舟山航道網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化布置關(guān)鍵技術(shù)研究

艾萬政 劉 虎

（浙江海洋學(xué)院 舟山 316000）

1 引 言

舟山群島是我國南北航線的中點和必經(jīng)之地，其眾多島嶼縱橫交錯，形成了通航條件優(yōu)越的各種天然航道.舟山航道的主要缺陷體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）航道復(fù)雜，各航道之間相互穿插銜接，且航道布置時沒有充分考慮船舶的操縱特性；（2）彎曲航道較多，且轉(zhuǎn)彎角度較大，瞭望視線往往受到山體遮擋；（3）航道附近危險物較多，部分水道中間布滿漁網(wǎng)和礁石，對通航安全造成危險；（4）航道內(nèi)潮流流速較大，且流向復(fù)雜多變.由于這些原因，導(dǎo)致通航不暢的事情發(fā)生頻率較高，據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，在寧波－舟山港海域每年發(fā)生的交通事故都高達100多起，造成的經(jīng)濟損失少則幾百萬元，多則千萬元.表1為2002年到2007年寧波－舟山港水域交通事故統(tǒng)計資料.由此看來，合理布置舟山的航道，減少交通事故發(fā)生的概率，對于保障舟山港航經(jīng)濟持久快速增長有著十分重要的意義.

表1 02～07年寧波－舟山港事故統(tǒng)計

目前舟山航道的布置方法，跟我國其他港口的一樣，主要是參照我國的《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》［1］及《海港總平面設(shè)計規(guī)范》的要求進行設(shè)計.但按照《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》及《海港總平面設(shè)計規(guī)范》來設(shè)計的航道，并沒有充分考慮船舶的操縱特性，尤其是風(fēng)和流等動態(tài)因素對船舶運動的影響［2］.用這樣的方法來布置航道尺度，不利于通航安全.舟山港所出現(xiàn)的水上交通事故，有相當(dāng)一部分與航道的這種布置缺陷有關(guān).因此有必要結(jié)合船舶的運動特性來研究航道布置問題［3－4］.本文在結(jié)合船舶操縱特性的基礎(chǔ)上，提出舟山航道優(yōu)化布置設(shè)計方法.

1 舟山航道現(xiàn)狀

舟山港現(xiàn)有的港口泊位只要集中于定海、老塘山、金塘、沈家門、馬岙、高亭、六橫、衢山、泗礁、綠華及洋山等地.舟山海域共有大小航道170多條，其中到達定海港的航道就達到17條之多.金塘水道、螺頭水道、冊子水道，以及蝦峙門航道是供大型船舶進出寧波港及舟山港的重要通道.舟山的主要航道分別分布于其南部海域、中部海域及北部海域.南部海域的主航道由中部的螺頭水道向外海方向分別與福利門、清滋門、蝦峙門、條帚門、雙嶼門、汀子門及青龍門相接，向內(nèi)分別與冊子水道和金塘水道相通.中部海域的主要航道岱山水道，其北接岱衢洋，南通龜山航門、灌門水道及黃大洋.北部航道主要是洋山港區(qū)、泗礁港區(qū)進出港航道，衢山客運航道以及進出綠華山錨地、長江口以及北方各港的航道.舟山各主要航道情況見表2.

舟山群島的部分航門、水道的漲落潮流速可達3～4kn，強勁的水流對維持港口岸線和航道水深起關(guān)鍵性作用.舟山港每年約有3.7次臺風(fēng)影響本地區(qū)，最大風(fēng)力可達12級以上.舟山主要航道的水深條件、寬度條件以及氣象條件，也決定了各自的通航狀況.

表2 舟山港域主要大型航道現(xiàn)狀

2 舟山航道優(yōu)化布置方法

2.1 航道布置應(yīng)考慮的因素

對于可通航的航道而言，水深、凈空高度、航道曲率、航道寬度是保障安全通航的必要條件［5］.雖然舟山跨海橋梁較多，但由于受到我國通航標(biāo)準(zhǔn)的約束，現(xiàn)代橋梁的建設(shè)高度一般都較高，且?guī)缀醵寄軡M足船舶通航凈空高度的要求，因此凈空高度問題不是現(xiàn)在通航的主要問題.為了滿足通航的條件，航道的水深最低要大于船舶的吃水加富余水深，由表2可以看出，舟山主要航道的水深均在15m以上，再加上潮水帶來的水深，舟山主要航道水深幾乎均能滿足10萬t以上船舶通航的要求.因此，對于舟山航道布置的關(guān)鍵問題，主要是考慮順直航道的寬度和彎曲航道的寬度問題.關(guān)于這兩個問題，單純從船型尺度來探討航道寬度是不夠的.因為航道的主要功能是供船舶通航，離開船舶的操縱特性來談航道問題也是不科學(xué)地.因此有必要結(jié)合船舶的操縱性來深入探討航道寬度.

