1、武汉理工大学硕士学位论文0摘 要乌江是贵州省内第一大河，乌江多梯级枢纽的兴建将极大改善乌江的航运条件，为乌江区域经济和航运事业带来了新的契机，乌江干流梯级水利枢纽将配套建设通航设施，但通航设施存在着通航设施建设进度不一致、承船箱尺寸不一致、通过时间不一致、通航流量不一致等问题，直接形成“短板”效应，随着沿江经济发展，日益增长的运输需求与枢纽通航设施通过能力之间将产生矛盾，为未雨绸缪、最大限度地提高乌江通航设施通行效率，充分发挥乌江黄金水道的优势，合理利用运输网络中各种资源，优化设计各货类船舶的高效船舶货运组织方案已迫在眉睫。乌江多梯级枢纽区域的船舶货运组织属于复杂运输网络系统，目前对于枢纽区域
2、船舶货运组织的研究主要以定性分析为主，定量分析较少且没有站在综合运输系统规划的角度分析，而针对乌江的相关研究至今尚未涉及。由于乌江船舶货运系统的复杂性，构建的理论优化模型与实际可能会产生偏差，优化的船舶货运组织方案的可行性需要验证，计算机仿真技术的发展为其提供了手段，为此本文针对乌江多梯级枢纽区域通航环境特点，尝试采用理论优化与仿真模拟相结合的新方法，优化设计出乌江多梯级枢纽区域高效船舶货运组织方案。 本论文首先分析多梯级枢纽的建设对乌江船舶货运组织带来的影响；其次针对乌江多梯级枢纽区域船舶货运系统特点，改进现有网络优化模型，构建出广义成本最小的乌江高效船舶货运组织优化模型，其中引入单重休假规
3、则M/G/1 枢纽排队系统模型确定船舶通过枢纽时间，并求解出初步优化方案；接着针对乌江船舶货运系统离散特性，基于 arena 平台构建出面向对象的仿真模型，以验证理论优化方案的可行性及存在的问题；最后通过理论优化方案与仿真模拟的交互优化过程，最终提出适合乌江多梯级枢纽区域货运网络的高效船舶货运组织方案。关键字：乌江 多梯级枢纽 网络优化改进模型 arena 仿真建模 高效船舶货运组织方案武汉理工大学硕士学位论文1AbstractWujiang River is the largest river in Guizhou province, but the Wu River shipping ch
4、annel condition have not been able to meet the needs of development of shipping. the construction of cascade hydro-projects will greatly improve the shipping condition of Wujiang River and bring opportunity for the developing of regional economy and the shipping industry, the multi-hub cascade of Wu
5、jiang will be supporting the shipping facilities, but there are several problem about shipping facilities: each shipping facilities has inconsistent construction progress, different size of ship lift, different time to have ship passed, different navigation flow problem and other issues, leading to
6、a “short board“ effect, by the development of economic along the Wujiang River, the conflict will be created by the different growing demand of transportation and passing capacity of navigation hub, bring a great difficulty for the organization of shipping in restriction of Wujiang multi-cascade hyd
