我国内河航道发展规划技术等级评定方法
李立伟 林桦 王雅
【摘 要】 为重新评定我国内河航道等级以适应发展需要，确定内河航道发展规划技术等级评定方法的步骤包括航道现状评定、航道发展评定和航道发展技术等级评定，并以交通流理论为基础结合航道运量预测、航道服务水平、设计小时系数、加权平均船舶吨位、航道设计通过能力计算方法等理论，以及内河航道标准船型船舶吨位与船长的关系对内河航道等级评定方法进行研究。以东江航道为实例进行应用，验证该方法的可行性，结果表明东江航道等级应重新定级为Ⅲ级。
【关键词】 航道定级;航道通过能力;交通流;航道服务水平
0 引 言
1994―2000年，国家对内河航道等级进行了第一次评定。近年来，随着经济社会持续快速发展，我国内河货运量保持良好稳定的增长，一些航道的货运量已经超过了航道设计通过能力，给航道带来了巨大的负担。为了适应航道发展的需要，亟需对我国内河航道等级进行重新评定。
目前，国内外学者关于航道定级的研究较为缺乏，我国《内河通航标准》中规定的航道等级是以船型吨位为基础的。国内外相关研究主要着眼于沿海航道和内河航道通过能力的计算、航道服务水平与航道通过能力的关系、船型技术经济论证等。本文通过改进船舶交通流理论，结合航道运量预测、航道服务水平、加权平均船舶吨位等，计算航道年设计通过能力，再确定待定级航道的船型吨位，按照《内河通航标准》最终确定航道等级。以东江航道为实例，验证其方法的可行性。
1 航道发展规划技术等级评定步骤
1.1 航道现状评定
（1）航道条件及建设情况分析。分析所评定航道的航道条件，包括：航道自然条件，即对所评定航道所处的地理位置、地形地貌、水文气象等进行分析;航道通航条件，即对该航道的航道尺度、困难河段状况、跨河建筑物、航道设备等进行分析;航道建设情况，即对所评定航道的航道维护和管理情况、基础设施建设及开发现状、航道信息化情况等进行分析。
（2）航道现有通过能力测算。在现有航道技术等级下对航道通过能力进行测算。
1.2 航道发展评定
（1）地区经济社会发展情况分析。航道的发展与航道所在区域直接腹地和间接腹地的经济发展存在着紧密的联系，分析相关地区的经济社会发展情况有助于进一步了解航道的发展状况。地区经济和社会发展情况分析的主要内容如下：航道直接腹地与间接腹地若干年的区域国民经济主要指标，包括地区生产总值、固定资产投资、外贸进出口额、历年GDP增长率等;航道直接腹地和间接腹地的三次产业整体布局，对三次产业的增加值及比值调整;航道所处区域的经济发展政策、规划等;航道直接腹地和间接腹地的产业发展方向、矿产资源、重点发展行业等;航道周边地区吸引货源的交通配套发展现状及趋势等。
（2）航道货运量预测。根据我国航道等级评定要求，以2020年为基础年、2070年为水平年，采用组合预测方法对内河航道未来货运量（S）进行预测。
（3）船型现状及发展趋势分析。对所评定航道船舶的发展现状进行分析，并根据所评定航道的未来运输货类、货运量、规划政策等对航道未来船型趋势进行分析。
1.3 等级评定
根据航道未来货运量并结合航道服务水平得到航道年设计通过能力;再以交通流理论为基础结合设计小时系数、加权平均船舶吨位、航道设计通过能力计算方法等理论计算航道年设计通过能力，并以内河航道标准船型为依据得到船舶吨位与船长的关系，从而将航道未来货运量与船舶吨位直接联系，再确定船舶平均吨位，进而确定内河航道等级。
1.3.1 内河航道服务水平划分
内河航道服务水平是指在某一确定航道条件下运营船舶的服务质量。在船舶交通流理论下，航道服务水平可以用交通量负荷比（V/C）（某一级服务水平下的交通量与通过能力的比值）来表示。天然河道和渠化河流航道各等级航道服务水平划分[1]见表1。研究显示，航道服務水平与航道等级之间具有很好的相关性。
1.3.2 基于船舶交通流的小时交通流计算
对于给定船型，基于船舶交通流理论，可以得到航道小时交通流计算公式：
Qmax=（1）
式中：Qmax为小时最大交通流，艘/h;ks为船舶流转折密度，ks=，艘/km;kj为船舶流阻塞密度，kj=，艘/km;vf为船舶畅行速度，m/s;a为船舶领域长轴参数; b为船舶间距系数; L为航道标准船舶长度。
根据《内河通航标准》中标准船型尺度建立船舶吨位与船长的函数关系（见图1）。根据图1可知，船舶吨位与船长之间的相关系数R2超过0.96;因此，可以根据这一关系将船舶船长换算成船舶吨位，得出航道小时交通流，继而得到航道通过能力。
船舶船长换算成船舶吨位的计算式如下：
L=17.755 ln W39.658（2）
式中：W为船舶吨位; L为航道标准船舶长度。
1.3.3 小时设计通过能力
