長洲樞紐四線船閘交通組織規則研究

張明，馮小香

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

長洲樞紐四線船閘交通組織規則研究

張明，馮小香

（交通運輸部天津水運工程科學研究所工程泥沙交通行業重點實驗室，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，也是閘區交通管理的重要內容。針對長洲樞紐四線船閘的通航環境特點，分析了并列多線船閘的運行機制和閘區交通組織特點，研究了長洲樞紐并列四線船閘的交通組織原則及規則，并提出了相應的保障措施。研究成果可給內河多線船閘的運行管理提供參考依據。

多線船閘;調度;規則;交通組織;交通沖突;長洲

近年來，隨著經濟的快速發展，我國內河貨運量迅速增長，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，且由于特定通航環境的限制，船閘閘區的交通組織問題往往十分復雜。而現有關于船閘交通的研究較多的關注單個船閘閘室的排擋或是多個梯級船閘之間的聯合調度問題［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，在口門區航路交叉，形成了一個船舶交通流的交織區，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的安全風險；船閘自身也由于規模等級不同及水情變化等原因使得船閘聯合調度及排擋的復雜度明顯增加。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則研究，以促進閘區交通的安全、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，是目前國內外規模最大的內河船閘。

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也分別布置了停泊段，停泊段均采用右側布置方案，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。壩區河段的通航水流條件一般較為關注引航道通航水流條件、引航道口門區及連接段通航水流條件、橋區河段通航水流條件等三方面。

經過3號、4號船閘擴建工程前期的試驗研究及方案優化后，在設計運行條件下，四線船閘的上、下游引航道、口門區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，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，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，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年過閘貨運量為設計通過能力的1.53倍。根據預測，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，過閘船舶數量總體上相對穩定（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4 a過閘船舶數量維持在8～9萬艘次間，相應日均過閘船舶為224～240艘次。2012～2013年，長洲樞紐月過閘船舶數量比較穩定，除受枯水制約及春節因素影響外，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計表Tab.1Navigation statistics of Changzhou ship locks in the past years

2 船閘調度運行機制分析

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、接受檢查后再根據調度計劃依次過閘。為形成良好的過閘次序，保障船舶過閘安全，船舶在該區域的航行需要根據有關過閘管理規定及船閘的調度指令進行。調度過程可以分為4個環節：申報與排擋、錨泊與航行、船閘的運行控制、調度信息的發布與反饋機制，這4個環節相互影響，相互制約，共同構成一個有機的船閘調度及運行系統（圖2）。

圖2船閘調度內容示意圖Fig.2Sketch of ship lock scheduling content

船閘調度運行機制實質上表現為一定約束條件下的船舶、船閘運行及調度員之間的相互作用機制。船舶的進閘調度可看作是船舶在錨地、停泊段、待閘段、閘室等調度目標空間的運動過程，而出閘調度可看作是船舶直接由船閘向錨地的調度，船舶經過錨地后調度過程結束。船閘的運行控制是整個調度環節的關鍵，是控制船舶過閘的節點，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度及過閘系統的核心和中樞，由調度員通過手機、甚高頻無線電話、調度信號等向過閘船舶傳遞調度信息，將過閘船舶由一個目標空間調度到另一個目標空間，并最終由船閘的運行來完成過閘調度的任務。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計要求，要遵守一定的規則進行調度，而提高船閘運行效率也離不開船閘的排擋，實現船舶在閘室內的合理編排。因此，如何通過優化調度規則，在一定約束條件下，實現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則

3.1交通組織原則

長洲樞紐四線船閘聯合調度原則為：安全、有序、公平、高效、省水。

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

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

（3）公平：船舶的過閘應基本遵循先到先過的原則，根據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：盡量實現各級調度的有效銜接，始終使待閘段有船，保持“船等閘”狀態，減少船閘等待船舶進閘的時間，提高船閘的日運行次數；同時，應做好4個船閘的聯合排擋，提高船閘的閘室利用率，增加一次過閘船舶數量。

（5）省水：主要是指在水情滿足的情況下，船閘的運行應根據待閘的船舶數量來確定船閘的運行數量，投入運行的船閘數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，既可以降低調度的復雜度，還可以提高航行的安全，對于樞紐省水也是有利的。

