（交通运输规划与管理专业论文）长江三峡船闸过闸需求与通过能力研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 三峡船闸作为西部水利枢纽工程，其通过能力直接影响着长江中上游的航 运发展，对我国西南地区的经济发展起着重要的作用。三峡船闸通航以来，运 行总体正常，通过能力稳步提高，目前船闸运行效率已经达到较高水平，接近 满负荷运行。但也出现了一些共同关注的问题，例如日运行闸次及通过量与设 计指标相差较大；在非正常通航状态下，通过能力明显不足，都反映出三峡船 闸通过能力相对航运过坝需求不足的矛盾。 随着三峡工程的竣工以及蓄水水位的逐渐上升，三峡船闸的运行条件不断 改变，为解决三峡船闸通过能力相对航运过坝需求不足的矛盾，提高船闸通航 效益，应结合不同阶段的实际通航条件，计算船闸的实际通过能力，预测三峡 枢纽快速增长的通航需求，分析不同阶段三峡枢纽的通航能力缺口，从近期和 远期两个方面提出了提高三峡船闸综合通过能力的有效措施。 论文采用一元回归分析、增长曲线模型、运输弹性系数和组合预测四种数 学方法，结合三峡枢纽区域的经济发展情况，预测了三峡枢纽的中长期过坝需 求，预计2 0 1 0 、2 0 1 5 、2 0 2 0 、2 0 3 0 年的过坝货运量分别为7 6 0 0 万吨、9 9 0 0 万 吨、11 0 0 0 万吨、1 3 0 0 0 万吨。论文在分析三峡坝区综合通过能力影响因素的基 础上，重点研究并提出了一次过闸载重吨位新的确定方法，成功应用于三峡通 过能力计算，预计2 0 1 0 、2 0 1 5 、2 0 2 0 、2 0 3 0 年三峡船闸实际通过能力分别为6 2 9 6 万吨、8 0 3 6 万吨、8 7 2 6 万吨、9 2 6 5 万吨。通过过坝需求和通过能力的比较可知， 三峡船闸2 0 1 0 年可完全满足过坝需求，2 0 1 5 年存在较小的缺口，2 0 2 0 年和2 0 3 0 年都存在较大的缺口。针对不同阶段，全面研究了提高三峡枢纽综合通过能力 的对策和建议。近期，由于需求量与通过能力之间相差不大，主要从提高船闸 自身效率入手，可优化过闸流程，缩短一次过闸时间或制定相关政策，提高船 舶的装载率等措施提高三峡船闸的通过能力；远期，由于船闸本身通过能力的 提高毕竟是有限的，随着货运量的进一步增长，必然会出现供需失衡的现象。 因此，可建立完善的翻坝转运机制，发展坝区综合运输体系，采取综合措施推 动三峡扩能。三峡枢纽货运需求和通过能力的研究对进步提高三峡枢纽交通 资源的利用效率，对构建黄金水道具有深远的意义。 关键词：三峡；需求预测；船闸通过能力；对策 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t a saw a t e r - c o n t r o lh i n g ep r o j e c ti nt h ew e s to fc h i n a , t h et h r e eg o r g e ss t r o n g l y a f f e c t ss h i p p i n gd e v e l o p m e n ti nt h eu p r i v e rp a r to fc h a n g i i a n ga sw e l la se c o n o m i c d e v e l o p m e n to fs o u t h w e s tc h i n a 。a f t e rn a v i g a t i o n ，t h et h r e eg o r g e sd a mo p e r a t e d w e l la n di t sp a s sa b i l i t ye n h a n c e sf a s t a tp r e s e n t ，t h ee f f i c i e n c yo ft h ed a mh a s r e a c h e dah ig hl e v e la n dt h ed a mn e a r l yo p e r a t e sa tf u l lc a p a c i t yh o w e v e rt h e r es t i l l a r es o m ep r o b l e m sn e e d e dt ob ef o c u s e d0 1 1 ，s u c ha st h el a r g ed i f f e r e n c e sb e t w e e nt h e r e a lr u nb r a k et i m e ，l o c kc a p a c i t ya n dt h ei n d e x e sd e s i g n e d ，a n dt h ei n s u f f i c i e n c yo f t h el o c kc a p a c i t yu n d e rs o m eu n c o m m o nc o n d i t i o n s t h e s ep r o b l e m sr e f l e c tt h e d e f i c i e n c yb e t w e e nt h et h r e eg o r g e s l o