设计小时交通量是确定公路等级、评价公路运行状态和服务水平的重要参数。设计小时交通量越小，公路的建设规模就越小，建设费用也就越低。不恰当地降低设计小时交通量会使公路的交通条件恶化、交通阻塞和交通事故增多，公路的综合经济效益降低。因此将全年小时交通量从大到小按序排列，设计小时交通量的位置一般采用第30位小时，但对于交通量季节性变动特大的道路，如旅游用的道路等，交通量排序曲线斜率的缓和段不一定从第30位开始，则应根据实际情况，控制在第20～40位小时之间。道路设计交通量用于确定车道数、交叉口选型及设计，交通信号及其他交通设施的设计等。
交通量介绍
在进行内河航道规划和设计时，交通量是所需的基本数据之一。根据时间单位的不同，设计交通量可分为设计年交通量或设计小时交通量，相比较而言，设计小时交通量更能反映内河船舶交通流的随机性，因此也更为合理，不过目前国内主要使用年交通量作为内河航道设计和规划的依据，而很少使用小时交通量。由于内河船舶交通与道路交通具有一定的相似性，借鉴道路交通工程的经验大有裨益。在道路交通工程中，交通量具有随时间变化和出现高峰小时的特点，工程上为了保证道路规划期内满足绝大多数小时车流能顺利通过，不造成严重阻塞，同时避免建成后车流量很低，投资效益不高，规定要选择适当的小时交通量作为设计依据。国内外主要根据多年的实测交通资料，提出采用设计小时交通量系数作为控制指标，据此确定设计小时交通量的标准值，并对照道路的通行能力，来确定道路的车道数和车行道的总宽度，以此来规划道路的红线范围。与道路交通类似，内河船舶交通量同样具有随时间变化的特点，主要表现在月不均衡系数、日不均衡系数、小时不均衡系数等等，尽管如此，国内进行内河航道设计时仍然主要以年交通量作为主要指标。目前，有些学者已经逐步意识到这种做法的不足，开始研究内河航道的设计小时通过能力但在研究过程中，一方面由于缺少实测数据，无法给出内河航道设计小时交通量的合理确定方法及其数值范围，另一方面，即使给出了设计小时交通量也缺少简便的计算方法将其换算至年交通量，以便与现行的常用方法相互参照。由此可见，开展设计小时交通量的研究工作对于内河航道的规划、设计和管理均具有重要意义。
本文拟借鉴道路工程学的研究思路，结合京杭运河施桥船闸多年的统计资料，对内河航道设计小时交通量的确定方法及其取值范围进行初步探讨，以期为航道设计、规划及管理提供参考依据。
统计资料
小时交通量系数即小时交通量与
年平均日交通量的比值。在道路交通工程中，为保证道路在规划期内满足绝大多数小时车流能够顺利通过，不造成严重堵塞，同时避免建成后车流量很低，投资效益不高，规定要选择适当的小时交通量作为设计小时交通量。在内河交通工程中，对设计小时交通量的研究尚处于初步阶段，为此，首先需要讨论小时交通量系数的稳定性。结合京杭运河施桥船闸 2001—2005 年的实际运行资料 （2003年船闸大修，未进行统计），对历年不同设计小时时位对应的小时交通量系数按船舶的额定吨位、面积及艘次进行统计分析。
统计结果表明：
1） 不同的统计变量，如吨位、面积、艘次，在同一设计小时时位下的小时交通量系数比较接近；
2） 设计小时时位越大，小时交通量系数越稳定，其变化区间越小。例如，若以吨位作为统计量，第 100 位设计小时时位对应的小时交通量系数为 0.16~0.22，而第 200 位设计小时时位对应的值为 0.14~0.16；同样，若以艘次作为统计量，第 100 位设计小时时位对应的小时交通量系数为 0.16~0.22，而第 200 位设计小时时位对应的值为 0.13~0.16。
由此可见，年交通量与小时交通量之间存在稳定的定量关系，且设计小时时位取的越大，由年交通量转化的小时交通量就越稳定，但设计小时时位取的过大，则相应的小时交通量可能偏小，航道的阻塞机率就会较高，因此，必须选取合适的设计小时时位。
交通量系数
设计小时时位的合理确定是研究设计小时交通量系数（Kh）的关键。在道路
交通工程学中，交通量具有随时间变化和出现高峰小时的特点，根据美国的研究认为一般选取第 30 位最高小时交通量作为设计值最合适，因为相关研究表明：第 30 位小时交通量与年平均日交通量之比十分稳定[6]，在0.12～0.18 之间。根据我国道路工程的实际情况，经过多年的基础资料搜集、整理与分析，也得出类似美国的研究结果，并曾提出设计小时交通量系数的计算公式。考虑到内河船舶交通量同样具有随时间变化的特点，参照道路设计小时交通量系数计算公式，通过回归分析，得出施桥船闸设计小时交通量系数与设计时位的关系式。由于内河船舶运输具有方向性，本文从船舶上行、下行以及总体（即两者之和） 3 个角度分别进行拟合分析可知，内河船舶交通量系数与设计小时时位 （n） 无论是上行、下行或是总体均满足幂函数关系式，其中总体的相关关系式为：Kh=(0.7+ )n-0.3 （1）式中：Kh 为设计小时交通量系数；n 为设计小时时位； 为地区差异系数，根据施桥船闸的统计数据可取 0.05。
