廈門港海滄航道擴建三期工程通航安全的評估

溫清洪

（廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建廈門 361012）

隨著海峽西岸經(jīng)濟區(qū)建設(shè)的全面推進，廈門港在海峽西岸港口群中的龍頭港地位進一步確立，海滄港區(qū)和嵩嶼港區(qū)又是廈門港集裝箱干線運輸?shù)闹黧w港區(qū)。據(jù)統(tǒng)計，廈門港到港船舶大型化的趨勢日趨明顯。因15萬噸級以上船舶需不滿載或到其他港口減載后再進港，直接影響了船舶營運及碼頭泊位營運的效益。因此，為適應(yīng)到港船舶大型化趨勢的需要，必須擴建航道和船舶回旋水域。目前，廈門港主航道擴建三期工程近期實施工程已開工建設(shè)。廈門港主航道擴建三期工程建成后，可滿足10萬噸級集裝箱船雙向全潮通航（設(shè)計通航水位0.72m）、同時滿足15萬噸級船舶乘潮通航的要求。［1］［2］

鑒于海滄港區(qū)、嵩嶼港區(qū)是廈門港今后一定時期重點發(fā)展的港區(qū)，為了與港區(qū)發(fā)展相適應(yīng)，與廈門港主航道相匹配，必須配套擴建海滄航道并相應(yīng)擴建船舶回旋水域。廈門港海滄航道擴建三期工程建設(shè)規(guī)模與擬建廈門港主航道擴建三期工程一致，按照滿足10萬噸級集裝箱船全潮通航、兼顧15萬噸級散貨船、15萬噸級集裝箱船乘潮單向通航的規(guī)模進行建設(shè)。海滄港區(qū)4＃－7＃泊位船舶回旋水域增深工程建設(shè)規(guī)模為15萬噸級散貨船乘潮調(diào)頭，擬建工程適用船型由廈門港航道管理站提供。船型主尺度見表1設(shè)計船型尺度表。擬建工程的主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)見表2。［3］

表1 設(shè)計船型尺度表

表2 擬建工程主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)表

1 航道適應(yīng)性分析

1.1 航道寬度適應(yīng)性分析

海滄航道擴建三期工程從擬建廈門港主航道擴建三期工程調(diào)整后的終點（以下備注為“E”點）至海滄港區(qū)7＃泊位西端部，長約6.26km；航道有效寬度取250m。

按照《海港總平面設(shè)計規(guī)范》（JTJ211－99），（以下簡稱《設(shè)計規(guī)范》），航道有效寬度由設(shè)計船型總長、型寬、航速及航道的橫風(fēng)、橫流及“風(fēng)、流壓偏角”等因素所決定，航道有效寬度按下式計算：

式中：A——航跡帶寬度；A＝n（Lsinγ＋B）；n——船舶漂移倍數(shù)；L——設(shè)計船長 （m）；γ——風(fēng)、流壓偏角；B——設(shè)計船寬（m）；c——船舶與航道底邊間的富裕寬度。

航道有效寬度的計算結(jié)果詳見表3。

表3 單向航道有效寬度計算表 （單位：m）

根據(jù)表3計算結(jié)果，15萬噸級散貨船單向航道所需有效寬度為198.8m～225.6m，15萬噸級集裝箱船單向航道所需有效寬度為224.4m～261.9m。地中?！癕SC”系列15萬噸集裝箱船單向航道有效寬度為203.6m～238.2m。［4］

由于擬建工程航道軸線和漲落潮流流向基本一致，航道北側(cè)有陸地遮蔽，所以航道風(fēng)、流壓偏角取為5.5°，計算設(shè)計船型所需航道有效寬度為244.4m，現(xiàn)海滄航道從E～19＃泊位航段航道寬度為250m，擬建航道有效寬度若按250m建設(shè)，能滿足設(shè)計船型通航要求。

當(dāng)外界的風(fēng)和流較大，特別是東北大風(fēng)時，航道上大型船舶受到的風(fēng)、流壓偏角較大，而在7°的風(fēng)、流壓偏角時，15萬噸級集裝箱船（船長398m）單向航道所需有效寬度達(dá)261.9m，超出航道有效寬度。因此建議在風(fēng)和流較大（7級及以上）時，應(yīng)適當(dāng)限制船長398m的大型集裝箱船舶的進出港航行，以確保安全。

因此得出擬建工程航道寬度在理論上能滿足設(shè)計船型的通航規(guī)范要求，適應(yīng)船型的通航安全操作需要。

1.2 航道水深及設(shè)計底標(biāo)高適應(yīng)性分析

1.2.1 設(shè)計船型理論所需航道通航水深

按《設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，航道通航水深D0及設(shè)計水深D分別按下式計算：

