长洲枢纽四线船闸交通组织规则研究

张明，冯小香

（交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室，天津300456）

长洲枢纽四线船闸交通组织规则研究

张明，冯小香

（交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室，天津300456）

并列多线船闸的交通组织对于保障船舶的安全、快捷过闸具有重要意义，也是闸区交通管理的重要内容。针对长洲枢纽四线船闸的通航环境特点，分析了并列多线船闸的运行机制和闸区交通组织特点，研究了长洲枢纽并列四线船闸的交通组织原则及规则，并提出了相应的保障措施。研究成果可给内河多线船闸的运行管理提供参考依据。

多线船闸;调度;规则;交通组织;交通冲突;长洲

近年来，随着经济的快速发展，我国内河货运量迅速增长，在主要的水运通道上正进行广泛的船闸扩能工作，并列多线船闸逐渐增多［1-2］，甚至出现了并列的四线船闸。在多线船闸并列布置时，由于各船闸的航路存在交叉，进出各船闸的船舶间存在相互干扰，且由于特定通航环境的限制，船闸闸区的交通组织问题往往十分复杂。而现有关于船闸交通的研究较多的关注单个船闸闸室的排挡或是多个梯级船闸之间的联合调度问题［3-4］，较少涉及并列多线船闸的交通组织问题。

长洲枢纽四线船闸并列布置，在口门区航路交叉，形成了一个船舶交通流的交织区，进出闸的船舶间存在潜在的冲突隐患；枢纽上游两座桥梁与船闸距离较近，该段航路由于3座通航建筑物的制约，船舶航行的自由度不高，无序航行势必将增加桥区的安全风险；船闸自身也由于规模等级不同及水情变化等原因使得船闸联合调度及排挡的复杂度明显增加。而长洲枢纽船闸因位于西江航运干线的咽喉，过闸船舶交通流量大、船型复杂，对船闸通行能力的要求高。因此，进行长洲枢纽四线船闸交通组织规则研究，以促进闸区交通的安全、有序运行就显得十分必要。

1 长洲枢纽船闸通航环境

1.1船闸总体布置

长洲枢纽是西江航运干线最下游的枢纽，坝址位于梧州市上游12 km的西江干流浔江分汊河段，四线船闸并列布置于右岸（图1），其中建成于2007年的1号、2号船闸居左，于2015年建成的3号、4号船闸居右，中间由土石坝分隔，1号、2号船闸及3号、4号船闸分别共用上、下游引航道。1号船闸为2 000 t级，闸室尺度为200 m×34 m× 4.5 m（宽度×长度×槛上水深，下同），2号船闸为1 000 t级，闸室尺度为185 m×23 m×3.5 m。3号船闸、4号船闸为3 000 t级，闸室尺度均为330 m×34 m×5.8 m。4座船闸的合计年单向通过能力超过1亿t，是目前国内外规模最大的内河船闸。

图1长洲枢纽河段形势图及洪水期靠右定线制方案下闸区航段的航路交叉示意图Fig.1River sketch near Changzhou hydro⁃junction and the situation of route crossing under the right ship's routing in flood period

船闸上、下游均设置有枯水期、洪水期两类锚地；在3号、4号船闸的上游口门区附近布置了停泊段，1号、2号船闸及3号、4号船闸的下游口门区也分别布置了停泊段，停泊段均采用右侧布置方案，每个停泊段均可以满足2个闸次船舶的停靠；枢纽船闸在引航道两侧布置有待闸段，可以满足一个闸次船舶的停靠。

1.2通航水流条件

通航水流条件是影响船舶安全过闸的重要因素。坝区河段的通航水流条件一般较为关注引航道通航水流条件、引航道口门区及连接段通航水流条件、桥区河段通航水流条件等三方面。

经过3号、4号船闸扩建工程前期的试验研究及方案优化后，在设计运行条件下，四线船闸的上、下游引航道、口门区及连接段的通航水流条件基本可以满足船舶双向航行要求。但船舶的灌泄水对于引航道、口门区及连接段的通航水流有一定的影响，为保障船闸运行安全以及船舶的进出闸安全，3号、4号船闸一般不能同时灌泄水。

