武汉理工大学航运学院学生毕业专题报告

三峡水利枢纽现状分析及提高过闸能力对策研究

姓名：孙世玉

班级：航海技术1003班

指导教师：

日期：20##年5月28日

三峡水利枢纽现状分析及提高过闸能力

对策研究

孙世玉

(武汉理工大学 航运学院，武汉 430062)

摘要:随着三峡河段通航能力的日益增强，航运效益的日益显著，三峡水域需要运用更多的科技手段强化过程监管，提高对事故及险情的预控能力、快速反应和处理能力，确保三峡河段通航安全。根据三峡工程建设进度安排，三峡船闸 20## 年 10 月起将进行为期一年的建设。按照设计实施方案，施工期间三峡船闸将单线运行，船闸通过能力将大幅下降，碍航和断航问题将对西南地区的经济建设造成重大影响。

  本文采用一元回归分析和组合预测数学方法，结合三峡枢纽区域的经济发展情况，预测了三峡枢纽的中长期过坝需求，并针对不同阶段，全面研究了提高三峡枢纽综合通过能力的对策和建议。三峡枢纽货运需求和通过能力的研究对进一步提高三峡枢纽交通资源的利用效率，对构建黄金水道具有深远的意义。

关键词：长江航运；三峡船闸；过闸能力；过闸方案；需求预测

第一章 绪论

1.1 研究背景

长江航运在西南地区国民经济发展、对外贸易、促进经济可持续发展、支持重点建设、保障国防战略、战备物资运输、发展旅游业、节约土地和能源等方面，具有极其重要和不可替代的作用。2003 年 6 月，举世瞩目的三峡工程经过 8 年 7个月的建设，如期蓄水至 135 米，永久性双线五级船闸正式通航投入使用，这不仅标志着三峡工程建设取得了阶段性的伟大成就，也意味着西南地区航运即将进入到一个新的发展时期。在蓄水 135 米至 139 米的库区内，由于险滩淹没，坡降变缓，流速减小，航深增大，航道加宽，船舶通航条件已明显改善，运输安全和通航保障率明显提高，水路运输成本显著下降。同时，随着航运结构调整的不断推进，水运业的竞争优势日益增强。水运对西南地区乃至西部经济社会发展的作用将更加突出。与航运对西南地区经济发展的日益重要性相比，在现阶段，随着三峡船闸的正式通航，三峡船闸通航能力不足的问题日益严峻，造成现阶段船只在三峡大坝前排队等候过闸，结果等待的时间越来越长。据统计，等候过闸的船舶最多时一天达到 349 艘，有的船舶可能会等待几天方可过坝。这不但对长江上游尤其是西南地区航运业的发展带来了不良影响，而且对西南地区市各企业的发展，甚至西南地区市经济的发展产生了不利的影响。此外，西南地区是西部十几个省市中邵数的几个靠近长江的城市之一，外贸进出口货物的运输主要通过长江来完成，其货运量占西南地区海关监管货运量的 85%以上。因此，能否妥善解决永久船闸在现行过闸模式下通行能力不足的问题，还将直接关系西南地区市及其周边地区外贸进出口企业生产经营和对外贸易的发展在此种背景下，研究三峡船闸对西南地区航运的影响及探讨如何解决三峡船闸通行能力不足的问题显得尤为必要。

1.2 研究的目的和意义

本次研究的目的主要是：研究三峡船闸现阶段的过闸模式对西南地区市航运业发展的影响及如何消除这些不良的影响，或者寻找将这些不良影响减小到最低的途径和措施。本研究的成果将会对西南地区市的航运和经济的可持续发展起到一定的推动作用，具有重要的意义。具体表现在：

①消除产业界和航运界出现的疑虑和缓解现阶段船闸通行能力不足所带来的压力。三峡船闸现行运行模式下通行能力不足的问题日益严峻，对长江航运发展产生了严重影响，也给航运和相关企业带来了一定的经济损失，引起了各界人士的广泛关注，大家纷纷发表见解，有人甚至对三峡大坝的修建能否达到预期的效益产生了怀疑，如果任由其发展下去而不加以解决，必然会导致相关企业的损失继续增加，加重对西南地区市经济发展的不利影响。同时，西南地区处于长江上游，西南地区及其周边地区的外贸进出口货物主要通过长江来运输，三峡船闸通行能力不足不仅影响到西南地区经济发展也影响到了其他省市，甚至影响到了整个长江流域国民经济的发展，因此，必须采取措施予以解决。

