沿海港口深水航道選線及設(shè)計(jì)主要參數(shù)研究

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沿海港口深水航道選線及設(shè)計(jì)主要參數(shù)研究

Research on Main Parameters for Deep-water Channel Line Selection and Design of Coastal Ports

編者按：為推動(dòng)沿海港口深水航道建設(shè)水平的提高，保證大型船舶的航行安全，針對(duì)現(xiàn)行的《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》實(shí)施的局限性，西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目“沿海港口深水航道選線及設(shè)計(jì)主要參數(shù)研究”對(duì)沿海港口深水航道選線原則、航道尺度參數(shù)確定方法及航道通過(guò)能力計(jì)算方法進(jìn)行了深入研究。本篇對(duì)該項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容及研究成果進(jìn)行推介，以期為沿海港口深水航道建設(shè)及設(shè)計(jì)提供參考與借鑒。

Editor’s Note：In order to promote the improvement of deep-water channel construction standards of coastal ports and to ensure the navigation safety of large vessels，then aiming at the implementation limitations of existing“General Plane Design Specifications for Seaports”，the western transportation construction technology project“Research on Main Pa-rameters for Deep-water Channel Line Selection and Design of Coastal Ports”conducted the in-depth study on the deep-water channel line selection principles，waterway scale pa-rameter determination methods and waterway navigation capacity calculation methods of coastal ports.This article tried to promote the main content and research results of this project，expecting to provide the information and reference for the deep-water channel con-struction and design of coastal ports.

0 引言

我國(guó)現(xiàn)行的《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ211-99)已實(shí)施十余年，在許多方面已不適應(yīng)我國(guó)港口發(fā)展現(xiàn)狀，尤其是船舶大型化的趨勢(shì)。為了滿(mǎn)足沿海港口深水航道的建設(shè)需求，提高深水航道建設(shè)水平，保證大型船舶的航行安全，有必要對(duì)沿海港口深水航道選線及設(shè)計(jì)主要參數(shù)進(jìn)行深入研究。此外，鑒于開(kāi)挖以及維護(hù)航道的巨大投資，航道內(nèi)船舶交通量增大、新型船舶出現(xiàn)而引起船種和船型的構(gòu)成更加復(fù)雜，各港口投資者及政府主管部門(mén)都迫切期待能夠準(zhǔn)確把握港口航道通過(guò)能力情況，以確定拓寬航道或者由單向航道變?yōu)殡p向航道乃至多

線航道的最佳時(shí)機(jī)，進(jìn)而帶來(lái)整個(gè)港口良好的經(jīng)濟(jì)效益。

為適應(yīng)我國(guó)水運(yùn)事業(yè)蓬勃發(fā)展、交通事業(yè)跨越式發(fā)展的需要，開(kāi)展沿海深水航道選線與主要設(shè)計(jì)參數(shù)的研究，以促進(jìn)交通運(yùn)輸向節(jié)能、環(huán)保和更加安全的方向發(fā)展。研究深水航道選線的原則與分析方法、航道主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定等問(wèn)題，提出深水航道選線原則與合理斷面尺度確定方法、提出以服務(wù)水平為衡量標(biāo)準(zhǔn)的航道通過(guò)能力分析計(jì)算方法以及單線與雙線航道確定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)提高船舶航行的安全性，提高航道工程的投資效益，從而保證沿海大型專(zhuān)業(yè)化碼頭裝卸效率的充分發(fā)揮，具有重要意義。

在此背景下，交通部科教司組織和領(lǐng)導(dǎo)，中國(guó)交通建設(shè)集團(tuán)有限公司協(xié)助，中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院具體承擔(dān)編寫(xiě)了“十一五”交通重大攻關(guān)專(zhuān)項(xiàng)研究立項(xiàng)報(bào)告，經(jīng)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和專(zhuān)家多次審查、咨詢(xún)，報(bào)告最后確定了11個(gè)課題作為我國(guó)“十一五”交通重大攻關(guān)專(zhuān)項(xiàng)離岸深水港建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究的內(nèi)容。本課題“沿海港口深水航道選線及設(shè)計(jì)主要參數(shù)研究”即是其中之一。

1 項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目研究的總體目標(biāo)

本項(xiàng)目研究的總體目標(biāo)是提出能夠適應(yīng)船舶大型化、高速化、貨種多樣化、自然條件更加復(fù)雜的沿海港口深水航道選線原則、航道尺度參數(shù)確定方法及航道通過(guò)能力計(jì)算方法。本項(xiàng)目的研究成果應(yīng)為《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)條文的修訂提供技術(shù)支撐，部分成果應(yīng)能在規(guī)范中直接應(yīng)用。本項(xiàng)目中的部分研究成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

1.2 項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)

本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)指南、船舶操作模擬研究、實(shí)船觀測(cè)和仿真模擬等技術(shù)手段，在以下四個(gè)方面開(kāi)展研究工作：

1.2.1 航道選線的研究

主要工作內(nèi)容：研究沿海港口進(jìn)港航道選線的原則；研究影響航道轉(zhuǎn)彎半徑的因素和確定航道轉(zhuǎn)彎半徑的方法；研究影響兩彎道間直線段長(zhǎng)度的因素和確定方法。

