架空輸電線路跨越長江干流下游航道通航凈高分析

摘 要：通航凈高的計(jì)算為通航條件影響評(píng)價(jià)報(bào)告編制中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文在解讀水運(yùn)、電力等現(xiàn)行行業(yè)技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合±800 kV直流架空輸電線路跨越長江干流下游航道的工程實(shí)例對(duì)通航凈高的確定進(jìn)行了詳細(xì)論述。從通航凈高的定義出發(fā)，提出設(shè)計(jì)代表船型應(yīng)綜合考慮船舶通航現(xiàn)狀、港口航道規(guī)劃和航運(yùn)發(fā)展的需求來選取，以此確定合理的通航船舶最大空載高度。同時(shí)考慮各規(guī)范要求，合理確定船舶航行安全富裕高度與纜線安全富裕高度。通過與實(shí)例工程附近跨江工程通航凈高的比對(duì)分析，最終明確了通航凈高的取值。相關(guān)結(jié)論可為后續(xù)架空輸電線路工程跨越長江干流航道通航凈高確定提供經(jīng)驗(yàn)參考。

關(guān)鍵詞：架空輸電線路；長江干流；通航條件影響評(píng)價(jià)；通航凈高；代表船型

0 引 言

根據(jù)公開資料，2020年底全國內(nèi)河航道通航里程達(dá)12.8萬 km，其中高等級(jí)航道1.61萬 km[1]。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也進(jìn)入了一個(gè)新的局面。越來越多的電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)不可避免的要跨域內(nèi)河航道。根據(jù)《中華人民共和國航道法》，建設(shè)與航道有關(guān)的工程，需評(píng)價(jià)與審核航道通航條件的影響，以保護(hù)相應(yīng)的航道資源。輸電線路跨越航道通航條件影響評(píng)價(jià)作為涉航道電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵審批手續(xù)，為了保證輸電線路工程及航道運(yùn)行的安全，同時(shí)盡可能的降低工程投資，評(píng)價(jià)時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注如何依據(jù)相關(guān)要求分析選取適用的代表船型，并合理計(jì)算通航凈高。本文以±800 kV特高壓直流輸電線路工程安徽馬鞍山長江大跨越為例，對(duì)架空輸電線路跨越通航河流通航凈高的計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

1 工程概況

該±800kV特高壓直流輸電工程長江大跨越位于長江下游蕪湖—南京航段（簡稱蕪寧段），如圖1所示，跨越采用“耐—直—直—耐”的跨越方式，采用“直—直”方式跨越長江河道。跨越檔距約2 100 m，跨越塔均在長江大堤外，距堤腳不小于50 m。耐張段全長約3 500m，共有桿塔4基，其中包括2基SKT-242m（全高278.2m）跨越直線塔，2基SMT-42m（全高84m）耐張塔。

自2005年10月1日開始，蕪寧段實(shí)施新的船舶定線制方案，為進(jìn)一步發(fā)揮長江航運(yùn)效益，經(jīng)過多次提高，目前該段主航道最小維護(hù)尺度達(dá)到9.0 m×500 m×1 050 m，保證率98%，洪水期維護(hù)水深達(dá)到10.5 m。

圖1 ±800 kV特高壓直流輸電工程長江大跨越位置示意圖

2 通航凈高的定義

通航凈高定義為在水上過河建筑物的通航孔兩側(cè)墩柱的內(nèi)空范圍內(nèi)，從建筑物底部最低點(diǎn)至設(shè)計(jì)最高通航水位間的垂直距離[2]，其數(shù)值應(yīng)不小于最大船舶空載高度與安全富裕高度之和[3-5]，按公式（1）計(jì)算。

H≥H1+H2（1）

式中，H為通航凈高；H1為最大船舶空載高度；H2為安全富裕高度。

圖2 通航凈高示意圖

針對(duì)架空輸電線路，通航凈高應(yīng)為導(dǎo)線弧垂最低點(diǎn)至設(shè)計(jì)最高通航水位的距離，如圖2所示。相關(guān)規(guī)范均提出電力過河纜線通航凈高不應(yīng)小于本河段通航船舶最大空載高度、船舶航行安全富裕高度和纜線安全富裕高度之和。因此，式（1）中的H2取值應(yīng)包括船舶航行安全富裕高度和纜線安全富裕高度，如式（2）。