7、ro-projects. To plan ahead to maximize the efficiency of high-grade channel and navigation facilities in Wujiang ,giving full play to the advantages of the Wujiang River golden waterway, rational using of transport network resources, a efficient multi-cargo organization program should be made so tha
8、t the whole channel Wujiang cascade hydro-projects district will be eased off. Currently, the qualitative analysis play a main role in the research of shipping organization in the hub region, quantitative analysis is not much and cant analysis the whole system in a overall view, whats more, the ship
9、ping organization like Wujiang River multi-cascade hydro-projects issue has not yet been addressed. Network optimization model often be taken used of in solving the complex organization freight transport networks, but the limitations goal of network optimization model can not make a comprehensive as
10、sessment optimization results. Computer simulation technology have gradually entered the field of transportation planning, but simulation technology mainly work out as a tool of validation and evaluation, taking use the simulation technology to optimize will be effected by subjective factor and diff
11、icult to find the optimal solution.武汉理工大学硕士学位论文2Based on the above reasons, the following aspects will be taken in the research work. First, qualitative analysis the influence of construction of a multi-cascade hydro-projects on shipping organization, then based on the characteristics of Wujiang mul
12、ti-cascade hydro-projects, improving the exist network optimization model to make out a lowest generalized cost model of shipping organization in Wujiang multi-cascade hydro-projects region, solving the model to get the initial optimization shipping organization program. on the other hand, introduct
13、ion the idea of queuing theory to analysis the multi-cascade hydro-projects. Then, on the based of analysis of the discrete freight system of Wujiang multi-cascade region, building the simulation model in a ideological of object-oriented to simulate and test the initial program to find out the possi
