三峡船闸运行评价模型研究*

陈淑楣(交通运输部长江航务管理局,湖北 武汉 430014)

三峡船闸运行评价模型研究*

陈淑楣
(交通运输部长江航务管理局,湖北 武汉 430014)

为科学分析三峡船闸运行指标,准确评价三峡船闸运行情况,并为管理决策提供参考,需要进行三峡船闸运行分析评价模型的研究。文章通过分析影响三峡船闸运行状态的各类因素,根据层次分析法构建三峡船闸运行评价框架,提出三峡船闸运行评价的数学模型,并根据模型对三峡船闸近年来的运行情况进行了实际计算和分析。计算结果表明,该模型能准确地反映三峡船闸的运行状态。

长江航运;三峡船闸;运行评价

三峡船闸是三峡枢纽的主要运输通道,其运行效率和通过能力对长江上游航运和沿江流域经济发展有着至关重要的影响,也是社会关注的焦点。为提升三峡船闸管理水平,需要系统研究三峡船闸运行的各类指标,准确、方便、系统和全面地掌握有关船闸运行情况,并在此基础上,构建三峡船闸通航运行分析评价体系,科学、准确地分析评价三峡船闸运行情况,为航运管理部门的决策提供科学依据,为引导长江水运市场有序发展提供有价值的参考信息。因此,开展三峡船闸运行分析评价模型研究是十分必要的。

1 船闸运行状态分析

1.1 船闸运行状态因素分析

影响船闸运行状态的因素主要包括三个方面,即船闸本身设施设备的运转状态、船舶通过船闸的航行状态、船闸通航调度管理水平[1]。

1.1.1 船闸设施运行状态

三峡船闸运行可靠性是衡量船闸的通行能力,是保障船闸畅通的必要条件。影响三峡船闸可靠性的因素主要有两个方面,一是船闸机电设备、水工建筑物的可靠性,船闸设备和水工结构的完好性是船闸能否提供服务的基础条件,因船舶在闸室或引航道内故障也可能导致船闸不能正常使用,主要统计指标包括设备完好率、设备故障碍航率和设备抢修及时率[2];二是通航环境的可靠性,在通航流量超过标准、风况和雾情不能满足通航法规的要求等情况下,船闸要停止运行。在实际运行中,这两个方面综合表现为船闸的通航率。因此,可将通航率作为评价船闸安全可靠的指标。

1.1.2 船舶过闸航行状态

船舶是船闸的服务对象,是实现三峡工程航运功能的重要载体。目前,通过三峡船闸的船舶类型主要有散货船、液货船、集装箱船、客船、汽车滚装船、工程船等。

船舶通过三峡船闸的一般流程包括:过闸申报、锚地待闸、引航道航行、闸室排档、过闸。船舶过闸指挥调度流程运行有效,抵达坝区的过闸船舶能够及时畅通地通过三峡船闸,船舶过闸秩序良好,正常情况下无船舶积压现象。因此,从船舶的角度看,其对船闸运行状况的最直接评价指标是船舶平均待闸时间和有船舶滞留的天数、平均滞留船舶艘次。

1.1.3 调度管理水平

三峡——葛洲坝梯级枢纽是三峡河段船舶通航重要设施,两坝通航实行统一的行业调度管理。从船舶过坝方式来看,有三峡一坝上下、葛洲坝一坝上下、三峡——葛洲坝两坝连续上下等;在船闸调度方式上,有多级船闸单向连续运行,单线多级船闸的单向运行、定时换向,两线多级船闸的同向运行,单级船闸的单向和双向运行等;在过坝通道的搭配上,三峡和葛洲坝船闸分别有三个闸同时运行、任意两个闸同时运行、一个闸单独运行等7种调度方式,调度管理十分复杂。从调度目标来看,主要是要尽可能地提高闸室面积利用率和运行闸次,缩短船舶待闸时间。综上,衡量三峡船闸运行状态的多因素可采用五个统计指标集中反映:船闸通航率、船舶平均在锚时间、有滞留船舶的天数、运行闸次数、闸室面积利用率。