H2=H2a+H2b（2）

式中，H2a為船舶航行安全富裕高度；H2b為纜線安全富裕高度。

3 通航代表船型與最大船舶空載高度

代表船型指為確定通航尺度，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證優(yōu)選確定的、設(shè)計(jì)載重量可達(dá)到相應(yīng)噸級(jí)的船型[3]。代表船型應(yīng)根據(jù)工程所涉及航段的現(xiàn)狀運(yùn)營情況，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\(yùn)輸發(fā)展規(guī)劃對(duì)航運(yùn)船舶的要求，在分析航運(yùn)經(jīng)濟(jì)、航運(yùn)市場變化趨勢以及未來船型發(fā)展，充分考慮航道、附近港口、船廠、船舶基地等設(shè)施的現(xiàn)狀和長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃，滿足工程船、軍事船等非運(yùn)輸船舶及其他水上浮體的通航要求的基礎(chǔ)上確定[6]。

3.1 船舶營運(yùn)現(xiàn)狀

安徽省目前長江干線運(yùn)輸船舶以干散貨船為主，油船、集裝箱船數(shù)量相對(duì)較少，干散貨船一般為3 000～

10 000噸級(jí)，油船一般為2 000～5 000噸級(jí)，集裝箱船一般為100～300 TEU。銅陵港、蕪湖港到港船型長江干線以1 000～10 000噸級(jí)船舶為主，但近年來到港船型大型化趨勢明顯，萬噸級(jí)及以上船舶所占比例由2011年的1.9%增長到2018年的24.1%。到港船舶艘次基本穩(wěn)定在5.3～6.6萬艘之間，2011年至2018年，萬噸級(jí)以上船舶艘次由1 270艘次增加為12 584艘次，特別是2萬噸級(jí)以上船舶，更是從58艘次增長到1 231艘次，大型船舶所占比重顯著上升，船舶空載水線以上最大高度在15.0～35.7 m。

蕪湖港和銅陵港2018年間萬噸級(jí)以上主要到港船舶基本信息見表1。

表1 蕪湖港和銅陵港2018年間萬噸級(jí)以上主要到港船舶

基本信息

3.2長江干線相關(guān)規(guī)劃要求

當(dāng)前統(tǒng)領(lǐng)長江干線航道建設(shè)和發(fā)展的綱領(lǐng)性文件是2003年交通部印發(fā)的《長江干線航道發(fā)展規(guī)劃》和2009年國務(wù)院批復(fù)的《長江干線航道總體規(guī)劃綱要》。根據(jù)《長江干線航道總體規(guī)劃綱要》，安慶至南京河段為一級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)，通航2萬～4萬噸級(jí)船隊(duì)和5 000噸級(jí)海船，利用航道自然水深通航1萬噸級(jí)海船。

2021年12月，長江航道發(fā)展“一綱要六規(guī)劃”印發(fā)實(shí)施，其中《新時(shí)代長江航道現(xiàn)代化建設(shè)綱要（2021—2050年）》及《長江干線“十四五”航道治理規(guī)劃》對(duì)規(guī)劃航道提出了新的要求，長江干線武漢至南京段實(shí)現(xiàn)1萬噸級(jí)內(nèi)河船直達(dá)武漢，7000～1萬噸級(jí)江海船直達(dá)安慶、2萬噸級(jí)江海船直達(dá)蕪湖。

由交通運(yùn)輸部于2022年1月制定發(fā)布的《長航系統(tǒng)“十四五”發(fā)展規(guī)劃》提出，“十四五”期間基本建成區(qū)段標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的長江干線航道，實(shí)現(xiàn)5 000噸級(jí)船舶常年可達(dá)重慶、萬噸級(jí)船舶常年可達(dá)武漢、5萬噸級(jí)船舶常年可達(dá)南京。

