大治河西枢纽双线船闸工程规模研究

张 婧，田利勇，孙陆军

(上海市水利工程设计研究院有限公司，上海 200061)

大治河西枢纽位于上海市闵行区，是大芦线大治河段西段入黄浦江航道的重要控制口门，现状大治河西枢纽船闸规模为300t级，船闸通过能力为1200万t/年(过闸总吨位)。随着近年来经济的迅速发展，尤其是浦东新区的开发、开放以及临港新城的建设，建筑材料的需求量及上海市浦西外运的生活垃圾呈逐年上升趋势，大治河西枢纽承运已为超饱和状态，船闸的通过能力已无法适应运量发展的需求。同时，随着洋山深水港一期工程、芦潮港内河集装箱港区的相继建成，大芦线航道将承担集装箱的集疏运任务，主力船型以500～1000t级国标船型为主，现有船闸的尺度已不能满足要求。

为满足内河航运量增长和船型发展的需要，根据上海市内河航运发展规划[1- 2]，将大治河西枢纽拓建为双线船闸。如何合理地确定双线船闸的工程规模，以满足航线近远期的发展需求，是大治河西枢纽建设需要研究的重点和难点之一。结合现有船闸工程规模相关研究[3- 7]，本文通过水运量预测、船闸尺度拟定、工程规模方案比选等，对大治河西枢纽双线船闸的工程规模进行论证研究。

1 水运量预测

船闸的设计水平年采用船闸建成后20～30年，以满足未来的运输发展需求[8]，本文研究以《大治河西枢纽规划调整报告》[9]为依据，现状水平年为2010年，设计水平年确定为2015、2020、2025、2030、2035、2040年。根据大芦线腹地的经济和社会发展对交通运输的需求，综合考虑芦潮港内河 港区建设对内河运输带来的影响，以及大芦线航道沿线大型社区建设、浦东新区的上海迪斯尼项目、南汇新城建设等新城建设和重点项目对腹地水运需求的影响，结合大芦线航道主要货种运输需求变化的特点和大芦线航道二期工程对航道货运发展水平预测成果，预测各水平年大治河西枢纽船闸过闸货运量，成果如图1所示。

图1 过闸货运量发展趋势(进出闸合计)

2 船闸尺度及通过能力

2.1 设计代表船型

大芦线航道通过苏申外港线、长湖申线、杭申线等与苏、浙、皖三省及长江水系内河航道网连通。因此，在确定过闸设计代表船型和营运组织方案时，收集并考虑了三省一市的内河代表船型。根据《长江三角洲高等级航道网规划》中论证推荐规划船型和GB50139—2004《内河通航标准》推荐的船型，综合船型发展趋势，推荐下列规划船型及营运组织，见表1。

表1 设计代表船型尺度表 单位：m

2.2 尺度初拟

现状一线船闸的闸室有效尺度为300m×20m×2.4m(长×宽×门槛水深)，年通过能力为1200t。根据工程通航等级、设计船型以及一线船闸的现状，并结合运输发展趋势、集装箱量与散货量的比例等情况，分以下3种闸室停靠船舶组合，初拟新建船闸的有效尺度[10](有效长度×有效宽度×门槛水深)：

(1)300m×23m×4.5m：考虑闸室同时停靠两列船舶，90TEU集装箱船停靠一列。

(2)300m×27m×4.5m：考虑闸室同时停靠二列船舶，90TEU集装箱船停靠二列。

(3)300m×34m×4.5m：考虑闸室同时停靠三列船舶，90TEU集装箱船停靠二列。

2.3 通过能力计算

根据船闸的尺度及典型的船舶过闸组合方式，结合货运量与货种的变化和发展，分以下4个阶段：

第一阶段：2015年前，以散杂货运输为主、集装箱运输发展阶段。

第二阶段：2015—2020年，散杂货运输稳步发展，1000t级散杂货为主流船型，集装箱运输船舶比重持续快速发展阶段。

第三阶段：2020—2025年，集装箱运输稳步发展，散杂货运输量趋于下降，集装箱船与1000t级散杂货船并驾齐驱阶段。

第四阶段：2025—2040年，散杂货运输量继续下降并趋于平稳，集装箱和垃圾集装箱运输保持平稳并少量增长，各类货物运输趋于稳定阶段。

根据现状船闸的运营情况及预测水运量分析，大治河西枢纽船闸的下行货运量显著大于上行的量，其年通过能力主要体现在是否满足年过闸总载重吨位(下行)的要求。参照JTJ 305—2001《船闸总体设计规范》第6.1节，根据不同船闸规模的一次过闸平均载重吨位、一次过闸时间、日均过闸次数等参数，计算得出船闸的单向年过闸船舶总载重吨位(下行)。详见表2。