c kc a p a c i t ya n dt h ed e m a n do fs h i p p i n g a st h et h r e eg o r g e sp r o j e c ti s c o m p l e t e da n dt h es t o r e sw a t e rl e v e lr i s e s g r a d u a l l y , t h ec o n d i t i o no ft h et h r e eg o r g e sd a mc h a n g e su n c e a s i n g l y i no r d e rt o r i s et h ee f f i c i e n c yo ft h ed a ma n ds o l v et h ei m b a l a n c eb e t w e e nt h et h r e eg o r g e s c a p a c i t ya n di t ss h i p p i n gd e m a n d s ，t h er e a ls h i p p i n gc o n d i t i o n si nd i f f e r e n tp e r i o d s h o u l db er e s e a r c h e d ，t h er e a ll o c kc a p a c i t ys h o u l db ea c c u r a t e l yc a l c u l a t e d ， i n c r e a s i n gs h i p p i n gd e m a n d ss h o u l db ef o r e c a s t e di nt i m e ，a n a l y z i n gt h ed e f i c i e n c yo f t h et h r e eg o r g e sd a ms h i p p i n gc a p a c i t yi nd i f f e r e n tp e r i o d s ，a n dt a k i n go u tt h e i n t e g r a t e dm e t h o d st oe n h a n c et h et h r e eg o r g e sd a m sl o c kc a p a c i t yi ns h o r t - t e r m a n dl o n g - t e r mr e s p e c t i v e l y t h i sp a p e rf o r e c a s t st h em i d d l e - - t e r ma n dl o n g - - t e r md e m a n d so ft h et h r e e g o r g e st h r o u g hc o m b i n i n gt h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n tc o n d i t i o ni nt h et h r e eg o r g e s d a ma r e aa n df o u rm a t h e m a t i cm e t h o d s ，n a m e l y , l e a n e rr e g r e s s i o na n a l y s i s ，t h e b u i l d i n g - u pc u r v em o d e l ，t h et r a n s p o r t a t i o ne l a s t i c i t yc o e f f i c i e n ta n dt h ec o m b i n a t i o n f o r e c a s t a c c o r d i n gt ot h ef o r e c a s t s ，t h ep a s s - d a mc a r g oq u a l i t yw o u l db e7 6m i l l i o n t o n s ，9 9m i l l i o nt o n s ，110m i l l i o nt o n sa n d13 0m i l l i o nt o n si n2 0 10 ，2 0 15 ，2 0 2 0a n d 2 0 3 0r e s p e c t i v e l y t h i sa r t i c l ea l s os e to u tan e ww a yo fc o n f i r m i n gt h el o a do f o n e - o f fp a s sb a s i n go nt h ea n a l y s i so fi n t e g r a t e dl o c kc a p a c i t yi nt h et h r e eg o r g e s i t s u c c e s s f u l l yc a l c u l a t e st h el o c kc a p a c i t yi s 6 2 9 6m i l l i o nt o n s ，8 0 3 6m i l l i o nt o