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船闸待闸时间的确定及服务水平

吴玲莉 张玮

吴玲莉, 张玮. 船闸待闸时间的确定及服务水平[J]. 交通运输工程学报, 2003, 3(3): 117-121.
引用本文: 吴玲莉, 张玮. 船闸待闸时间的确定及服务水平[J]. 交通运输工程学报, 2003, 3(3): 117-121.
WU Ling-li, ZHANG Wei. Waiting time and service level of locks[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2003, 3(3): 117-121.
Citation: WU Ling-li, ZHANG Wei. Waiting time and service level of locks[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2003, 3(3): 117-121.

船闸待闸时间的确定及服务水平

基金项目: 

江苏交通科学研究计划项目 02Y017

详细信息
    作者简介:

    吴玲莉(1978-), 女, 安徽无为人, 博士生, 从事港口航道及海岸工程研究

  • 中图分类号: U641.71

Waiting time and service level of locks

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Article Text (Baidu Translation)
  • 摘要: 从船闸的实际运行情况出发, 对个体待闸时间和整体待闸时间进行了统计分析, 提出了计算过闸船舶的待闸时间的几种方法, 并对船闸的压船时间、船闸通过能力与服务水平之间的关系作了探讨。发现施桥船闸中船队的日待闸时间主要分布在0~4h, 机动船的日待闸时间主要分布在4~8h;上行船舶的日待闸时间主要分布在0~4h, 下行船舶的日待闸时间主要分布在0~8h。结果表明, 船闸的待闸时间和通过能力及运行情况密切相关, 因而可以从待闸时间的角度, 结合船闸的实际通过能力, 评价船闸的服务水平和运行状况。

     

  • 京杭运河徐州至扬州段, 又称苏北运河, 位于京杭运河的中部, 为中国最繁忙的高等级内河航运干线, 也是交通部“十五”重点建设项目“二纵三横二网”中的“一纵”——京杭运河的重要组成部分。苏北运河沿线分为十一个梯级, 均设置船闸。根据近年的运行统计资料, 船闸通过量每年都在上升, 航道堵塞、船闸堵船的现象时有发生, 且有日益加剧趋势, 在一定程度上影响了大运河经济效益的发挥及沿线工农业生产的发展, 因此, 研究船闸的到船过船特性很有必要。许多学者曾对船闸通过能力作过深入的分析和探讨[1-3], 但是, 对于繁忙河段上船闸的到船和过船随机特性缺乏分析。本文拟根据施桥船闸统计数据, 对船闸的待闸时间进行分析研究, 希望对评价船闸的运行情况有所帮助[4-9]

    施桥船闸是苏北运河南下入江的最后一个梯级船闸, 在京杭大运河苏北段的十个船闸中, 它的营运压力相对较小。根据现场调查, 待船时间一般少于1~2 d, 船民对此比较满意, 并且该闸从2000年9月开始采用计算机操作管理, 资料完备, 便于进行详细分析研究, 故本文的实际分析资料都是以2001年施桥船闸的实际运行资料为依据。

    通过对施桥船闸的统计分析, 发现其通过能力是可变化的。根据来船情况的不同, 即货运量需求的不同, 船闸可以发挥不同的通过能力, 而在不同的通过能力下, 过闸船舶的待闸情况也不相同。2001年中7月施桥船闸来船量最大, 而其过船量也是最大, 这说明了船闸有一定调节能力, 但同时以船舶的积压为代价。当过闸需求达到一定量时, 到闸船舶不能及时被疏散, 造成船舶在闸前等待, 严重时会出现船闸堵船现象。压船严重影响了船闸的服务质量和经济效益的发挥, 所以有必要对其进行分析。

    为了合理分析压船现象, 引入个体待闸时间。个体待闸时间是一个相对概念, 不是指单个船队或单艘机动船的待闸时间, 而是相对于整个由不同类别的船组成的待闸船舶, 即不同种类船的待闸时间。就施桥船闸来说, 主要有船队和机动船两种个体之分, 由于它们在进入船闸后的调度过闸方式有差别, 所以分析时将两者分开统计, 以d为单位, 统计不同个体的日待闸时间。

