設計小時交通量是確定公路等級、評價公路運行狀態和服務水平的重要參數。設計小時交通量越小，公路的建設規模就越小，建設費用也就越低。不恰當地降低設計小時交通量會使公路的交通條件惡化、交通阻塞和交通事故增多，公路的綜合經濟效益降低。因此將全年小時交通量從大到小按序排列，設計小時交通量的位置一般採用第30位小時，但對於交通量季節性變動特大的道路，如旅遊用的道路等，交通量排序曲線斜率的緩和段不一定從第30位開始，則應根據實際情況，控制在第20～40位小時之間。道路設計交通量用於確定車道數、交叉口選型及設計，交通信號及其他交通設施的設計等。
基本介紹
- 中文名：設計小時交通量
- 外文名：Directional Design-hour Volume
- 定義：第30位小時最高小時交通量
- 目的：確定車道數、交叉口選型及設計等
- 地位：確定公路等級重要參數
- 所屬類別：交通
交通量介紹,統計資料,交通量係數,比較與分析,結語,
交通量介紹
在進行內河航道規劃和設計時，交通量是所需的基本數據之一。根據時間單位的不同，設計交通量可分為設計年交通量或設計小時交通量，相比較而言，設計小時交通量更能反映內河船舶交通流的隨機性，因此也更為合理，不過目前國內主要使用年交通量作為內河航道設計和規劃的依據，而很少使用小時交通量。由於內河船舶交通與道路交通具有一定的相似性，借鑑道路交通工程的經驗大有裨益。在道路交通工程中，交通量具有隨時間變化和出現高峰小時的特點，工程上為了保證道路規劃期內滿足絕大多數小時車流能順利通過，不造成嚴重阻塞，同時避免建成後車流量很低，投資效益不高，規定要選擇適當的小時交通量作為設計依據。國內外主要根據多年的實測交通資料，提出採用設計小時交通量係數作為控制指標，據此確定設計小時交通量的標準值，並對照道路的通行能力，來確定道路的車道數和車行道的總寬度，以此來規劃道路的紅線範圍。與道路交通類似，內河船舶交通量同樣具有隨時間變化的特點，主要表現在月不均衡係數、日不均衡係數、小時不均衡係數等等，儘管如此，國內進行內河航道設計時仍然主要以年交通量作為主要指標。目前，有些學者已經逐步意識到這種做法的不足，開始研究內河航道的設計小時通過能力但在研究過程中，一方面由於缺少實測數據，無法給出內河航道設計小時交通量的合理確定方法及其數值範圍，另一方面，即使給出了設計小時交通量也缺少簡便的計算方法將其換算至年交通量，以便與現行的常用方法相互參照。由此可見，開展設計小時交通量的研究工作對於內河航道的規劃、設計和管理均具有重要意義。
本文擬借鑑道路工程學的研究思路，結合京杭運河施橋船閘多年的統計資料，對內河航道設計小時交通量的確定方法及其取值範圍進行初步探討，以期為航道設計、規劃及管理提供參考依據。
統計資料
小時交通量係數即小時交通量與年平均日交通量的比值。在道路交通工程中，為保證道路在規劃期內滿足絕大多數小時車流能夠順利通過，不造成嚴重堵塞，同時避免建成後車流量很低，投資效益不高，規定要選擇適當的小時交通量作為設計小時交通量。在內河交通工程中，對設計小時交通量的研究尚處於初步階段，為此，首先需要討論小時交通量係數的穩定性。結合京杭運河施橋船閘 2001—2005 年的實際運行資料 （2003年船閘大修，未進行統計），對歷年不同設計小時時位對應的小時交通量係數按船舶的額定噸位、面積及艘次進行統計分析。
統計結果表明：
1） 不同的統計變數，如噸位、面積、艘次，在同一設計小時時位下的小時交通量係數比較接近；
2） 設計小時時位越大，小時交通量係數越穩定，其變化區間越小。例如，若以噸位作為統計量，第 100 位設計小時時位對應的小時交通量係數為 0.16~0.22，而第 200 位設計小時時位對應的值為 0.14~0.16；同樣，若以艘次作為統計量，第 100 位設計小時時位對應的小時交通量係數為 0.16~0.22，而第 200 位設計小時時位對應的值為 0.13~0.16。
由此可見，年交通量與小時交通量之間存在穩定的定量關係，且設計小時時位取的越大，由年交通量轉化的小時交通量就越穩定，但設計小時時位取的過大，則相應的小時交通量可能偏小，航道的阻塞機率就會較高，因此，必須選取合適的設計小時時位。
交通量係數
設計小時時位的合理確定是研究設計小時交通量係數（Kh）的關鍵。在道路交通工程學中，交通量具有隨時間變化和出現高峰小時的特點，根據美國的研究認為一般選取第 30 位最高小時交通量作為設計值最合適，因為相關研究表明：第 30 位小時交通量與年平均日交通量之比十分穩定[6]，在0.12～0.18 之間。根據我國道路工程的實際情況，經過多年的基礎資料蒐集、整理與分析，也得出類似美國的研究結果，並曾提出設計小時交通量係數的計算公式。考慮到內河船舶交通量同樣具有隨時間變化的特點，參照道路設計小時交通量係數計算公式，通過回歸分析，得出施橋船閘設計小時交通量係數與設計時位的關係式。由於內河船舶運輸具有方向性，本文從船舶上行、下行以及總體（即兩者之和） 3 個角度分別進行擬合分析可知，內河船舶交通量係數與設計小時時位 （n） 無論是上行、下行或是總體均滿足冪函式關係式，其中總體的相關關係式為：Kh=(0.7+ )n-0.3 （1）式中：Kh 為設計小時交通量係數；n 為設計小時時位； 為地區差異係數，根據施橋船閘的統計數據可取 0.05。