设计小时时位越小，设计小时交通量系数越大，即确定的航道设计标准越高，航道越通畅，但同时建设航道的工程费用也越多。因此，必须选取合适的设计小时时位，在保障航道畅通的同时尽可能地减少工程建设费用。由图1 可知，当设计小时时位小于150 时，随着设计小时时位的减少，Kh的变化明显，且Kh的值随统计变量的变化，表现出不稳定性，变化幅度较大。同时，当设计小时时位大于250 时，随着设计小时时位的增加，Kh的变化缓慢，说明此时降低航道畅通的保证率对于节约工程投资，降低设计标准已无明显优势。因此，内河航道的设计小时交通量系数建议取0.14~0.19，设计小时时位取150~250 位。
综上所述，在进行航道设计和规划时，设计小时交通量系数可分为两种情况选取：有充足资料情况下，可按实际运行资料统计，设计时位取 150~250 之间；无资料时，利用公式 （1） 进行计算或根据经验取0.14~0.19。
比较与分析
在内河航道网规划中，一般可根据各OD 点之间的运量，预测出航道上未来年的货运量。在此基础上，根据年货运量和设计小时交通量系数，可以求出内河航道小时交通量(QDH) 的数值，具体计算公式如下：QDH=QAADT·Kh （2）式中：QDH为设计小时交通量；QAADT为预测的
年平均日交通量。设计小时交通量的研究可以简化年通过能力的计算过程，综合考虑年通过能力向小时通过能力转化的影响因素，同时设计小时交通量系数的研究反应航道畅通保证率的概念，有助于航道服务水平的研究。下面结合传统年通过能力的计算方法，反推其设计小时交通量系数，并与本文的推荐值比较，进一步说明设计小时交通量系数取值的合理性和设计小时交通量简化设计过程的优点。
首先，根据传统的计算方法计算其对应的设计小时交通量系数。按闵朝斌公式对苏南运河的年通过能力进行估算，进而可以得出日平均通过能力的大小，再用小时设计通过能力除以日平均通过能力便可得出设计小时交通量系数。同样，根据长江公式和苏南运河公式可计算出各传统方法反推的设计小时交通量系数，由于篇幅限制，这里仅列出具体的结果，同时由公式 （1） 可以求出不同设计小时交通量系数对应的设计小时时位，可知，传统计算方法反推的设计小时交通量系数与本文建议的取值范围基本一致，说明本文在理论推导和公式拟合方面合理、可信，证实了该理论在水运工程设计应用方面的实用性和可行性。一方面，设计小时交通量系数的研究不仅实现了年设计通过能力向小时设计通过能力的相互转换，而且通过设计小时交通量系数反推出对应的设计小时时位，可以计算出一年内航道不能满足货运量通航要求的时间保证率，为航道服务水平的研究奠定理论基础。例如，闵朝斌公式计算的设计小时交通量系数为0.162，对应的设计时位为165 h，说明该航道全年有165 h 不能满足货运量需求，在这些时间段内航道会出现拥挤甚至堵塞现象；长江公式计算的设计小时交通量系数为0.121，对应的设计时位为440 h，说明该航道全年有440 h 不能满足货运量需求。从计算结果来看，闵朝斌的计算结果偏安全，长江公式的计算结果偏经济，苏南运河公式的计算结果介于两者之间，可能与本文选取的计算航道为苏南运河，而苏南运河计算公式更具有代表性和针对性有关。另一方面，通过进一步比较，不难发现传统的计算方法需要确定大量的经验参数和折减系数，由于水运工程中长年的观测资料匮乏，这些参数的调查十分困难；而新提出的计算思路回避了这一问题，简化了计算过程，在实际生产应用中，再也不需要至少完整的一年资料来统计到船不均衡系数等资料，大大节省了规划项目中昂贵的交通调查费用。因此，内河航道设计小时交通量的研究不仅具有理论意义而且具有很强的实用价值，其应用前景非常广阔。
结语
内河航道设计小时交通量的研究不仅进一步完善了内河船舶
交通工程学，而且为航道网规划以及航道设计开辟了新思路，提供了新方法。本文通过研究京杭运河施桥船闸多年的实际运行资料，在分析航道设计小时交通量相关系数计算方法的基础上，建立了设计小时交通量的计算公式，并结合一个实例应用说明该方法的可行性和合理性。经过研究得到主要结论如下：
1） 实测资料表明，无论是船舶吨位还是船舶艘数，年交通量与小时交通量之间存在稳定的定量关系，且设计小时时位越大，小时交通量系数越稳定。
2） 内河航道设计小时交通量第 150~250 位最高小时交通量与
年平均日交通量的比值较为稳定。建议当有充足资料时，可按实际资料统计第 150~250 位最高小时交通量作为设计值；无实测资料时，可按本文推荐的计算公式计算，或取经验值0.14~0.19。
3） 设计小时交通量系数的研究不仅实现了年设计通过能力向小时设计通过能力的相互转换，而且通过设计小时交通量系数反推出对应的设计小时时位，可以计算出1 年内航道不能满足货运量通航要求的时间保证率，为航道服务水平的进一步研究奠定了基础。
4） 文中所提出的研究思路回避了传统计算方法中需要确定大量经验参数和折减系数的过程，简便实用，大大节省了规划项目中昂贵的交通调查费用，具有广阔的应用前景。
由于本文仅有江苏地区京杭运河的相关运行资料，未能对内河航道设计小时交通量系数计算公式中的地区差异系数进行系统全面的研究。因此，如果要推广应用，该系数还有待于进一步研究。