2.2 順直航道所需要的航寬

順直航道的寬度應(yīng)該包括航跡帶寬度、風(fēng)致漂移量以及流致漂移量.其中雙向通航的航跡帶寬度公式可表示為：

式中：B為航道標(biāo)準(zhǔn)寬度；b為代表船型船舶寬度；L為代表船型船舶船長；a為航行漂角；Δb為上、下行船間的橫向間距，Δb＝（L×sinα＋b）／2；D為船岸間的安全距離，D＝（L×sinα＋b）／4.流致漂移按照下式求取，

風(fēng)致漂移計算公式為

式（2）及（3）中：S為計算河長，m；V 為船速，m／s；U 為流速，m／s；K＝（ρa×Ca／ρwCw）0.5，該系數(shù)一般取0.038～0.041；Ba為船體水線上側(cè)受風(fēng)面積，m2；Bw為船體水線下側(cè)面積，m2，取Bw＝L×d；Vs為風(fēng)中船速kn；Va為相對風(fēng)速，m／s；α為偏航角；β為流向角.順直航道的寬度應(yīng)該是根據(jù)式（1），（2）及（3）的計算結(jié)果疊加而成.

2.3 彎曲航道寬度

對于彎曲航道的寬度，應(yīng)該在相應(yīng)順直航道寬度的基礎(chǔ)上適當(dāng)加寬.船舶過彎見圖1［6］.

船舶過彎必須甩尾，這一甩尾量可以作為彎曲航道的加寬值，由圖1可見，船舶過彎甩尾量可以用下面的公式確定

1）當(dāng)α1＞0，α2≥0時

圖1 船舶過彎

式中：b為船寬；L為船長；P為船舶轉(zhuǎn)心距船尾的距離.

2）當(dāng)α1＞0，0≥α2≥－α1時

3 舟山航道布置探討

要合理布置航道，在設(shè)計時可按照下面的步驟進行：首先，了解航道的用途，也即是確定要設(shè)計的航道用于什么樣的船舶通航，這樣也就確定了代表船型，由代表船型船舶的船長、船寬，即可以按照式（1）確定航道的航跡帶寬度；其次，了解所要建航道地方的風(fēng)流條件，這樣可以根據(jù)式（2）和（3）確定風(fēng)流所致船舶的漂移量；最后，如果航道是彎道，還應(yīng)按照式（4）或（5）確定彎曲航道寬度加寬值.以下是航道設(shè)計案例：如果某部門設(shè)計某雙向通航順直航道的航寬，該航道預(yù)計要通過30萬t的油船（其代表船型的船長320m，船寬60m），舟山當(dāng)?shù)氐牧魉偃?0m／s，流向角取3°～5°，風(fēng)力按照8級取值，則按照式（1）～（3）所計算得出的航道寬度應(yīng)該為610m.按照這一要求，可以確定舟山部分航道能滿足這一條件，而另外一些航道則不能滿足30萬t油船的通航條件，見表3.但是不能滿足30萬t油船通航條件的航道，也可按照上述設(shè)計方法，分別設(shè)計成5萬，10萬，15萬，20萬t或25萬t船舶的通航航道，更低等級的航道甚至可設(shè)置成漁船專用航道.這樣設(shè)置舟山的航道，不但能保證舟山水域的通航安全，而且可以實現(xiàn)舟山“航道盡其能”，充分利用了舟山水域的通航資源.

表3 30萬t油輪航道通航條件

4 結(jié)束語

通過充分考慮船舶的操縱特性（如船舶過彎甩尾特性、風(fēng)致漂移特性及流致漂移特性），以實例說明的方式，提出了舟山水域通航航道優(yōu)化布置設(shè)計的方法，克服了單純以代表船型尺度來設(shè)計航道尺度的缺陷.本論文所提出的航道設(shè)計方法，可以供航道部門或海事部門在設(shè)置浮標(biāo)時進行參考.

［1］中華人民共和國交通部.GB50139—2004內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］譚 箭.彎窄航道通航單船最大平面尺度的確定方法初探［J］，水運科技信息，1998（6）：9－10.

［3］楊志軍，艾萬政.具有彎曲特性河道上橋梁通航寬度的探討［J］，水運工程，2007（3）：65－70.

［4］FUJII Y.Some factors affecting the frequency of accidents in marine traffic［J］.Journal of Navigation，1974，27（2）：235－252.

［5］PEDERSEN P T，ZHANG S.The mechanics of ship impacts against bridge［C］.Proceedings of Int.symposium advances on ship collision analysis，Copenhagen，1998：41－52.

［6］劉明俊.船舶過彎道所需航寬建模［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報：交通科學(xué)與工程版，2006，30（1）：15－23.