胡勛

摘 要：三峽-葛洲壩航段，等待過閘的船舶和航行船舶數(shù)量眾多，兩壩間航道條件不是十分理想，且三峽大壩發(fā)揮抗洪節(jié)流作用時(shí)造成長(zhǎng)江干線水位和流量流速改變迅速，對(duì)兩壩間的航行船舶安全影響巨大，因此研究以長(zhǎng)江干線水文條件和天氣、自然環(huán)境以及通航條件均較為惡劣的兩壩間航段船舶通航安全作為研究對(duì)象，研究結(jié)果將有助于長(zhǎng)江航運(yùn)安全的保障，為建設(shè)平安航運(yùn)、平安長(zhǎng)江提供部分參考。

關(guān)鍵詞：安全；船舶運(yùn)輸；通航評(píng)估；船舶事故

中圖分類號(hào)：U657.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2018）7-0024-04

1 兩壩間汛期通航現(xiàn)狀描述

1.1氣象條件

（1）氣溫。三峽大壩建成后，區(qū)域內(nèi)每年的氣溫變化平均值未超過0.2℃，冬季、春季的月均氣溫增高值幅度在0.3～1.0℃區(qū)間內(nèi)，夏季月均氣溫降低值幅度在0.9～1.2℃區(qū)間內(nèi)；其中，極高溫值可能下浮4℃左右，極低溫值可能上浮3.0℃左右，但基質(zhì)溫度出現(xiàn)的概率不大，年均氣溫值在16.3～18.2℃區(qū)間浮動(dòng)。

（2）降水。三峽水庫(kù)區(qū)域每年的平均降水量（雨、雪等）在1070～1682mm區(qū)間浮動(dòng)，較少出現(xiàn)極高和極低值，每年的降水時(shí)間段主要集中在年春季末期至年內(nèi)三季度仲秋時(shí)節(jié)。每年春季期間降水量與年內(nèi)秋季的降水總量基本相同，但秋季雨水的降水時(shí)間較長(zhǎng)，但雨水強(qiáng)度和規(guī)模一般不大。三峽大壩建成后，庫(kù)區(qū)每年平均降水量約增加3.0mm左右，降水影響波及壩址周邊幾千米至十幾千米距離不等，影響的大小因地形和距壩址距離因素而異。

（3）大風(fēng)。三峽大壩未建時(shí)，庫(kù)區(qū)每年的平均風(fēng)速為1.3m/s左右，風(fēng)速隨季節(jié)時(shí)令變化值較小，但有記錄的最大瞬間風(fēng)速任然可達(dá)27m/s左右。三峽大壩建成后，庫(kù)區(qū)的平均風(fēng)速增加了約15%～40%左右，三峽水庫(kù)建成進(jìn)行156m蓄水試驗(yàn)后，水庫(kù)下段常有5～6級(jí)大風(fēng)現(xiàn)象，極端最大風(fēng)力能達(dá)8級(jí)以上，對(duì)船閘運(yùn)行和船舶安全運(yùn)行影響較大。

（4）大霧。三峽壩區(qū)平均霧日為40～41天，大霧主要分布在當(dāng)年11月次年5月，并以團(tuán)團(tuán)霧等形式出現(xiàn)且多發(fā)生在夜間，汛期大霧較少，大霧可能會(huì)導(dǎo)致船閘停止運(yùn)行并影響船舶過壩運(yùn)輸。

1.2航行條件

三峽-葛洲壩間的長(zhǎng)江干線航段主要處于西陵峽的區(qū)間范圍內(nèi)，其中位于長(zhǎng)江三斗坪到長(zhǎng)江樂天溪的干線航道長(zhǎng)度約9.6km，此段水道較為寬闊，航槽主要以復(fù)式斷面形式呈現(xiàn)；自長(zhǎng)江樂天溪以下的航道長(zhǎng)度約25.85km，航道位于峽谷區(qū)，河槽測(cè)量斷面主要為“U”型斷面，，此區(qū)段航道水面較為狹窄，河段走勢(shì)曲折，江岸較為陡峭。在枯水期，兩壩間水流相對(duì)平緩，比降較小，呈水庫(kù)航道特性。在長(zhǎng)江的主汛期間，因受狹窄的河谷航道地形地貌條件約束，外加三峽水電樞紐調(diào)節(jié)洪水水位運(yùn)行所產(chǎn)生的非恒定流影響，當(dāng)三峽水電樞紐的泄水流量大于25000m3/s后，三峽-葛洲壩間長(zhǎng)江干線航段的水流條件惡化明顯，嚴(yán)重影響位于此航段船舶的航行安全，其中以石牌彎道和相關(guān)洪水急流灘等航段的情況最為嚴(yán)重。