理论通过能力是指在不考虑其他任何影响因素的理想条件下，采用最佳船型在单位时间内连续不间断的通过某一航道断面的最大船舶数量或最大船舶载质量。[2] 航道小时理论通过能力为
C=W ？Qmax（3）
式中：W为加权平均船舶吨位。
实际航道通过能力应是所有运营船舶的吨位总和，但我国目前内河航道运营船舶种类繁多，计算过于复杂;因此，本文引入加权平均船舶吨位概念，即将航道所有运营船型按吨位进行统计分级，并求出各级船舶数在总船舶数中的占比，再进行比例加权后得出平均值，最后根据平均船舶吨位得出航道等级，为
W = PiWi（4）
式中： Pi为第i级船舶占总艘数的比例;Wi为第i级船舶吨位。
航道设计通过能力是指在考虑船舶安全通航和实际通航中各种影响因素后对理论通过能力进行修正而得到的通过能力。航道小时设计通过能力为
C1=C譌（5）
式中： F为各项影响因素整体修正系数。
由于每条航道的影响因素不同，影响因素对航道的影响程度也都不相同，所以不同航道的各项影响因素整体修正系数差别较大，并且修正系数需要大量的实测数据才能得到。为了减少计算量和在缺少实测数据的情况下对航道通过能力进行精确计算，本文引入了设计小时系数这一概念。设计小时系数k是指设计小时交通量与年平均日交通量的比值[3]，计算航道日设计通过能力，再根据航道通航保证率计算年设计通过能力。在实践中，如果实测资料充足，便可以直接计算船舶设计小时交通量，从而得到对应的设计小时系数，同时根据大量数据统计结果分析设计小时系数的取值范围是0.14～0.16。
1.3.4 年设计通过能力
根据航道小时通过能力结合设计小时系数得到日设计通过能力C日，并根据航道通航保证率得到年设计通过能力C年，计算式分别为
C日=C时/k（6）
C年=TC时/k（7）
式中：T为年通航天数。
1.3.5 航道等级确定
航道年设计通过能力与船舶吨位之间的关系式为
C年=
（8）
根据航道未来货运量和航道服务水平得到航道年设计通过能力，再根据式（8）得到航道未来货运量与船舶吨位之间的关系为
=
（9）
根据我国《内河通航标准》，由船舶吨位与航道等级之间的关系确定航道等级，具体见表2。
2 实证分析
本文以东江航道为例进行评定方法的应用。东江发源于江西省寻乌县三标乡境内，经由三桐河在广东省龙川县合河坝与贝岭水交汇后称为东江。
2.1 航道现状
分析东江自然条件、通航条件、基础设施建设情况等，在现有航道技术等级下对航道通过能力进行测算。
2.2 航道发展
分析东江航道腹地经济社会发展情况、运量预测和船型发展。根据我国航道等级评定要求，以2020年为基础年、2070年为水平年，对东江货运量进行预测。采用组合预测方法预测东江2070年货运量是万t。
2.3 航道发展规划技术等级
河源市拥有大量矿产资源，但由于航道得不到改善，水运量只保持在100万～150万t。近年来，由于沥口梯级建设处于停工状态而断航，只有局部砂石船区间通航，每年的港口货物吞吐量也不超过20万t。由于水路运输的经济性高，东江航道扩能升级后河源市矿产资源等大宗货物将会通过水路运往下游城市，同时惠州、东莞等沿江城市货物运输也会向水路分流，可以预见东江水路货运量将会大大增加。据统计，东江中下游目前航道等级为Ⅳ级、Ⅴ级，石龙至东江口航段更是达到Ⅲ级;中游现有船舶吨位大部分在200吨级左右，下游500吨级以下的船舶占比为3.5%，500～吨级的船舶占比为21.5%，吨级及以上的船舶占比为75%，石龙至东江口航段除了有吨级船舶和吨级船舶通航外，甚至还有更高吨位船舶运行。根据东江航道通航状况及通航船舶现状分析，可以确定东江扩能升级后航道服务水平为2级服务水平，交通量负荷比（V / C）取值0.8（a取6，T取345天，vf取10 m/s，k取0.15，b取0.5）。将数据代入式（10）、式（11）：
C年=
（10）
110 000 000 ？0.8=
（11）
根据式（10）、式（11）得出航道船舶吨位是吨级。根据《内河通航标准》可得东江航道等级为Ⅲ级。
3 结 语
本文将航道未来货运量直接与船舶吨位联系，再确定船舶平均吨位，进而确定内河航道等级。采用改进船舶交通流理论得到航道年设计通过能力计算方法，并将航道年设计通过能力与船舶吨位直接联系，进而确定船舶平均吨位。此方法可适用于任何船型。以东江为例，运用本文内河航道发展规划技术等级评定方法，东江航道等级应重新定级为Ⅲ级，验证了该方法的可行性。
参考文献：
[1] 张玮，刘锦安，孙宏杰，等.长江深水航道通过能力研究[J].中国港湾建设，2016（2）：5-10.
[2] 劉赛龙，蒋璘晖.内河航道服务水平及通过能力研究[J].水运工程，2014（3）：134-139.
[3] 陈恺，张玮，李瀛.基于船舶交通流的内河航道通过能力研究[J].中国水运：下半月，2012（12）：38-40.