②促进西南地区市航运业及经济的发展。三峡大坝修筑后，显著改善了宜昌至西南地区的通航条件，航道水深普遍加深 5 米，水面大幅度加宽，很多水域可以实现上下水分航道双向行船，水上通行能力大增，5000 吨级的船舶可以直达西南地区，上下水船舶航行周期缩短三分之一左右，水运成本降低 20%左右，远低于公路运输每吨公里 0.5 元左右的成本，但这些优势在一定程度上被长时间等待所抵消。如果船闸通行能力可以得到解决，这些优势必然会对西南地区航运业带来更大的发展，而且随着三峡蓄水水位的提高，一些急流险滩变缓变平，减少了船舶出事的可能性，同时也出现了一些以前所没有的新的景点，将会出现一轮新的三峡旅游热，如果没有在坝前的长时间等待现象，相信会吸引更多的国内外游客，对西南地区市的旅游业起到推动作用，从而推动西南地区经济的发展。

③为国内其他具有类似情形的船闸提供一定的经验借签。我国拥有长江水系、黄河水系、珠江水系、松花江水系、澜沧江水系等众多江河，将来或许还会修建一些与三峡船闸功能类似的船闸，三峡船闸通行能力不足问题的研究，可以为类似船闸设计和解决类似问题提供一些经验借鉴。

1.3 研究内容及技术路线

本论文研究的内容将主要从以下几个方面进行展开:

l)介绍了本文研究的目的和意义，并对国内外发展现状和专家学者进行的相关研究进行了分析与总结，为论文研究工作的开展奠定了坚实的理论基础。

2)论文介绍了三峡船闸、升船机和翻坝转运设施以及三峡枢纽的运输组织方式，分析了三峡枢纽通航现状，指出三峡船闸通航和现行翻坝转运存在问题。

3)为三峡枢纽过坝需求预测，通过多种预测方法和组合预测，最后再结合实际情况定性分析，最终得出三峡枢纽的综合预测结果。

第二章 船闸通过能力分析

2.1 船闸设计通过能力

三峡船闸设计通过能力是以20##年为远景目标的，按设计,它每线日运行22h,运行22.1闸次, 每闸次需要时间约为59.7分钟，设计年单向通过能力5152×10⁴t。三峡船闸的设计通过能力是按下面的公式计算出来的：

p₂  = ( n-n ₀) NGα /β

上式中：P₂为年过闸货运量；n为日平均过闸次数(次)；n₀为昼夜内非货运船过闸次数(次)；G为一次过闸平均吨位(t)；α为船舶(队)装载系数；β 为运量不均衡系数；N 为年通航天数(d)。