兩壩間主要灘險(xiǎn)航段即“四灘一彎一關(guān)”，示意圖如圖1所示。

1.1.1水流條件模型試驗(yàn)研究結(jié)論

2011年，長(zhǎng)江科學(xué)院在2010年兩壩間航道地形研究基礎(chǔ)上，通過水工模型試驗(yàn)對(duì)汛期（葛洲壩壩前水位66m）兩壩間航道水流和表面流速進(jìn)行了研究，得出三峽-葛洲壩區(qū)間航段汛期礙航灘段、彎道不同流量級(jí)對(duì)應(yīng)流速、比降見表1。

1.1.2水流條件原型觀測(cè)實(shí)測(cè)結(jié)果

根據(jù)國(guó)家有關(guān)工作安排，在2010年及2013年，長(zhǎng)江水利委員會(huì)三峽水文局對(duì)三峽-葛洲壩區(qū)間航段汛期重點(diǎn)灘段、彎道在25000m3/s、30000m3/s、35000m3/s、40000m3/s、45000m3/s五個(gè)流量級(jí)水流條件進(jìn)行了原型觀測(cè)，經(jīng)過整理，觀測(cè)實(shí)測(cè)結(jié)果見表2。

由表1～2模型試驗(yàn)和原型觀測(cè)結(jié)果可知，三峽-葛洲壩區(qū)間航段汛期重點(diǎn)灘段水流最大流速由小至大依次為石牌彎道、偏腦灘段、大沙壩灘段、喜灘灘段和水田角灘段，灘段比降由小到大依次為石牌彎道、偏腦灘段、喜灘灘段、大沙壩灘段和水田角灘段。因此，水田角灘段為三峽-葛洲壩區(qū)間航段 “四灘一彎一關(guān)”中船舶向上游航行最困難的灘段。石牌彎道呈90?急流彎，所以石牌彎道為兩壩間“四灘一彎一關(guān)”船舶下行航行條件最困難的航段。

汛期船舶航行通過上述灘段時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎駕駛，注意用車用舵，保持船舶良好操縱性能，同時(shí)此區(qū)段的航運(yùn)安全主管部分要加強(qiáng)巡視和現(xiàn)場(chǎng)值守，隨時(shí)關(guān)注過往船舶的航行狀態(tài)。

2 兩壩間汛期船舶航行安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)選定

2.1 船舶航行安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

因汛期水流改變較大，流速變化復(fù)雜，此處船舶航行安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定主要從從船舶上行方面考慮：船舶航行安全性主要表現(xiàn)為是否具備克服水流和比降的能力。

因此，將船舶上灘能力作為船舶航行安全性評(píng)價(jià)主要指標(biāo)，影響船舶上灘能力的因素均為影響船舶航行安全性的因素。

2.2 上灘能力指標(biāo)

2.2.1 上灘能力衡準(zhǔn)數(shù)

船舶的上灘能力衡準(zhǔn)數(shù)由船舶的對(duì)岸航速V決定。

V=（V1-△V）-V2

其中：V1為船舶的靜水航速；

△V為坡降阻力增加引起的速降；

V2為灘段上的最大水流速。

當(dāng)V>0時(shí)，表示船舶具備上灘能力，為了保證船舶航行安全，此時(shí)對(duì)岸航速V還需要有一定的裕度。而在實(shí)際航行中船舶的上灘能力也是主要通過船舶的對(duì)岸航速來進(jìn)行判斷，按《長(zhǎng)江三峽大壩-葛洲壩水域船舶分道航行規(guī)則》，如果船舶的平均對(duì)岸航速超過水流速度4km/h，則認(rèn)為該船具備上水過灘能力。

2.2.2 上灘能力影響因素

對(duì)船舶上灘能力的主要影響因素包括船舶阻力和船舶推力。

（1）船舶阻力。影響船舶阻力船型參數(shù)主要包括3個(gè)方面：①主尺度比：長(zhǎng)寬比L/B，寬吃水比B/d。②船型系數(shù)：方型系數(shù)Cb。③船體形狀：首尾形狀、滿載水線面形狀。

（2）船舶推力。船舶推進(jìn)主要取決于螺旋槳要素—直徑和螺距比，而螺旋槳直徑和螺距比是按照其承受的負(fù)荷（船舶阻力）設(shè)計(jì)得到的，并通過一定的主機(jī)功率PS和轉(zhuǎn)速n予以保證。

3 兩壩間船舶航行安全性評(píng)價(jià)

本章節(jié)通過在兩壩間的實(shí)船試航實(shí)驗(yàn)，對(duì)兩壩間船舶航行安全性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