    1.2.1   以船舶的载重吨位作权重统计

    (1) 船队的日待闸时间为

    Τn=Νj=1DjtjΝj=1Dj(1)

    式中: Tn为第n天的整个过闸船队的待闸时间; Dj为第j个船队的载重吨位; tj为第n天第j个船队的待闸时间(可由原始资料获得); N为第n天通过船闸的船队个数。

    (2) 机动船的日待闸时间

    Τn=Μi=1WitiΜi=1Wi (2)

    式中: Tn为第n天的整个过闸机动船的待闸时间; Wi为第i艘机动船的载重吨位; ti为第n天第i艘机动船的待闸时间(可由原始资料获得); M为第n天通过船闸的机动船舶数。

    由此统计出施桥船闸2001年上下行船队和机动船日待闸时间的频率分布曲线, 如图 12所示。

    图  1  船队日待闸时间分布
    Figure  1.  Daily distributations of fleets' waiting time
    图  2  机动船日待闸时间分布
    Figure  2.  Daily distributations of motorized junks' waiting time
    1.2.2   以船舶的艘数作权重统计

    (1) 船队的日待闸时间

    根据船队的到闸过闸时间记录, 统计出单个船队的待闸时间tj; 将船队个数转换为驳船艘数计算, 再用船舶的艘数作为权重, 统计第n天的整个过闸船队的待闸情况, 计算公式为

    Τn=Νj=1BitjΝj=1Bi(3)

    式中: Bj为第j个船队的驳船数, 其余参数意义同上述。

    (2) 机动船的日待闸时间

    根据机动船的原始到闸过闸时间记录, 得到该天单艘机动船的待闸时间ti; 汇总后除以该天过闸的总机动船数, 即为整个过闸机动船的日平均待闸时间, 按下式计算

    Τn=Μi=1tiΜ(4)

    式中: 参数意义同上。

    同理可以统计出2001年施桥上下行船队和机动船日待闸时间的频率分布, 如图 34所示。

    图  3  船队日待闸时间分布
    Figure  3.  Daily distributations of fleets' waiting time
    图  4  机动船日待闸时间分布
    Figure  4.  Daily distributations of motorized junks' waiting time

    由施桥船闸船队和机动船的日待闸时间分布图(图 1~4) 可以看出, 船队的日平均待闸时间主要分布在0~4 h, 机动船的日待闸时间主要分布在4~8 h。由此可见机动船相对于船队来说待闸时间长, 这与船闸对不同类型过闸船舶的调度方式不同有关。

    将施桥船闸船队和机动船的日待闸时间分成若干等级, 统计每个等级所出现的天数, 计算出对应的频率, 即可绘制出日待闸时间频率分布曲线, 对其进行积分, 求出小于某一待闸时间的累积频率, 即可绘出累积频率曲线, 详见图 56

    图  5  按来船吨位施桥船舶日待闸时间累积曲线
    Figure  5.  Cumulate frequencies of ships' daily waiting time at Shiqiao lock based on arriving tonnage
    图  6  按来船艘数施桥船舶日待闸时间累积曲线
    Figure  6.  Cumulate frequencies of ships' daily waiting time at Shiqiao lock based on arriving amount

    图 56可以得到, 保证率为50%所对应的船队和机动船的日待闸时间分别为4.3 h和5.7 h (按照艘数统计) 或3.8 h和5.5 h (按照吨位统计); 98%概率对应的船队和机动船的日待闸时间分别为18.1 h和19.8 h (按照艘数统计) 或17.4 h和19.8 h (按照吨位统计)。表 12分别给出了施桥船闸船队和机动船的日待闸时间的详细统计结果。