14、ble problem with the initial program. Finally, taking use of computer simulation technology and mathematical programming method in general to optimize the initial program of Wujiang multi-cascade hydro-projects shipping organization, getting a reasonable program which can take use of Wujiang multi-c
15、ascade hydro-projects shipping system in a efficient way.Keywords: multi-cascade hydro-projects；computer simulation；optimization for freight shipping organization；the queuing system武汉理工大学硕士学位论文0目 录摘 要 IAbstract.II目 录 .IV第 1 章 绪论 .11.1 研究背景及意义 11.2 国内外研究现状 21.2.1 内河枢纽区域货运组织方式研究 .21.2.2 交通仿真建模研究 .31.3
16、 研究内容和研究方法 .41.3.1 研究内容 41.3.2 研究方法 5第 2 章 乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织环境及存在问题 .72.1 船舶货运组织环境分析 .72.1.1 货种货量 82.1.2 航道 102.1.3 港口 102.1.4 枢纽通航设施 112.1.5 运输船型 112.2 乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织存在的问题 .122.2.1 乌江多梯级枢纽区域货物需求量及供需缺口 122.2.2 乌江多梯级枢纽通航存在的问题 142.3 本章小结 .15第 3 章 乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织理论优化模型建立及实现 .173.1 货运网络定义 .173.2 基本假设及说明
17、.183.2.1 中转方式 183.2.2 目标函数中的运输成本 193.2.3 广义运输成本函数 193.2.4 港口吞吐量 193.2.5 航道及公路通过能力假设 193.3 模型建立 .193.3.1 目标函数 203.3.2 约束条件 203.3.3 单船年货运量求解方法 213.4 求解方法 .223.5 单重休假规则 M/G/1 枢纽排队系统模型建立及应用 23武汉理工大学硕士学位论文13.5.1 排队系统基本特征 233.5.2 排队系统休假规则 253.5.3 排队模型建立 263.5.4 船舶通过各梯级枢纽时间计算 283.6 理论优化模型输入参数计算 .293.6.1 广义
18、运输成本 293.6.2 运输时间 303.7 船舶货运组织规划 .313.8 本章小结 .33第 4 章 乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织仿真建模与实现 .344.1 系统仿真及仿真目的 .344.1.1 系统仿真 344.1.2 仿真目的 354.2 仿真系统分析 .354.2.1 系统边界及构成 354.2.2 系统特征 364.2.3 系统仿真平台 374.2.4 系统仿真评价指标 384.3 仿真模型搭建 .394.3.1 船舶生模成子型 404.3.2 港口子模型 424.3.3 升船机子模型 464.3.4 运输路径控制节点子模型 504.3.5 翻坝运输子模型 544.4 模型效
19、验与验证 .564.5 理论优化方案验证 .574.5.1 参数输入 574.5.2 运行设置 574.5.3 结果输出 574.6 本章小结 .59第 5 章 乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织总体方案研究 .605.1 总体方案优化过程 .605.2 改进策略 .615.3 综合优化 .625.4 优化结果分析 .645.5 本章小结 .65第 6 章 结论 .666.1 总结 .666.2 展望 .67致 谢 .68参考文献 .69武汉理工大学硕士学位论文2攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目 .72武汉理工大学硕士学位论文0第 1 章 绪 论1.1 研究背景及意义乌江干流全长 103