3.3相關(guān)規(guī)范代表船型

目前已發(fā)布實(shí)施的與長江干線船型尺度有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范包括《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》[3]《長江干線通航標(biāo)準(zhǔn)》[4]《江海直達(dá)貨船船型尺度系列》[7]《內(nèi)河過閘運(yùn)輸船舶標(biāo)準(zhǔn)船型主尺度系列 第1部分：長江水系》[8]《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》[9]，依據(jù)各規(guī)范推薦的代表船型詳見表2。

表2 相關(guān)規(guī)范推薦代表船型

注：①《內(nèi)河過閘運(yùn)輸船舶標(biāo)準(zhǔn)船型主尺度系列 第1部分：長江水系》是對(duì)過閘船型尺度的具體要求，實(shí)例工程不涉及船只過閘；

②空載高度來源于參考文獻(xiàn)[5]。

3.4 江海直達(dá)船型特點(diǎn)及發(fā)展趨勢

江海直達(dá)船是一種基于江船和海船的創(chuàng)新船舶，在設(shè)計(jì)和建造過程中考慮了海船和江船的特點(diǎn)和要求，能夠在內(nèi)河和海洋航行，兼有江船的操縱性能和海船的穩(wěn)定性、耐波性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能，滿足中國船級(jí)社《國內(nèi)航行海船入級(jí)規(guī)范》（海規(guī)）和《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（內(nèi)規(guī)）的要求[10]。

隨著運(yùn)輸需求的增長，目前江海直達(dá)船型大型化趨勢明顯，以1萬噸級(jí)左右船型為主，最大船型達(dá)到了2萬噸級(jí)。不過由于航道、港口條件及跨江大橋凈空（南京、蕪湖長江大橋凈空高度僅為24 m）的約束，其發(fā)展及航運(yùn)效益的發(fā)揮均受到了一定的限制，船型標(biāo)準(zhǔn)化程度不高。

近年來，隨著國家對(duì)江海直達(dá)運(yùn)輸?shù)牟粩嘀匾暎P(guān)于江海直達(dá)運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)政策不斷出臺(tái)，相關(guān)規(guī)范和規(guī)定也在研究制定并發(fā)布。《交通運(yùn)輸部關(guān)于推進(jìn)特定航線江海直達(dá)運(yùn)輸發(fā)展的意見》中鼓勵(lì)航運(yùn)企業(yè)與科研院校和設(shè)計(jì)單位開展聯(lián)合攻關(guān)，優(yōu)先推進(jìn)長江干線至寧波——舟山港2萬噸級(jí)江海直達(dá)散貨船和長江干線至上海港洋山港區(qū)700 TEU、長三角地區(qū)至上海港洋山港區(qū)124 TEU和64 TEU江海直達(dá)集裝箱船等船型研發(fā)及應(yīng)用。

目前，長江干線皖江段江海運(yùn)輸有江海直達(dá)和江海中轉(zhuǎn)2種方式，其中南京—蕪湖段由于航道條件較好，以江海直達(dá)為主；蕪湖以上段受制于諸多淺水航道、碼頭等級(jí)低的影響，以江海中轉(zhuǎn)為主。江海直達(dá)豐水期最遠(yuǎn)可以到達(dá)池州，再往上受航道條件和碼頭限制，可操作性和經(jīng)濟(jì)性降低。船型是適應(yīng)南京長江大橋以及航道條件設(shè)計(jì)的淺吃水、肥大型、眠桅的江海船，船型噸級(jí)以5 000～20 000噸級(jí)為主。典型江海直達(dá)船型尺度詳見表3。

3.5推薦代表船型及最大船舶空載高度

通過上述對(duì)實(shí)例工程處長江干流航段運(yùn)營現(xiàn)狀、港口航道規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求和航運(yùn)發(fā)展需要的分析，可以確定該直流工程通航條件影響評(píng)價(jià)所采用代表船型為1萬噸級(jí)海船和2萬噸級(jí)江海船。