    表  1  施桥船闸船队日平均待闸时间统计
    Table  1.  Average daily waiting times of fleets at Shiqiao lock & #160;/h
    类别 上行 下行 上下行合计
    按吨位计 按艘数计 按吨位计 按艘数计 按吨位统计 按艘数统计
    最大值 26.97 27.17 40.63 39.20 31.76 30.74
    最小值 0.60 0.64 0.67 0.72 0.65 0.74
    50%累积频率 3.0 3.1 4.4 4.5 3.8 4.3
    98%累积频率 15.4 15.7 23.7 23.6 17.4 18.1
    均值 3.88 4.14 5.84 6.19 5.02 5.37
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    表  2  施桥船闸机动船日平均待闸时间统计
    Table  2.  Average daily waiting times of motorized junks at Shiqiao lock & #160;/h
    类别 上行 下行 上下行合计
    按吨位计 按艘数计 按吨位计 按艘数计 按吨位统计 按艘数统计
    最大值 29.17 31.25 36.35 35.34 25.21 25.17
    最小值 1.37 1.38 1.48 1.53 1.94 2.11
    50%累积频率 4.0 4.1 6.1 6.2 5.5 5.7
    98%累积频率 15.0 15.8 22.7 22.7 19.6 19.8
    均值 4.71 4.81 6.97 7.18 5.87 6.06
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    分析船闸的压船情况时不能仅以机动船或船队的待闸时间作为衡量因素, 而要对整个待闸船舶进行整体分析, 故引入船闸整体待闸时间的概念。即考虑所有到达船闸的船舶, 将它们的个体待闸时间加以综合, 统计出整个船闸的待闸时间, 作为统计压船时间的依据。统计时分别以吨位和艘数作为权重, 仍以施桥船闸为例。

    1.3.1   以船舶的载重吨位作为权重

    根据船舶的到闸过闸时间记录, 分别统计出单艘机动船或单个船队的待闸时间titj; 再用船舶的准载吨位作为权重, 统计第n天的整个过闸船舶的待闸情况, 计算公式为

    Τn=Μi=1Witi+Νj=1DjtjΜi=1Wi+Νj=1Dj(5)

    式中: Tn为第n天的整个过闸船舶的整体待闸时间; Wi为第i艘机动船的载重吨位; Dj为第j个船队的载重吨位; ti为第i艘机动船的待闸时间; tj为第j个船队的待闸时间; M为第n天通过船闸的机动船舶数; N为第n天通过船闸的船队个数。

    这样计算出的日待闸时间Tn可以反映出过闸船舶等待过闸的真实情况, 从而具有统计意义上的合理性。按照这种方法可以统计出船闸全年365 d的整体待闸时间Ti (i=1, 2, …, 365), 继而可对船闸的压船情况进行评价。如图 7所示, 施桥船闸的上行船的日待闸时间主要分布于0~4 h, 而下行船的日待闸时间在0~8 h, 说明下行比上行易造成压船, 因为下行比上行船多。

    图  7  按照来船吨位施桥船闸的日待闸时间分布
    Figure  7.  Daily distributations of waiting time at Shiqiao lock based on arriving tonnage
    1.3.2   以船舶的艘数作为权重

    对于船队个数, 将其转换为驳船的艘数, 便于和机动船只统一起来分析。步骤如下: 根据船舶的到闸过闸时间记录, 分别统计出单艘机动船或单个船队的待闸时间titj; 再用船舶的艘数作为权重, 统计第n天的整个过闸船舶的待闸情况, 计算公式为

    Τn=Μi=1ti+Νj=1BjtjΜ+Νj=1Bj (6)

    式中: Tn为第n天的过闸船舶的整体待闸时间; Bj为第j个船队的驳船数; ti为第i艘机动船的待闸时间; tj为第j个船队的待闸时间; M为第n天通过船闸的机动船只数; N为第n天通过船闸的船队个数。同理可以统计出全年365 d的Ti (i=1, 2, …, 365), 整体待闸时间日分布如图 8所示。

    图  8  按照来船艘数施桥船闸的日待闸时间分布
    Figure  8.  Daily distributations of waiting time at Shiqiao lock based on arriving amount