3.2交通組織規則

（1）船閘的排擋規則。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，可根據動態規劃算法進行求解。對于單線船閘，船舶的排擋僅包括進閘隊列的形成規則，是一個閘選船的單向選擇問題，而由于長洲樞紐船閘數量多、規模不同，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。

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

在船閘的選擇規則上，為減少不同船型間的相互干擾，建議大小船分開過閘，大船優先選擇3號、4號船閘，小船優先選擇1號、2號船閘。對于危險品船舶，建議優先選擇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度計劃有序性的基礎上，根據所處調度流程的階段因時因地靈活確定。

（2）船舶航行調度規則。船舶航行調度總規則為：引航道內單向通航，主航道雙向通航。船舶進閘時，自錨地駛出后，可供調度的目標空間多，有停泊段、待閘段、閘室等，當進閘船舶較多時，應采用三級調度方式由遠及近從各調度目標上逐級調度，即錨地→停泊段，停泊段→待閘段，待閘段→閘室。為使調度過程有序、高效，逐級調度的時間應合理銜接。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入待閘段。當引航道沒有進閘船舶時，出閘船舶可直接自閘室經由引航道駛入主航道，中間不經過逐級調度。

（3）船閘運行規則。船閘運行規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號船閘由于規模大，灌泄水影響更為明顯。根據3號、4號船閘擴建工程初步設計文件［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，當上下游水頭小于8 m時，3號、4號船閘應盡量維持同步反向運行模式。

為避免船舶在引航道內由于交匯而產生交通沖突，可通過控制船閘閘門的開啟來實現。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開門；②共用引航道的另一個船閘處于出閘狀態；③共用引航道的另一個船閘處于進閘狀態；④該船閘對應的待閘段處于補船狀態；⑤共用引航道的另一個船閘對應的待閘段處于補船狀態。

4 討論

（1）壩區河段船舶交通沖突避碰規則。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沖突現象，如果沿用以往的習慣航法，上、下行航路的交叉將會隨駕駛員的經驗變化，交叉方式和潛在沖突區的位置將變得無序，當航路上存在橋梁等限制性因素時，船舶間碰撞的風險將大大增加。鑒于以上問題，可將船舶定線制納入到壩區航段交通管制的范疇，不僅可以使船舶的航路得到規范，船舶交通流間的沖突方式也可以隨之確定，潛在沖突區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的交叉成為可能。

壩區河段船舶定線制方式主要根據上下游航路的交叉點數量、壩區河段的通航水流條件情況，并結合當前內河習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），潛在沖突區的位置主要位于口門區及連接段（圖1）。在沖突方式和沖突區位置相對明確的情況下，調度監控室可利用VTS（船舶交通管理系統）隨時掌握各閘次船舶的進出閘位置信息，當出閘船舶將可能與進閘船舶在潛在沖突區交匯時，可通過適當延遲船舶的出閘來進行規避；或是將船舶的進出閘航路錄入AIS系統，以輔助船舶航行，預防船舶沖突。

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

（3）船閘交通組織規則的應用。2010～2013年間，長洲雙線船閘日均過閘船舶數量為224～246艘次，常態情況下，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，同時為了節約船閘用水，如果4座船閘的水深都能滿足，而待閘船舶數量不多時，應盡量減少投入運營的船閘數量，即在一定的允許等待時間范圍內，可以通過控制船閘的運行數量，來降低由于更多船閘投入運行而產生的更為嚴重的沖突問題，同時，運行船閘數量的減少也可以一定程度上降低調度的難度。

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雜性，為保障交通管理的統一性和權威性，船閘管理方需要聯合海事、航道等部門制定船閘調度技術規程，以形成具有法律效力的過閘規章制度。

5 結語

長洲樞紐四座船閘并列布置，船閘規模不同，通航環境復雜，科學合理的交通組織方案是船閘安全、高效運行的重要保障。本文根據船閘的布置特點及河段的通航環境特點，分析了船閘調度運行機制，研究了長洲樞紐四座船閘交通組織規則，提出了采用定線制來規范壩區河段航路，利用逐級調度來調節船舶交通流量，建立VTS、AIS等保障系統來監測預控等一套管控手段來規避壩區河段船舶的沖突問題，為長洲樞紐多線船閘的聯合調度運行及船舶的安全航行提供了技術保障。

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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、遙感應用及港航工程研究。

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