由于影响通过能力的一些因素在设计时无法定量，设计选择的相关参数了参考葛洲坝船闸1990年以前的经验和三峡建成后的远景船队过闸吨位，均为理论估算值（见表2.1）。

表 2.1 三峡船闸实际通过能力与设计通过能力各项参数比较 

2.2 现阶段船闸通过能力

2.2.1 船闸通过能力现状

20##年6月三峡工程蓄水以来，三峡坝区、库区的通航条件发生了重大变化，三峡工程航运效益逐步发挥，促进了长江航运加速发展。随着上游地区经济社会的快速发展，三峡枢纽通航能力不足的问题也逐步显现，成为长江航运业内外共同关心的重大问题。
　　为了掌握三峡枢纽通航现状，了解客货过坝需求、提出进一步挖掘潜力和开展扩能研究的建议，20##年4月8日至15日，长江航务管理局专家委员会组织开展了三峡枢纽通航现状及扩能问题调研。
2.2.2三峡枢纽通航现状
2.2.2.1三峡坝区航运现状
　　三峡船闸运行至今已近8年。20##年和20##年三峡船闸的运行数据分别为：运行8719和9407闸次、过闸船舶75056和58302艘次、过闸客船11825和4388艘次、过闸客运量173和51万人、过闸货运量3431和7880万吨、过闸定额吨6632和11276万吨。6年间，三峡过闸货运量增加了129%，年均增长14.9%。20##年三峡船闸下行货运量4281万吨，已达三峡设计下行通过能力（5000万吨）的86%。
　　20##年和20##年，三峡坝区载货汽车翻坝货运量分别是879和914万吨；三峡坝区断面货运量分别是4309和8795万吨。6年间，三峡过坝货运量增加了104%，年均增长12.6%。
　　近几年来，通过三峡河段的船舶待闸现象逐渐加重。20##年，年过闸船舶待闸率已达71%，过闸船舶年平均待闸时间18.07小时，待闸船舶年平均待闸时间25.48小时。4月8日至12日调研时，三峡河段待闸船舶为106—132艘。
　　三峡翻坝高速公路已于20##年12月31日正式建成通车。公路全长57.8公里。两坝间的载货汽车滚装船运输于20##年7月1日停驶，届时载货汽车都走三峡翻坝高速公路。
　　三峡升船机计划于20##年10月至20##年6月进行有水调试，20##年7月开始试运行，年单向货运量400万吨至900万吨。
2.2.2.2三峡航运的重大变化
　　三峡水库蓄水以来，长江上游航运发生了重大变化。在评价三峡枢纽通航能力、挖掘三峡通航潜力、研究建设三峡过坝新通道时，应该重视这些变化。
1、货运以自航船为主，船队快速衰退
　　根据长江航运的实际情况，由于自航载货单船（以下简称自航船）在经济性、安全性、时效性、适货性、适港性、适闸性等方面具有明显优势，长江干线自航船运输发展迅速。20##年长江干线省际货运船舶7.94万艘，而驳船不足1000艘，只占省际货运船舶总艘数的1.26%。长江干线以拖（推）轮和驳船组成的船队快速衰退，现在仅长航集团有船队，并计划在3至5年之内全面退出。
2、船舶大型化发展速度加快
　　20##年1000吨级以上船舶占全年过闸船舶总量的14.44%，20##年占69.12%。20##年三峡船闸过闸船舶中，1001～2000吨级、2001～3000吨级、3001～5000吨级、5001吨级以上，分别占29.37%、22.06%、11.29%、6.40%。现在长江上游航运公司建造干线货船，以5000吨级及以上自航船为主，目前最大的自航船载货量可达8700吨。
3、传统五大货类占比一降四升，新型货类发展较快
　　三峡船闸过闸货运量中，川江传统的五大货类，20##年，煤炭占52.0%、矿石占7.3%、矿建占4.6%、钢材占3.3%、石油占2.3%，合计占69.5%；20##年，煤炭占36.5%、矿石占18.8%、矿建占7.0%、钢材占8.1%、石油占5.7%，合计占76.1%。三峡蓄水后，煤炭运量总体上升，但占比下降；其余四类运量和占比均上升。
　　三峡船闸过闸货运量中，新型货类发展较快。20##年集装箱过闸42.86万标箱、商品汽车过闸63.38万辆、化工原料及制品过闸195.98万吨。
4、上下行过闸货运量趋近平衡
　　三峡水库蓄水后，20##年至20##年，各年下行过闸货运量分别占上下行总量的71%、69%、65%、64%、61%、52%和54%。相对合理的货物流向，有利于提高船闸通过能力、发挥三峡航运效益。
5、过闸货船装载率总体上升
　　20##年至20##年，逐年通过三峡船闸的货船装载率为54.04%、60.00%、65.30%、74.47%、69.88%。过闸货船装载率总体上升，反映了船舶运输效率的提高，也反映了三峡船闸通过能力的提高。
6、客运人数大幅下降，旅游船大型化趋势明显
　　20##年至20##年，三峡船闸过闸客运量呈逐年下降趋势。20##年为162.00万人，20##年为50.75万人。20##年过闸人数是20##年的31.32%。20##年过闸客船4388艘次，日均12艘，每艘客轮平均载客116人。现在，旅游船高星级、超豪华、大型化趋势明显。正在运行的旅游船，“总统旗舰”总长135.2米、型宽19.6米，“长江黄金一号”总长136.0米，型寛19.6米。这类大型旅游船，过闸时闸室利用率低，今后也不能过三峡升船机。

