影响内河航道通航条件的若干因素及管理手段

孙向举，何建新，何广全

（1.徐州市港航事业发展中心，江苏 徐州 221000；2.江苏科兴项目管理有限公司，江苏 南京 210000）

0 引言

内河航道作为贸易、运输等重要活动的基础设施，其通畅性直接影响经济发展水平。在航道管理运营中，水深、水流、气候变化等因素会对航道通行产生影响，深入了解这些影响因素，并采取针对性措施，能够更好地保障内河航道的安全通航，推动内河交通的可持续发展。因此，对影响内河航道通航条件的相关因素进行研究，探讨如何科学高效地进行航道管理具有重要意义。

1 内河航道概述

内河航道是陆地内部的水道网络系统，能够连接各个地区的水上交通，实现货物输送以及地区之间的交通通行，对于内陆贸易、旅游及文化交流等活动具有重要作用。《内河航道通航标准》（GB 50139—2014）等相关规范对内河航道的类型作出了明确划分，将内河航道分为渠化内河航道、限制性内河航道及天然内河航道。同时，根据各类航道的通航能力、水深、规模及交通重要性等因素，将之划分为不同的通航等级。例如，规定三级内河航道的最低标准水深为3.2m、底宽要求45m。在内河航道通航条件的定义方面，相关标准规范将之划分为通航水流条件、通航气象条件、通航尺度、河床边界条件等。内河航道通航条件是船舶在通航期正常航行的关键要素，因此船舶航行前必须确保内河航道通航条件达到完备状态，消除影响航道通航的因素，保证船舶顺利通航[1]。

2 内河航道通航条件及影响因素

2.1 通航尺度条件及影响因素

在内河航道通航中，通航尺度主要为航道整体尺度、航道断面信息及通航尺度等，作为保障船舶正常通航的重要条件，通航尺度会对船舶作出一定的限制，因此为保证安全通航，需要严格控制船舶载重及规格。

航道尺度对内河航道通航的影响主要如下：

第一，按照内河航道通航标准要求，不同等级的航道在使用过程中，会限制不同规格的船舶通行，主要原因是航道水深与船舶的最大承载极限值成正比关系，如果船舶承载量过大，则无法在水深较低的航道内正常航行。航道水深“H”为航道水面至底部的直线距离，按照通航标准规范，航道水深通常需要对应相应的“设计船型吃水标准”，通航船舶的实际吃水量超过吃水标准值，则表示该船舶在航道内通航时具有一定风险（见图1）。

图1 航道水深图示

第二，航道宽度表示通航的航道中心线至航道两岸的水平距离，在航道通航过程中，如果船舶的通航宽度大于航道宽度，或者略微小于航道宽度无法留有富余宽度，则会导致船舶无法在航道内正常通航。

第三，在弯曲河道内，航道弯曲半径是通航尺度条件之一，航道弯曲半径较小会影响船舶的转向与控制，航道弯曲半径低于所规定的最小限值，则表示船舶不具备完善的通航尺度条件，此时船舶无法在航道内正常通行[2]。

2.2 通航水流条件及影响因素

在内河航道通航过程中，通航水流条件通常包括河流的水面比降系数、河流水流速度、河流流向及流态等。如果航行过程中不具备适宜的通航水流条件，则会导致船舶航行中出现转向难以控制、船舶脱离航道等情况，会给航道通航安全造成一定威胁。影响通航水流条件的因素包括以下几个方面：

第一，航道布局与走向会影响局部水流的实际流向，在局部水流的相互作用下，航道内容易出现复杂的水流形态，约束船舶的正常通行。例如，在局部水流的变化下，如果航道中出现横向水流，其产生的作用力会使船舶脱离正常航道，甚至引发通航事故。

第二，航道落差及地势地形等是影响通航水流比降条件的重要因素，如果局部航道流段的落差超过600mm，船舶途经落差段时会出现严重的船体颠簸，小型船舶甚至会出现侧翻等事故。

2.3 通航气象条件及影响因素

通航气象条件会对内河航道通航产生间接影响。在船舶航行期间，特殊的气象条件可能引发河道水流条件产生变化，在一定程度上使船舶航行受到影响。以潜江市至仙桃市段的航道为例，由于该地区具有显著的亚热带季风气候特点，沿航道地区的年降水量在800～1400mm 之间，当地的平均降水量较大，显著提升航道上游来水量，导致水位上升，使航道的水态更加复杂。因此，当地航道通航需要限制船舶的实际规格，以最大程度上保障通航安全。

2.4 河床边界条件及影响因素

从航道通航的环境需求来看，航道周围的自然环境及边界条件会在一定程度上影响船舶航行。其中最具代表性的是航道河床边界条件对航行带来的影响，典型的表现为：部分航道中的河床因水流侵蚀而出现较厚的堆积层，堆积层在河床底部呈波浪状分布形态，航道水流因堆积层的切削而出现相互作用，导致航道水流流态相对复杂、水深分布极不均匀[3]。

影响河床边界条件的主要因素包括河床地质、航道上游水砂条件等，在这些因素的影响下，航道的河床边界条件可能不适合航道通航。例如，鹤壁市卫河航道的河床以石质河床为主，这类河床由基岩及粗砂粒构成，虽不存在明显的变形情况，但随着水流的长期侵蚀与下切，部分航道河段会出现变形情况，影响船舶的正常通行。