20、7 公里，贯通贵州、重庆两省市，于涪陵汇入长江。乌江在贵州境内长 802 公里，流域面积 6.7 万平方公里，占全省总面积的 38%，是贵州省第一大河。随着乌江航运工程和各梯级枢纽的建设，乌江航道和水利枢纽的建设，将极大地改善乌江通航条件，极大地促进贵州省产业结构、工业布局调整，优化贵州省综合交通运输体系结构，乌江将成为贵州省社会经济发展的运输大动脉。一条通江达海的水运通道将把贵阳、遵义这两大经济中心连接到长江黄金水运通道上，结束贵州省主要城市没有水运通道的历史。但各梯级枢纽“重发电，轻航运”的建设模式也给乌江航运发展带来了巨大阻碍，存在着通航设施建设进度不一致、承船箱尺寸不一致、通过时间不一
21、致、通航流量不一致等问题，而这些问题直接导致了枢纽的通过能力各不相同，直接形成“短板”效应。随着沿江经济发展，运输需求日益增长将会使各枢纽通航设施通过能力不足及运输系统瓶颈问题日益显现。为未雨绸缪、最大限度地乌江通航设施通行效率、合理利用运输系统资源，充分发挥水运优势，降低综合物流成本，急需站在运输系统综合优化角度，针对乌江船舶货运系统多梯级枢纽及多货种多方式的特点，制定乌江高等级航道高效货运组织方方案。由于乌江流域内具有水电枢纽，升船机、港口等多种水运设施，水运网络与公路及铁路运输网络连接，使得货运组织方式涉及多种运输方式、多式联运及中转点设置问题。加上乌江流域运输系统空间跨度大等问题使其运
22、输系统存在固有的复杂性。所以，考虑充分利用水路、公路、通航设施等综合运输系统资源，对既定通航设施条件下的货运组织进行定量的优化研究，制定合理的货运组织方案是值得研究的问题。而目前针对水运枢纽区域的货运组织研究，大部分都处于定性分析的研究阶段，定量分析较少且没有站在综合运输系统规划的角度分析，而针对乌江的相关研究至今尚未涉及。因此，定量的分析货运组织方案，做到各种运输方式内部优化和运输方式之间的组合优化对解决多梯级武汉理工大学硕士学位论文1枢纽给货运组织带来的问题和乌江流域整体经济和社会效益具有十分重要的意义。由于乌江船舶货运系统的复杂性，构建理论优化模型存在一定难度，且模型的目标局限性使优化结
23、果没有全面考虑系统各项因素，优化的船舶货运组织方案的可行性需要验证，计算机仿真技术的发展为其提供了手段，本文针对乌江多梯级枢纽区域通航环境特点，首次尝试采用计算机仿真技术对多梯级枢纽区域货运组织进行仿真，以验证方案的可行性。针对理论优化方法与仿真技术各自的优劣，采用理论优化与仿真模拟相结合的新方法，优化设计出乌江多梯级枢纽区域高效船舶货运组织方案，这对解决多枢纽河流船舶货运组织优化问题是一次有益的尝试。1.2 国内外研究现状1.2.1 内河枢纽区域货运组织方式研究乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织方式优化涉及运量分配、船型优化选择、航线配船等等。目前针对枢纽货运组织方式优化的成果较少，张光磊（20
24、09）2针对三峡枢纽区域运输组织存在问题，引入阈值的概念，通过对三峡船闸的调度优化方案研究以提高船舶通过量，运用评价方法分析各货类的翻坝可行性及运用 Dijkstra 算法得出最佳水陆联运路径综合确定船舶通过三峡枢纽区域的水路货运组织方案，但该文缺乏对整个系统货运组织综合优化研究。乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织方式优化研究重点是怎样定量地分析各类货物合适的运输方式、运输路径及确定相应运输路径上的货运量及各运输路径上船舶的运力分配问题。这类问题的解决方式更类似于交通规划中的运量分配问题，即为多货种多方式从系统最优的角度出发，选取网络中总的运输费用或运输货物里程最小作为目标函数进行优化，得到优化运
25、输路径。网络优化模型是普遍公认的最合适、定量分配货流的模型。网络优化模型主要关注多种运输方式下运输网络的合理表示、方式间转运的处理、决定货物运输的多重指标、网络中拥挤效用以及网络流分布模式的阶段性比较分析。例如，FRIESZ.T.L（1986） 3通过给定每个运输货轮的具体运输线路，整合后得到航运公司的运输网络。每个运输货轮均选择最小费用的路线运输，航运公司则通过交通网络均衡原则选择运输货轮。遵循上述思路，HARKER P T(1988)4-6给出了更加完善的模型。FLORIAN M(2002)7建立了一个具有层次化 Logit 选武汉理工大学硕士学位论文2择模式的多种需求条件下多类别多方式的