n s ， 8 7 2 6m i l l i o nt o n sa n d9 2 6 5m i l l i o nt o n si n2 0 1 0 ，2 0 15 ，2 0 2 0a n d2 0 3 0r e s p e c t i v e l y 武汉理工大学硕士学位论文 t h r o u g ht h ec o m p a r i s o nb e t w e e nt h ed e m a n d o f p a s s i n gd a m a n dl o c kc a p a c i t y , i tc a l l b es u m m a r i z e dt h a tt h el o c kc a p a c i t yo ft h r e eg o r g e sd a mw i l lm e e tt h ed e m a n do f p a s s i n gd a mi n 2 010 ，as m a l ld e f i c i e n c yw i l le x i s t si n2 015a n dt h e r ei sh u g e i n s u f f i c i e n c yf r o m2 0 2 0 t o2 0 3 0 t h e r e f o r et h i sa r t i c l e f u l l yr e s e a r c h e d t h e c o u n t e r m e a s u r e sa n ds u g g e s t i o n so fh o wt or a i s et h et h r e eg o r g e sd a m sl o c k c a p a c i t yi nd i f f e r e n tp e r i o d i ns h o r t t e r m ，b e c a u s et h el o c kc a p a c i t yn e a r l ym e e t st h e d e m a n d ，t h et h r e eg o r g e sd a m sl o c kc a p a c i t yc o u l db ee n h a n c e db yo p t i m i z i n gp a s s d a mf l o w , s h o r t e n i n gt h et i m eo fp a s s i n gd a m ，e s t a b l i s h i n gr e l a t i v ep o l i c ya n dr i s i n g t h ee f f i c i e n c yo fl o a d i n g a sf o rl o n g - t e r m ，o w n i n gt ot h el i m i t e dd a m sl o c kc a p a c i t y a n di n c r e a s i n go fc a r g oq u a l i t y , t h ei m b a l a n c ei si n e v i t a b l e t h u st h et h r e eg o r g e s d a m sf u n c t i o nc o u l db ee x t e n d e dt h o u g hp e r f e c t i n gt r a n s s h i p m e n tp o l i c ya n d d e v e l o p i n gm u l t i - t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m t h er e s e a r c hi nc a r g ot r a n s p o r t a t i o nd e m a n d a n dl o c kc a p a c i t yh a ss i g n i f i c a n te f f e c t st oe n h a n c et h et h r e eg o r g e s e f f i c i e n c ya n d e s t a b l i s hg o l d e nr i v e rp a s s a g e k e yw o r d s ：t h et h r e eg o r g e s ；d e m a n df o r e c a s t ；l o c kc a p a c i t y ；c o u n t e r m e a s u r e s 1 1 1 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生( 签名) ：廷日 关于论文使用授权的说明 期型? & i - i 1 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：马厌 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究目的和意义 第1 章绪论 长江水系是全国内河水路交通的重点区域，也是联结我国东、中、西部地 区的重要的经济命脉。