长洲枢纽上游存在两座桥梁，分别为洛湛铁路浔江大桥与马梧高速浔江大桥，距离坝轴线约4 km和3 km；下游存在3座桥梁，分别为西江三桥、西江一桥、云龙大桥，距离坝轴线约4.5 km、7.1 km和14.7 km。研究采用船舶操纵模拟试验对于靠左/靠右两种航行方式下船舶在桥区河段的会遇情况进行模拟，以评价涉航桥梁的通航水流条件，结果表明，对于代表性船队（长×宽×吃水，182 m×16.2 m×3.5 m），在上游桥区，无论采用靠左航行方式还是靠右航行方式，适航上限流量为34 500 m3/s（5 a一遇洪水）；对于下游西江大桥与西江三桥桥区，流量40 700 m3/s（10 a一遇洪水）时两种航行方式下船舶的操纵均较顺利；对云龙大桥桥区，采用靠左航行方式，流量40 700 m3/s时船舶的操纵较为顺利，但采用靠右航行方式，适航的上限流量为28 100 m3/ s（2 a一遇洪水）。

1.3交通流环境

2006～2013年，长洲枢纽断面货物通过量由2 726万t增长到6 006万t，年均增长11.95%，2013年过闸货运量为设计通过能力的1.53倍。根据预测，2020年将超过1亿t，2030年将达到1.35亿t。

长洲枢纽船闸通航以来，过闸船舶数量总体上相对稳定（表1），除2008年超过10万艘次、2009年超过9.5万艘次外，2010～2013年连续4 a过闸船舶数量维持在8～9万艘次间，相应日均过闸船舶为224～240艘次。2012～2013年，长洲枢纽月过闸船舶数量比较稳定，除受枯水制约及春节因素影响外，一般在7 500～7 000艘次/月间，2012年10月最大为8 351艘次。

2008～2013年，长洲枢纽双线船闸年最多运行13 609次，出现在2013年，其中，1号闸运行6 093次，2号闸运行7 516次，平均每天运行37.3次。

表1长洲船闸历年通航情况统计表Tab.1Navigation statistics of Changzhou ship locks in the past years

2 船闸调度运行机制分析

在水运交通繁忙的航段，船舶通过船闸前一般先在锚地报到、接受检查后再根据调度计划依次过闸。为形成良好的过闸次序，保障船舶过闸安全，船舶在该区域的航行需要根据有关过闸管理规定及船闸的调度指令进行。调度过程可以分为4个环节：申报与排挡、锚泊与航行、船闸的运行控制、调度信息的发布与反馈机制，这4个环节相互影响，相互制约，共同构成一个有机的船闸调度及运行系统（图2）。

图2船闸调度内容示意图Fig.2Sketch of ship lock scheduling content

船闸调度运行机制实质上表现为一定约束条件下的船舶、船闸运行及调度员之间的相互作用机制。船舶的进闸调度可看作是船舶在锚地、停泊段、待闸段、闸室等调度目标空间的运动过程，而出闸调度可看作是船舶直接由船闸向锚地的调度，船舶经过锚地后调度过程结束。船闸的运行控制是整个调度环节的关键，是控制船舶过闸的节点，其运行效率的高低直接影响船闸的通行能力。船闸控制室是船闸调度及过闸系统的核心和中枢，由调度员通过手机、甚高频无线电话、调度信号等向过闸船舶传递调度信息，将过闸船舶由一个目标空间调度到另一个目标空间，并最终由船闸的运行来完成过闸调度的任务。船舶过闸及船闸运行安全性的需要要求船闸运行要满足设计要求，要遵守一定的规则进行调度，而提高船闸运行效率也离不开船闸的排挡，实现船舶在闸室内的合理编排。因此，如何通过优化调度规则，在一定约束条件下，实现船闸运行效率的最大化并保障船舶的过闸安全将是枢纽船闸交通组织的重点。

3 长洲枢纽四线船闸交通组织规则

3.1交通组织原则

长洲枢纽四线船闸联合调度原则为：安全、有序、公平、高效、省水。

（1）安全：调度过程中，在引航道内禁止船舶流的交叉会遇，在口门区及连接段船舶交通流的可能冲突区应尽量减少和避免船舶的会遇，同时，逐级调度的时间应有效衔接，避免出现在某个时间点两支过闸船队在调度目标空间上的重叠现象（如待闸段上进闸船舶还没完全离开，停泊段上的船队已经到达待闸段，造成位置上的重叠）；过闸船舶的排挡应考虑航道水深、船闸门槛水深及船型等。

（2）有序：即要求船舶在坝区航段应接受交通管制，船舶在锚地、停泊段、待闸段、船闸间的航行应严格遵守调度指令，禁止擅自进入停泊段、待闸段和船闸。

（3）公平：船舶的过闸应基本遵循先到先过的原则，根据待闸船舶的报到时间、船型、载重及船闸运行情况，提前编制过闸计划表，并将过闸信息提前通知待闸船舶。

（4）高效：尽量实现各级调度的有效衔接，始终使待闸段有船，保持“船等闸”状态，减少船闸等待船舶进闸的时间，提高船闸的日运行次数；同时，应做好4个船闸的联合排挡，提高船闸的闸室利用率，增加一次过闸船舶数量。