26、网络平衡模型。该文采用变分不等式的建模方法，求解时采用了 GaussSeidel 块分解耦合相继平均法的求解策略。该模型被应用于智利圣地亚哥市的 ESTRAUS 项目。该模型面向城市交通，但是为解决区域运输中多方式多货种问题提供了参照。该模型的缺陷是方式间的协作和转化没有得到充分考虑。韩印（2008） 8为了实现交通网络混合交通流随机平衡分配，分析了广义费用下多用户多方式的路径选择机理与网络平衡条件及信息条件下多用户多方式对路径选择的影响特征，运用数学规划理论，建立了基于信息条件的随机混合交通平衡分配模型，并证明了模型解的等价性与唯一性。对于水运枢纽区域的多货种多方式的货运组织方式优化目前也有
27、一定的研究，朱凯（2008） 9将道路交通网络中多用户多模式交通分配研究应用在三峡枢纽的货物分配上，通过合理的对水路运输方式做公路运输的等效替换，将水运交通网络优化转变成道路交通网络优化问题，利用 transcad 对三峡区域各货类进行货流分配，得到各路段各货类的流量值。刘铁鑫（2010） 10根据运输网络流分配理论和运输路径选择优化方法，以系统最优为目标，建立了具有较好通用性的基于广义运输费用的综合运输网络平衡优化模型，并利用 k 优运输路径的遗传算法来求解多货种多方式的综合货运组织优化模型并将模型运用到三峡枢纽区域货运组织方式优化的研究中，但该研究对船舶通过三峡枢纽的通过时间考虑不足。总的
28、来说，对于多货种多方式货运组织优化目前主要集中在道路与铁路，对于水路运输网络优化研究及实践应用还比较少，且主要集中在流量分配，缺乏对航运系统决策者关心的水路运输网络货运组织优化方案中航次数及船舶数量的研究，且对多梯级枢纽货运组织方案优化研究还处于空白阶段。1.2.2 交通仿真建模研究计算机仿真技术在各种领域得到了广泛应用，在交通运输领域，仿真技术也得到了一定的应用。国外方面,MattiPursula（1999 ） 11使用了先进的建模方法，把需求建模与街道和道路上的交通流行为结合在一起，试图描述一个仿真环境中整个交通系统的行为。目标是再现某一小区内居民群体的出行类型(包括数目，时间，目的等)。
29、W David Kelton12 (2000)对离散系统仿真理论以及如何运用 Arena 进行离散仿真建模和优化进行了阐述。LAIKK 13 (2000)等用仿真技武汉理工大学硕士学位论文3术对 3 种可能的道口扩容方法进行评估，目的是提高港口经营工作的效率以适应集装箱量的快速增长。国内方面，卢方勇（2000） 14针对永久船闸的运行了系统仿真研究；何军红(2001) 15等人对三峡船闸的五级船闸运行系统进行了仿真研究，建立了相应的连续系统模型以及离散系统模型,首次提出了利用双传感器实测数据和模型仿真结果进行信息融合的机制来进行故障诊断和决策的方法,并采用面向对象的方法初步实现了该仿真系统,给
30、出了船闸系统的动态运行结果,为系统后期的运行控制提供了依据。沙梅（2006） 16对通用性集装箱码头工艺方案设计仿真系统进行了研究。李旭宏(2007) 17基于 Arena 对物流配送中心分批拣货策略和单一拣货策略比较进行了仿真，为配送中心拣货作业系统的优化提供决策支持、王永辉基于 Arena 对港口泊位作业系统进行了仿真、杨神化(2007) 18应用Multi-agent 系统（MAS）理论和技术，构建和开发了基于 MAS 和船舶操纵模拟器（SHS）的智能港口交通流模拟系统，提出了比较实用的港口调度算法和船舶自动航行算法。并将开发的系统应用到青岛前湾港区不同规划设计方案的论证研究中，仿真了规
31、划水域的船舶交通流状况，为港口规划设计方案的评估论证提供了参考依据。针对枢纽区域的运输组织仿真研究目前还较少。朱凯（2008） 9对三峡区域运输情况进行了计算机仿真建模研究，通过仿真运算发现了组织方案的不足，提出系列改进方案发现了货物翻坝比例和锚地等待时间之间的量化关系。但该研究只是针对三峡枢纽进行方案的优化，没有考虑到改进方案优化对运输系统造成的影响，最后的优化结果并非是平衡系统服务效率和运输成本的最优解。总的来说，计算机仿真技术在水运运输领域已有研究，但针对枢纽区域船舶货运组织的仿真研究还较少，特别对多梯级枢纽这种存在多货种，多运输方式，多运输路径，多级排队的复杂运输系统的仿真研究还处于空