三峡枢纽建成后极大的改善了三峡库区上游的通航条件， 为长江航运的发展提供了新的契机。随着西部大开发的继续推进和长江经济带 的发展，西部地区通过长江水路进出的货运量正逐年快速增长。三峡水库蓄水 通航以来，三峡坝区过坝货运量持续保持增长态势，2 0 0 4 年、2 0 0 5 、2 0 0 6 年分 别达到4 3 0 8 万吨、4 3 9 3 万吨和5 0 2 2 万吨。2 0 0 7 年，过坝货运量己达到6 0 5 7 万吨。 同时，长江三峡枢纽的建设，给长江航运，尤其是四川和重庆地区的长江 水路进出口运输，也带来了严峻的挑战。在现阶段，经过三峡的船舶，多数情 况下都要在坝前等待，在船闸运行良好、船舶数量不多的时候，可以立即过坝 或者等待的时间会相对较短，从几十分钟到几个钟头不等，在船闸运行稍有故 障或船舶数量较多的时候，就可能会等待十多个钟头，甚至很多船舶当天都不 能过坝，具体等待时间视情况而定。当这种情况出现时，在三峡坝前排队过闸 的船舶就会排成一条长龙，场面颇为“壮观”，这严重阻碍了长江干线上航运发 展。如果三峡枢纽通过能力不能满足航运的过坝需求，必然会阻碍西南地区的 经济发展。 虽然随着管理的加强、船闸掌控熟练程度的增强、船舶调度的优化等措施 的实施以及翻坝运输的运行，提高了船闸的通过潜能，上述情况已有所好转， 坝前等待的船舶数量有所减少，等待的时间也有所缩短，但是仍不能满足船舶 过坝的需求，需要尽快想办法解决。另外，长江上的船舶标准化进程还是一个 长期的过程，目前各种船型混杂的状况则进一步降低了三峡船闸的通过能力， 造成实际通过能力只有3 5 0 0 万吨左右，据估计，未来每年至少有2 0 0 0 到3 0 0 0 万吨的长江水路货物运输受到直接影响。因此，很有必要针对三峡枢纽对长江 航运带来的影响进行深入系统的研究，从提高全社会整体效益的角度提出相应 的解决方案或对策三峡枢纽区通过能力提高对策。 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状 三峡船闸作为西部水利枢纽工程，其通过能力直接影响着长江中上游的航 运发展，对我国西南地区的经济发展起着重要的作用。三峡船闸试通航以来， 运行总体正常，通过能力稳步提高，目前船闸运行效率已经达到较高水平，接 近满负荷运行。但也出现了一些共同关注的问题，主要表现在：1 ) 日运行闸次 及通过量与设计指标相差较大；2 ) 每同会有一定数量的船舶待闸，约2 1 - 4 8 艘；3 ) 在非正常通航状态下，通过能力明显不足，出现了大量船舶待闸。上述 现象反映出三峡船闸通过能力相对航运过坝需求不足的矛盾，引起了社会各界 和各级领导的高度关注，不少学者专家都对此做了相关研究。 三峡枢纽区域水路客货运量是受政治、经济、自然条件等等很多因素影响 而随机波动的时间序列。三峡枢纽区域水路客货运量预测系统是一个复杂多变 的系统。现有的预测方法归纳起来主要是定性与定量两类。定性分析法主要是 利用历史资料，依靠个人的经验、知识和综合分析能力，对未来的发展状况进 行分析预测。目前，大多数的文章都是定性分析，其结果的可信度不高。 定量分析法主要是根据历史统计数据，应用数理统计方法建立模型来预测 事物发展的未来状况。定量分析法比定性分析法细致。但定量模型往往难以全 面反映复杂的社会经济系统的各个方面，因此在实际运用中，一般是定量预测 结合定性分析，才能获得较好的预测结果。 2 0 0 5 年2 月，国家发改委综合运输研究所所做的长江干线航运及三峡枢 纽过坝运量预测，采用了比例预测法、数学模型法( 回归模型) 、弹性系数法， 结合定性分析，对三峡枢纽过坝运量进行了预测，预计2 0 1 0 、2 0 2 0 、2 0 3 0 年过 坝货运量( 含翻坝) 分别为6 1 0 0 万吨、8 7 5 0 万吨、1 1 4 0 0 万吨；预计2 0 1 0 年、 2 0 2 0 年、2 0 3 0 年长江过坝客运量分别为2 1 0 万人、2 5 0 万人、2 8 0 万人。2 0 0 5 年2 月，交通部长江航务管理局所做的长江三峡枢纽过坝运量预测报告，采 用了数学模型法( 包括回归分析法、增长曲线预测法、灰色预测模型) 、运输弹 性系数法，结合定性分析，对三峡过坝运量进行了预测，预测三峡断面货运量 分别为6 7 0 0 万吨、1 0 4 0 0 万吨、1 3 0 0 0 万吨；旅客通过量2 0 1 0 年为2 5 0 万人次、 2 0 2 0 年达到2 8 0 万人次、2 0 3 0 年接近3 0 0 万人次。在这两个报告中都有详细的 计算过程，对于近期2 0 1 0 年的预测结果两个报告相接近，但2 0 2 0 年和2 0 3 0 年 的预测结果则相差较大。 2 武汉理工大学硕士学位论文 早期对三峡船闸通过能力的研究主要是将设计通过能力和实际通过能力相 比较，分析实用通过能力未达到设计标准的原因，提出相应的措施。设计通过 能力是用来作为船闸规划和设计标准而要求船闸承担的通过能力，三峡船闸设 计通过能力是指长江水利委员会参考了葛洲坝船闸1 9 9 0 年以前的经验，根据理 论估算值计算出的2 0 3 0 年的船闸通过能力。三峡实用通过能力是指根据目前船 闸的运行现状及其发展趋势标定后的运行参数计算出的2 0 0 9 年的船闸通过能 力。实用通过能力未达到设计标准的主要原因有两点：曰运行闸次与设计值差 异较大；船舶的装载系数远小于设计值。 