表2 单向年过闸船舶总载重吨位(即通过能力)计算表 单位：万t

3 工程规模论证分析

在二线船闸新建的基础上，双线船闸规模的确定考虑三种方案：一线船闸分别为维持现状、维修加固和拆除改建，具体分析如下：

3.1 新建二线船闸+一线船闸维持现状

二线船闸按有效宽度23、27、34m考虑，一线船闸维持现状，枢纽通过能力见表3。

表3 新建二线船闸+一线船闸维持现状通过能力计算表 单位：万t

可以看出：至2015年，仅二线船闸按有效宽度34m建设时，双线船闸总载重吨位满足过闸总载重吨位的预测需求；2015年以后，双线船闸总载重吨位均不满足过闸总载重吨位的预测需求，且存在较大缺口。因此，二线船闸新建后，若一线船闸维持现状，不能满足航运发展需求。

3.2 新建二线船闸+一线船闸维修加固

二线船闸按有效宽度23、27、34m考虑，一线船闸维修加固，枢纽通过能力见表4。

表4 新建二线船闸+一线船闸维修加固通过能力计算表 单位：万t

可以看出：二线船闸按有效宽度23、27m建设，一线船闸维修加固，2015年以后，双线船闸总载重吨位均不满足过闸总载重吨位的预测需求；新建二线船闸的有效宽度按34m， 2015—2040年间，双线船闸总载重吨位不满足过闸总载重吨位的预测需求，2015—2020年间缺口达到480t/年；至2040年，虽然双线船闸总载重吨位可以满足预测需求，但基本无余量。此外，将来船舶标准化和大型化以后，仅对现有一线船闸进行维修和局部改造难以满足设计船型过闸的尺寸要求，进而影响双线船闸整体功能的发挥。因此，二线船闸新建后，如果一线船闸维修加固，不能满足航运发展需求。

3.3 新建二线船闸+一线船闸拆除改建

新建二线船闸及改建一线船闸的有效宽度按23、27、34m三种宽度进行组合，枢纽通过能力见表5。

表5 新建二线船闸+一线船闸拆除重建通过能力计算表 单位：万t

可以看出：“23m+23m”方案在第二阶段(2015—2020年) 船闸的通过能力不能满足航运需求，约存在81万t/年的缺口。“27m+23m”、“27m+27m”及“34m+23m”方案过闸总能力均能满足大芦线航道到2040年的运输需求。“27m+23m”方案余量相对较小，“27m+27m”及“34m+23m”方案均留有一定的发展余地，可为不可预见的运量发展保留一定的余量。“34m+23m”方案相对在一线船闸改建时，船闸通过能力与过闸总吨位需求的缺口最小，施工期航运影响相对小。“27m+23m”方案和“27m+27m”方案的工程投资和征地相对小。其中，“27m+23m”方案闸室宽度虽然为标准宽度，但在停靠90TEU集装箱船舶时，仅能停靠一列；27m宽闸室则可以停靠二列，闸室宽度可以得到充分利用，有利于运行组织，而且经测算工程投资增加不大。

综合考虑，本次研究推荐“27m+27m”方案，近期新建二线船闸及远期改建二线船闸的有效尺度均推荐为：300m×27m×4.5m。

4 结论

(1)通过船闸过闸能力过程分析，无论二线船闸采取23、27m还是34m方案，仅新建二线船闸，一线船闸采取维持现状或加固维修，均无法满足过闸货运量的持续快速增长，必须对现有的一线船闸进行改建。

(2) “23m+23m”工程规模方案在第二阶段(2015—2020年) 船闸的通过能力不能满足航运需求，“27m+23m”、“27m+27m”及“34m+23m”方案过闸总能力均能满足大芦线航道到2040年的运输需求。

(3)从通过能力保障、一线船闸改建期间的货运缺口、工程投资及征地、通行集装箱船时利用率等角度综合考虑，推荐近期新建二线船闸及远期一线船闸改建的有效尺度均为300m×27m×4.5m。

推荐工程规模组合可适应近、远期发展需求，对类似工程有一定借鉴意义。