长江南京以下12.5 m深水航道洪季船舶交通流特征分析

徐 新,李真真,刘义武,陈 康

(1.长江航道工程局，江苏 南京 210000；2.东南大学，江苏 南京 210000)

长江南京以下12.5 m深水航道位于长江下游的感潮河段，涵盖河流段和潮流段，航运繁忙。有效把握其交通流规律是提高通过能力、保障通航安全和营运效益的基础工作及关键问题[1]。目前，国内关于长江下游船舶交通流特征开展了一些研究工作：闫化然[2]利用MATLAB研究长江口深水航道超大型船舶交会的特征；刘钊等[3]研究了船舶交通流行为特征在水上组织的应用；陈卫宏[4]研究提高长江深水航道最高限速对船舶流的影响。船舶流量、流向是船舶流特征的重要参数，但目前缺乏对长江12.5 m深水航道船舶流的研究。本文基于2018年8月份的船舶流数据和水文数据，研究长江12.5 m深水航道船舶类型、船舶流量和流向变化规律，旨在为深水航道维护施工、水域通航安全措施制定提供依据。

1 研究区域

长江南京以下12.5 m深水航道工程建设范围为长江干线南京—太仓河段，河段全长约283 km，属于长江潮流变动段，为非正规半日浅海潮，日潮不等，受上游径流和下游潮汐的共同影响，潮波变形明显，沿程各水道感潮程度不同[5]。长江12.5 m深水航道潮位从下游向上游推移过程中产生时差；潮差自下游往上游越来越小，大潮日潮差大，小潮日潮差小；涨潮历时小于落潮历时，大潮比小潮明显[6]。

2 研究方法

收集研究区域2018年8月AIS船舶流数据、沿程的潮位数据，依次在各水道上选择5个统计断面，见图1。对通过航道1～5断面的船舶交通流量进行统计，以交通流理论为基础，结合水文分析，研究仪征、丹徒直、口岸直、福姜沙、南通水道船舶流量、流向特征。

图1 研究区域

3 研究内容

3.1 船舶类型及流向分析

3.1.1船型

根据长江江苏段船舶定线制规定(2013)，大型船舶是指船长80 m及以上的船舶、船队，小型船舶是指大型船舶之外的船舶、船队，将通过断面的船舶分为大船、小船。各水道大、小船型占比见图2。

图2 各水道大、小船型占比

从图2可知，小船在各水道占比均超过50%，仪征、口岸直水道大船与小船占比接近，小船占比在54%～56%，丹徒直、福姜沙、南通水道大船小船占比相差大，小船占比超过65%。

3.1.2船舶流向

根据沿程各断面的统计数据，沿程各水道船舶上、下行情况见图3。

从图3可知，各水道上行船舶大小船变化较大，仪征水道大船为绝对优势占比为73.2%，口岸直水道大船和小船占比相当分别为53.8%和46.2%，丹徒直、福姜沙和南通水道均以小船为主，大船占比仅在33%左右。各个水道下行船舶中小船占比均超过50%，沿程自上而下大船占比和小船占比变化小，其中大船占比在31.5%～41.3%，小船占比在58.7%～68.5%。

注：下行船舶用负值表示。

3.2 船舶流量日变化规律

3.2.1各水道上行船舶与潮位关系

图4显示大潮日潮位对船舶流量的影响。

图4 大潮日潮位对船舶流量的影响

由图4可知，上行船舶流量逐时过程线与潮位逐时过程线变化趋势一致，涨潮时段船舶流量逐时增加，落潮时段船舶流量逐时减少，且大、小船均遵循这个规律。

表1为上行船舶高峰流与潮位高峰值出现时刻统计结果。从表1可知，除仪征水道外，船舶高峰流与高潮位峰值时差在1 h以内，船舶低峰流多出现在夜间的低潮位邻近时间段。

表1 上行船舶高峰流与高峰潮位出现时刻

3.2.2各水道下行船舶与潮位关系

由表2可见，各水道船舶高峰流均滞后于高峰潮位，船舶高峰流出现在落急潮时段。图5显示长江12.5 m深水航道大潮日下行船舶与潮位的关系。从图5可知出，船舶集中在白天通行，夜间通行船舶数量较少。以上规律小船比大船明显，小船具有利于落潮下行的特征。

图5 大潮日下行船舶

表2 下行船舶高峰流与高峰潮位出现时刻

3.3 船舶流量月变化规律

3.3.11个月内大小潮上行船舶流对比分析

基于船舶流日变化的分析，仪征、丹徒直和口岸直水道潮位变化过程相似，福姜沙和南通水道相似，因此，以口岸直和南通水道为例，分析1个月内大小潮上行船舶的变化。为观察方便，小潮期间的水位与船舶流量用负值表示。

由图6可见，大潮各水道上行船舶交通流量与潮位均遵循正相关关系，船舶流与潮位的变化具有同步性，涨潮时段小时船舶流量增加，落潮时段小时船舶流量降低，船舶高峰流出现在潮位高峰值附近。小潮期间上行船舶流与潮位关系不明显。

图6 大小潮各水道上行船舶流量

3.3.21个月内大小潮下行船舶流对比分析

由图7可见，大潮船舶高峰流出现在落潮时段。小潮期间，下行船舶交通流与潮位的关系没有大潮时明显，口岸直水道船舶高峰流出现在落潮时刻，白天落潮时刻船舶通行数量较多，南通水道船舶流与潮位近似表现为正相关性。

图7 大小潮各水道下行船舶流量

3.3.31个月内逐日船舶流变化

图8显示，1个月内，日船舶数量并未随大潮、小潮出现明显差异，潮位及潮差大小对每日船舶总量影响较小。在各个水道，由于特殊原因，2018年8月3日、13日、17日、30日的船舶总量均较低。

图8 各水道8月逐日船舶流变化

4 结语

1)船型和流向特点:小船在长江12.5 m深水航道中占比均超过50%，各水道中均以小船为主；上行船舶中，仪征水道大船占绝对优势为73%，丹徒直、福姜沙和南通水道均以小船为主占比约67%，口岸直水道大船、小船占比相当；下行船舶中各水道均以小船为主占比均大于58%。

2)船舶流量日变化特点：上行船舶，各水道的船舶流量与潮位表现为正相关性；下行船舶，高峰流量均出现在落急潮型段，落急潮型段通行船舶数量较多，落潮对小船影响更明显。

3)船舶流量月变化特点：大潮各水道船舶流量与潮位的关系显著，小潮时潮位对船舶流量的影响较弱，几乎不存在关系。1个月内，日船舶数量并未随大潮、小潮出现明显差异，潮位及潮差大小对每日船舶总量影响较小。