三峽河段錨鏈輔助調節系統設計

呂露　章捷　劉星辰

摘 要：三峽水庫建成蓄水至預期目標后，整個三峽河段的水位漲落呈現規律性、周期性變化的特點。本文針對傳統錨鏈調節過程中錨鏈調節不及時、調節長度無差別等缺點，提出一個三峽河段錨鏈輔助調節系統設計方案。當某錨鏈受力超過閾值、區域水位變化或者即將大幅變化時，自動提醒調節錨鏈長度，使錨有效抓底，保持錨泊躉船定位可靠、船體穩定，維護通航環境和通航秩序。

關鍵詞：三峽河段;錨鏈調節

中圖分類號：U64? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）10-0082-02

1 概述

1.1背景

2018年4月，習近平總書記視察長江行至三峽談到，大國重器必須掌握在自己手里。“大國重器”三峽工程的建設倒逼國內工程項目各項技術的自主創新，其有效運行也深刻影響著長江經濟帶乃至全國經濟社會的蓬勃發展。三峽工程設計調度目標為防洪、發電、航運，自2010年成功蓄水至175m以來，三峽工程的綜合功能得到進一步拓展，目前已經發展為防洪、抗旱、供水、發電、航運、漁業、旅游等[1]。為保障三峽水庫綜合效益得到充分發揮，2009年國務院批復了“三峽水庫優化調度方案”，該方案較初設條件抬高了蓄水期和枯水期補水標準;汛期可實施中小洪水優化調度抬高水庫運行水位;蓄水起蓄時間和起蓄水位有了大幅度優化。

從圖1可以看出，三峽水庫建成后，三峽壩上水位多年以來始終有效調控，盡管水位落差較大，但整個水位變化呈現出周期性、規律性的特點。三峽水利樞紐梯級調度中心的水位預告也為本文提出三峽河段錨鏈輔助調節系統的設計提供了有效支撐。

1.2三峽河段的錨泊躉船

據悉，整個三峽河段南北兩岸分布有數量眾多的錨泊躉船，用于海事、消防、航道、公安、旅游、燃油供應等。大多數錨泊躉船是通過傳統錨泊方式拋多口錨固定躉船位置。

錨泊躉船的錨鏈將錨與船體有效連接，通過浮力、拉力、摩擦力、重力等合力固定錨泊躉船位置。一方面，船舶在安檢、裝卸貨物、避風、靠泊等情況下都可能在錨泊躉船靠泊。船舶靠泊過程中的駛入駛離會對錨泊躉船穩定性造成影響;另一方面，風、浪、流等外力因素的作用也可能使錨泊躉船發生走錨，從而導致事故的發生，同時，水流時刻都在腐蝕錨鏈。尤其是每年三峽水庫枯水期、蓄水期的綜合調度，更使得三峽河段水位不時呈現出大幅變動，影響躉船錨泊安全。

2 傳統錨鏈調節出現的問題

為降低水位大幅變動對錨泊躉船造成的風險，各海事、消防、航道、公安等有關部門每年根據三峽水利樞紐梯級調度中心發布的水位流量預警，結合往年工作經驗調整錨鏈，應對即將到來的通航環境變化。這種錨鏈調節方式也帶來了一些問題：

（1）當三峽水庫入庫流量短時間內迅速增加或者出庫流量急劇較小的情況下，壩上水位變化明顯，水位與錨鏈長度不匹配，錨泊躉船值班水手無法立刻感知錨鏈受力變化。水位過低，錨泊躉船定位移動，甚至出現錨鏈打結等問題。水位過高，可能造成走錨等險情，影響錨地正常運行秩序和人員、生產安全。

（2）以長江三峽通航綜合服務區（以下簡稱“綜合服務區”）為例，三峽躉902-三峽錨囤604-三峽躉903以兩艘跳躉鏈接，構成了長度將近300米的錨泊整體，前后下錨24口，每年不規律調整錨鏈超過20次。受河床底質變化、錨泊躉船配載不均衡等因素的影響，整個綜合服務區前后各錨鏈所受拉力并不一致，所需調節長度也不一致。傳統人工調節多憑借專家經驗等方式，無差別調節所有錨鏈。

3 錨鏈輔助調節系統的設計

3.1錨鏈輔助調節系統設計

3.1.1系統總體結構設計

與復雜不可預期的海洋環境相比，三峽河段錨鏈調節具有得天獨厚的優勢。本文設計的三峽河段錨鏈輔助調節系統的總體結構如圖所示。系統分為感知層、網絡管理層以及應用層。感知層主要用于采集基礎數據，包括實時水位數據，水位預告數據，各錨鏈實時拉力數據等。網絡管理層是通過移動通信網絡（以長江三峽通航綜合服務區為例，現已實現5G網絡覆蓋）、互聯網、通信信息中心等手段將相關采集數據發送至應用層。應用層中的錨鏈調整模塊是系統的核心，其將接收到的流量、水位、拉力等數據綜合分析，判斷是否需要調整錨鏈。

3.1.2錨鏈受力感知模塊設計

三峽河段錨鏈輔助調節系統通過該模塊實現錨鏈調整提示。系統設計的模塊包括壓力傳感器與控制器兩個部分。可拆卸的壓力傳感器內置于有檔錨鏈或無檔錨鏈的卸扣中。壓力傳感器用于檢測錨鏈的壓力并將信號傳送給控制器。該控制器通過無線信號發射模塊將檢測到的錨鏈實時壓力信號聯網傳送至錨鏈調節控制中心和三峽錨地業務管理系統。

3.1.3 水位模塊設計

該模塊存儲一個初始數據：最近一次錨鏈調節時的水位信息;接收兩個外部數據，一是當日水位數據，二是預告水位數據。設置一個閾值，一旦水位差超過閾值，即觸發錨鏈調節控制中心預警，向錨泊躉船值守水手或管理單位發出錨鏈調節提示。

4 結語

三峽河段目前普遍使用的錨泊躉船為傳統固定式錨鏈。該類型錨泊躉船的錨鏈調節需要人工實施。遇到三峽水庫出入庫流量大幅變化的的季節（如2020年的五次長江大洪水，為保證上下游安全，三峽河段水位變化非常大），傳統固定式錨泊躉船會出現錨鏈調節不及時導致走錨或者丟錨等險情。

本文設計的三峽河段錨鏈輔助調節系統，在系統硬件結構中設計了錨鏈受力感知模塊和水位模塊，進行錨鏈受力實時監測與錨鏈調節提醒等。其中，水位模塊不僅可以用于三峽河段錨泊躉船，還可用于航標、浮標、靠船墩、系纜樁、待閘船舶等。以此提升三峽河段錨泊安全，維護通航秩序。本文系統解決了傳統憑借人工經驗的錨鏈調節方式存在的無差別化調節的弊端，提高了三峽錨地的信息化水平，為錨泊安全提供了可靠的保障。

參考文獻：

[1]鮑正風， 李長春， 王祥. 長江上游流域水文條件變化下的三峽水庫綜合運用[J]. 水利水電技術， 2016（4）：98-103.

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[3]姜小云， 陳成松， 陳江恒，等. 基于Python的遠程水位數據監測預警系統設計與實現[J]. 國外電子測量技術， 2020（9）.

[4]印黃燕， 莫麗琴， 孫方霞，等. 航道浮標錨定系統：， CN203946244U[P].

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