三峡船闸允许过闸船舶最大吃水的确定

1、三峡船闸允许过闸船舶最大吃水确实定0 引 言三峡工程蓄水后， 库区港口、 航道等通航条件得到了较大改 善。 2003 年三峡船闸开始投入运行，加速推进了沿江经济的快 速开展，过 闸货运量以年均 16.6% 的速度增长； 2021 年三峡船 闸过闸货物运量 突破亿 t ，实现设计的目标值。得益于船型标准 化政策， 过闸船舶大 型化开展明显提速， 过闸货船平均载质量从 2003 年的 t/ 艘，提高到 2021 年的 t/ 艘。过闸大型船舶所占比 例增加，吨级以上船舶所占比例 由 2003 年的缺乏 1% ，增长到 2021 年的 49.3% ；吨级以上船舶自 2021 年以来呈现连年成倍增长的

2、趋势。随着船舶大型化的开展，船舶吃水深 度也在增加。吨级以 上船舶满载吃水普遍超过 3.7 m ，吨级以上船舶 满载吃水一般超 过 4.3 m ；最大的干散货船载质量已达 t ，其满载吃 水达 6 m 。 这些变化对船舶通过船闸时的吃水控制管理提出了新的要 求。船闸是通航河流枢纽的重要组成局部， 是用以保证船舶顺利 通过 航道上集中水位落差的箱形水工建筑物。 只有根据航道管理 标准 1 ， 合理确定允许过闸船舶的最大吃水，留足充裕水深， 为过闸船舶的配载 提供指导和参考， 才能保证船舶过闸和船闸运 行的平安。1 影响过闸船舶最大吃水确定的主要因素 过闸船舶吃水的增加将产生两大风险：1船舶充裕水

3、深的减少可导致船舶擦底，危及船舶和船闸的平安；2船舶在闸室充水过程中受到水动力作用的增大， 危及船舶停泊和船闸设 施安 全。因此，在确定允许过闸船舶的最大吃水时，应同时保证 充裕水深及 满足闸室停泊条件的要求。1.1 船闸门槛水深在不同的闸室门槛水深条件下， 允许通过船舶的吃水有所不 同。 三峡船闸运行过程中， 船闸门槛水深和船闸的运行方式与上 下游水位 密切相关， 三峡船闸上下游水位的变化呈现一定的规律 性，目前已有 参数为三峡船闸上下游水位的门槛水深计算模型。21.1.1 上游水位自 2021 年三峡水库首次蓄水至 175 m 以来，船闸上游水位 变化 规律与规程 3 要求根本一致。船闸上

4、游水位一般在每年的 1 月底开始 下降，至 5月 30 日前水位升至 155 m 以上，6月 1日 至 10 日快速下 降至汛限水位 145 m ， 6 月 10 日至 9 月 15 日为汛 期，维持在 145 m 运行。汛末提前蓄水，通常每年的 9 月 10 日 左右起蓄水，并进行 蓄水过程控制， 9 月底一般不超过 165 m， 10 月底蓄水至最高水位 175 m 以后保持高水位运行。1.1.2 下游水位 现有通航调度规程 4 规定，三峡船闸下游水位按枯水期不 低于62.5 m 、汛期不低于 63 m 控制。根据统计资料，三峡船闸 运行以来坝下水位没有低于规程规定的记录1.1.3 门槛水

5、深计算由图 1 可知，每年大体可分为 4 个时段，分别为： 10 月 17 日? 次年 4 月 8日的 174 天期间，门槛水深不低于 6 m； 4月 9 日? 5 月31 日的 53 天内，门槛水深为 5.125 m ; 6 月 1 日 ? 9 月 30 日的 122 天内，门槛水深为 5.5 m； 10 月 1 日? 10 月 16 日的 16 天内，门槛 水深为 5.125 m 。1.2 船舶航行下沉量船舶在深水区航行时， 与之相对运动的水流是从船的两舷和 底部 由船首流向船尾的三元水流； 当船舶驶入浅水区时， 由于流 入船底的 水流受到限制而被推向船舶的左右两侧， 使船底过水断 面减小