2.5 航道布局条件与影响因素

航道布局条件指的是航道周边的建筑物、工程设施等与航道本身的协调性。航道布局不合理，会导致船舶通航过程中出现通行受阻、通航保证率降低等情况。从航道布局条件的实际属性来看，内河航道通航中需要保证的航道布局条件包括通航净空尺度、水域过河建筑物、通航保证率等。以通航净空尺度（见图2）为例，为保证船舶安全航行，通航过程中必须确保船舶上下具有符合通航标准的净空尺度“S”，即安全航行下的预留空间。完善该通航条件，能避免船舶航行过程中与其他建筑物或设施产生碰撞，顺利通过复杂区域的河段航道。

图2 船舶通航下的净空尺度要求

影响航道布局条件的因素如下：跨航道或航道周边建筑设施位置设置不合理，导致航道航线与建筑设施布局存在碰撞冲突。例如，航道水下电缆、管道等设施布局深度低于规划航道标高（1～5 级航道低于标高2～3m，6 至7 级航道低于标高1～2m），导致船舶通航过程中可能出现船体碰撞水下设施的情况，影响通航安全。

3 内河航道通航条件管理技术

3.1 应用水文测量及预测技术保障通航水流条件

水文测量及预测技术可用于监测航道的水文特性，且能预测未来航道中水文条件的变化概率，相关部门可借助该技术监测并观察航道的水流条件，保障船舶在航道内的正常通航。具体做法如下：

第一，采用GIS 软件、ENVI 遥感技术等对航道内的水流条件进行空间分析，再利用相关软件中的水文数据可视化功能实现对通航水流条件的保护与管理。某部门采用GIS 技术，对河流航道的各个节点进行通航水流条件监测，分别获取各节点的水位、流速及水流比降等数据信息（见表1），在确保各节点水流数据无异常的情况下，准许船舶在航道内通航。

表1 GIS 技术下的航道节点水文监测数据

第二，在管理方法上，相关部门应以获得的水文测量及预测数据为依据，以《内河运输船舶标准化管理规定》（交通运输部令2014 年第23 号）等管理规范为准则，如果某时间段内显示的水文数据超出或低于航道通航标准，则应限制船舶在该航道内通行。

3.2 应用航道清淤技术保障河道边界条件

为有效改善内河航道的水流情况，提高航道通航的安全系数，相关部门应采用航道清淤技术，清理航道河床及边界的环境，完善河道边界条件，提高船舶通航效率。以淮上区航道河段的航道清淤技术及管理方法为例：以数字化测绘技术为核心，对航道内会影响船舶通航的淤积层进行精准定位，其中采用GNSS 导航定位技术获取航道河床的局部剖面模型数据，及时定位出淤积厚度≥40mm、淤积面积≥10.68m2的河床淤积层位置，之后采用装载机等工程机械进行航道底泥清除。在管理方法上，相关部门分析航道河床清淤工作的历史数据，得出将河床清淤工作控制在常规条件下2 次/月、雨季下3 次/月的频率，大幅度降低河床淤积对船舶通航造成的影响，有效改善了该地区内河航道通航的河床边界条件。

3.3 应用智能船舶技术保障航道布局条件

在当前的智能船舶技术中，一些技术单元能够做到智能化导航、智能化避碰，对保障船舶通航安全有重要作用[4]。因此，当前内河航道通航管理应采用智能船舶技术，优化航道布局条件，确保船舶顺利通航。当前，可利用的智能船舶技术包括LIDAR 扫描技术、惯性导航技术等，借助这些技术，能使船舶在航行过程中精准避开水上与水下的建筑及设施，在预定的航道中安全通行。典型做法如下：在船体周围安装激光扫描设备，借助LIDAR 技术对周围的航道环境进行3D 模拟，船体控制系统能够根据3D 环境模型信息依靠自主导航算法，自动规划航行路径，实现船舶主导航的全过程自动化。

3.4 应用水文模型与仿真技术用于保障通航尺度条件

在内河航道通航管理工作中，相关部门可采用水文模型与仿真技术对通航尺度信息进行模拟及检测，进而优化航道路线设计与决策，提高船舶通航安全性与效率。以某部门的管理方法为例，航道站台采用HEC-RAS 一维模型、二维模型技术，将目标航道的河段水流信息、水位信息等通过数学方程的方式提供给航道内船舶，实现远程指挥与船舶调度。该部门在采用CFD 仿真模拟流体技术的基础上，对航道各节点的航道断面系数进行计算，如公式（1）所示，将断面系数高于内河航道通航标准规范的节点视为高危通航路段，避免船舶进入危险通航路段，有效保障了船舶通航的安全性。

式（1）中：Q 表示航道水流流量；n 表示水流阻力的摩阻系数；A 表示横截面面积；R 表示水力半径；S 表示水流坡降。

3.5 应用实时监控系统保障通航气象条件

在通航管理工作中，相关部门应通过有效的管理手段，规避气象问题对船舶正常通航造成的影响。这需要利用信息化技术打造通航监控系统，实时获取航道周边地区的气象信息，并将其应用于管理与船舶航行指挥工作中。例如，结合WRF 气象数值模型建立气象监控系统，通过传感设备获取实时的气象信息，再由管理部门通过Matlab 等编程语言工具建立数据库，并将获得的气象数据信息汇编为船舶航行决策意见，以防范降水、冰情影响通航。

4 结语

总的来说，肃清综合因素对内河航道通航条件造成的影响，可为航道通航提供有利条件，有利于保障内河航道的通航效益及效率。因此，相关部门需要重视管理技术创新与管理工作落实等，针对影响内河航道通航条件的因素，采取针对性的管理手段，保障内河航道通航条件，促进内河航道通航条件的持续改善及优化，实现水运可持续发展。