1.2 船闸运行状态统计指标分析

为综合评价三峡船闸运行状态,定义以下五个统计指标。

1.2.1 船闸通航率

船闸通航率的数学表达式为:N=t1/T,式中t1代表统计时段内三峡船闸开通总时数,T代表统计时段内日历总时数。通航率可综合考虑船闸检修、通航流量超限、大风大雾不良气候、船舶事故碍航等多种原因造成船闸不能正常运行的影响,是船闸因素和非船闸因素影响运行可靠性的综合体现。

1.2.2 船舶平均在锚时间

船舶平均在锚时间的数学表达式为:T=t/n,式中t代表统计时段内所有船舶在锚时间的累计值,n代表在锚船舶总数。船舶平均在锚时间的长短可以客观地反映船舶待闸及船闸运行情况。

1.2.3 有滞留船舶的天数

有滞留船舶的天数,是指统计时段内曾经出现过滞留船舶的日历天。通常,当三峡船闸出现大风大雾恶劣天气、船闸检修、汛期特大洪峰等情况时,对应的船舶滞留天数较多。

1.2.4 运行闸次数

运行闸次数指统计时段内船闸通航的日平均闸次数。运行闸次数与通航环境和船闸设备的运行状态有关。2003年以来,船闸运行水平逐步提升,通航闸次数从2003年的22个闸次上升至目前的24-25个左右。

1.2.5 闸室面积利用率

闸室面积利用率的数学表达式为LM=s1/s,式中s1指统计期内过闸船舶的总面积,即所有过闸船舶的面积累加和;s指统计期内总的闸室有效面积,即总的运行闸次数乘以闸室有效面积。闸室面积利用率与过闸船型以及不同船型的到闸时间有关系,运行以来,其值一般在70%到80%之间波动。

2 船闸运行状态综合评价框架

对船闸通航状态进行综合评价,需要综合考虑服务主体船闸、服务客体船舶,以及船闸的调度管理等三个方面。从系统工程学观点出发,综合考虑船闸、船舶以及船闸的调度管理之间的相互作用与影响,可以把船闸看作一个与外界具有联系的系统,船闸的运行状态不仅决于三峡船闸自身运行的可靠性和管理的高效性,还与服务对象密切相关。因此,综合分析船闸通航状态,需要从船闸自身的可靠性、管理的高效性和服务对象要求的畅通性三个方面入手,即确定船闸运行的可靠度、高效度和畅通度为船闸通航状态综合评价的三个指标。对于此类问题,适于用层次分析法进行综合评价[3]。

船闸的可靠度主要取决于船闸基础设施的可靠性和通航环境对船闸通航状态的影响,而这些影响集中于船闸的通航率,因此船闸的可靠度可以通过船闸的通航率来表征;船闸的高效度主要是指船闸运行的高效情况,取决于船闸的管理调度水平和船舶流的特点和到达规律,具体体现在船闸的使用情况,从时间效率和空间效率两方面分析,单位时间内的运行闸次和平均闸室面积利用率是反映船闸的高效度的重要因素;船闸的畅通度反映了服务对象对过闸运输服务质量的好坏的评价,可通过船舶的在锚时间或者有滞留船舶的天数来表征。

依据层次分析法原理,提出三峡船闸运行状态综合评价框架,见图1。三峡船闸通航状态综合指数S为一级指标,其下从船闸、船舶、调度三个方面进行分类,通过可靠度R、畅通度A和高效度E三个二级指标进行评价。可靠度主要体现为船闸的通航率(单位:%),畅通度主要体现为船舶平均在锚时间(单位:小时)或有滞留船舶的天数(单位:天),高效度主要反映在平均闸室面积利用率(单位:%)和船闸运行次数(单位:闸次)。

图1 三峡船闸运行状态综合评价框架

3 船闸运行状态综合评价模型

根据上文提出的运行状态综合评价框架,可利用德尔菲法进行各指标权重的分配,并建立船闸运行状态综合评价的数学模型。

3.1 基于德尔菲法的指标权重分配

考虑到统计数据量限制,采用德尔菲法(也称专家打分法)确定三个二级指标的权重,以及五个三级指标的标准化赋值方法。

通过对水运行业管理、船闸通航管理、航运企业、科研院所等30余位专家的问卷调查,采取两两比较方法,初步确定可靠度、畅通度和高效度三个指标的权重、定性分类和取值范围,具体如表1—4所示。