7、央企航运发展式微，地方航运发展强劲
　　改革开放前，中央国企—长航集团在川江航运中占绝对优势。改革开放后，尤其是三峡蓄水后，长航集团在川江发展式微。20##年，长航集团在三峡船闸过闸2356艘次、过客2.12万人、过货238.69万吨，分别占过闸总量的4.0%、4.2%、3.0%，所占比例很小。长江上游地方航运发展迅速。其中重庆市航运最为发达。20##年，重庆市籍船舶在过闸船舶总量中，艘次占45.0%、客运量占69.4%、货运量占56.4%。

第三章 三峡坝区过坝运量预测
3.1组合预测法

组合预测 (Combined forecasting)方法是由J.M.Bates和C.W.J.Granger于1969年首先提出的，它是对多种不同预测方法的预测结果进行适当组合，充分提取不同预测结果的有价值信息，尽可能地提高预测精度，增加预测结果的可靠性和稳定性。该方法就是综合利用各种预测方法所提供的信息，以适当的加权平均形式得出组合预测模型。组合预测最关心的问题就是如何求出加权平均系数，使得组合预测模型更加有效地提高预测精度。其数学语言描述如下:

  设对同一预测对象，有n种预测模型，则由这n个单一预测模型构成的组合预测模型为:

式中:(t)—t时期组合模型的预测值;

     (t)—t时刻第i个预测模型下的预测值，(i=l，2，…，n);

     ω一第i个预测模型的权系数，且艺叭=，，(i=1，2，…，n)。

 采用绝对相对误差的反比例确定组合权重。反比例法确定权重的原则是权重与误差大小成反比，即误差大的给予小的权重，误差小的给予大的权重。设n为单项预测模型的个数，第i个预测模型预测的绝对相对误差为。е_i，则:

 

将初始权系数进行归一化处理得:

 

用上述公式分别计算组合预测模型中四种预测方法的权系数，得出回归分析预测的权系数ω₁=0.3，增长曲线模型预测的权系数。ω₂=0.22，运输弹性系数法预测的权系数。ω₃=0.48。

3.2根据组合预测法预测的分析

二十世纪八十年代中期至20##年，先后有5个单位对三峡过坝运量分别作过预测。由于运量预测工作涉及面广、变化因素多、预测方法多、主观影响大，不同单位预测成果差异较大。一般而言，5年以内的预测较为准确，5年以上的预测准确度较差。
    参考重庆航运交易所、三峡通航局、长航局三峡办的预测成果，对20##年、20##年和20##年的三峡过坝客、货运量进行了分析。

三峡船闸通过能力测算结                    单位:万吨

第四章 提高三峡船闸综合通过能力对策

当前，已有部分企业正在探索长江干线自航船绑拖自航船、自航船绑拖驳船等新的运输方式。如果航运主管部门因势利导、趋利避害，自航船船队运输有可能成为长江船舶货运的一种新方式，在安全、经济、节能、环保方面可能有新突破。但这种探索目前还处于初级阶段。

由于企业普遍缺少科研人员、科研设备、科研手段（如数学模型技术、物理模型技术、船舶模型技术、检测技术等）和科研经费，大多只能采用实船试航和对比分析的方式。这种探索不能代替科学研究。
建议：1、尽快开展“长江干线自航船船队运输方式的研究”，研究内容应包括：
　　（1）自航船拖自航船、自航船拖驳船、大吨位自航船拖大吨位驳船等运输方式；
　　（2）自航船和驳船的主尺度、结构、性能（包括操纵性能、推进性能、拖带性能和安全性能等），技术经济指标、节能环保指标，自航船船队与航道、船闸、码头的适应性等；
　　（3）自航船船队的标准化、系列化、大型化。
　　  2、对巨航公司4000吨级驳船的建造予以支持，对1.8万吨级船队的建造和试航予以支持。

第五章总结和展望

5.1主要研究成果

本文研究成果主要表现在以下几个方面:

l)论文分析了三峡枢纽的通航现状，指出了三峡船闸通航存在问题，结合定量预测结果和定性分析，得到三峡枢纽区域未来货运量预测。

2)论文对三峡枢纽综合通过能力进行了全面的分析论证。在统计分析三峡船闸历年实际运行资料的基础上，深入探讨了船闸通过能力的内、外部影响因素，研究分析船闸通过能力计算的参数及其合理性，推算出三峡船闸不同设计水平年的通过能力，特别是具体分析了各个参数在不同阶段的取值方法，这在其他资料中比较少有。