目前，关于船闸通过能力的研究较多，特别是其计算方法，我国主要以规 范中推荐的公式进行计算。长期实践表明，规范推荐的公式结构合理，考虑的 因素也比较全面，基本上能够满足工程需要，但也存在许多不足。三峡船闸的 通过能力不是一个恒定的指标。船闸的通过能力与过往船型、船舶的通航组织、 大坝蓄水水位以及船闸的检修等多种因素紧密相关，国内理论界存在较多争论， 目前的关于通过能力的计算仅仅从计算公式入手，并没有考虑三峡枢纽未来的 船舶等各因素的变化情况，对于参数的具体选取研究地较少。 为增加船闸的通过能力，减少船舶的待闸时间，曾有学者们提出许多相关 建议，如加强船舶的标准化建设，提高一次过闸平均吨位；对船闸进行技术改 造，增加日开放闸次数；引进计算机管理，提高船闸的运行、调度和管理水平 等等。虽然这些建议在一定程度上发挥了作用，但是它们还是局限在原有的思 路框架内，仅仅从提高船闸自身的能力，没有从优化整个三峡枢纽的运输组织 的角度提出相关建议。 1 3 研究内容及技术路线 本论文研究的内容将主要从以下几个方面进行展开： 1 ) 介绍了本文研究的目的和意义，并对国内外发展现状和专家学者进行的 相关研究进行了分析与总结，为论文研究工作的开展奠定了坚实的理论基础。 2 ) 论文介绍了三峡船闸、升船机和翻坝转运设施以及三峡枢纽的运输组织 方式，分析了三峡枢纽通航现状，指出三峡船闸通航和现行翻坝转运存在问题。 3 ) 为三峡枢纽过坝需求预测，通过多种预测方法和组合预测，最后再结合 实际情况定性分析，最终得出三峡枢纽的综合预测结果。 武汉理工大学硕士学位论文 4 ) 为三峡枢纽通过能力研究，分析了影响三峡枢纽通过能力的主要因素， 研究了计算三峡船闸通过能力的主要参数具体取值，并计算出不同水平年限三 峡枢纽综合通过能力，最后结合第三章预测结果，计算了未来三峡枢纽通过能 力缺口。 5 ) 为提高三峡枢纽综合通过能力对策研究，根据通过能力的具体缺口数据， 从近期和远期两个方面提出了提高通过能力的相应对策。 6 ) 为结论和展望，对论文的研究工作做了简单总结，并指出今后需要进一 步深入研究的问题。 技术路线如图1 - 1 。 图1 - 1 4 武汉理1 人学坝十学何| 文 第2 章三峡枢纽总体概况 长江一，峡工程是j r 发治理长江的关键性目fl 程，舰模宏大，效益显著， 足当今世界七最大的水利枢纽 程之一，也是项多功能、综合性的世界顶级 程。二峡1 程大坝坝址位于湖北省i = i = 吕市二斗坪，距t 游已建成的葛洲坝水 利枢纽工程约4 0 k i n ，具有防洪、发电、航运等臣大的经济效益和社会效益。工 程总工期1 7 年，分一个阶段实施：第一阶段1 9 9 3 1 9 9 7 年，为施丁准备及一期 i 程；第一阶段1 9 9 8 2 0 0 3 年，为二期 程；第三阶段2 0 0 4 2 0 0 9 年，为二期 程，预计令年底明年初丰体 程将令部竣工。三峡，程主要l 拦河人坝工程、 电站厂房l 程、航运工程和茅坪防护工程组成。三峡水利机纽总体布胃图，如 图2 - l 所示。 2 0 0 3 年6 月，r 峡水库蓄水到1 3 5 水，一峡船闸将丌始试通航，水库回水 将至再庆卡都，水深增加，大郝分急流、陆潍、浅滩消失，流述变缓，大大提 岛了行船速度，降低航运成小，航行也更_ j j l 】安伞。2 0 0 6 年1 0h ，二峡水库达到 i5 6 米蓄水日标，标志着三峡工程由围堰发电期转入忉期运行期，防洪、发l h 、 航运效益将进步得到全面发挥。2 0 0 8 年9 月中旬，峡工程儿始向1 7 5 米水 位试验性蓄水，这将使长江的通航条件史加改善，二- 蛱工程航运效益进一步发 挥，航道平均宽度增大，万吨级船队可从湖北宜昌安全通达重庆港【。】口】。 圈2 - 1三峡水利枢纽总体布置图 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 三峡枢纽通航设施 2 1 1 三峡船闸 三峡船闸是三峡工程三大主体建筑物之一，为双线连续五级船闸，建于枢 纽左岸，由船闸主体段，上游引航道，下游引航道及靠船建筑物等组成。每线 船闸主体段由6 个闸首和5 个闸室组成，每个闸室长2 8 0 米、宽3 4 米，闸室坎 上最小水深3 9 米，设计可通过3 0 0 0 吨级客货轮或万吨级船队。最大调度使用 尺度为2 6 6 米、宽3 2 8 米、高1 8 米。三峡船闸在正常情况下采取单向连续过闸 的运行方式，特殊情况下可以两线船闸同向运行。当一线船闸检修时，另一线 采用单向连续过闸，定时换向的运行方式。一次过闸时间( 有船闸次间隔时问) ： 上行9 卜1 0 0 分钟，下行1 0 卜1 2 0 分钟，运行时间与不同运行水位下船闸运行 级数相关。三峡船闸是目前世界上已建成船闸中连续级数最多、总水头和级间 输水水头最高的内河船洲引。 2 1 2 升船机 三峡升船机是三峡工程用于快速过坝的永久通航建筑物，布置于长江左岸， 升船机平面有效尺寸1 2 0 m 1 8 m ( 长宽) ，槛上最小水深3 5 m ，最大提升高度 1 1 3 m ，最大可通过3 0 0 0 吨级客货轮。升船机建成以后，可以大大缩短船舶过坝 时间，通过升船机约4 0 分钟。由于其技术难度大，推迟了建设时期。