影響內河航道通航條件的若干因素及管理手段

孫向舉，何建新，何廣全

（1.徐州市港航事業發展中心，江蘇 徐州 221000；2.江蘇科興項目管理有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

內河航道作為貿易、運輸等重要活動的基礎設施，其通暢性直接影響經濟發展水平。在航道管理運營中，水深、水流、氣候變化等因素會對航道通行產生影響，深入了解這些影響因素，并采取針對性措施，能夠更好地保障內河航道的安全通航，推動內河交通的可持續發展。因此，對影響內河航道通航條件的相關因素進行研究，探討如何科學高效地進行航道管理具有重要意義。

1 內河航道概述

內河航道是陸地內部的水道網絡系統，能夠連接各個地區的水上交通，實現貨物輸送以及地區之間的交通通行，對于內陸貿易、旅游及文化交流等活動具有重要作用。《內河航道通航標準》（GB 50139—2014）等相關規范對內河航道的類型作出了明確劃分，將內河航道分為渠化內河航道、限制性內河航道及天然內河航道。同時，根據各類航道的通航能力、水深、規模及交通重要性等因素，將之劃分為不同的通航等級。例如，規定三級內河航道的最低標準水深為3.2m、底寬要求45m。在內河航道通航條件的定義方面，相關標準規范將之劃分為通航水流條件、通航氣象條件、通航尺度、河床邊界條件等。內河航道通航條件是船舶在通航期正常航行的關鍵要素，因此船舶航行前必須確保內河航道通航條件達到完備狀態，消除影響航道通航的因素，保證船舶順利通航[1]。

2 內河航道通航條件及影響因素

2.1 通航尺度條件及影響因素

在內河航道通航中，通航尺度主要為航道整體尺度、航道斷面信息及通航尺度等，作為保障船舶正常通航的重要條件，通航尺度會對船舶作出一定的限制，因此為保證安全通航，需要嚴格控制船舶載重及規格。

航道尺度對內河航道通航的影響主要如下：

第一，按照內河航道通航標準要求，不同等級的航道在使用過程中，會限制不同規格的船舶通行，主要原因是航道水深與船舶的最大承載極限值成正比關系，如果船舶承載量過大，則無法在水深較低的航道內正常航行。航道水深“H”為航道水面至底部的直線距離，按照通航標準規范，航道水深通常需要對應相應的“設計船型吃水標準”，通航船舶的實際吃水量超過吃水標準值，則表示該船舶在航道內通航時具有一定風險（見圖1）。

圖1 航道水深圖示

第二，航道寬度表示通航的航道中心線至航道兩岸的水平距離，在航道通航過程中，如果船舶的通航寬度大于航道寬度，或者略微小于航道寬度無法留有富余寬度，則會導致船舶無法在航道內正常通航。

第三，在彎曲河道內，航道彎曲半徑是通航尺度條件之一，航道彎曲半徑較小會影響船舶的轉向與控制，航道彎曲半徑低于所規定的最小限值，則表示船舶不具備完善的通航尺度條件，此時船舶無法在航道內正常通行[2]。

2.2 通航水流條件及影響因素

在內河航道通航過程中，通航水流條件通常包括河流的水面比降系數、河流水流速度、河流流向及流態等。如果航行過程中不具備適宜的通航水流條件，則會導致船舶航行中出現轉向難以控制、船舶脫離航道等情況，會給航道通航安全造成一定威脅。影響通航水流條件的因素包括以下幾個方面：

第一，航道布局與走向會影響局部水流的實際流向，在局部水流的相互作用下，航道內容易出現復雜的水流形態，約束船舶的正常通行。例如，在局部水流的變化下，如果航道中出現橫向水流，其產生的作用力會使船舶脫離正常航道，甚至引發通航事故。

第二，航道落差及地勢地形等是影響通航水流比降條件的重要因素，如果局部航道流段的落差超過600mm，船舶途經落差段時會出現嚴重的船體顛簸，小型船舶甚至會出現側翻等事故。

2.3 通航氣象條件及影響因素

通航氣象條件會對內河航道通航產生間接影響。在船舶航行期間，特殊的氣象條件可能引發河道水流條件產生變化，在一定程度上使船舶航行受到影響。以潛江市至仙桃市段的航道為例，由于該地區具有顯著的亞熱帶季風氣候特點，沿航道地區的年降水量在800～1400mm 之間，當地的平均降水量較大，顯著提升航道上游來水量，導致水位上升，使航道的水態更加復雜。因此，當地航道通航需要限制船舶的實際規格，以最大程度上保障通航安全。

2.4 河床邊界條件及影響因素

從航道通航的環境需求來看，航道周圍的自然環境及邊界條件會在一定程度上影響船舶航行。其中最具代表性的是航道河床邊界條件對航行帶來的影響，典型的表現為：部分航道中的河床因水流侵蝕而出現較厚的堆積層，堆積層在河床底部呈波浪狀分布形態，航道水流因堆積層的切削而出現相互作用，導致航道水流流態相對復雜、水深分布極不均勻[3]。

影響河床邊界條件的主要因素包括河床地質、航道上游水砂條件等，在這些因素的影響下，航道的河床邊界條件可能不適合航道通航。例如，鶴壁市衛河航道的河床以石質河床為主，這類河床由基巖及粗砂粒構成，雖不存在明顯的變形情況，但隨著水流的長期侵蝕與下切，部分航道河段會出現變形情況，影響船舶的正常通行。