    对船闸压船必须有个合理明确的定义, 以往定义船闸压船的依据是认为只要等待过闸的某艘船舶的待闸时间大于1 d或2 d, 船闸就压船了。这既没有反映出船闸积压的船舶数, 也没有反映出压船时间, 所以不够清晰。如果按照这样来统计施桥船闸的压船情况, 则下行船舶一年中有186 d压船, 上行船舶一年中有177 d压船, 这与施桥船闸的实际运行情况不符。所以应从船闸整体的角度, 分析船闸的整体待闸时间。

    将船闸来船量由大到小排序, 按到船量最大1、7、30、60、90、180 d对整体待闸时间进行计算(表 3), 可看出随着日到船量的减少, 日待闸时间也呈减少趋势。即船闸越繁忙, 到船量越集中, 船舶的待闸时间就越长, 船闸就越易形成压船。这里取1、7、30、60、90、182 d, 主要是与日、周、月等时间单位对应起来, 便于分析。由图 9也可看出, 一年中船闸的日整体待闸时间基本上随着来船量的改变而变化。

    表  3  不同繁忙程度整体待闸时间统计
    Table  3.  Integral waiting times of different busy degrees
    统计时段 日到船量 日待闸时间/h 折成年待闸时间/d
    按艘数计 按吨位计 按艘数计 按吨位计 按艘数计 按吨位计
    到船最大1 d 1393 254097 18.50 18.03 281.38 274.24
    到船最大7 d 1366 276898 8.81 8.50 134.06 129.21
    到船最大30 d 1280 256501 7.70 7.33 117.12 111.54
    到船最大60 d 1221 243212 6.88 6.50 104.60 98.88
    到船最大90 d 1181 235795 6.81 6.44 103.61 98.00
    到船最大180 d 1103 220717 6.09 5.72 92.55 87.02
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    图  9  日到船量及整体待闸时间分布
    Figure  9.  Distributations of daily arriving amount and integral waiting time

    由此可见, 船闸的整体待闸时间与其繁忙程度有关, 而船闸不同的繁忙程度对应了不同的到船和过船量, 也即是对应了不同的通过能力。所以在不同的通过能力下, 发生压船的可能性也不同, 因此可从船闸不同的压船时间和对应的不同船闸通过能力的保证率的角度来定义船闸的运行服务水平。其可分为6个等级, 即将1、7、30、60、90、180 d作为不同的全年压船时间等级, 如果船闸全年实际压船时间不超过某一等级的压船时间, 则通过能力就具有了相应等级的保证率, 船闸就对应了一定的服务水平, 详见表 4

    表  4  船闸服务水平等级划分
    Table  4.  Grade partition of locks service level
    船闸服务水平等级 一级 二级 三级 四级 五级 六级
    压船时间/d 1 7 30 60 90 180
    通过能力保证率/% 100 98 92 84 75 51
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    可见, 一级服务水平表示船闸全年压船时间不超过1 d, 几乎天天可以正常过船, 所以通过能力保证率为100%;二级服务水平表示船闸全年压船时间不超过7 d, 即全年有358 d可以保证正常过船, 通过能力保证率为98%;其余等级以此类推。

    (1) 船闸的待闸时间是评价船闸通过能力和船闸运行情况的关键因素。实际船闸运行时虽然受航道、水位、天气状况的影响, 但主要和来船情况关系密切。船闸来船过船情况直接反映了船闸通过能力的大小, 船闸待闸时间的短长也同时反映了船闸通过能力和运行情况发挥的优劣。

    (2) 判断船闸压船应以船闸压船时间为依据, 计算船闸的压船时间应从船闸整体角度出发, 即计算船闸的整体待闸时间。式(5) 和式(6) 分别以船舶吨位和船舶艘数作为权重计算船闸的整体待闸时间。