3.1 船舶航行安全性實(shí)船試航與分析

國(guó)家相關(guān)部門曾先后2次在兩壩間組織實(shí)施了25000m3/s、30000m3/s、35000m3/s、40000m3/s和45000m3/s五個(gè)流量級(jí)19艘次船舶實(shí)船試航，參試船舶為1000～5000t級(jí)散貨船、集裝箱船和商品車滾裝船等。

3.1.1 參試船舶選取

依據(jù)壩區(qū)通航船舶現(xiàn)狀和船舶實(shí)際配載情況選取實(shí)船試航參試船舶，試航船舶在不同流量級(jí)情況下，都嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)定配載，保持合理的單位功率載量，保證船舶在不同流量級(jí)實(shí)驗(yàn)條件下都處于試航狀態(tài)。參試船舶主要技術(shù)參數(shù)見表3。

3.1.2 船舶上灘能力實(shí)測(cè)結(jié)果分析

（1）25000m3/s流量級(jí)。25000m3/s流量級(jí)時(shí)，黔龍?zhí)?、川?0均順利通過兩壩間相關(guān)險(xiǎn)灘河段。但黔龍?zhí)枮檩p載，川集30為自航船綁拖船隊(duì)，計(jì)算數(shù)據(jù)不能真實(shí)反映此功率級(jí)別的船舶特性，故對(duì)25000m3/s流量級(jí)試驗(yàn)結(jié)果不進(jìn)行換算分析。

（2）30000m3/s流量級(jí)。30000m3/s流量級(jí)時(shí)，上行船舶有秭歸“ 898”、“ 平原1098”，在各急流灘不同主機(jī)功率時(shí)對(duì)岸航速見表4及表5。

（3）35000m3/s流量級(jí)。35000m3/s流量級(jí)時(shí)，上行船舶有“渝海61”、“鑫運(yùn)旺1號(hào)”、“啟航06”，在各急流灘不同主機(jī)功率時(shí)對(duì)岸航速見表6至表8。

（4）40000m3/s流量級(jí)。40000m3/s流量級(jí)時(shí)，上行船舶有“航旭802”，在各急流灘不同主機(jī)功率時(shí)對(duì)岸航速見表9。

（5）45000m3/s流量級(jí)。45000m3/s流量級(jí)時(shí)，上行船舶有“安達(dá)9”，在各急流灘不同主機(jī)功率時(shí)對(duì)岸航速見表10。

本次試航船舶（隊(duì)）上行通過兩壩間航道時(shí)，雖然由于不同船舶（隊(duì)）船型和駕引操作的差異，使用主機(jī)負(fù)荷的百分比也不同（大部分試航船舶在通過水田角段時(shí)使用負(fù)荷最大，最高達(dá)74.9%），但試航船舶通過各灘段的對(duì)岸平均航速均超過4km/h。為便于比較，按主機(jī)負(fù)荷70%估算各試航船舶在水田角段的對(duì)岸平均航速、最小航速和裕度，估算結(jié)果見表11。

由表11可知，在不同的流量級(jí)情況下，試航船舶按照相關(guān)規(guī)定，保持合理的單位功率載量，處于適航狀態(tài)，在兩壩間上行時(shí)，除川集30外，對(duì)岸平均最小航速5.8 km/h，對(duì)岸平均最大航速15.6 km/h，船舶對(duì)岸航速裕度取值范圍在45%～290%，均能夠滿足《長(zhǎng)江三峽大壩-葛洲壩水域船舶分道航行規(guī)則》第十三條“船舶應(yīng)當(dāng)以安全航速航行，在航路內(nèi)正常航行時(shí)航速不得低于4km/h”的規(guī)定，船舶具有足夠的上灘能力。

3.1.4 實(shí)船試航結(jié)論

兩壩間大流量實(shí)船試航分2批次，共計(jì)5個(gè)流量級(jí)19艘次船舶測(cè)試，所有參試船舶均安全通過兩壩間航道。在不同的流量級(jí)情況下，試航船舶按照相關(guān)規(guī)定，保持合理的單位功率載量，處于適航狀態(tài)，上水船舶除川集30數(shù)據(jù)缺失外，對(duì)岸平均最小航速5.8 km/h，對(duì)岸平均最大航速15.6 km/h，船舶對(duì)岸航速裕度取值范圍在45%～290%，均能夠滿足“在航路正常航行時(shí)航速不得低于4km/h”的規(guī)定，船舶具有足夠的上灘能力。

根據(jù)本文的研究，在保證船舶試航的前提下，在不同的流量級(jí)條件下，兩壩間汛期船舶通航安全性較好，船舶通行較為安全。

4 研究結(jié)論與建議

4.1 研究結(jié)論

4.1.1 兩壩間通航現(xiàn)狀總結(jié)