32、白阶段。 1.3 研究内容和研究方法1.3.1 研究内容1）乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织环境及存在问题分析了乌江梯级枢纽区域船舶货运组织的历史及现状，各梯级枢纽的情况，阐述了种种梯级枢纽建成后对船舶货运组织产生有利影响及不利影响，说明了武汉理工大学硕士学位论文4乌江梯级枢纽全线通航后给船舶货运组织带来的问题，为后续研究打下基础。2）乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织理论优化模型建立及实现根据乌江多梯级枢纽区域运输系统的特点，经过对系统的抽象定义与基本假设，提出以广义成本最小的乌江多梯级枢纽区域多货种多方式船舶货运组织优化模型，其中针对根据船舶通过枢纽的调度规则，提出建立了枢纽单重休假规则 M/G
33、/1 排队模型，求解船舶通过各枢纽的时间，对各运输路径的运输时间计算提供数据支撑。最后，利用多货种多方式货流分配模型对乌江多梯级枢纽船舶货运组织进行优化，得到以广义成本最小的船舶货运组织优化方案。3）乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织仿真建模与实现鉴于数学方法不能全面分析货运组织方案优劣的缺点，提出利用计算机仿真技术对多梯级枢纽区域船舶货运组织系统进行分析。首先分析乌江多梯级枢纽区域货运组织系统仿真的目的，其次分析系统边界、构成、特征及仿真指标，接着以面向对象建模的思想利用 arena 软件对乌江多梯级枢纽进行仿真建模，构建仿真模型并运用于数学优化方法得到的货运组织方案，评价方案的可行性。4）乌江
34、多梯级枢纽区域船舶货运组织总体方案研究根据数学方法和仿真技术各自的优势和不足，尝试综合利用数学和计算机仿真技术对乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织进行优化。首先针对初步方案不足提出多种改进策略，并将改进策略转化为数学理论优化方法中的约束条件，再次进行从数学理论优化模型到仿真模型优化过程，从而发现一定的规律，研究在完成既定货运量优化方案及船舶在多梯级枢纽区域航行较为通畅的条件下，广义成本最小的乌江多梯级枢纽船舶货运组织总体优化方案。1.3.2 研究方法1）在研究已有网络优化模型及分析乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织系统特征的基础上，提出了以广义成本最小为目标的乌江多梯级枢纽区域多货种多方式船舶货运组织
35、优化模型。2）根据乌江多梯级枢纽通航设施排队系统的排队规则，引入适合该排队规则的 M/G/1 单重休假排队模型，求解船舶通过枢纽的平均通过时间。3）使用离散系统仿真技术对乌江多梯级枢纽区域货运系统进行仿真建模。并运用仿真模型对数学优化方法得到的船舶货运组织方案进行评价。武汉理工大学硕士学位论文54）基于理论优化与仿真模拟交互作用，对数学方法得到的船舶货运组织初步方案进行改进优化，得到合理高效的乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织方案。具体技术路线如图 1-1：图 1.1 本文的研究思路武汉理工大学硕士学位论文6第 2 章 乌 江 多 梯 级 枢 纽 区 域 船 舶 货 运 组 织 环 境 及 存在
36、问 题目前乌江通航河段（乌江渡涪陵）在多梯级枢纽建设之前一直存在航道滩多流急，航运条件差，航道等级低，航运未完全通畅，运量小，航运发展缓慢等问题，乌江货运的主要运输方式是散杂货自航船，拖驳船队或机动驳船组运输方式极少。 2004 年，乌江贵州流域构皮滩、思林、沙沱、彭水各梯级枢纽均已动工修建，由于施工截流导致乌江航运中断，乌江航运转为区间短途运输，到 2018 年乌江多梯级枢纽全线通行时，乌江航道可全年通行 500t 船舶，将成为贵州省与长江黄金水道对接的第二条高等级航道。乌江多梯级枢纽建设将给未来乌江这条高等级航道带来一系列影响，给船舶的货运组织带来新的问题。2.1 船舶货运组织环境分析乌江
37、自西南向东北蜿蜒流经贵州省中部和重庆市边陲，在涪陵汇入长江，全长 1037km。其中，河源到乌江渡为乌江上游区域，因水流急，河床狭窄，两岸高山悬崖，常有大型崩岩堵滩而无法行船，因此乌江通航河段指乌江渡至涪陵航段，该航段由 4 个水电枢纽组成乌江多梯级枢纽群，下面从航道、港口、枢纽通航设施、运输船型等方面分析乌江多梯级枢纽区域船舶货运通航环境。乌江多梯级枢纽区域图见图 2-1。武汉理工大学硕士学位论文7图 2-1 乌江多梯级枢纽区域图2.1.1 货种货量根据贵州交通厅项目乌江高等级航道高效货运组织关键技术研究中“贵州省乌江干流水路货运需求预测”部分研究结果，2020 年分类货运量预测结果见表 2