6、，流速 增加，作用于船底的压力降低，致使船体下沉和产 生纵倾。对于深水区 域和浅水区域的划分，目前尚无统一标准， 但从水深影响船体阻力的相 关研究成果来看， 通常水深与吃水之 比小于 4 时， 为浅水区域。 目前， 过闸船舶吃水普遍在 3 m 以上， 相比于三峡船闸的门槛水深， 船舶过 闸被认为是在限制水域内的 浅水航行过程，此过程中的船舶航行下沉量 不可忽略。1.3 平安充裕量平安充裕水深除考虑船舶航行下沉量、 水位波动影响、 纵倾 等 外，为防止船舶触底和增加船舶的可操控性， 也应考虑航道的 底质特 性、运营特性、船舶操作特性等因素。 针对三峡船闸闸首、 闸室底面 结构、 过闸船舶特性及船

7、舶触底后果等因素， 综合考虑 过闸船舶触底 受损的可能性，触底平安充裕量取值 0.3 m 。假设在 水动力作用下因平安 充裕量偏低而危及船舶停泊平安和船闸设 施平安时，需要在实船试验的 根底上合理增加平安充裕量。2 允许过闸船舶最大吃水的计算 对外公布的允许过闸船舶最大吃 水必须有一定的稳定性， 能 有效地维持一段时间，才能对过闸船舶配 载发挥真正的指导作 用。从图 1 可以看出， 全年三峡船闸门槛水深均 不低于 5.125 m ， 门槛水深 7 m 的时间仅为 1 个月左右，且分布零散， 稳定性不强， 5.5 m 和6 m 的门槛水深持续时间相对较长。 因此， 分别以 5.125m、 5.5

8、 m 和 6 m 典型门槛水深为参考， 确定允许过闸船舶的最 大吃水。2.1 普通船舶允许过闸的吃水2.1.1 计算参数的选取 1 航速 根据现有通航管理方法 5 等有关法规规定，过 闸船 舶进出闸最大航速为 1 m/s ，在闸室间移泊的航速不得超过 0.6 m/s 。 取过闸船舶对岸速度 1 m/s 计算，按照观测数据，船闸口门处存在约 0.3 m/s 的回流，因此，选取计算吃水控制标准 的速度为 1.3 m/s 。2闸室水下横断面面积闸室有效尺度稳定不变 34 m， 水下横断面面积 S 为 34?H m2。3船舶中断面的水下局部面积将H为5.125 m、5.5 m和6 m分别代入公式 3，

9、得出船舶最大下沉量的 s 值分别为 115.4、 125.8 和 139.8 m2 。2.1.3 满足水动力作用下平安停泊的吃水要求 三峡船闸系船柱设 计纵向系缆力为 8 t ，横向系缆力为 5 t 允许的合力值约为 9.43 t 。 实船测试结果说明，实载 t 以 下船舶闸室停泊条件可以满足设计要求， 而吃水 4.5 m 的实载 5 000 t 大型船舶系缆力普遍超过 10 t ，超过浮式 系船柱的设计极 限，威胁到船舶停泊及闸室结构的平安， 须进一步增 加平安充裕 量。因此，水动力作用下平安停泊的吃水要求为当船闸门槛 水深 6 m 时，允许过闸船舶的吃水可按 4.5 m 控制， 但实载必须小于 t。2.2 危险品船舶允许过闸的吃水要求近年来， 危险品船舶过闸流量快速增加， 船舶大型化现象亦 日 趋显现。 为确保危险品船舶过闸平安， 相关管理规定对危险品 船舶过 闸提出了特殊要求。吃水控制管理方面， ?船舶航行长江 充裕水深规 定试行?提出了“装载危险货物时另加0.1 m 的要求。因此，为保证过闸平安，