（1）兩壩間主要為峽谷河段，汛期受大流量和三峽電站調(diào)峰運(yùn)行產(chǎn)生的非恒定流影響，通航河段水流條件復(fù)雜，會(huì)對(duì)船舶航行安全造成較大影響。兩壩間河段主要險(xiǎn)灘有水田角灘段、喜灘灘段、大沙壩灘段、偏腦灘段、石牌彎道、南津關(guān)彎道，俗稱“四灘一彎一關(guān)”。“四灘一彎一關(guān)”是汛期兩壩間船舶航行較困難的航段。

（2）結(jié)合汛期兩壩間航道水流條件模型試驗(yàn)及原型觀測(cè)分析，試驗(yàn)成果與實(shí)測(cè)結(jié)果具有較好一致性。模型試驗(yàn)與原型觀測(cè)表明，在各個(gè)流量級(jí)水流條件下，水田角流速、比降均最大；石牌彎道呈90?急流彎，因此水田角航段是兩壩間船舶上行最為困難航段，石牌彎道是船舶下行最為困難航段。

4.1.2 船舶航行安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)確定與量化

研究確定兩壩間汛期船舶上行安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)為上灘能力，并確定了上灘能力衡準(zhǔn)數(shù)為船舶對(duì)岸航速指數(shù)。

4.1.3 兩壩間汛期船舶航行安全性分析

兩壩間大流量實(shí)船試航分2批次，共計(jì)5個(gè)流量級(jí)19艘次船舶測(cè)試，所有參試船舶均安全通過兩壩間航道。按本文研究所確定的船舶單位功率載量進(jìn)行配載，上水船舶除川集30數(shù)據(jù)缺失外，對(duì)岸平均最小航速5.8 km/h，對(duì)岸平均最大航速15.6 km/h，船舶對(duì)岸航速裕度取值范圍在45%～290%，均能夠滿足“在航路正常航行時(shí)航速不得低于4km/h”的規(guī)定，船舶具有足夠的上灘能力。

在保證船舶試航的前提下，兩壩間汛期船舶航行上灘能力良好，航行安全性可以得到保障，且現(xiàn)有船舶配載標(biāo)準(zhǔn)還存在提升空間。

4.2 建議

4.2.1 建議盡快完善兩壩間汛期船舶通航流量控制標(biāo)準(zhǔn)

目前兩壩間汛期船舶通航流量控制標(biāo)準(zhǔn)還不夠完善，這既不利于船舶在兩壩間航行的經(jīng)濟(jì)效益，也不利于緩解兩壩間船舶滯留常態(tài)化的狀況。因此建議在確保安全前提下，盡快制定完善兩壩間航道汛期不同類型船舶通航流量標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范船舶汛期兩壩間航路、航法和駕引操作方法，盡可能提高船舶通航率，擴(kuò)大兩壩間河段通過能力。

4.2.2 建議加快推進(jìn)兩壩間航道整治工程

目前兩壩船舶航行條件還比較困難，尤其是“四灘一彎一關(guān)”航段，為徹底解決船舶兩壩間航行安全和經(jīng)濟(jì)效益問題，建議加快推進(jìn)兩壩間航道整治工程，改善兩壩間通航航道狀況，提升航道等級(jí)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬占新，任慧龍.船舶綜合安全評(píng)估中的評(píng)價(jià)方法研究[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)， 2002，24（10）： 66-69

[2] 范貴生.綜合安全評(píng)估（FSA）在船舶安全方面的應(yīng)用探討[J].中國(guó)水運(yùn)（理論版）， 2006 ，4（6）： 162-163

[3] 宋世俊.綜合安全評(píng)估（FSA）方法及在船舶交通管理水域的應(yīng)用研究[D].大連海事大學(xué)， 2011

[4] 段愛媛，趙耀.航行船舶安全狀況風(fēng)險(xiǎn)預(yù)先控制方法研究[J].船海工程， 2006，35（6）：124-126

[5] 尹旭巍.黑龍江小型船舶安全評(píng)估的研究[D].大連海事大學(xué)，2009

[6] 明力.船舶安全管理體系的有效性評(píng)估[D].武漢理工大學(xué)，2005

[7] 章日紅.三峽-葛洲壩兩壩間典型灘段大流量下通航條件改善措施試驗(yàn)研究[D].天津大學(xué)， 2011

[8] 熊兵.三峽庫(kù)區(qū)水上交通安全控制與應(yīng)急管理研究[D].武漢理工大學(xué)，2011

[9] 陳厚忠.三峽壩區(qū)水上交通系統(tǒng)安全性研究[D].武漢理工大學(xué)，2011

[10] Delefortrie， Guillaume， Vantorre， Marc， Verzhbitskaya， Ellada， Seynaeve， Kristien. Evaluation of safety of navigation in muddy areas through real-time maneuvering simulation [J]. Journal of Waterway Port Coastal and Ocean Engineering， 2007 ， 133 （2） ： 125-135