在實際工作中，作為航運調(diào)度部門，承擔(dān)著安全源頭控制責(zé)任，在判定船舶總排水量時要確保三峽升船機(jī)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(shù)的角度來說，應(yīng)分為兩個階段進(jìn)行校驗，第一階段采用現(xiàn)行的校驗方法，第二階段采用理論公式進(jìn)行校驗，只有兩個階段的船舶排水量校驗結(jié)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(jī)的技術(shù)要求。

3.1 現(xiàn)行的校驗方法

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

現(xiàn)行的船舶總排水量Δ的校驗公式是利用三峽航運調(diào)度系統(tǒng)中過壩船舶申報數(shù)據(jù)進(jìn)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(shù)，取值受船型和尺度的影響，為從源頭上保障三峽升船機(jī)的運行安全，在廣泛征求意見后，船舶常數(shù)的取值上采取“從大從嚴(yán)”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(jī)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(jī)集泊尺度的過壩申報船舶，許可其通過三峽升船機(jī)。

3.2 通過三峽升船機(jī)船舶總排水量的校驗方法

由于現(xiàn)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(zhǔn)確判斷其排水量是否符合要求。

據(jù)前文分析，式(3)作為計算通過三峽升船機(jī)船舶總排水量的經(jīng)驗公式較為合理。結(jié)合現(xiàn)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(jìn)行對比，見圖2。其中，式(4)是連接原點和滿載狀態(tài)點的一條直線，表示為控制線1；式(3)是連接空載狀態(tài)點和滿載狀態(tài)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(jù)圖2和相關(guān)分析，提出計算過三峽升船機(jī)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(jī)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(jìn)行判斷：

1)當(dāng)滿載排水量Δf< 3 000 t、當(dāng)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(jī)要求。

2)當(dāng)Δf≥3 000 t、d

3)若當(dāng)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(jìn)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(jìn)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(jī)要求。

6)若過壩船舶不認(rèn)可判定結(jié)果時，則由船方提供船舶靜水力曲線表數(shù)據(jù)，再次進(jìn)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(jié)果必須都在3 000 t以內(nèi)，才能判定船舶總排水量是符合升船機(jī)通過要求的；任何一次校驗結(jié)果不在3 000 t以內(nèi)，都直接判定船舶總排水量不符合升船機(jī)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(shù)據(jù)，二次校驗需要再增加空載排水量Δl和滿載吃水df等數(shù)據(jù)，其計算精度也隨之提高。

4 結(jié)語

1)本文利用船舶方形系數(shù)、滿載吃水等參數(shù)，總結(jié)出了快速計算通過三峽升船機(jī)船舶的排水量經(jīng)驗公式，并對公式進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，使其精度滿足要求，計算誤差在150 t以內(nèi)。

2)利用經(jīng)驗公式總結(jié)出通過三峽升船機(jī)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(zhǔn)確。