目前升船 机上、下游引航道和上闸首主体建筑物己基本完成，船箱区域的开挖除建基面 留有2 m 的岩石保护层和下闸首需部分扩挖外已全部完成。9 月将开工建设主体 工程，该工程计划于2 0 1 5 年3 月建成运行1 4 1 。 2 1 。3 翻坝转运设施 为缓解三峡船闸通航压力，2 0 0 3 年6 月1 6 日三峡船闸试通航以来，三峡坝 区先后实施了多次翻坝转运，翻坝转运对象主要为客船和载货滚装船，自2 0 0 4 年4 月2 4 日起，滚装车由临时翻坝改为持续翻坝，一直运行至今。三峡坝区与 长期翻坝相关的港口设施有茅坪港客运码头、太平溪港客运码头、秭归物流中 心滚装码头和靖江溪滚装码头，主要路桥设备有三峡专用公路、宜巴公路、乐 大公路和西陵长江大桥，具体翻坝线路如下 6 武汉理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 客运翻坝线路 对于客运而言，主要是在节假日客流高峰或待闸船舶积压较多时实施旅客 临时翻坝，其具体线路为【5 】： 旅客翻坝左岸线路：太平溪港一陆路( 经三峡专用公路) 一宜昌 旅客翻坝右岸线路：茅坪港一陆路( 经三峡专用公路和西陵大桥) 一宜昌。 如图2 2 所示。 图2 - 2 现行旅客翻坝转运方案( 三峡专用公路转运方案) ( 2 ) 载货滚装船翻坝线路 图2 - 3同常滚装船翻坝转运方案 7 武汉理工大学硕士学位论文 滚装车翻坝左岸下行线路：武警滚装码头一陆运( 经三峡工程施工用的 上坝公路) 一古树岭滚装码头一水运平湖滚装码头。 滚装车翻坝右岸上行线路：夜明珠滚装码头一水运一岱狮滚装码头一陆 运( 经西陵大道和长岭隧道) 秭归物流中心滚装码头。如图2 3 所示。 2 2 三峡枢纽运输组织方式 2 2 1 三峡船闸运行方式 三峡船闸为双线连续五级船闸，在正常情况下采用单向连续过闸运行方式， 一线上行，另一线下行，各自独立运行，即一系列船舶( 队) 彼此相隔鱼贯地 通过船闸。在单向连续过闸过程中，前后两个船舶( 队) 仅相隔一个闸室，因 此过闸时间不是按所有闸室的总时间计算，而应以通过一个闸室所耗费的时间 为准，与船闸的级数无关。在一线检修时，另一线船闸采用成批过闸定时换向 的运行方式，向一个方向连续通过一批船舶( 队) 后，紧接着进行一次双向过 闸，当改变过闸方向后，又继续向另一个方向连续通过一批船舶( 队) 。为了缩 短过闸时间，船只过闸是连续的。三级、四级运行时最多可有两批船队在同一 线同时过闸，五级运行时最多可有三批船队在同一线过闸。以五级下行为例： 当先行船队a 由第四闸室进入第五闸室时，后续的第二批船队b 由第二闸室进 入第三闸室，第三批船队c 则可从上游水库进入第一闸室。 从2 0 0 3 年6 月三峡船闸试通航以来，船闸的运行方式与大坝施工期蓄水运 行水位密切相关。不同的水位条件下，船闸的运行方式有所不同。三峡船闸在 完全蓄水通航前，共分为三个阶段：一是施工期( 围堰发电期) ，二是永久船闸 通航初期，三是永久船闸通航后期。不同的蓄水时期，对应不同的水位划分， 其运行方式也不一样。具体见表2 1 。其中，施工期上游水位1 3 5 m ，船闸建成 后上游通航水位介于1 4 5 m - - - 17 5 m 。 表2 - 1不同水位下的运行方式 不同蓄水运行水位运行方式 1 3 5 m 四级补水运行 1 4 5 m四级不补水运行 15 6 m五级运行 1 7 5 m五级运行 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 2 三峡船闸调度规则 1 ) 通航调度原则 船舶过闸实行先到先过和重点优先兼顾的调度原则。一般情况下，权重相 近的船舶应按到达通航调度范围的先后顺序实行先到先过。 通航调度应保证基本顺序和特殊规定的前提下，兼顾船闸闸室利用效率。 2 ) 船舶过闸的基本顺序 ( 1 ) 特殊任务，包括：警卫任务、军事运输等船舶； ( 2 ) 客运船舶； ( 3 ) 载运鲜活货的船舶； ( 4 ) 其他船舶。 3 ) 通航调度特殊原则 ( 1 ) 等级任务船舶过闸应按照相关规定和程序进行调度，一级警卫任务船 舶应安排专闸通过。 ( 2 ) 载运一级易燃易爆危险品货物的船舶应安排专闸通过。 2 3 三峡枢纽通航现状 三峡船闸自试通航以来，运行总体正常，通航态势平稳有序，通过能力稳 步提高。 1 ) 三峡船闸试运行以来，其实际通航率达到了9 1 1 ，其中北线船闸9 1 6 8 ， 南线船闸9 0 5 2 。扣除期间的船闸验收、船闸检查和完建施工等因素造成的停 航，通航率为9 8 8 8 ，其中北线船闸9 9 。3 4 ，南线船闸9 8 4 1 ，均超过了8 4 。1 3 的设计标准； 2 ) 船闸通过量稳定增长，2 0 0 3 、2 0 0 4 、2 0 0 5 、2 0 0 6 、2 0 0 7 年通过货运量分 别达到1 3 7 7 万吨、3 4 3 0 6 万吨、3 2 9 1 1 万吨、3 9 8 6 万吨和4 6 6 7 8 万吨；2 0 0 3 、 2 0 0 4 、2 0 0 5 年通过客运量分别为1 0 8 万人次、1 7 3 万人次、18 8 万人次，2 0 0 6 年、2 0 0 7 年受三峡船闸完建施工、限制客船过闸影响，客运量有所减低，分别 为1 6 2 万人次、8 4 3 4 万人次； 3 ) 通过的船舶总艘次逐年减少，上行船舶2 0 0 7 年比2 0 0 4 年减少2 6 2 ， 下行船舶2 0 0 7 年比2 0 0 4 年减少3 2 9 。