3)论文具体分析了未来不同年份三峡枢纽通过能力，并且有针对性地提出提高三峡枢纽通过能力的对策和建议，近期可以通过改善通航设施，缩短一次过闸时间;鼓励船舶满载过闸，提高装载系数;远期可以加快升船机的建设，推进船舶标准化和大型化，提高通航管理现代化水平等方法提高船闸通过能力。

5.2研究展望

由于三峡枢纽通航涉及的问题比较复杂，同时实际观测数据和资料有限，本文的研究仅是一些探索性的工作，难免存在许多不足和疏漏之处，所得到的成果也是基础的、初步的，仍有许多方面值得进一步探讨，寄望于在今后的研究工作中得以完善和深入。这些问题主要有:

l)由于过坝运量预测的基础数据有限，预测模型计算出的结果和实际有出入，而且对于三峡枢纽区域的经济、重庆可能被授予保税港区政策等新的形势变化考虑得尚不够全面、透彻。因此模型的进一步深化还应考虑以上因素，还需要根据实际不断予以完善。

2)通过能力的计算中虽然提出新的过闸平均吨位计算方法，但是并没有足够的实例论证该方法的精确性，还需要实际数据来检验。

3)船闸作为交通运输系统中的一个服务节点，其运行指标必然要涉及到服务的主体(船闸本身)和客体(船舶)两个方面的内容。船闸服务的主体往往比较关心通过的船舶数量，而客体更注重船闸服务的质量，目前我国所谓的通过能力仅仅表示的是船闸服务系统的服务数量，因此从船闸的服务质量方面考虑船闸的通过能力。

4)标准化船型主尺度系列如何实现动态更新，实现企业经济效益和政府公益管理效益的有效融合，值得进一步深入研究。同时，如何确定符合长江航道、船闸、升船机通航条件的新的标准化船型任务十分迫切。

5)货运船舶枯水期过闸后减载通过中游浅区，是现有条件下的应急举措，在改善中游航道条件的同时，如何处理好设计规范与运行规范的关系，确定合理的过闸船舶吃水控制标准急需进行深入研究和管理创新。

参考文献

[1]交通部长江航运管理局  http://www.cjhy.gov.cn

[2]第一财经日报 http://www.yznews.com.cn

[3]交通部长江航务管理局，长江三峡枢纽过坝运量预测报告 2012.02

[4]中华人民共和国交通部.JTJ305一2001船闸总体设计规范.北京:人民交通出版社，20##年

[5]唐冠军.三峡船闸通过能力分析及对策分析.综合运输，2004(7):24一27

[6]周华兴.船闸通过能力计算中有关问题的探讨.水运工程，2002(3):35一38

[7]安飞.船型标准化:三峡航运成长的烦恼.中国船检，2004，10:20一23

[8]马奕.长江三峡船闸过闸需求与通过能力研究.交通运输规划与管理，2008,45一56

Analysis of the Three Gorges Project Status and Strategies to improve the ability lockage

Sun Shi-yu

(School of Navigation,Wuhan University of Technology Wuhan 430062,China)

 

Abstract

As the three gorges river navigable capacity is growing.Navigation benefit increasing significantly.The three gorges water need to use more technology to strengthen the process regulation.Increase the ability of against accidents and risk precontrol,Rapid response and processing power.Ensure that the three gorges river navigation safety.According to the three gorges project construction schedule.The three gorges ship lock since October 20## will be a year of construction.According to the design and implementation plan.During construction of three gorges ship lock will be single operation.Lock capacity will fell sharply.Obstruction and anywhere for problems will have a significant impact on the building of the economy in southwest China.

This paper adopts a yuan regression analysis and the combination forecast mathematical method.The economic development of the three gorges hub area.Long-term forecasts the hub of the three gorges dam demand and aims at different stages,Comprehensive study the countermeasures and Suggestions to raise the capacity of comprehensive through the hub.The research of the three gorges hub freight demand and capacity to further improve the utilization efficiency of the three gorges hub of transportation resources.For the construction of the golden waterway has far-reaching significance.

Key words:the Yangtze river transportation;Three Gorges ship lock;Ability to lock;Lock scheme;demand forecasting