（5）省水：主要是指在水情满足的情况下，船闸的运行应根据待闸的船舶数量来确定船闸的运行数量，投入运行的船闸数量只要能满足待闸船舶过闸的需要即可，避免4个船闸同时运行，既可以降低调度的复杂度，还可以提高航行的安全，对于枢纽省水也是有利的。

3.2交通组织规则

（1）船闸的排挡规则。船闸的排挡实际上是时间上的timetable（时间表）问题和空间上的bin packing（组合装箱）问题的相互耦合，在船舶队列确定后，可根据动态规划算法进行求解。对于单线船闸，船舶的排挡仅包括进闸队列的形成规则，是一个闸选船的单向选择问题，而由于长洲枢纽船闸数量多、规模不同，船闸的排挡不仅包括闸选船问题，还涉及到船选闸问题，是船闸与船的双向互选问题。

在船舶的排队规则上，根据长洲枢纽船闸的特点，依据先到先过、重点优先的原则，按照船舶排号、吃水情况来安排船舶过闸。重点优先船舶主要参考2014年《广西壮族自治区船闸管理办法》（2014），依次为抢险救灾船、紧急军事运输船、客船、集装箱定期班轮,易燃易爆化学品船应当单独过闸。

在船闸的选择规则上，为减少不同船型间的相互干扰，建议大小船分开过闸，大船优先选择3号、4号船闸，小船优先选择1号、2号船闸。对于危险品船舶，建议优先选择1号、2号船闸，不仅可以提高船闸利用率，还由于枯水期上游危险品锚地位于泗化洲洲头，就近安排过闸不仅便于调度，还有利于减少航线间的交叉。

在船闸实际运行过程中，由于船舶弃闸及信号不通等原因，进闸船舶的次序往往会发生变化，因此，在进闸前，船舶队列往往需要进行补充，队列次序也需要进行二次编排。船舶队列补充，原则上在维持原有调度计划有序性的基础上，根据所处调度流程的阶段因时因地灵活确定。

（2）船舶航行调度规则。船舶航行调度总规则为：引航道内单向通航，主航道双向通航。船舶进闸时，自锚地驶出后，可供调度的目标空间多，有停泊段、待闸段、闸室等，当进闸船舶较多时，应采用三级调度方式由远及近从各调度目标上逐级调度，即锚地→停泊段，停泊段→待闸段，待闸段→闸室。为使调度过程有序、高效，逐级调度的时间应合理衔接。在进闸船舶较少时，如果停泊段无船，进闸船舶则可以直接驶入待闸段。当引航道没有进闸船舶时，出闸船舶可直接自闸室经由引航道驶入主航道，中间不经过逐级调度。

（3）船闸运行规则。船闸运行规则主要考虑船闸自身运行安全、船闸运行对于引航道通航水流条件的影响、船闸运行对于交通流的影响3个方面的问题。

船闸灌泄水规则是影响船闸自身运行安全及引航道水流条件的重要因素，3号、4号船闸由于规模大，灌泄水影响更为明显。根据3号、4号船闸扩建工程初步设计文件［5］，在上游水头大于8 m时，两线船闸互灌互泄水，闸室内水位低于4 m时，再开启单独灌、泄水阀门；在上下游水头大于4 m小于8 m时，两线船闸可独自开启灌、泄水阀门，但不能同时灌、泄水；当上下游水头小于4 m时，两线船闸可以同时灌水或泄水。因此，当上下游水头小于8 m时，3号、4号船闸应尽量维持同步反向运行模式。

为避免船舶在引航道内由于交汇而产生交通冲突，可通过控制船闸闸门的开启来实现。在下述条件时，需延迟上闸门和下闸门的开启：①共用引航道的另一个船闸已经开门；②共用引航道的另一个船闸处于出闸状态；③共用引航道的另一个船闸处于进闸状态；④该船闸对应的待闸段处于补船状态；⑤共用引航道的另一个船闸对应的待闸段处于补船状态。