上行单闸次船舶数从2 0 0 3 年的8 3 7 万 9 武汉理工大学硕士学位论文 艘减少到2 0 0 7 年的6 3 6 万艘，减少2 4 ；下行单闸次船舶数从2 0 0 3 年的8 0 8 万艘减少到2 0 0 7 年的6 8 l 万艘，减少1 5 7 ； 4 ) 过闸船舶单闸次吨位提高明显，船舶装载吨位大型化趋势明显。单闸次 吨位上行船舶从2 0 0 3 年的平均1 6 9 2 吨提高到2 0 0 7 年的3 9 6 5 吨，提高了 1 3 4 3 3 ，平均每年增长2 3 7 ；下行船舶从2 0 0 3 年的平均4 3 7 7 吨提高到2 0 0 7 年的7 7 9 7 吨，提高了7 8 1 ，平均每年增长1 5 5 ； 5 ) 过闸船舶大型化、标准化明显。1 0 0 0 吨以上船舶从2 0 0 3 年的3 0 5 2 提 高到6 6 4 ，尤其是2 0 0 0 吨级以上船舶从2 0 0 3 年的8 8 8 提高到3 2 9 8 ； 6 ) 船闸日均运行闸次数逐渐增加。上行r 均运行闸次数从2 0 0 3 年的1 1 6 次提高到1 3 9 6 次，年均提高4 7 ；下行日均运行闸次数从2 0 0 3 年的1 1 2 6 次 提高到1 2 5 3 次，年均提高1 9 ； 7 ) 过闸船舶货物装载系数不断提高。装载系数上行船舶从2 0 0 3 年的平均 0 3 0 8 提高到2 0 0 7 年的0 4 2 6 ，提高了3 8 3 ，年均提高8 4 4 ；下行船舶从2 0 0 3 年的平均o 5 7 8 提高到2 0 0 7 年的0 7 3 5 ，提高了2 7 1 6 ，年均提高6 1 6 ； 8 ) 船舶运量不均衡系数比较稳定，上行船舶不均衡系数平均为1 1 9 ，波动 幅度在1 1 6 1 2 3 ，下行船舶不均衡系数平均为1 2 ，波动幅度在1 1 7 1 2 3 。 但是，随着三峡库区沿江经济发展持续稳定的发展，三峡水库蓄水、库区 航道显著改善，航运发展迅速，三峡断面的货运通过量出现了迅猛发展的势头。 同时，由于三峡船闸运行条件与设计条件差距较大，三峡船闸通过能力还不能 完全满足船舶的过坝需求，造成不同程度的船舶积压。两线船闸在正常运行的 前提下，仍然出现了一些问题：1 ) 日运行闸次及通过量与设计指标相差较大； 2 ) 在两线船闸均正常运行的前提下，每日会有一定数量的船舶待闸，约2 1 4 8 艘：3 ) 在非正常通航状态下，通过能力明显不足，出现了大量船舶待闸，最高 达到北线单线运行时的3 4 9 艘次。 为减少船舶积压，缓解通航的紧张局势，三峡坝区多次启动滚装车和旅客 临时翻坝转运。同时为提高船闸通过量，经交通部批准从2 0 0 5 年3 月限制2 0 0 总吨以下船舶通过三峡船闸。目前滚装车的翻坝转运工作仍在继续进行。采取 滚装车翻坝转运措施后，三峡船闸通航压力有所减轻，在满负荷的运行状态下， 基本能满足目前的通航需求。 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 2 4 三峡船闸通航存在问题 1 ) 三峡船闸受工程设计影响下行船舶待闸点改变，船舶进闸时间延长 设计下行船舶在浮式导航墙处停泊待闸，从导航墙到闸室，在初设报告 中距离取用3 9 0 m 。但是，围堰发电期上游水位1 3 5 m ，船闸输水系统进水口为 底部正向取水，当船闸运行冲泄水时，导航墙和一闸室处的水流条件远比设计 预想的差，上闸首至导航墙段水域流态较差，产生了较强的纵向水流，并伴有 较强的水花，在一闸首处最大流速达2 5 m s 。另外，在导航墙如果待闸船舶过多， 直接影响上行出闸船队的视线，所以导航浮堤不具备船舶待闸条件，实际运行 时船舶从靠船墩进闸，与初设报告中进闸点在导航墙有所差异。同时，在 围堰发电期，船闸为四级补水运行，下行船舶进闸后停靠在第二闸室内，而初 计报告中考虑船舶进闸后停靠在第一闸室内。因此，结合上述原因，船舶实 际进闸距离比初步设计计算距离长9 3 0 m ，进闸距离的增加，延长了船舶的过闸 时间，降低了船闸同运行闸次，影响了进闸效率； 2 ) 目前船闸在五级运行时的人字门实际启闭时间为6 m i n ，比设计水平多 2 m i n ，使得一次过闸时间增加8 m i n ； 3 ) 由于初设报告中过闸的船舶采用的是一个设计船队，因此没有考虑 船舶、船队进闸或出闸时间间隔的影响。但是在船闸实际运行时，每闸室的船 舶单元往往有6 - 8 个。如果两条船之间的间隔时间按1 2 m i n 计算，比设计时间 增加6 8 4 m i n 。同样是由于采用一个设计船队过闸的缘故，初设报告仅考 虑了一个船队的移泊时间。但根据围堰发电期的实际船型和过闸组合，每闸室 船舶移泊时需要增加的间隔时间约为5 m i n ( 参考三峡工程围堰发电期三峡船 闸试航总报告，交通部长江航务管理局) ； 4 ) 三峡坝区航道维护水深达到4 5 m ，能满足3 5 0 0 吨级船舶满载运行。受 长江中游枯水季节航道水深( 宜昌一城陵矶维护水深2 9 m ) 限制，船舶需要减 载后才能通过中游浅区，致使三峡坝区过闸船舶下行的装载系数在o 6 卜o 7 5 之间。