式中：T——設(shè)計船型滿載吃水（m）；Z0——船舶航行時船體下沉增加的富裕水深（m）；Z1——航行時龍骨下最小富裕深度（m）；Z2——波浪富裕深度（m）；Z3——船舶裝載縱傾富裕深度（m）；Z4——備淤深度（m）；

航道水深理論計算結(jié)果詳見表4。

設(shè)計底標(biāo)高＝ΔH－D，ΔH—乘潮水位（m）

表4 航道設(shè)計水深計算表 （單位：m）

從表中得出10萬噸集裝箱船所需安全通航水深為16.02m，15萬噸級散貨船所需安全通航水深為19.77m；15萬噸集裝箱船所需安全通航水深為18.22m；地中海“MSC”系列15萬噸集裝箱船所需安全通航水深為17.72m。［4］

船舶回旋水域設(shè)計水深取值與航道水深相同。

1.2.2 擬建工程航道設(shè)計底標(biāo)高適應(yīng)性分析

本次航道設(shè)計底標(biāo)高設(shè)計兩個方案，航道設(shè)計底標(biāo)高分別?。?5.5m和－16.0m。

方案一：按照10萬噸級集裝箱船全潮通航要求（設(shè)計通航水深0.72＋15.5＝16.22m）；并兼顧15萬噸級散貨船乘潮通航要求（設(shè)計通航水深4.27＋15.5＝19.77m），乘潮年保證率90%計，乘潮歷時3小時；15萬噸級集裝箱船乘潮通航要求（設(shè)計通航水深2.72＋15.5＝18.22m），乘潮年保證率100%，潮歷時約5小時，（相當(dāng)于乘潮保證率90%、乘潮歷時約7小時）。

方案二：按照10萬噸級集裝箱船不乘潮通航要求設(shè)計，航道設(shè)計底標(biāo)高取－16.0m（設(shè)計通航水深0.72＋16.0＝16.72m）；15萬噸級散貨船乘潮水位為3.77m，（設(shè)計通航水深3.77＋16.0＝19.77m）乘潮歷時約4小時，乘潮保證率90%；15萬噸級集裝箱船乘潮水位為2.22m，（設(shè)計通航水深2.22＋16.0＝18.22m）乘潮歷時約6小時，乘潮保證率100%（相當(dāng)于乘潮保證率90%、乘潮歷時約8小時）。［5?

從設(shè)計船型理論所需航道安全通航水深和擬建工程航道設(shè)計底標(biāo)高比較，擬建工程航道設(shè)計的底標(biāo)高尺度能滿足不同設(shè)計船型在不同乘潮水位時的安全通航要求。因此設(shè)計代表船型滿載時，必須根據(jù)潮位乘潮通航。

1.3 航道轉(zhuǎn)彎半徑適應(yīng)性分析

船舶在航道中轉(zhuǎn)彎半徑R的大小和轉(zhuǎn)向點加寬方式應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向角φ和設(shè)計船長來確定，《設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：當(dāng)10°＜φ≤30°時，R ＝（3～5）L，采用切角法加寬；當(dāng)φ＞30°時，R＝（5～10）L，采用折線法加寬。［4］

擬建工程航道有兩個轉(zhuǎn)向點，即海滄航道與廈門港主航道交點E′點和G點，其中E′點處轉(zhuǎn)向角約15°，設(shè)計時采用切角法加寬，轉(zhuǎn)彎半徑R按最大常數(shù)取5倍設(shè)計船長；G點處轉(zhuǎn)向角約4°，小于10°，不必加寬。

因此得出：工可報告對廈門港海滄航道擴建三期工程的轉(zhuǎn)彎半徑設(shè)計符合規(guī)范的要求，能適應(yīng)設(shè)計船型安全通航需要。

1.4 航道回淤分析

根據(jù)工可報告介紹，廈門灣的灘槽格局基本是保持穩(wěn)定的。雖然海床在天然狀況下基本處于沖淤平衡的狀態(tài)，但疏浚工程改變了海床的水動力條件：一方面使水流歸槽，將增大單寬流量，促進沖刷；另一方面又?jǐn)U大了斷面過水面積，將降低深槽內(nèi)的水流流速，促進淤積。疏浚挖槽后回淤量由這兩個矛盾因素共同決定。

根據(jù)工可報告的泥沙回淤計算，海滄1～7＃泊位前沿航道內(nèi)每年大約淤積0.19～0.21m，由此估算出本工程實施后航道內(nèi)每年新增淤積量為32萬m3。在疏浚工程竣工后初期，由于邊灘泥沙回槽以及挖槽后海床與水流重新調(diào)適等因素會加劇航槽的淤積量，在工程竣工后的一段時間航槽的淤強估計將大于上述計算值的1.6倍左右。

