关于三峡-葛洲坝两坝间船舶汛期通航安全管理工作的一点思考

  • 格式:pdf
  • 大小:1.57 MB
  • 文档页数:4

关于三峡-葛洲坝两坝间船舶汛期通航安全管理工作的一点思考胡勋(长江航运发展研究中心,湖北 武汉 430015)摘 要:三峡-葛洲坝航段,等待过闸的船舶和航行船舶数量众多,两坝间航道条件不是十分理想,且三峡大坝发挥抗洪节流作用时造成长江干线水位和流量流速改变迅速,对两坝间的航行船舶安全影响巨大,因此研究以长江干线水文条件和天气、自然环境以及通航条件均较为恶劣的两坝间航段船舶通航安全作为研究对象,研究结果将有助于长江航运安全的保障,为建设平安航运、平安长江提供部分参考。

关键词:安全;船舶运输;通航评估;船舶事故中图分类号:U657.3 文献标识码:A 文章编号:1006—7973(2018)7-0024-04DOI编码:10.13646/ki42-1395/u.2018.07.0091 两坝间汛期通航现状描述1.1气象条件(1)气温。

三峡大坝建成后,区域内每年的气温变化平均值未超过0.2℃,冬季、春季的月均气温增高值幅度在0.3~1.0℃区间内,夏季月均气温降低值幅度在0.9~1.2℃区间内;其中,极高温值可能下浮4℃左右,极低温值可能上浮3.0℃左右,但基质温度出现的概率不大,年均气温值在16.3~18.2℃区间浮动。

(2)降水。

三峡水库区域每年的平均降水量(雨、雪等)在1070~1682mm区间浮动,较少出现极高和极低值,每年的降水时间段主要集中在年春季末期至年内三季度仲秋时节。

每年春季期间降水量与年内秋季的降水总量基本相同,但秋季雨水的降水时间较长,但雨水强度和规模一般不大。

三峡大坝建成后,库区每年平均降水量约增加3.0mm左右,降水影响波及坝址周边几千米至十几千米距离不等,影响的大小因地形和距坝址距离因素而异。

(3)大风。

三峡大坝未建时,库区每年的平均风速为1.3m/ s左右,风速随季节时令变化值较小,但有记录的最大瞬间风速任然可达27m/s左右。

三峡大坝建成后,库区的平均风速增加了约15%~40%左右,三峡水库建成进行156m蓄水试验后,水库下段常有5~6级大风现象,极端最大风力能达8级以上,对船闸运行和船舶安全运行影响较大。

(4)大雾。

三峡坝区平均雾日为40~41天,大雾主要分布在当年11月次年5月,并以团团雾等形式出现且多发生在夜间,汛期大雾较少,大雾可能会导致船闸停止运行并影响船舶过坝运输。

1.2航行条件三峡-葛洲坝间的长江干线航段主要处于西陵峡的区间范围内,其中位于长江三斗坪到长江乐天溪的干线航道长度约9.6km,此段水道较为宽阔,航槽主要以复式断面形式呈现;自长江乐天溪以下的航道长度约25.85km,航道位于峡谷区,河槽测量断面主要为“U”型断面,,此区段航道水面较为狭窄,河段走势曲折,江岸较为陡峭。

在枯水期,两坝间水流相对平缓,比降较小,呈水库航道特性。

在长江的主汛期间,因受狭窄的河谷航道地形地貌条件约束,外加三峡水电枢纽调节洪水水位运行所产生的非恒定流影响,当三峡水电枢纽的泄水流量大于25000m3/s后,三峡-葛洲坝间长江干线航段的水流条件恶化明显,严重影响位于此航段船舶的航行安全,其中以石牌弯道和相关洪水急流滩等航段的情况最为严重。

两坝间主要滩险航段即“四滩一弯一关”,示意图如图1所示。

1.1.1水流条件模型试验研究结论2011年,长江科学院在2010年两坝间航道地形研究基础上,通过水工模型试验对汛期(葛洲坝坝前水位66m)两坝间航道水流和表面流速进行了研究,得出三峡-葛洲坝区间航段汛期碍航滩段、弯道不同流量级对应流速、比降见表1。

1.1.2水流条件原型观测实测结果根据国家有关工作安排,在2010年及2013年,长江水利委员会三峡水文局对三峡-葛洲坝区间航段汛期重点滩段、弯道在25000m3/s、30000m3/s、35000m3/s、40000m3/s、45000m3/s五个流量级水流条件进行了原型观测,经过整理,观测实测结图1 三峡-葛洲坝间的“四滩一弯一关”相关示意图果见表2。

由表1~2模型试验和原型观测结果可知,三峡-葛洲坝区间航段汛期重点滩段水流最大流速由小至大依次为石牌弯道、偏脑滩段、大沙坝滩段、喜滩滩段和水田角滩段,滩段比降由小到大依次为石牌弯道、偏脑滩段、喜滩滩段、大沙坝滩段和水田角滩段。

因此,水田角滩段为三峡-葛洲坝区间航段 “四滩一弯一关”中船舶向上游航行最困难的滩段。

石牌弯道呈90º急流弯,所以石牌弯道为两坝间“四滩一弯一关”船舶下行航行条件最困难的航段。

汛期船舶航行通过上述滩段时应谨慎驾驶,注意用车用舵,保持船舶良好操纵性能,同时此区段的航运安全主管部分要加强巡视和现场值守,随时关注过往船舶的航行状态。

2 两坝间汛期船舶航行安全性评价指标选定2.1 船舶航行安全性评价指标的确定因汛期水流改变较大,流速变化复杂,此处船舶航行安全性评价指标的确定主要从从船舶上行方面考虑:船舶航行安全性主要表现为是否具备克服水流和比降的能力。

