天津港10萬(wàn)t級(jí)大沽沙航道船舶通航尺度

天津臨港港務(wù)集團(tuán)有限公司 翟征秋

一、航道概況及水文條件

1. 航道概況

天津港10萬(wàn)t級(jí)大沽沙航道位于天津港南疆港區(qū)與大沽口港區(qū)之間，是經(jīng)人工開挖形成的天津港第二深水航道，現(xiàn)航道等級(jí)已達(dá)10萬(wàn)t級(jí)，航道長(zhǎng)32.5 km（里程2+0-34+5），底寬375 m，底標(biāo)高-14.5 m（理基），邊坡1：5，在里程15+0處順時(shí)針旋轉(zhuǎn)17°。

2. 航道所在海域水文條件

長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)資料顯示，大沽沙航道所在海區(qū)常風(fēng)向?yàn)镾向，次常風(fēng)向?yàn)镋向，出現(xiàn)頻率分別為9.89%、9.21%。強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镋向，次強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镋NE向，風(fēng)力大于7級(jí)和風(fēng)力等于7級(jí)的頻率分別為0.32%、0.11%。航道所在海區(qū)常浪向?yàn)镋NE、E向，頻率分別為9.68%和9.53%，強(qiáng)浪向?yàn)镋NE向，該向H4%＞1.5 m的波高頻率為1.35%。

根據(jù)實(shí)測(cè)水文全潮資料統(tǒng)計(jì)分析可知，本海區(qū)近岸受地形影響，落潮流速大于漲潮流速；近海潮流基本屬于往復(fù)流性質(zhì)且流向較為集中，漲潮流向WNW，落潮流向E-SE；本海域流速相對(duì)較小，平均流速小于0.3 m/s，屬弱流海區(qū)。

二、通航尺度研究

1. 設(shè)計(jì)代表船型

根據(jù)港區(qū)規(guī)劃，天津港10萬(wàn)t級(jí)大沽沙航道設(shè)計(jì)代表船型尺度如表1所示。由于近中期大沽沙航道主要通航10萬(wàn)t級(jí)以下的油船和散貨船，因此本文僅對(duì)油船和散貨船進(jìn)行論述。

2. 船舶通航寬度標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》），航道有效寬度W由船舶航跡帶寬度A、船舶間富裕寬度b和船舶與航道底邊線間的富裕寬度c組成，如圖1所示。

表1 主要設(shè)計(jì)船型尺度m

圖1 航道有效寬度

根據(jù)《規(guī)范》，單、雙向航道的有效寬度可分別按照公式（1）和（2）計(jì)算。

其中，A為航跡帶寬度，指船舶以風(fēng)流壓偏角在擬定航線擺動(dòng)航行所占的水域?qū)挾?，可通過(guò)公式（3）計(jì)算。

其中：n為船舶漂移倍數(shù)，取值見(jiàn)表2；L為設(shè)計(jì)船長(zhǎng)；B為設(shè)計(jì)船寬；γ為風(fēng)流壓偏角（°），取值見(jiàn)表2。

船舶與航道底邊線間的富裕寬度（c）是指船舶在航道中以蛇行航跡前進(jìn)時(shí)，航跡帶外側(cè)與邊坡底邊線的最小安全距離，該項(xiàng)富裕寬度可按表3取值。

表2 橫風(fēng)≤7級(jí)漂移倍數(shù)和風(fēng)流壓偏角γ值

表3 船舶與航道底邊線間的富裕寬度

在計(jì)算設(shè)計(jì)船型所需航道寬度時(shí)，其主要涉及船長(zhǎng)與船寬之比（L/B）。筆者通過(guò)對(duì)大量船型數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后得到所涉及船型尺度的長(zhǎng)寬比如表4所示。

表4 研究船型的平均長(zhǎng)寬比

3. 船舶單向通航

按照《規(guī)范》，在船速＞6 kn下考慮，由式（1）和表2、3可得出各類船型單向通航寬度如表5所示。由表5可知，在不同風(fēng)流壓偏角下，10萬(wàn)t級(jí)大沽沙航道可單向通航設(shè)計(jì)船舶的最大通航寬度如表6所示。通過(guò)表6與《規(guī)范》中船型資料對(duì)比可知，設(shè)計(jì)寬度為375 m的大沽沙航道可滿足所有設(shè)計(jì)船型單向通航對(duì)航道寬度的要求。

表5 設(shè)計(jì)代表船舶航跡帶寬度表

表6 設(shè)計(jì)代表船舶單向最大通航寬度表 m

4. 船舶雙向通航

按照《規(guī)范》，當(dāng)風(fēng)流壓偏角為3°、船速＞6 kn時(shí)，由式（2）和表2、3可得出各設(shè)計(jì)船型雙向通航寬度，如表7所示。由表7可知，當(dāng)風(fēng)流壓偏角為3°、船速＞6 kn、雙向通航時(shí)，設(shè)計(jì)寬度為375 m的大沽沙航道所允許通航的各船型組合最大寬度之和值如表8所示。