因此廈門港航道管理站應(yīng)對航道的回淤問題有足夠的重視。

1.5 航道邊坡分析

根據(jù)工可報告，擬建航道設(shè)計邊坡取1：7，符合《設(shè)計規(guī)范》要求。

2 回旋水域適應(yīng)性分析

根據(jù)工可報告：海滄港區(qū)4?！?＃泊位船舶回旋水域為橢圓形，長軸為1100m，短軸590m，設(shè)計底標(biāo)高與航道相同?。?5.5m。

2.1 回旋水域尺度規(guī)范要求

根據(jù)《設(shè)計規(guī)范》，船舶回旋水域應(yīng)設(shè)置在進出港口或方便船舶靠離泊碼頭的地點，其尺度應(yīng)考慮當(dāng)?shù)仫L(fēng)、浪、水流等條件和港作拖輪配備、定位標(biāo)志等因素，可由表5確定。［4］

表5 船舶回旋水域尺度

2.2 工可文件設(shè)計值

擬建工程海滄港區(qū)4～7＃泊位船舶回旋水域平面設(shè)計仍為橢圓形，長軸取1100m，短軸取580m，平面尺度見表6。

海滄港區(qū)4?！?＃泊位船舶回旋水域，水流流速較大，船舶回旋水域宜按橢圓形布置，垂直水流方向為1.5L，沿水流方向為3L。按照《設(shè)計規(guī)范》計算，設(shè)計船型（15萬噸級散貨船，船長289m）需要回旋水域尺度為：

經(jīng)分析得出：海滄港區(qū)4?！?＃泊位設(shè)計的船舶回旋水域尺度能滿足規(guī)范的要求；但設(shè)計代表船型滿載進入旋回水域調(diào)頭操作時，必須要選擇合適的乘潮水位。

表6 4＃～7＃泊位設(shè)計回旋水域平面尺度核算表 （單位：m）

3 助導(dǎo)航設(shè)施適應(yīng)性分析

廈門港助導(dǎo)航設(shè)施比較完善，航道助航浮標(biāo)布設(shè)合理。

海滄航道擴建三期工程航道軸線與寬度與現(xiàn)航道一致，僅將起點向東延伸約200m與廈門港主航道擴建三期工程航道軸線相銜接，并在起點E點附近進行加寬，航道加寬后28＃燈浮標(biāo)距離航道邊線較近，需進行移位；因嵩嶼港區(qū)一期工程船舶回旋水域本次未同步增深，故需將604＃燈浮標(biāo)標(biāo)別由北方位標(biāo)改為專用標(biāo)，其余燈浮標(biāo)維持現(xiàn)狀。移位后28＃燈浮標(biāo)標(biāo)別、燈質(zhì)及錨鏈均不變，移位后28＃燈浮標(biāo)地理位置為24°25′47.8″N，118°03′01.6″E，拋標(biāo)點水深10.5m。

表7 擬建工程燈浮標(biāo)位置及技術(shù)性能現(xiàn)狀表［6］

由于擬建工程北側(cè)是嵩嶼港區(qū)和海滄港區(qū)的回旋水域，航道北邊線不能設(shè)置實物航標(biāo)。但嵩嶼港區(qū)的回旋水域?qū)嶋H水深小于擬建工程的底標(biāo)高（15.5m），擬建工程的設(shè)計船型船舶在航道航行存在風(fēng)險。為保證船舶航行安全又不影響回旋水域，建議在航道北邊側(cè)布設(shè)虛擬航標(biāo)。

4 錨地適應(yīng)性分析

4.1 錨地規(guī)劃

依據(jù)《廈門港總體規(guī)劃》和《廈門港主航道擴建三期工程初步設(shè)計》，結(jié)合港區(qū)和航道建設(shè)規(guī)模，工可報告對現(xiàn)有及規(guī)劃錨地進行調(diào)整設(shè)計。

4.1.1 新設(shè)錨地

新設(shè)灣口外3＃錨地為15萬噸級以上船舶侯潮待泊錨地。新設(shè)錨地位于廈門灣10萬噸級航道起點A東南側(cè)，為一不規(guī)則五邊形水域，距離航道右邊線約300m。設(shè)計錨地附近區(qū)域表層為流泥，以粘、粉粒為主，含少量貝殼類物質(zhì)；底層為淤泥混砂，以粘、粉粒為主，含少量貝殼類物質(zhì)，含石英中細(xì)砂30－35%。覆蓋層厚度均大于5m。錨地設(shè)計水深為23.0m，船舶錨泊半徑R為600m。錨地水深20.0m以上，可錨泊3～4艘10～15萬噸級大型船舶。具體位置詳見表8。