文獻(xiàn)[5]給出了保證率為95%的船舶水線以上高度，其中1萬噸級(jí)油船水線以上高度最大，為45.3 m，1萬噸級(jí)散貨船水線以上高度最小，為36.4 m。根據(jù)文獻(xiàn)[4]中關(guān)于長江干線代表船型的研究，近年來長江干線進(jìn)江海船船型中80%以上為散貨船，文獻(xiàn)[3]中的貨船也采用散貨船為代表船型。另外，考慮長江干線橋梁通航凈空高度的限制，通航于該段的海船主要是指散貨船，工程代表船型的1萬噸級(jí)海船船舶水線以上高度取散貨船36.4 m，其船型尺度為135 m×20.5 m×8.5 m。從表3可知，2萬噸級(jí)江海直達(dá)船空載水線到桅桿頂高度是33.59 m，其船型尺度為154 m×24.0 m×9.1 m。

考慮未來更大江海直達(dá)船進(jìn)江的可能性，最大高度預(yù)留一定富裕度，建議最大船舶空載高度H1取38 m。

4 安全富裕高度

內(nèi)河航線上船舶航行安全富裕高度主要受船舶駕駛安全、船舶丈量、水位測報(bào)、水面和船舶波動(dòng)等因素影響。文獻(xiàn)[5]給出了船舶安全富裕高度的經(jīng)驗(yàn)取值，國際上一般為2～4 m，視船舶的大小和水域的環(huán)境而定。通常內(nèi)河與有掩護(hù)的海域，安全余量取2 m；波浪較大的開敞水域，航道重要程度高，過往船只噸位大，航行密度高的，安全余量取4 m。文獻(xiàn)[4]規(guī)定長江航道船舶航行安全富裕高度南京以下河段不應(yīng)小于4 m，武漢至南京河段不應(yīng)小于3 m，武漢以上河段不應(yīng)小于2 m。

電力纜線安全富裕高度取值主要與電磁輻射對(duì)人的影響以及大風(fēng)引起的導(dǎo)線風(fēng)偏需保持的安全距離有關(guān)。由于跨河電纜在一般情況下與過往船舶上人員距離大于電纜與船舶的最小距離，且人員停留時(shí)間較短，因此，跨河電纜電磁輻射對(duì)人的影響一般可以忽略，其安全富裕高度取值只需考慮電纜風(fēng)偏需設(shè)置的安全區(qū)距離[11]，主要依據(jù)不同電壓等級(jí)電力線路相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范確定，見表4。

表4 設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)電力線路安全富裕高度的規(guī)定

根據(jù)上述分析，實(shí)例工程船舶航行安全富裕高度H2a取3 m，纜線安全富裕高度H2b取10.5 m，由式（2）計(jì)算總的安全富裕高度H2為13.5 m。

5 通航凈高確定

由式（1），最大船舶空載高度H1為38 m，安全富裕高度H2為13.5 m，實(shí)例工程通航凈高H≥H1+H2=51.5 m。

工程上下游20 km范圍內(nèi)有多處跨江大橋及線路，詳見表5。

表5 附近跨江大橋及線路工程通航凈高統(tǒng)計(jì)

針對(duì)橋梁工程，其通航凈高計(jì)算僅考慮最大船舶空載高度與船舶航行安全富裕高度，即H取值僅與H1、H2a有關(guān)。文獻(xiàn)[3]規(guī)定航道等級(jí)為I-1級(jí)的水上過河建筑物通航凈高不應(yīng)小于24 m，文獻(xiàn)[4]規(guī)定橋梁通航凈高應(yīng)滿足南京長江二橋至銅陵長江大橋最小通航凈高控制值為32 m。由于文獻(xiàn)[4]出臺(tái)較晚，建設(shè)時(shí)間較早的蕪湖長江大橋僅滿足文獻(xiàn)[3]的相關(guān)要求。而目前在建馬鞍山姑孰過江通道（馬鞍山長江公鐵大橋）在文獻(xiàn)[4]要求的基礎(chǔ)上對(duì)通航凈高標(biāo)準(zhǔn)也進(jìn)行了適當(dāng)提高。這說明隨著船舶大型化發(fā)展趨勢越來越明顯，建設(shè)時(shí)適當(dāng)降低跨航道橋梁、線纜對(duì)通航條件的影響成為決策者更為關(guān)注的問題[12]。

