李立偉　林樺　王雅

【摘 要】 為重新評定我國內(nèi)河航道等級以適應發(fā)展需要，確定內(nèi)河航道發(fā)展規(guī)劃技術等級評定方法的步驟包括航道現(xiàn)狀評定、航道發(fā)展評定和航道發(fā)展技術等級評定，并以交通流理論為基礎結合航道運量預測、航道服務水平、設計小時系數(shù)、加權平均船舶噸位、航道設計通過能力計算方法等理論，以及內(nèi)河航道標準船型船舶噸位與船長的關系對內(nèi)河航道等級評定方法進行研究。以東江航道為實例進行應用，驗證該方法的可行性，結果表明東江航道等級應重新定級為Ⅲ級。

【關鍵詞】 航道定級;航道通過能力;交通流;航道服務水平

0 引 言

1994―2000年，國家對內(nèi)河航道等級進行了第一次評定。近年來，隨著經(jīng)濟社會持續(xù)快速發(fā)展，我國內(nèi)河貨運量保持良好穩(wěn)定的增長，一些航道的貨運量已經(jīng)超過了航道設計通過能力，給航道帶來了巨大的負擔。為了適應航道發(fā)展的需要，亟需對我國內(nèi)河航道等級進行重新評定。

目前，國內(nèi)外學者關于航道定級的研究較為缺乏，我國《內(nèi)河通航標準》中規(guī)定的航道等級是以船型噸位為基礎的。國內(nèi)外相關研究主要著眼于沿海航道和內(nèi)河航道通過能力的計算、航道服務水平與航道通過能力的關系、船型技術經(jīng)濟論證等。本文通過改進船舶交通流理論，結合航道運量預測、航道服務水平、加權平均船舶噸位等，計算航道年設計通過能力，再確定待定級航道的船型噸位，按照《內(nèi)河通航標準》最終確定航道等級。以東江航道為實例，驗證其方法的可行性。

1 航道發(fā)展規(guī)劃技術等級評定步驟

1.1 航道現(xiàn)狀評定

（1）航道條件及建設情況分析。分析所評定航道的航道條件，包括：航道自然條件，即對所評定航道所處的地理位置、地形地貌、水文氣象等進行分析;航道通航條件，即對該航道的航道尺度、困難河段狀況、跨河建筑物、航道設備等進行分析;航道建設情況，即對所評定航道的航道維護和管理情況、基礎設施建設及開發(fā)現(xiàn)狀、航道信息化情況等進行分析。

（2）航道現(xiàn)有通過能力測算。在現(xiàn)有航道技術等級下對航道通過能力進行測算。

1.2 航道發(fā)展評定

（1）地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展情況分析。航道的發(fā)展與航道所在區(qū)域直接腹地和間接腹地的經(jīng)濟發(fā)展存在著緊密的聯(lián)系，分析相關地區(qū)的經(jīng)濟社會發(fā)展情況有助于進一步了解航道的發(fā)展狀況。地區(qū)經(jīng)濟和社會發(fā)展情況分析的主要內(nèi)容如下：航道直接腹地與間接腹地若干年的區(qū)域國民經(jīng)濟主要指標，包括地區(qū)生產(chǎn)總值、固定資產(chǎn)投資、外貿(mào)進出口額、歷年GDP增長率等;航道直接腹地和間接腹地的三次產(chǎn)業(yè)整體布局，對三次產(chǎn)業(yè)的增加值及比值調整;航道所處區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展政策、規(guī)劃等;航道直接腹地和間接腹地的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向、礦產(chǎn)資源、重點發(fā)展行業(yè)等;航道周邊地區(qū)吸引貨源的交通配套發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢等。

（2）航道貨運量預測。根據(jù)我國航道等級評定要求，以2020年為基礎年、2070年為水平年，采用組合預測方法對內(nèi)河航道未來貨運量（S）進行預測。

（3）船型現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析。對所評定航道船舶的發(fā)展現(xiàn)狀進行分析，并根據(jù)所評定航道的未來運輸貨類、貨運量、規(guī)劃政策等對航道未來船型趨勢進行分析。