3.2 三峡船闸运行状态综合指数的计算

可以把三峡船闸运行状态综合指数表示为下式:S=KR×0.25+KA×0.30+KE×0.45

其中,S——三峡船闸通航状态指数;KR——三峡船闸运行的可靠度;KA——三峡船闸运行的畅通度;KE——三峡船闸运行的高效度。三峡船闸运行状态的评价标准见表5。

表1 指标组成及权重赋值

表2 可靠度KR的定性分类及取值范围

表3 畅通度KA的定性分类及取值范围

表4 高效度KE的定性分类及标准

表5 通航状态综合指数的定性分类及标准

为了保证评价结果的精确度和可信性,采用线性插值法,得到可靠度、畅通度和高效度的计算公式。

3.2.1 可靠度计算

根据表2,可靠度计算公式如下。式中:N为通航率。

3.2.2 畅通度计算

根据表3,畅通度可根据平均在锚时间或有滞留船舶天数来计算,公式如下。式中:t为当月总天数,统一取30天,T为平均在锚时间,d为有待闸船舶天数。

3.2.3 高效度计算

考虑到日运行闸次数和闸室面积利用率具有同等的重要性,两个指标的权重均取0.5,高效度计算的年评价公式如下:

式中:LMn和LNn(n为2006,2007,2008, 2009,2010等)分别为第n年的年平均闸室利用率

式中:LMn和LNn分别为第n月的平均闸室利用率和日平均船闸运行次数;MAX(LM)和MIN(LN)分别为评价月及2010年的最大闸室面积利用率和评价月及前11个月的日最大船闸运行次数。

4 模型的计算与评价实例

使用三峡船闸2004-2010年的实际通航统计指标,根据本模型对三峡船闸运行状态的各项指标进行了试算和评价,结果如表6。和年船闸运行次数。高效度的月评价公式如下:

表6 2006-2010年三峡船闸通航状态评价定量计算结果

由于2006年和2007年船闸完建和单线通航,受工程施工影响,船闸的运行状态较差,因此综合指数值偏低,分别为76.41和78.08。施工结束后,2008年和2009年的综合指数值逐渐恢复并升高,分别为93.89和94.16,通航率较高,有船舶滞留天数少,船闸运行次数和闸室面积利用率高。2010年,由于汛期三峡坝区出现特大洪峰,不良气候频率增加,加上船闸检修,致使有船舶滞留的天数上升至135天,三峡船闸的畅通性造成较大影响,因此,综合评价值较2008年和2009年有所下降。从以上分析可以看出,本模型的计算结果与三峡船闸的实际运行状态相符合,能通过量化分析真实地反映三峡船闸运行情况,并为管理决策提供依据。

5 结语

本文分析了影响三峡船闸运行状态的各类因素,根据层次分析法构建了三峡船闸运行评价框架,提出了运行评价模型。实际计算结果表明,该模型能准确地反映三峡船闸的运行状态。随着三峡枢纽升船机的建设投用,三峡枢纽的通航方式有新的变化,今后的工作中,我们将结合升船机的运行,进一步完善本模型,使其能完整反映三峡枢纽的通航状态。

[1]刘丹雅,谭培伦.三峡(围堰发电期)——葛洲坝梯级调度规程编制[J].人民长江,2003,34(11):53 -55.

[2]李德筠,刘锡岭,等.港口与航道工程[M].北京:水利水电出版社,2005:36-49.

[3]王莲芬,许树柏.层次分析法引论[M].北京:中国人民大学出版社,1990:60-63.

U641.7

A

1672-9846(2013)04-0076-04

2013-09-28

陈淑楣(1972-),女,吉林榆树人,交通运输部长江航务管理局高级工程师,主要从事三峡工程航运技术管理及研究、三峡枢纽船闸管理工作。