因此船舶的装载系数存在较大的提高潜力； 5 ) 碍( 断) 航现象比较频繁 三峡船闸的设计通过水位4 5 0 0 0 m 3 s 以下，超过4 5 0 0 0 m 3 s 就会出现碍( 断) 航；出现船闸全面检修或换向检修、泄洪冲沙等情况也会出现碍( 断) 航现象。 碍( 断) 航现象的频繁发生，严重影响制约长江两坝交通运输的畅通； 武汉理工大学硕士学位论文 6 ) 船舶非标准化、小型化制约了两坝船闸通过能力 目前，参与长江航运的非标准化、小型化船舶还比较多，难以充分保证船 闸空间利用率，致使了两坝船闸每闸次的单位运量难以提高，进而制约了船闸 通过能力。 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章三峡枢纽过坝需求分析 2 0 0 5 年1 1 月2 8 日，国务院召开了”合力建设黄金水道，促进长江经济发展 ”高层座谈会，2 0 0 6 年1 1 月2 1 日交通部与沿江七省二市共同签署了“十一五” 期长江黄金水道建设总体推进方案。充分发挥长江黄金水道的优势，促进沿江 经济社会全面协调可持续发展，已经成为中央和沿江地方政府的共同战略任务， 长江航运发展进入重要的战略机遇期。随着三峡工程的完工，库区通航条件将 发生根本性的变化，长江中上游航运仍将保持较高增长速度，本章分别对三峡 枢纽货运需求、客运需求以及滚装翻坝需求进行分析和预测】【1 2 】。 3 1 预测思路 三峡枢纽区域水路客货运量是受政治、经济、自然条件等等很多因素影响 而随机波动的时间序列。三峡枢纽区域水路客货运量预测系统是一个复杂多变 的系统。现有的预测方法归纳起来主要是定性与定量两类。定性分析法主要是 利用历史资料，依靠个人的经验、知识和综合分析能力，对未来的发展状况进 行分析预测。定量分析法主要是根据历史统计数据，应用数理统计方法建立模 型来预测事物发展的未来状况。定量分析法比定性分析法细致。但定量模型往 往难以全面反映复杂的社会经济系统的各个方面，因此在实际运用中，一般是 定量预测结合定性分析，才能获得较好的预测结果。 预测部分技术路线如图3 1 所示。 图3 - 1预测技术路线图 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 3 2 初始数据的选择 由于三峡船闸仅通航五年，历史序列数据不足，故在数学模型预测中，选 择葛洲坝船闸1 9 9 8 年至2 0 0 3 年的通过量和2 0 0 4 年至2 0 0 7 年的三峡断面货运 量( 含翻坝) 作为原始数据，2 0 0 7 年作为基准年。 2 0 0 3 年三峡坝区经历了近半年的碍航断航期，受断航和“非典”等因素的影 响，葛洲坝船闸运量有一定的下降。由于2 0 0 3 年相对于预测的基准年比较邻近， 其数据大小将直接影响预测的最后结果，所以分析了2 0 0 3 年三峡坝区碍航断航 期的翻坝运输统计数据，采用1 9 9 8 年至2 0 0 2 年的数据，运用多项式模型对2 0 0 3 年的货运量进行适当的调整，拟合图见图3 2 ，得出2 0 0 3 年葛洲坝货运量为2 2 7 9 万吨。 图3 22 0 0 3 年预测数据与原始数据的拟合图 历年来三峡过坝货运量见表3 1 、3 2 。 表3 11 9 9 8 2 0 0 3 年葛洲坝船闸通过量统计表 年份 1 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 12 0 0 22 0 0 3 l 过闸( 万吨) 1 0 3 7 1 0 5 71 2 0 01 5 1 41 8 0 72 2 7 9 表3 22 0 0 4 2 0 0 7 年三峡断面通过量统计表 年份 2 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 7 断面( 万吨)4 3 0 84 3 9 35 0 2 26 0 5 7 注：数据由三峡通航管理局提供 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 3 3 过坝总运量预测与分析 三峡枢纽地处湖北宜昌，是四川、重庆的出川货物以及长江下游货物上行 入川渝鄂的必经之地。本文在以往的文献资料和研究课题的基础上，将湖北、 重庆、四川二省一市称为三峡枢纽区域。 本次预测时间跨度较大，包含的不确定因素较多，因此采用定性预测和定 量预测相结合的方法。由于三峡过坝运输正处在高速发展期，这种趋势仍将在 今后一段时期内保持，故定量预测方法主要选择一元回归分析、增长曲线模型 预测法及运输弹性系数预测法。同时综合分析水运市场在综合运输体系中的竞 争优势和市场份额，三峡枢纽区域的重庆、四川及湖北的经济和交通发展趋势 以及主要港口的未来规划，在不受通过能力限制情况下，预测三峡过坝运量。 3 3 1 一元回归分析 所谓回归分析( r e g r e s s i o na n a l y s i s ) 是一种通过分析事物之间的因果关系 和影响程度进行预测的方法，它是通过研究预测对象与相关因素的相互关系来 预测的。它是研究因变量( y ) 和自变量( x ) 之问数量变化规律，并通过一定 的数学表达式来描述这种关系，进而确定一个或几个自