2.5 航道布局條件與影響因素

航道布局條件指的是航道周邊的建筑物、工程設施等與航道本身的協調性。航道布局不合理，會導致船舶通航過程中出現通行受阻、通航保證率降低等情況。從航道布局條件的實際屬性來看，內河航道通航中需要保證的航道布局條件包括通航凈空尺度、水域過河建筑物、通航保證率等。以通航凈空尺度（見圖2）為例，為保證船舶安全航行，通航過程中必須確保船舶上下具有符合通航標準的凈空尺度“S”，即安全航行下的預留空間。完善該通航條件，能避免船舶航行過程中與其他建筑物或設施產生碰撞，順利通過復雜區域的河段航道。

圖2 船舶通航下的凈空尺度要求

影響航道布局條件的因素如下：跨航道或航道周邊建筑設施位置設置不合理，導致航道航線與建筑設施布局存在碰撞沖突。例如，航道水下電纜、管道等設施布局深度低于規劃航道標高（1～5 級航道低于標高2～3m，6 至7 級航道低于標高1～2m），導致船舶通航過程中可能出現船體碰撞水下設施的情況，影響通航安全。

3 內河航道通航條件管理技術

3.1 應用水文測量及預測技術保障通航水流條件

水文測量及預測技術可用于監測航道的水文特性，且能預測未來航道中水文條件的變化概率，相關部門可借助該技術監測并觀察航道的水流條件，保障船舶在航道內的正常通航。具體做法如下：

第一，采用GIS 軟件、ENVI 遙感技術等對航道內的水流條件進行空間分析，再利用相關軟件中的水文數據可視化功能實現對通航水流條件的保護與管理。某部門采用GIS 技術，對河流航道的各個節點進行通航水流條件監測，分別獲取各節點的水位、流速及水流比降等數據信息（見表1），在確保各節點水流數據無異常的情況下，準許船舶在航道內通航。

表1 GIS 技術下的航道節點水文監測數據

第二，在管理方法上，相關部門應以獲得的水文測量及預測數據為依據，以《內河運輸船舶標準化管理規定》（交通運輸部令2014 年第23 號）等管理規范為準則，如果某時間段內顯示的水文數據超出或低于航道通航標準，則應限制船舶在該航道內通行。

3.2 應用航道清淤技術保障河道邊界條件

為有效改善內河航道的水流情況，提高航道通航的安全系數，相關部門應采用航道清淤技術，清理航道河床及邊界的環境，完善河道邊界條件，提高船舶通航效率。以淮上區航道河段的航道清淤技術及管理方法為例：以數字化測繪技術為核心，對航道內會影響船舶通航的淤積層進行精準定位，其中采用GNSS 導航定位技術獲取航道河床的局部剖面模型數據，及時定位出淤積厚度≥40mm、淤積面積≥10.68m2的河床淤積層位置，之后采用裝載機等工程機械進行航道底泥清除。在管理方法上，相關部門分析航道河床清淤工作的歷史數據，得出將河床清淤工作控制在常規條件下2 次/月、雨季下3 次/月的頻率，大幅度降低河床淤積對船舶通航造成的影響，有效改善了該地區內河航道通航的河床邊界條件。

3.3 應用智能船舶技術保障航道布局條件

在當前的智能船舶技術中，一些技術單元能夠做到智能化導航、智能化避碰，對保障船舶通航安全有重要作用[4]。因此，當前內河航道通航管理應采用智能船舶技術，優化航道布局條件，確保船舶順利通航。當前，可利用的智能船舶技術包括LIDAR 掃描技術、慣性導航技術等，借助這些技術，能使船舶在航行過程中精準避開水上與水下的建筑及設施，在預定的航道中安全通行。典型做法如下：在船體周圍安裝激光掃描設備，借助LIDAR 技術對周圍的航道環境進行3D 模擬，船體控制系統能夠根據3D 環境模型信息依靠自主導航算法，自動規劃航行路徑，實現船舶主導航的全過程自動化。

3.4 應用水文模型與仿真技術用于保障通航尺度條件

在內河航道通航管理工作中，相關部門可采用水文模型與仿真技術對通航尺度信息進行模擬及檢測，進而優化航道路線設計與決策，提高船舶通航安全性與效率。以某部門的管理方法為例，航道站臺采用HEC-RAS 一維模型、二維模型技術，將目標航道的河段水流信息、水位信息等通過數學方程的方式提供給航道內船舶，實現遠程指揮與船舶調度。該部門在采用CFD 仿真模擬流體技術的基礎上，對航道各節點的航道斷面系數進行計算，如公式（1）所示，將斷面系數高于內河航道通航標準規范的節點視為高危通航路段，避免船舶進入危險通航路段，有效保障了船舶通航的安全性。

式（1）中：Q 表示航道水流流量；n 表示水流阻力的摩阻系數；A 表示橫截面面積；R 表示水力半徑；S 表示水流坡降。

3.5 應用實時監控系統保障通航氣象條件

在通航管理工作中，相關部門應通過有效的管理手段，規避氣象問題對船舶正常通航造成的影響。這需要利用信息化技術打造通航監控系統，實時獲取航道周邊地區的氣象信息，并將其應用于管理與船舶航行指揮工作中。例如，結合WRF 氣象數值模型建立氣象監控系統，通過傳感設備獲取實時的氣象信息，再由管理部門通過Matlab 等編程語言工具建立數據庫，并將獲得的氣象數據信息匯編為船舶航行決策意見，以防范降水、冰情影響通航。

4 結語

總的來說，肅清綜合因素對內河航道通航條件造成的影響，可為航道通航提供有利條件，有利于保障內河航道的通航效益及效率。因此，相關部門需要重視管理技術創新與管理工作落實等，針對影響內河航道通航條件的因素，采取針對性的管理手段，保障內河航道通航條件，促進內河航道通航條件的持續改善及優化，實現水運可持續發展。