設計小時時位越小，設計小時交通量係數越大，即確定的航道設計標準越高，航道越通暢，但同時建設航道的工程費用也越多。因此，必須選取合適的設計小時時位，在保障航道暢通的同時儘可能地減少工程建設費用。由圖1 可知，當設計小時時位小於150 時，隨著設計小時時位的減少，Kh的變化明顯，且Kh的值隨統計變數的變化，表現出不穩定性，變化幅度較大。同時，當設計小時時位大於250 時，隨著設計小時時位的增加，Kh的變化緩慢，說明此時降低航道暢通的保證率對於節約工程投資，降低設計標準已無明顯優勢。因此，內河航道的設計小時交通量係數建議取0.14~0.19，設計小時時位取150~250 位。
綜上所述，在進行航道設計和規劃時，設計小時交通量係數可分為兩種情況選取：有充足資料情況下，可按實際運行資料統計，設計時位取 150~250 之間；無資料時，利用公式 （1） 進行計算或根據經驗取0.14~0.19。
比較與分析
在內河航道網規劃中，一般可根據各OD 點之間的運量，預測出航道上未來年的貨運量。在此基礎上，根據年貨運量和設計小時交通量係數，可以求出內河航道小時交通量(QDH) 的數值，具體計算公式如下：QDH=QAADT·Kh （2）式中：QDH為設計小時交通量；QAADT為預測的年平均日交通量。設計小時交通量的研究可以簡化年通過能力的計算過程，綜合考慮年通過能力向小時通過能力轉化的影響因素，同時設計小時交通量係數的研究反應航道暢通保證率的概念，有助於航道服務水平的研究。下面結合傳統年通過能力的計算方法，反推其設計小時交通量係數，並與本文的推薦值比較，進一步說明設計小時交通量係數取值的合理性和設計小時交通量簡化設計過程的優點。
首先，根據傳統的計算方法計算其對應的設計小時交通量係數。按閔朝斌公式對蘇南運河的年通過能力進行估算，進而可以得出日平均通過能力的大小，再用小時設計通過能力除以日平均通過能力便可得出設計小時交通量係數。同樣，根據長江公式和蘇南運河公式可計算出各傳統方法反推的設計小時交通量係數，由於篇幅限制，這裡僅列出具體的結果，同時由公式 （1） 可以求出不同設計小時交通量係數對應的設計小時時位，可知，傳統計算方法反推的設計小時交通量係數與本文建議的取值範圍基本一致，說明本文在理論推導和公式擬合方面合理、可信，證實了該理論在水運工程設計套用方面的實用性和可行性。一方面，設計小時交通量係數的研究不僅實現了年設計通過能力向小時設計通過能力的相互轉換，而且通過設計小時交通量係數反推出對應的設計小時時位，可以計算出一年內航道不能滿足貨運量通航要求的時間保證率，為航道服務水平的研究奠定理論基礎。例如，閔朝斌公式計算的設計小時交通量係數為0.162，對應的設計時位為165 h，說明該航道全年有165 h 不能滿足貨運量需求，在這些時間段內航道會出現擁擠甚至堵塞現象；長江公式計算的設計小時交通量係數為0.121，對應的設計時位為440 h，說明該航道全年有440 h 不能滿足貨運量需求。從計算結果來看，閔朝斌的計算結果偏安全，長江公式的計算結果偏經濟，蘇南運河公式的計算結果介於兩者之間，可能與本文選取的計算航道為蘇南運河，而蘇南運河計算公式更具有代表性和針對性有關。另一方面，通過進一步比較，不難發現傳統的計算方法需要確定大量的經驗參數和折減係數，由於水運工程中長年的觀測資料匱乏，這些參數的調查十分困難；而新提出的計算思路迴避了這一問題，簡化了計算過程，在實際生產套用中，再也不需要至少完整的一年資料來統計到船不均衡係數等資料，大大節省了規劃項目中昂貴的交通調查費用。因此，內河航道設計小時交通量的研究不僅具有理論意義而且具有很強的實用價值，其套用前景非常廣闊。
結語
內河航道設計小時交通量的研究不僅進一步完善了內河船舶交通工程學，而且為航道網規劃以及航道設計開闢了新思路，提供了新方法。本文通過研究京杭運河施橋船閘多年的實際運行資料，在分析航道設計小時交通量相關係數計算方法的基礎上，建立了設計小時交通量的計算公式，並結合一個實例套用說明該方法的可行性和合理性。經過研究得到主要結論如下：
1） 實測資料表明，無論是船舶噸位還是船舶艘數，年交通量與小時交通量之間存在穩定的定量關係，且設計小時時位越大，小時交通量係數越穩定。
2） 內河航道設計小時交通量第 150~250 位最高小時交通量與年平均日交通量的比值較為穩定。建議當有充足資料時，可按實際資料統計第 150~250 位最高小時交通量作為設計值；無實測資料時，可按本文推薦的計算公式計算，或取經驗值0.14~0.19。
3） 設計小時交通量係數的研究不僅實現了年設計通過能力向小時設計通過能力的相互轉換，而且通過設計小時交通量係數反推出對應的設計小時時位，可以計算出1 年內航道不能滿足貨運量通航要求的時間保證率，為航道服務水平的進一步研究奠定了基礎。
4） 文中所提出的研究思路迴避了傳統計算方法中需要確定大量經驗參數和折減係數的過程，簡便實用，大大節省了規劃項目中昂貴的交通調查費用，具有廣闊的套用前景。
由於本文僅有江蘇地區京杭運河的相關運行資料，未能對內河航道設計小時交通量係數計算公式中的地區差異係數進行系統全面的研究。因此，如果要推廣套用，該係數還有待於進一步研究。