表7 γ=3°、航速＞6 kn時(shí)的雙向通航寬度

表8 γ=3°、航速＞6 kn時(shí)雙向通航允許通過(guò)的各船型最大寬度之和m

同理，可計(jì)算風(fēng)流壓偏角為7°、船速＞6 kn和≤6 kn時(shí)，各設(shè)計(jì)船型雙向通航所需通航寬度分別如表9、10、11、12所示。

表9 γ=7°、航速＞6 kn時(shí)的各種船型組合雙向通航所需寬度值

表10 γ=7°、航速＞6 kn時(shí)雙向通航允許通過(guò)的各船型最大寬度m

表11 γ=7°、航速≤6 kn時(shí)的各種船型組合雙向通航所需寬度值

表12 γ=7°、航速≤6 kn時(shí)雙向通航允許通過(guò)的各船型最大寬度m

5. 組合船型雙向通航計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)實(shí)際情況可知，船舶在航道中航行所需航道寬度與當(dāng)時(shí)的風(fēng)流壓偏角、橫流流速、船舶航速有關(guān)。另外，根據(jù)潮流統(tǒng)計(jì)資料可知，天津港10萬(wàn)t級(jí)大沽沙航道附近水域不利潮流的最大流速＜0.75 m/s，其與航道的夾角＜27°。根據(jù)船舶類型、船舶航速以及流壓差情況，分析可得天津港10萬(wàn)t級(jí)大沽沙航道允許雙向通航的最大船型組合如下：

（1）當(dāng)橫流流速≤0.25 m/s（γ=3°）、橫風(fēng)≤7級(jí)、船速＞6 kn時(shí)，天津港10萬(wàn)t級(jí)大沽沙航道允許雙向通航的各船型最大寬度值如表13所示。

表13 橫流流速≤0.25 m/s、橫風(fēng)≤7級(jí)、船速＞6 kn時(shí)雙向通航允許通過(guò)的各船型最大寬度m

（2）當(dāng)0.25 m/s＜橫流流速≤0.5 m/s（γ=7°）、橫風(fēng)≤7級(jí)、船速＞6 kn時(shí)，允許雙向通航的各船型最大寬度值如表14所示。

表14 0.25 m/s＜橫流流速≤0.5 m/s、橫風(fēng)≤7級(jí)、船速＞6 kn時(shí)雙向通航允許通過(guò)的各船型最大寬度m

（3）當(dāng)0.25 m/s＜橫流流速≤0.5 m/s（γ=7°）、橫風(fēng)≤7級(jí)、船速≤6 kn時(shí)，允許雙向通航的各船型最大寬度值如表15所示。

通過(guò)以上分析可知，設(shè)計(jì)寬度為375 m的天津港10萬(wàn)t級(jí)大沽沙航道應(yīng)：

（1）能滿足10萬(wàn)t級(jí)設(shè)計(jì)船型船舶在橫風(fēng)≤7級(jí)、橫流流速≤0.25 m/s條件下雙向航行。雙向通航兩船船寬之和值如表13所示。

（2）能滿足10萬(wàn)t級(jí)散貨船和10萬(wàn)t級(jí)油船以及兩條10萬(wàn)t級(jí)散貨船在橫風(fēng)≤7級(jí)、橫流流速介于0.25～0.5 m/s、航速≤6 kn時(shí)的雙向通航。雙向通航兩船船寬之和值如表15所示。

（3）不能滿足10萬(wàn)t級(jí)設(shè)計(jì)船型在橫風(fēng)≤7級(jí)、橫流流速介于0.25～0.5 m/s、航速＞6 kn時(shí)的雙向通航要求。

表15 0.25 m/s＜橫流流速≤0.5 m/s、橫風(fēng)≤7級(jí)、船速≤6 kn時(shí)雙向通航允許通過(guò)的各船型最大寬度m

三、結(jié) 論

根據(jù)2004—2005年潮流統(tǒng)計(jì)資料，10萬(wàn)t級(jí)大沽沙航道水域不利潮流最大流速為0.53 m/s，該向與大沽沙航道軸線夾角為27°，此時(shí)橫向流速為0.24 m/s。另外，根據(jù)2008年附近水域潮流實(shí)測(cè)資料，不利潮流最大流速為0.75 m/s，該向與航道軸線夾角在20°以內(nèi)，此時(shí)橫向流速為0.257 m/s?？梢?jiàn)，10萬(wàn)t級(jí)大沽沙航道水域最大橫流流速一般不超過(guò)0.25 m/s。因此，在按照《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算單雙向通航所需航道寬度時(shí)可將值取為3°。由此可知，天津港10萬(wàn)t級(jí)大沽沙航道在正常水文氣象條件下航道設(shè)計(jì)寬度為375 m可滿足10萬(wàn)t級(jí)設(shè)計(jì)代表船型單雙向通航對(duì)航道寬度的要求。

[1]中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院,中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院.海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ211-1999)[M].北京:人民交通出版社,1999.

[2]李邦川,周鋒.天津臨港10萬(wàn)噸級(jí)航道通航標(biāo)準(zhǔn)研究[J].中國(guó)水運(yùn),2010(1):22-23.

[3]蘇志國(guó).黃驊港200米航道船舶通航尺度研究[J].商情(財(cái)經(jīng)研究),2008(6):118.