    (3) 鉴于目前对船闸服务水平缺乏评价依据, 可以从船闸的压船时间和对应的不同船闸通过能力保证率的角度来定义船闸的运行服务水平。

    (4) 影响船闸通过能力的因素很多, 以往通常集中于对通过能力计算公式中的参数进行讨论[4], 没有结合实际船闸的运行情况给予评价。本文从船舶待闸这一新的角度, 结合实际运行情况, 分析了苏北运河施桥船闸的过船情况, 希望对研究船闸的通过能力和评价船闸的服务水平有参考价值。

  • 图  1  船队日待闸时间分布

    Figure  1.  Daily distributations of fleets' waiting time

    图  2  机动船日待闸时间分布

    Figure  2.  Daily distributations of motorized junks' waiting time

    图  3  船队日待闸时间分布

    Figure  3.  Daily distributations of fleets' waiting time

    图  4  机动船日待闸时间分布

    Figure  4.  Daily distributations of motorized junks' waiting time

    图  5  按来船吨位施桥船舶日待闸时间累积曲线

    Figure  5.  Cumulate frequencies of ships' daily waiting time at Shiqiao lock based on arriving tonnage

    图  6  按来船艘数施桥船舶日待闸时间累积曲线

    Figure  6.  Cumulate frequencies of ships' daily waiting time at Shiqiao lock based on arriving amount

    图  7  按照来船吨位施桥船闸的日待闸时间分布

    Figure  7.  Daily distributations of waiting time at Shiqiao lock based on arriving tonnage

    图  8  按照来船艘数施桥船闸的日待闸时间分布

    Figure  8.  Daily distributations of waiting time at Shiqiao lock based on arriving amount

    图  9  日到船量及整体待闸时间分布

    Figure  9.  Distributations of daily arriving amount and integral waiting time

    表  1  施桥船闸船队日平均待闸时间统计

    Table  1.   Average daily waiting times of fleets at Shiqiao lock & #160;/h

    类别 上行 下行 上下行合计
    按吨位计 按艘数计 按吨位计 按艘数计 按吨位统计 按艘数统计
    最大值 26.97 27.17 40.63 39.20 31.76 30.74
    最小值 0.60 0.64 0.67 0.72 0.65 0.74
    50%累积频率 3.0 3.1 4.4 4.5 3.8 4.3
    98%累积频率 15.4 15.7 23.7 23.6 17.4 18.1
    均值 3.88 4.14 5.84 6.19 5.02 5.37
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    表  2  施桥船闸机动船日平均待闸时间统计

    Table  2.   Average daily waiting times of motorized junks at Shiqiao lock & #160;/h

    类别 上行 下行 上下行合计
    按吨位计 按艘数计 按吨位计 按艘数计 按吨位统计 按艘数统计
    最大值 29.17 31.25 36.35 35.34 25.21 25.17
    最小值 1.37 1.38 1.48 1.53 1.94 2.11
    50%累积频率 4.0 4.1 6.1 6.2 5.5 5.7
    98%累积频率 15.0 15.8 22.7 22.7 19.6 19.8
    均值 4.71 4.81 6.97 7.18 5.87 6.06
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    表  3  不同繁忙程度整体待闸时间统计

    Table  3.   Integral waiting times of different busy degrees

    统计时段 日到船量 日待闸时间/h 折成年待闸时间/d
    按艘数计 按吨位计 按艘数计 按吨位计 按艘数计 按吨位计
    到船最大1 d 1393 254097 18.50 18.03 281.38 274.24
    到船最大7 d 1366 276898 8.81 8.50 134.06 129.21
    到船最大30 d 1280 256501 7.70 7.33 117.12 111.54
    到船最大60 d 1221 243212 6.88 6.50 104.60 98.88
    到船最大90 d 1181 235795 6.81 6.44 103.61 98.00
    到船最大180 d 1103 220717 6.09 5.72 92.55 87.02
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    表  4  船闸服务水平等级划分

    Table  4.   Grade partition of locks service level

    船闸服务水平等级 一级 二级 三级 四级 五级 六级
    压船时间/d 1 7 30 60 90 180
    通过能力保证率/% 100 98 92 84 75 51
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  • 收稿日期:  2003-02-01
  • 刊出日期:  2003-06-25

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