38、-1：武汉理工大学硕士学位论文8表 2-1 分货类预测 （单位：万吨）上行 下行 合计煤炭 0 237.08 253.83磷化工产品 0 81.23 81.23金属矿石 0 4.04 4.04矿建材料 19.32 10.68 30水泥 4.46 23.45 27.91木材 0 0.13 0.13非金属矿石 3.05 8.11 11.16化肥及农药 2.26 6.12 8.38盐 0.02 0.06 0.08粮食 0.02 0.06 0.08硫磺及合成氨 25 0 25烤烟 0 5.45 5.45茶叶 0 8 8其它 21.72 29.77 44.17合计 76.48 414.18 499.46
39、由表可以看出，乌江流域货类种类繁多，主要货种为煤炭、磷化工、矿石、水泥、硫磺及合成氨及其他大件或机械货种。煤炭主要是织金、瓮安、福泉等地煤矿经由乌江渡港区或江河界码头水运外销湖北、江苏、上海等地区。磷化工产品主要是分布于瓮安、福泉等地，由江界河码头装船运到运往华中、华东、华北。以乌江下游的矿石资源丰富，矿石及矿建材料资源以大理石资源为主，还有石灰石、砂石料、砖等，主要由思南港及沿河港运出乌江至广州、上海等地。对于表中时效性较强的茶叶、烤烟及其他高附加值的货物考虑利用集装箱进行运输。集装箱运输目前在乌江流域还属于初步发展阶段，除乌江渡港区内主要港口开阳港外，沿岸其他港口并不具备进行集装箱装卸作业
40、的能力。但其他河流水运发展表明、集装箱运输是重要的运输方式,如长江的集装箱运输,从上游宜宾,泸州、重庆、涪陵、万县、宜昌至中下游各港的水运集装箱发展速度很快。乌江流域目前只有少量贵阳、遵义的集装箱运输，只能通过汽车运到重庆港装船，而公路运费高，不经济，因此集装箱运量很少。贵阳市乌江至长江水运通道一经建成开通及乌江各水电枢纽建成，将为发展贵阳市水运集装箱运输创造有利条件。武汉理工大学硕士学位论文92.1.2 航道乌江航道在多梯级枢纽建设之前一直存在滩多流急，航运条件差，航道等级低，运量小，航运发展缓慢等问题。随着乌江各梯级枢纽的建成及乌江航道整治工程的同步进行，库区航道条件得到了显著改善：水位上
41、升淹没险滩，流速减缓，乌江航道等级将由 V 级提升到 IV 级，船舶通航尺度将达到1.630330（m） ，乌江航道通过能力将达到 1000 多万吨，500 吨级船舶将由涪陵直达乌江渡。因此，航道通航条件的改善和通过能力的提升将促进船舶向大型化、标准化发展。2.1.3 港口梯级枢纽兴建前，乌江流域港口水域中水期河宽较窄，到了枯水期甚至出现无法满足船舶的停靠的问题，港区水域常年航行、停靠、作业困难，而洪水期又存在流速大的问题，更加影响船舶的正常停泊。乌江贵州省境内现有大小港口 4 个，吞吐能力 10 万 t 以上的只有 3 个，即思南、德江和沿河港，而且沿江仍以客渡码头、停靠点为主。码头规模小，
42、设施落后，无法满足沿江两岸社会经济发展的需要。梯级枢纽兴建后，航道及库区港口水域条件得到改善，方便了船舶的正常作业。另外，多梯级枢纽的兴建使得库区江湾增多、乌江支流河面增宽、航道延伸，使港口布局更为有利，为建设大型货运港口提供了基础条件。根据贵州省内河航运发展规划 ，乌江沿江港口将以开阳港、江界河等地区重要港口为重点，其它一般港口为基础，满足资源外运中转出口需要，发挥乌江出省通道的优势，计划将新建乌江渡、楠木渡、江界河、开阳港区 4 个 500 吨级泊位，沿江渡、河闪渡、德江码头 3 个码头、小码头 14 个、停靠点 20 个。未来计划扩建和新建的主要货运港口情况见表 2-2。表 2-2 未来
43、港口规划码头名称码头泊位最大靠泊能力（吨）设计货运吞吐能力（万 t/年）乌江渡 1 500 11开阳港 8 500 94.6沿江渡 1 500 18武汉理工大学硕士学位论文10江界河 7 500 75河闪渡 2 500 21.5思南 2 500 23.9德江 7 500 70沿河 4 500 50综上，未来港口的发展将促进航运事业的发展并为船舶多方式联运提供有利条件。2.1.4 枢纽通航设施贵州省乌江通航河段共有有沙沱、思林、构皮滩、彭水枢纽；上游紧接本河段的乌江渡枢纽已建成投产，该枢纽未建过船建筑物，只留有过船建筑物位置。沙沱、思林、构皮滩、彭水四座枢纽在建中，其过船建筑物与枢纽工程同步实施