4 讨论

（1）坝区河段船舶交通冲突避碰规则。在多线船闸并列运行时，进出闸的船舶交通流间将可能由于航路交叉而出现冲突现象，如果沿用以往的习惯航法，上、下行航路的交叉将会随驾驶员的经验变化，交叉方式和潜在冲突区的位置将变得无序，当航路上存在桥梁等限制性因素时，船舶间碰撞的风险将大大增加。鉴于以上问题，可将船舶定线制纳入到坝区航段交通管制的范畴，不仅可以使船舶的航路得到规范，船舶交通流间的冲突方式也可以随之确定，潜在冲突区的位置也将能从空间上进行定位，从而使得通过管理手段来减少船舶在潜在冲突区的交叉成为可能。

坝区河段船舶定线制方式主要根据上下游航路的交叉点数量、坝区河段的通航水流条件情况，并结合当前内河习惯航法等多种因素综合确定［6］。在拟定的各自靠右的定线制方案下，洪水期航路上游有4种交叉方式、1个交叉点，下游有6种交叉方式、3个交叉点（表2），潜在冲突区的位置主要位于口门区及连接段（图1）。在冲突方式和冲突区位置相对明确的情况下，调度监控室可利用VTS（船舶交通管理系统）随时掌握各闸次船舶的进出闸位置信息，当出闸船舶将可能与进闸船舶在潜在冲突区交汇时，可通过适当延迟船舶的出闸来进行规避；或是将船舶的进出闸航路录入AIS系统，以辅助船舶航行，预防船舶冲突。

（2）并列多线船闸逐级调度的必要性。一般情况下，船舶交通流具有随机性特点，而通过逐级调度尤其是锚地向停泊段间的远程调度，可以有效控制坝区河段船舶的数量，使得该区域的船舶交通流量相对均衡，避免了进出闸船舶数量突然增多而带来的拥堵，也避免了由此而产生的安全隐患。在远程调度过程中，虽然远程锚地距离船闸较远，调度时间较长，但由于船闸口门区附近设置有停泊段，且引航道有待闸段，两者合计上游闸区可停靠6个闸次的船，下游闸区可停靠8个闸次的船，上、下游闸区同时可供待闸的船舶数量将近150艘，完全可以满足现状船舶待闸的需要，也为远程调度提供了缓冲。

（3）船闸交通组织规则的应用。2010～2013年间，长洲双线船闸日均过闸船舶数量为224～246艘次，常态情况下，4座船闸的通过能力将大大超过过闸需求，为提高船闸闸室的利用率，同时为了节约船闸用水，如果4座船闸的水深都能满足，而待闸船舶数量不多时，应尽量减少投入运营的船闸数量，即在一定的允许等待时间范围内，可以通过控制船闸的运行数量，来降低由于更多船闸投入运行而产生的更为严重的冲突问题，同时，运行船闸数量的减少也可以一定程度上降低调度的难度。

表2图1的航路交叉情况表Tab.2Situation of route crossing of Fig.1

由于水上交通情况的复杂性，为保障交通管理的统一性和权威性，船闸管理方需要联合海事、航道等部门制定船闸调度技术规程，以形成具有法律效力的过闸规章制度。

5 结语

长洲枢纽四座船闸并列布置，船闸规模不同，通航环境复杂，科学合理的交通组织方案是船闸安全、高效运行的重要保障。本文根据船闸的布置特点及河段的通航环境特点，分析了船闸调度运行机制，研究了长洲枢纽四座船闸交通组织规则，提出了采用定线制来规范坝区河段航路，利用逐级调度来调节船舶交通流量，建立VTS、AIS等保障系统来监测预控等一套管控手段来规避坝区河段船舶的冲突问题，为长洲枢纽多线船闸的联合调度运行及船舶的安全航行提供了技术保障。

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Study on traffic organization rules of Changzhou four parallel ship locks

ZHANG Ming,FENG Xiao⁃xiang
（Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering,Key Laboratory of Engineering Sediment,Ministry of Transport,Tianjin 300456,China）

The good traffic organization of multi⁃line parallel locks is an important guarantee for vessel safely and quickly passing through the ship locks,which is also a major content of ship locks traffic management.Accord⁃ing to the navigation environment characteristics of Changzhou ship locks,the joint scheduling mechanism of multi⁃line parallel locks was elaborated,and traffic organization principle and rules of Changzhou parallel ship locks were studied,the security measures were finally put forward.The results may be a good reference for the transportation department managing the inland multi⁃line parallel locks.

multi⁃line locks;lock scheduling;rule;traffic organization;traffic conflict;Changzhou

U641；TV61

A

1005-8443（2015）04-0329-05

2014-12-09；

2015-03-09

张明（1981-）,男,河南省信阳人，助理研究员,主要从事动力地貌、遥感应用及港航工程研究。

Biography：ZHANG Ming（1981-），male，assistant professor.