游艇碼頭進港航道水域尺度探討

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(武漢理工大學(xué) 航運學(xué)院,武漢 430063)

游艇碼頭進港航道尺度的確定，對保障游艇的航行安全以及促進游艇業(yè)的發(fā)展起著極為重要的作用。目前我國尚缺乏游艇碼頭進港航道尺寸的相關(guān)規(guī)定?！逗８劭偲矫嬖O(shè)計規(guī)范》、《河港工程總體設(shè)計規(guī)范》，都是針對普通的營運船舶來制定的，其中的規(guī)定不適合于游艇。本文參照國外游艇碼頭進港航道尺度標準和國內(nèi)相關(guān)研究成果，以中、小型游艇為主要研究對象，在游艇的進港航道深度和寬度方面進行了研究[1-3]。

1 游艇分類

關(guān)于游艇的分類有多種方法，一般情況下，游艇的長度能夠反映出游艇的等級和品質(zhì)標準，本文以長度作為游艇分類的標準。

小型游艇 12 m以下；中型游艇 12～21 m；大型游艇 21～30 m；豪華游艇 30 m以上。

統(tǒng)計國外游艇發(fā)達國家中、小型游艇的部分設(shè)計船型，見表1。

2 游艇進港航道尺度

2.1 進港航道水深

經(jīng)過調(diào)研及咨詢國內(nèi)外游艇方面的專家，給出美國加州、美國國防部及澳大利亞游艇碼頭進港航道水深H的相關(guān)公式。

美國加州中、小型游艇：H=dmax+1.0 m；

大型游艇：H=dmax+1.5 m。

表1 部分國外游艇的設(shè)計船型 m

式中：dmax——游艇最大吃水，m。

式中：dmax——游艇最大吃水，m；

hc——波高，m；

Δh——龍骨下最小富裕水深，

軟底質(zhì)Δh可取0.3～0.6 m；

硬底質(zhì)Δh可取0.6～0.9 m。

Δh取值如下：

軟底質(zhì)：max{0.3 m,10%的游艇吃水}；

硬底質(zhì)：0.5 m。

進港航道的水深應(yīng)考慮三部分，即滿載吃水、波浪增加吃水、富裕水深。主要考慮波浪對游艇的影響。

關(guān)于波浪增加吃水，國外游艇發(fā)達國家經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)在波浪允許的范圍內(nèi)，波浪的作用會使航道的深度增加，增加值一般是0.5倍設(shè)計波高。

富裕水深主要的影響因素是波浪，見圖1。

圖1 進港航道波浪對游艇的影響

游艇在進港航道以適當?shù)乃俣群叫袝r，會有一定的船體下沉，這與游艇的速度有關(guān)。對于休閑娛樂的中、小型游艇來說，在進港航道以合理的安全的速度航行時，船體一般下沉大約0.30 m，而在內(nèi)航道、停泊水域、游艇調(diào)頭區(qū)船體下沉大約0.15 m；與游艇間效應(yīng)航道本身的特點以及游艇自身有關(guān)。所以游艇進港航道的水深除了要滿足游艇自身滿載吃水和波浪造成的吃水需要以外，還要有一定的富裕水深，此富裕水深可以根據(jù)以下幾點進行確定。

1)航道阻塞比率S。

(1)

式中：As——游艇進入水中的橫截面積，m2；

W——航道的平均寬度，m；

Hc——航道的水深，m。

2)弗勞德數(shù)Fr。

(2)

式中:Vs——游艇速度，m/s；

g——重力加速度，9.8m/s2。

3)Fr-S-d關(guān)系見圖2，d為無窮小量下沉值。

由上面的數(shù)據(jù)計算下沉值Z。

Z=d·Hc

(3)

式中：Hc——航道的水深。

經(jīng)過對中、小型游艇的計算，得出的此下沉數(shù)值與美國關(guān)于游艇的進港航道的水深非常接近。

另外還要考慮到以下幾個方面。

1)回淤。挖槽中發(fā)生的泥沙沉積等回淤現(xiàn)象，會使進港航道水深減小。

圖2 Fr-S-d的關(guān)系

2)淺水效應(yīng)。淺水效應(yīng)會導(dǎo)致游艇阻力增大，速度下降，游艇回轉(zhuǎn)性能下降，航向穩(wěn)定性變好，而在水域兩側(cè)深淺不同的河段還會產(chǎn)生航向難控現(xiàn)象。