44、。各枢纽通航设施参数见表 2-3： 表 2-3 通航设施参数项目 单位 构皮滩 思林 沙沱 彭水过船设施 三级升船机 升船机 升船机 升船机及船闸设计年通过能力 万 t 143 341 334.1 510承船厢或船闸有效尺寸 m5911.72.5 60122.5 60122.5 5911.42.3承船厢移动速度 m min-1 12 12 12 12一次过坝最大船舶吨位 t 500 500 500 500正常蓄水位 m 630 440 360 310利用水头 m 197.1 71 75.5 66枢纽通航设施建设将为船舶通航提供条件，而且为了合理利用通航设施船闸或升船机的有效面积，将促使船舶逐步
45、标准化。从表 2-3 中可以看出，各通航设施承船厢或船闸有效尺寸较小，一次装载只能容纳一条船，使得顶推等内河常用船舶货运组织方式无法实现，只能考虑自航船过通航设施运输。2.1.5 运输船型乌江属山区河流，各枢纽建设前，为适应山区河流弯曲、狭窄、比降大、流速急、流态紊乱的特点，船型多为尖瘦型，主机功率比平原高一倍以上。货武汉理工大学硕士学位论文11运的运输方式是机动驳，一般采用半舱或深舱型式，吨位主要 100300t 级，有少量 500t 级航行在龚滩以下。船舶呈现的平均吨位小、船型机型多、运输效率较低等问题，远远不能满足新的市场需求和适应新的航运条件。各枢纽建设后，由于存在地区经济发展、充分发
46、挥水运优势的要求、各梯级枢纽间水库蓄水、船舶过闸尺度要求等诸多原因，加快了乌江梯级枢纽区域船舶的标准化、大型化的发展。根据各货种的特点，选择散货船、集装箱船及滚装船进行乌江各类货物的运输。其中散货船运输煤炭、磷化工、矿石、水泥、硫磺及合成氨等货物；集装箱船运输茶叶、烤烟及其他高附加值的货物；乌江未来滚装船将主要运载上游的水泥及下游的部分矿石等货种。表 2-4 为贵州省两江一河（乌江）高等级航道主要船型标准化研究 25通过技术经济论证确定的乌江未来梯级枢纽区域各类标准化船舶优化设计方案。表 2-4 各类船型参数散货船 集装箱船 滚装船船型500t 300t 200t 48TEU 30TEU 38
47、 车 50 车垂线间长 m 53.00 44.00 36.6 55 52 79.00 100型宽 m 10.00 7.80 6.4 10.8 10.8 19.20 19.2型深 m 2.50 2.40 2.3 2.4 2.3 3.90 3.9设计吃水 m 1.6 1.5 1.4 1.6 1.5 2.4 2.4结构吃水 m 1.8 1.7 1.6 1.8 1.7 2.6 2.6方形系数 0.75 0.797 0.77 0.797 0.764 0.647 0.643载重量 t 500 300 200 473.9 300 38 车 50 车设计吃水时航速km/h 16.49 17.06 16.57
48、21.9 22.4 21.08 21.71千吨公里油耗kg/kt.km 9.18 12.81 16.99 11.18 15.4 12.56 11.78主机功率 902 902 1102 1102 1102 4412 50022.2 乌江多梯级枢纽区域船舶货运组织存在的问题2.2.1 乌江多梯级枢纽区域货物需求量及供需缺口根据贵州交通厅项目乌江高等级航道高效货运组织关键技术研究中“贵州省乌江干流水路货运需求预测” 1对各类船舶的货运量 OD 预测结果见表2-5 至 2-7（A 表示乌江渡港区，B 表示河闪渡港区，C 表示思南港区，D 表示沿河港区，E 表示彭水下游边界。下同）(单位：万吨)：武汉
49、理工大学硕士学位论文12表 2-5 散货船运量 ODOD 终点A B C D EA 0 0 0.81 0 201.2B 0 0 0 0.7 20.8C 0.7 0.1 0 0.58 11.9D 0 1.5 0 0 31.2 起点E 20.2 4.9 4.67 1.2 0 合计：300.46 万吨表 2-6 集装箱船货运量 ODOD 终点A B C D EA 0 0 0 0 18 B 0 0 0 0 0C 0 0 0 0 40D 0 0 0 0 2.1起点E 4.2 5.4 6.8 3.7 0合计：80.2 万吨表 2-7 滚装船运量 ODOD 终点A B C D EA 0 0 0 0 44.3 B 0 0 0 0 29.8 C 0 0 0 0 20.0 D 0 0 0 0 5.4 起点E 6.1 4.2 3.2 1.3 0 合计：114.1 万吨在考虑滚装运输全部不过坝和不考虑客运量的情况下，未来特征年乌江梯级枢纽区域货运量需求和枢纽通过能力供需缺口如表 2-8 所示。武汉理工大学硕士学位论文13表 2-8 乌江各梯级枢纽特征年过坝货运量 单位：万吨枢纽年份 构皮滩 思林 沙沱 彭水上行 44.99