本文實(shí)例工程計(jì)算通航凈高為51.5 m，符合相關(guān)規(guī)范要求，同時(shí)最大限度地滿足長江干流航道現(xiàn)狀及規(guī)劃通航條件要求，具有一定的經(jīng)濟(jì)合理性。

6 結(jié) 語

1）通過分析工程所在長江干流航段船舶運(yùn)營現(xiàn)狀，以及近年來的長江規(guī)劃情況、各規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，重點(diǎn)考慮江海直達(dá)船這一新船型的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢，建議典型工程實(shí)例的通航條件影響評(píng)價(jià)采用代表船型為1萬噸級(jí)海船和2萬噸級(jí)江海船，結(jié)合運(yùn)營現(xiàn)狀、長江干流橋梁通航凈高的限制以及未來船型發(fā)展，建議最大船舶空載高度取38m。綜合相關(guān)規(guī)范要求以及推薦的經(jīng)驗(yàn)取值，建議安全富裕高度為13.5m。由此計(jì)算通航凈高為51.5m，并通過與實(shí)例工程附近跨江大橋及線路工程通航凈高的比對(duì)分析，說明了通航凈高取值的合理性。

2）本文重點(diǎn)分析了架空輸電線路跨越長江干流下游航道通航凈高的計(jì)算方法，經(jīng)梳理總結(jié)，計(jì)算通航凈高應(yīng)考慮現(xiàn)狀、規(guī)劃航道運(yùn)營情況，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求確定相應(yīng)的取值。同時(shí)，建議對(duì)比分析各類上下游跨江工程的相應(yīng)參數(shù)，確定合理的通航凈高取值。工程實(shí)例可為后續(xù)跨航道工程通航凈高計(jì)算提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 交通運(yùn)輸部.水運(yùn)“十四五”發(fā)展規(guī)劃[R/OL].（2022-01-29）[2024-04-22].https：//www.mot.gov.cn/zhuanti/shisiwujtysfzgh/202201/P020220129656216621110.pdf.

[2] 中華人民共和國交通運(yùn)輸部.航道工程基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)：JTS/T 103-2-2021[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2021.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)：GB 50139-2014[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2014.

[4] 中華人民共和國交通運(yùn)輸部.長江干線通航標(biāo)準(zhǔn)：JTS 180-4-2020[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2020.

[5] 中華人民共和國交通運(yùn)輸部.海輪航道通航標(biāo)準(zhǔn)：JTS 180-3-2018[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2018.

[6] 陸明生，關(guān)祖華，關(guān)則強(qiáng).橋梁通航凈空尺度和技術(shù)要求論證[J].公路交通科技， 2003， 20（4）.DOI：10.3969/j.issn.1002-0268.2003.04.011.

[7] 國家市場管理監(jiān)督總局.江海直達(dá)貨船船型尺度系列：GB/T 17872-2023[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2023.

[8] 國家市場管理監(jiān)督總局.內(nèi)河過閘運(yùn)輸船舶標(biāo)準(zhǔn)船型主尺度系列 第1部分：長江水系：GB 38030.1-2019[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2019.

[9] 中華人民共和國交通運(yùn)輸部.海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范：JTS 165-2013[S].北京：人民交通出版社，2014.

[10] 王一雯，吳衛(wèi)國.江海直達(dá)船關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究綜述[J].武漢交通職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2023， 25（3）：2-6.

[11] 趙學(xué)問，趙有芳.關(guān)于通航河流水上過河纜線安全富裕高度取值的探討[J].珠江水運(yùn)， 2011（16）：3.DOI：10.3969/j.issn.1672-8912.2011.16.035.

[12] 董敏，査雅平，顏揚(yáng)翰，等.船舶大型化對(duì)通航橋梁凈空高度影響研究[J].公路， 2019（4）：5.

作者簡介：

劉攀，碩士研究生，工程師，研究方向：電力工程水文氣象勘測設(shè)計(jì)工作，（E-mail）liupthhu@126.com，15098810251，上海市普陀區(qū)武寧路409號(hào)，郵編：200063