因此,将船舶上滩能力作为船舶航行安全性评价主要指标,影响船舶上滩能力的因素均为影响船舶航行安全性的因素。

2.2 上滩能力指标2.2.1 上滩能力衡准数船舶的上滩能力衡准数由船舶的对岸航速V决定。

V=(V1-△V)-V2其中:V1为船舶的静水航速;△V为坡降阻力增加引起的速降;V2为滩段上的最大水流速。

当V>0时,表示船舶具备上滩能力,为了保证船舶航行安全,此时对岸航速V还需要有一定的裕度。

而在实际航行中船舶的上滩能力也是主要通过船舶的对岸航速来进行判断,按《长江三峡大坝-葛洲坝水域船舶分道航行规则》,如果船舶的平均对岸航速超过水流速度4km/h,则认为该船具备上水过滩能力。

2.2.2 上滩能力影响因素对船舶上滩能力的主要影响因素包括船舶阻力和船舶推力。

(1)船舶阻力。

影响船舶阻力船型参数主要包括3个方面:①主尺度比:长宽比L/B,宽吃水比B/d。

②船型系数:方型系数C b。

③船体形状:首尾形状、满载水线面形状。

(2)船舶推力。

船舶推进主要取决于螺旋桨要素—直径和螺距比,而螺旋桨直径和螺距比是按照其承受的负荷(船舶阻力)设计得到的,并通过一定的主机功率P S和转速n予以保证。

3 两坝间船舶航行安全性评价本章节通过在两坝间的实船试航实验,对两坝间船舶航行安全性进行分析评价。

3.1 船舶航行安全性实船试航与分析国家相关部门曾先后2次在两坝间组织实施了25000m3/s、30000m3/s、35000m3/s、40000m3/s和45000m3/s五个流量级19艘次船舶实船试航,参试船舶为1000~5000t级散货船、集装箱船和商品车滚装船等。

3.1.1 参试船舶选取依据坝区通航船舶现状和船舶实际配载情况选取实船试航参试船舶,试航船舶在不同流量级情况下,都严格依照相关规定配载,保持合理的单位功率载量,保证船舶在不同流量级实验条件下都处于试航状态。

参试船舶主要技术参数见表3。

3.1.2 船舶上滩能力实测结果分析(1)25000m3/s流量级。

25000m3/s流量级时,黔龙号、川集30均顺利通过两坝间相关险滩河段。

但黔龙号为轻载,川集30为自航船绑拖船队,计算数据不能真实反映此功率级别的船舶特性,故对25000m3/s流量级试验结果不进行换算分析。

(2)30000m3/s流量级。

30000m3/s流量级时,上行船舶有秭归“ 898”、“ 平原1098”,在各急流滩不同主机功率时对岸航速见表4及表5。

(3)35000m3/s流量级。

35000m3/s流量级时,上行船舶有“渝海61”、“鑫运旺1号”、“启航06”,在各急流滩不同主机滩 名流量(m3/s)滩段上航线上最大流速V(m/s)平均流速V(m/s)最大流速V(m/s))最大比降J(10-4)水田角25000 2.64 1.59 2.10 2.81 30000 2.89 2.41 2.54 2.98 35000 3.45 2.64 3.00 3.17 40000 3.91 2.80 3.50 3.55 45000 4.28 3.05 3.77 4.42喜 滩25000 2.71 1.73 2.00 1.50 30000 3.22 2.07 2.35 3.54 35000 3.73 2.04 2.70 3.02 40000 4.10 2.38 3.27 4.59 45000 4.61 2.65 3.65 4.72大沙坝25000 2.65 1.70 2.00 5.20 30000 3.22 2.23 2.68 5.65 35000 3.79 2.40 3.23 6.22 40000 3.97 2.69 3.74 6.63 45000 4.29 3.00 3.867.46石 牌25000 1.94 1.13 1.40 1.95 30000 2.27 1.45 1.88 2.29 35000 2.69 1.77 2.28 2.20 40000 3.00 2.12 3.02 1.10 45000 3.57 2.50 2.95 2.45偏 脑25000 2.10 1.57 2.20 1.00 30000 2.68 1.97 2.43 1.22 35000 3.05 2.23 2.68 1.63 40000 3.46 2.59 3.19 3.28 45000 3.82 2.93 3.59 3.27滩 名流量(m3/s)滩段最大流速(m/s)滩段比降J(10-4)水田角25000 2.880.6930000 3.410.9435000 4.35 1.1340000 4.17 1.4645000 4.40 1.64喜 滩25000 3.36 1.5830000 3.41 2.7935000 3.35 3.0840000 3.85 3.8545000 4.32 4.83大沙坝25000 3.36 1.9830000 3.35 3.4435000 3.29 4.1440000 4.37 5.3145000 4.10 5.16石 牌25000 1.96 1.2130000 2.49 2.1135000 3.46 2.6540000 4.18 3.3445000 3.77 2.58偏 脑25000 2.580.6130000 3.32 1.5935000 3.00 2.0040000 3.45 2.4745000 3.73 3.73表2 各急流滩原型观测结果表表1 三峡-葛洲坝区间航段汛期碍航滩段、弯段不同流量级对应流速、比降见表功率时对岸航速见表6至表8。

(4)40000m 3/s 流量级。

40000m 3/s 流量级时,上行船舶有“航旭802”,在各急流滩不同主机功率时对岸航速见表9。

(5)45000m 3/s 流量级。

45000m 3/s 流量级时,上行船舶有“安达9”,在各急流滩不同主机功率时对岸航速见表10。