1.3 等級評定

根據(jù)航道未來貨運量并結合航道服務水平得到航道年設計通過能力;再以交通流理論為基礎結合設計小時系數(shù)、加權平均船舶噸位、航道設計通過能力計算方法等理論計算航道年設計通過能力，并以內(nèi)河航道標準船型為依據(jù)得到船舶噸位與船長的關系，從而將航道未來貨運量與船舶噸位直接聯(lián)系，再確定船舶平均噸位，進而確定內(nèi)河航道等級。

1.3.1 內(nèi)河航道服務水平劃分

內(nèi)河航道服務水平是指在某一確定航道條件下運營船舶的服務質量。在船舶交通流理論下，航道服務水平可以用交通量負荷比（V/C）（某一級服務水平下的交通量與通過能力的比值）來表示。天然河道和渠化河流航道各等級航道服務水平劃分[1]見表1。研究顯示，航道服務水平與航道等級之間具有很好的相關性。

1.3.2 基于船舶交通流的小時交通流計算

對于給定船型，基于船舶交通流理論，可以得到航道小時交通流計算公式：

Qmax=（1）

式中：Qmax為小時最大交通流，艘/h;ks為船舶流轉折密度，ks=，艘/km;kj為船舶流阻塞密度，kj=，艘/km;vf為船舶暢行速度，m/s;a為船舶領域長軸參數(shù); b為船舶間距系數(shù); L為航道標準船舶長度。

根據(jù)《內(nèi)河通航標準》中標準船型尺度建立船舶噸位與船長的函數(shù)關系（見圖1）。根據(jù)圖1可知，船舶噸位與船長之間的相關系數(shù)R2超過0.96;因此，可以根據(jù)這一關系將船舶船長換算成船舶噸位，得出航道小時交通流，繼而得到航道通過能力。

船舶船長換算成船舶噸位的計算式如下：

L=17.755 ln W39.658（2）

式中：W為船舶噸位; L為航道標準船舶長度。

1.3.3 小時設計通過能力

理論通過能力是指在不考慮其他任何影響因素的理想條件下，采用最佳船型在單位時間內(nèi)連續(xù)不間斷的通過某一航道斷面的最大船舶數(shù)量或最大船舶載質量。[2] 航道小時理論通過能力為

C=W ？Qmax（3）

式中：W為加權平均船舶噸位。

實際航道通過能力應是所有運營船舶的噸位總和，但我國目前內(nèi)河航道運營船舶種類繁多，計算過于復雜;因此，本文引入加權平均船舶噸位概念，即將航道所有運營船型按噸位進行統(tǒng)計分級，并求出各級船舶數(shù)在總船舶數(shù)中的占比，再進行比例加權后得出平均值，最后根據(jù)平均船舶噸位得出航道等級，為

W = PiWi（4）

式中： Pi為第i級船舶占總艘數(shù)的比例;Wi為第i級船舶噸位。

航道設計通過能力是指在考慮船舶安全通航和實際通航中各種影響因素后對理論通過能力進行修正而得到的通過能力。航道小時設計通過能力為

C1=C譌（5）

式中： F為各項影響因素整體修正系數(shù)。

由于每條航道的影響因素不同，影響因素對航道的影響程度也都不相同，所以不同航道的各項影響因素整體修正系數(shù)差別較大，并且修正系數(shù)需要大量的實測數(shù)據(jù)才能得到。為了減少計算量和在缺少實測數(shù)據(jù)的情況下對航道通過能力進行精確計算，本文引入了設計小時系數(shù)這一概念。設計小時系數(shù)k是指設計小時交通量與年平均日交通量的比值[3]，計算航道日設計通過能力，再根據(jù)航道通航保證率計算年設計通過能力。在實踐中，如果實測資料充足，便可以直接計算船舶設計小時交通量，從而得到對應的設計小時系數(shù)，同時根據(jù)大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果分析設計小時系數(shù)的取值范圍是0.14～0.16。