4.1.2 規(guī)劃8＃錨地調(diào)整

廈門港內(nèi)錨地水域不足，隨著到港大型船舶日益增多已不能滿足錨泊要求，規(guī)劃8＃錨地水深條件較好，且已進行過掃海。根據(jù)8＃錨地周圍的水深條件，對8＃錨地進行調(diào)整擴寬其范圍，設(shè)計將8＃錨地擴大，充分利用10萬噸級航道、廈金航道和擬建的劉五店深水航道之間的水域進行布置，并避開北面的疑存雷區(qū)。擴大后的8＃錨地為不規(guī)則五邊形，水深12～23m，其附近海域底質(zhì)以粗砂和淤泥為主，局部海域存在細(xì)砂，最大流速約0.96m／s，可滿足5～10萬噸級以下的船舶錨泊。具體位置詳見表8。

4.2 設(shè)計船型船舶所需要錨地分析

4.2.1 錨泊水域面積

根據(jù)《設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，單船舶錨位為一圓面積，當(dāng)風(fēng)力大于7級時，其半徑為：

其中，R為單錨水域系泊半徑（m）；h為錨地水深，取20m；L為設(shè)計船長（取15萬噸級集裝箱船，船長398m）。［4］

則一艘15萬噸級大型船舶所需要的錨泊水域面積為一個半徑623m的圓。

4.2.2 錨地水深

根據(jù)《設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，港外錨地水深不應(yīng)小于設(shè)計船型滿載吃水的1.2倍，當(dāng)波高（H4%）超過2m時，應(yīng)增加波浪富余水深。

因此，擬建工程設(shè)計船型所需錨地水深為17.9＊1.2≈22m。

因此得出：工可報告規(guī)劃新設(shè)灣口外3＃錨地設(shè)計基本能滿足規(guī)范的要求，基本能適應(yīng)設(shè)計船型目前臨時錨泊的需要。但是灣口外3＃錨地尚未建設(shè)，這就要求3＃錨地建設(shè)應(yīng)和擬建工程同步進行，同時投入使用。

廈門灣地形復(fù)雜，大型船舶錨地缺乏是今后廈門港高速發(fā)展面臨的問題。

表8 新設(shè)錨地及調(diào)整錨地坐標(biāo)表

5 港作拖船適應(yīng)性分析

廈門港各作業(yè)區(qū)船舶進出港和靠離泊作業(yè)所使用的港作拖輪主要由廈門港務(wù)船務(wù)有限公司提供。據(jù)了解，廈門港務(wù)船務(wù)有限公司除了擁有12艘港作拖輪外，根據(jù)業(yè)務(wù)需求量還定造了多艘5000匹以上的港作拖輪。按設(shè)計船型作業(yè)時拖輪配備情況計算（10萬噸級船舶重載作業(yè)時配2艘3600匹或以上的拖輪協(xié)助操作；15萬噸級船舶重載作業(yè)時需配3艘4000匹或以上的拖輪協(xié)助操作）。目前，只要合理調(diào)配拖輪，港作拖輪基本上能滿足和適應(yīng)掛靠廈門港船舶的助泊需要。

6 評估結(jié)論和建議

通過以上對擬建工程的航道尺寸和主要參數(shù)、導(dǎo)航設(shè)施、錨地、拖輪進行理論核算和分析，擬建工程項目符合有關(guān)通航水域規(guī)劃要求，對該通航水域的利用是合理、可行的，項目符合《設(shè)計規(guī)范》要求，能適應(yīng)和滿足設(shè)計代表船型船舶安全通航要求。

由于代表船型船舶尺寸大，受外界風(fēng)流作用力大，船舶在進出港、靠離泊操縱中，對此應(yīng)有足夠的考慮和準(zhǔn)備，各項操縱應(yīng)有較大的安全余量，配備充足馬力的拖輪助操。代表船型船舶在航行和靠離泊作業(yè)時對附近水域通航條件要求較高，必須做好通航安全的保障工作，服從海事主管機關(guān)的安排和指揮，確保通航安全。建議航道管理部門定期對旋回水域和航道進行測量和疏浚，以防發(fā)生擱淺事故。

1 交通部規(guī)劃研究院.廈門港總體規(guī)劃，2006（2）

2 福建省港航勘察設(shè)計研究院.廈門港主航道擴建三期工程初步設(shè)計，2009（9）

3 福建省港航勘察設(shè)計研究院.廈門港海滄航道擴建三期工程工程可行性研究報告，2010（3）

4 中華人民共和國交通部.海港總平面設(shè)計規(guī)范（JTJ211－99）［M］.北京：人民交通出版社，（2008年）

5 中國人民解放軍海軍司令部航海保證部.潮汐表（東海海區(qū)）［M］.天津：中國人民解放軍海軍出版社，（2011年）.

6 中國人民解放軍海軍司令部航海保證部.《航標(biāo)表》（東海海區(qū)）［M］.天津：中國人民解放軍海軍出版社（2011年）