3)疏浚允許誤差。考慮到疏浚作業(yè)產(chǎn)生的不利因素，如逆流、表面水流的波動、底質(zhì)的不均勻，通常疏浚允許誤差在0.3～0.9 m。

4)施工。進港航道要有足夠的水深來保證所有游艇能在任何潮位進入港內(nèi)。

5)未來游艇港的擴建等。

結(jié)合上述因素確定我國游艇碼頭的進港航道水深H為

(4)

式中：Δh——龍骨下最小富裕水深，Δh=d·Hc。

需要說明的是：①當有另外的游艇經(jīng)過的時候，由此得出的下沉值可能比實際的要大一點，因為阻塞比率要大。在雙向航道的設(shè)計時應(yīng)該考慮到這一因素。在沒有限制性的水域和開放性的水域，這個下沉值要比在限定性的水域要小，因為游艇浸沒在水中的橫截面積比水域的橫截面積要小得多。②考慮到海水或者淡水的差別。在淡水中的下沉值比在海水中的下沉值增加3%，因為海水密度是1.026 kg/m3，而淡水密度為0.999 kg/m3，對于中小型的游艇來說，這個值可以忽略。

2.2 進港航道的寬度

美國加州、美國國防部及澳大利亞游艇碼頭進港航道寬度分別為23、45及min{30,6B} m。其中，B為游艇總寬。

確定進港航道寬度時還要考慮以下幾個因素。

1)游艇的操縱性。

2)風、浪、流的情況，這些都會影響游艇操縱的靈敏性。

3)港池內(nèi)可以停泊的游艇數(shù)量及使用頻率。

4)游艇的型式和大小。

5)導(dǎo)航標志的范圍。

6)回淤現(xiàn)象。挖槽中發(fā)生的泥沙沉積等回淤現(xiàn)象，會使進港航道寬度變窄。

7)經(jīng)濟性。進港航道寬度越大，投入的資本就越高。

綜合上述因素，建議我國游艇的進港航道寬度為

W=min{30 m，6B}

(5)

2.3 實例驗證

以雙月灣游艇碼頭工程項目為依托，對所提出的關(guān)于游艇碼頭進港航道的尺度進行驗證。

2.3.1設(shè)計船型

游艇，總長21 m,型寬5.6 m,吃水1.7 m。

2.3.2 進港航道項目設(shè)計現(xiàn)狀

1)水深設(shè)計值。本工程游艇全天候進出港，不考慮乘潮，航道底標高設(shè)計為-3.5 m。

2)寬度設(shè)計。航道有效寬度為36 m。

3)波浪。本港區(qū)內(nèi)波浪的生消及傳播特征主要受制于臺風、冷空氣活動和地形環(huán)境。波浪經(jīng)大亞灣口至東岸傳播時，因受灣內(nèi)眾多島嶼、岬角的阻擋，波能迅速減弱。盛行波向和大風浪波向均為E-SE，灣內(nèi)波高通常在3.0 m以下，為了確保安全，取最大值為3.0 m。

2.3.3 驗證

1)進港航道水深驗證。根據(jù)項目實際情況，經(jīng)式(4)計算，Δh=0.3 m，則H=3.5 m，滿足要求。

2)進港航道寬度驗證。

W=min{30 m，6B}=30 m，滿足要求。

3 結(jié)論

1)綜合考慮了游艇碼頭風浪等因素對游艇的影響，提出適合于游艇的進港航道水域尺度的計算模型。通過雙月灣游艇碼頭工程項目中的具體例子對所提出的模型進行了合理性驗證。

2)提出的關(guān)于游艇碼頭的進港航道的水深和寬度的計算模型，滿足游艇安全進出港和經(jīng)濟性的要求，符合國內(nèi)游艇業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，對我國游艇碼頭的建設(shè)有一定的參考價值。

[1] 何文欽.游艇基地布置與設(shè)計技術(shù)研究[D].南京:河海大學(xué),2007.

[2] 王 葳,張文玉,滕明清.游艇碼頭平面布置[J].水運工程,2009(5):67-71.

[3] 中華人民共和國游艇管理規(guī)定[S].2009交通運輸部令 2008年第7號，2008.