1.3.4 年設計通過能力

根據(jù)航道小時通過能力結合設計小時系數(shù)得到日設計通過能力C日，并根據(jù)航道通航保證率得到年設計通過能力C年，計算式分別為

C日=C時/k（6）

C年=TC時/k（7）

式中：T為年通航天數(shù)。

1.3.5 航道等級確定

航道年設計通過能力與船舶噸位之間的關系式為

C年=

（8）

根據(jù)航道未來貨運量和航道服務水平得到航道年設計通過能力，再根據(jù)式（8）得到航道未來貨運量與船舶噸位之間的關系為

=

（9）

根據(jù)我國《內(nèi)河通航標準》，由船舶噸位與航道等級之間的關系確定航道等級，具體見表2。

2 實證分析

本文以東江航道為例進行評定方法的應用。東江發(fā)源于江西省尋烏縣三標鄉(xiāng)境內(nèi)，經(jīng)由三桐河在廣東省龍川縣合河壩與貝嶺水交匯后稱為東江。

2.1 航道現(xiàn)狀

分析東江自然條件、通航條件、基礎設施建設情況等，在現(xiàn)有航道技術等級下對航道通過能力進行測算。

2.2 航道發(fā)展

分析東江航道腹地經(jīng)濟社會發(fā)展情況、運量預測和船型發(fā)展。根據(jù)我國航道等級評定要求，以2020年為基礎年、2070年為水平年，對東江貨運量進行預測。采用組合預測方法預測東江2070年貨運量是萬t。

2.3 航道發(fā)展規(guī)劃技術等級

河源市擁有大量礦產(chǎn)資源，但由于航道得不到改善，水運量只保持在100萬～150萬t。近年來，由于瀝口梯級建設處于停工狀態(tài)而斷航，只有局部砂石船區(qū)間通航，每年的港口貨物吞吐量也不超過20萬t。由于水路運輸?shù)慕?jīng)濟性高，東江航道擴能升級后河源市礦產(chǎn)資源等大宗貨物將會通過水路運往下游城市，同時惠州、東莞等沿江城市貨物運輸也會向水路分流，可以預見東江水路貨運量將會大大增加。據(jù)統(tǒng)計，東江中下游目前航道等級為Ⅳ級、Ⅴ級，石龍至東江口航段更是達到Ⅲ級;中游現(xiàn)有船舶噸位大部分在200噸級左右，下游500噸級以下的船舶占比為3.5%，500～噸級的船舶占比為21.5%，噸級及以上的船舶占比為75%，石龍至東江口航段除了有噸級船舶和噸級船舶通航外，甚至還有更高噸位船舶運行。根據(jù)東江航道通航狀況及通航船舶現(xiàn)狀分析，可以確定東江擴能升級后航道服務水平為2級服務水平，交通量負荷比（V / C）取值0.8（a取6，T取345天，vf取10 m/s，k取0.15，b取0.5）。將數(shù)據(jù)代入式（10）、式（11）：

C年=

（10）

110 000 000 ？0.8=

（11）

根據(jù)式（10）、式（11）得出航道船舶噸位是噸級。根據(jù)《內(nèi)河通航標準》可得東江航道等級為Ⅲ級。

3 結 語

本文將航道未來貨運量直接與船舶噸位聯(lián)系，再確定船舶平均噸位，進而確定內(nèi)河航道等級。采用改進船舶交通流理論得到航道年設計通過能力計算方法，并將航道年設計通過能力與船舶噸位直接聯(lián)系，進而確定船舶平均噸位。此方法可適用于任何船型。以東江為例，運用本文內(nèi)河航道發(fā)展規(guī)劃技術等級評定方法，東江航道等級應重新定級為Ⅲ級，驗證了該方法的可行性。

參考文獻：

[1] 張瑋，劉錦安，孫宏杰，等.長江深水航道通過能力研究[J].中國港灣建設，2016（2）：5-10.

[2] 劉賽龍，蔣璘暉.內(nèi)河航道服務水平及通過能力研究[J].水運工程，2014（3）：134-139.

[3] 陳愷，張瑋，李瀛.基于船舶交通流的內(nèi)河航道通過能力研究[J].中國水運：下半月，2012（12）：38-40.