1.2.2 航道設(shè)計(jì)水深的研究

主要工作內(nèi)容：研究影響船底富裕水深的因素和確定船底富裕水深的方法；研究確定航道備淤深度的原則和方法。

1.2.3 航道斷面主尺度研究

主要工作內(nèi)容：研究影響船舶航跡帶寬度的因素和確定船舶航跡帶寬度的方法；研究影響航道內(nèi)船岸間距、船船間距的因素及其確定方法。

1.2.4 航道通過(guò)能力的研究

主要工作內(nèi)容：研究影響航道通過(guò)能力的因素；研究航道通過(guò)能力和航道服務(wù)水平的關(guān)系；研究確定航道通過(guò)能力的方法；提出確定雙線航道的初步標(biāo)準(zhǔn)。

本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)主要有：

(1)通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于海港航道主尺度確定方法的對(duì)比分析研究，分析各自的適用條件和考慮的主要因素，判斷合理的適用范圍，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，提出對(duì)現(xiàn)行規(guī)定的修訂和補(bǔ)充建議；

(2)對(duì)大型船舶特別是集裝箱船和LNG船，在轉(zhuǎn)彎半徑和航跡帶寬度等設(shè)計(jì)參數(shù)的確定中，考慮橫風(fēng)的影響，提出相應(yīng)的確定方法；

(3)在船底綜合富裕水深的確定中，考慮適航水深及其他影響因素，對(duì)現(xiàn)行規(guī)定做出修訂；

(4)在備淤深度的確定中，對(duì)驟淤?gòu)?qiáng)度較大的航道，增加驟淤備淤深度，提出驟淤備淤深度確定方法的建議；

(5)建立港航系統(tǒng)仿真模型，初步探索建立航道服務(wù)水平評(píng)價(jià)體系，研究航道服務(wù)水平與航道通過(guò)能力的關(guān)系，初步提出需建設(shè)雙線航道的標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 項(xiàng)目的研究方法與技術(shù)路線

本項(xiàng)目的研究主要采用將國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料進(jìn)行對(duì)比分析(專(zhuān)題一)、船舶操作模擬器試驗(yàn)(專(zhuān)題二)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)船觀測(cè)及仿真模擬(專(zhuān)題三、四)等方法，針對(duì)航道選線、航道設(shè)計(jì)水深、航道設(shè)計(jì)寬度、航道通過(guò)能力等航道設(shè)計(jì)主要因素進(jìn)行分析研究。見(jiàn)圖1。

圖1 課題研究技術(shù)路線圖

2 航道選線

進(jìn)港航道選線主要從安全和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面考慮。在安全方面，風(fēng)、浪、流的方向與航道的夾角應(yīng)盡可能的小，通常夾角在±20°范圍內(nèi)為最佳方向，但是由于水流的主流向很少與強(qiáng)風(fēng)向和強(qiáng)浪向一致，且航道的走向與強(qiáng)浪向一致時(shí)會(huì)降低港區(qū)的掩護(hù)效果，因此，幾乎沒(méi)有理想的航道布置。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)流場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)和波浪場(chǎng)的特點(diǎn)，抓住主要矛盾，優(yōu)選方案布置。一般情況下，應(yīng)首先保證航道軸線與水流的主導(dǎo)流向一致，然后滿(mǎn)足航道軸線與強(qiáng)風(fēng)向和強(qiáng)浪向的交角應(yīng)盡可能小。在保證安全的前提下航道在疏浚和維護(hù)中的費(fèi)用應(yīng)盡量降低。此外航道應(yīng)盡量保持順直。在確定航道軸線時(shí)，可咨詢(xún)有經(jīng)驗(yàn)的引航員和船長(zhǎng)，必要時(shí)可采用船舶模擬器進(jìn)行通航模擬，從而優(yōu)化航道的選線。

圖2 不同轉(zhuǎn)向角航道轉(zhuǎn)彎半徑對(duì)比曲線圖

通過(guò)把不同規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)中的轉(zhuǎn)彎半徑取值范圍進(jìn)行對(duì)比(圖2)，可發(fā)現(xiàn)各國(guó)在航道轉(zhuǎn)彎半徑的取值上基本相當(dāng)。在船舶模擬器試驗(yàn)擬合的公式中，考慮了航速的影響。通過(guò)對(duì)比可以看出，目前各國(guó)規(guī)范提出的轉(zhuǎn)彎半徑通常在10節(jié)的航速條件下，對(duì)于以12節(jié)以上的航速航行船舶，目前規(guī)范規(guī)定的轉(zhuǎn)彎半徑偏小。此外，實(shí)船觀測(cè)的結(jié)果也表明大角度轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)彎半徑稍大于我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范中的規(guī)定結(jié)果。

航道轉(zhuǎn)彎處的加寬部分設(shè)置在彎道內(nèi)側(cè)效果較好，各國(guó)規(guī)定轉(zhuǎn)彎段的加寬值的范圍在0～2倍的設(shè)計(jì)船寬，采用的加寬方式主要有切角法和圓弧法，加拿大的《航道設(shè)計(jì)參數(shù)》中還對(duì)直線段航道與轉(zhuǎn)彎段航道間的過(guò)渡段作出規(guī)定。實(shí)船觀測(cè)的結(jié)果表明航道轉(zhuǎn)彎處特別是角度較大的轉(zhuǎn)彎處的曲線性加寬是必須的，如果設(shè)計(jì)不合理，必然造成轉(zhuǎn)向中的困難。船舶模擬器試驗(yàn)結(jié)果的軌跡分布表明，單向過(guò)彎的船舶軌跡在中軸線略偏向于彎曲段凸側(cè)，因此，當(dāng)轉(zhuǎn)向角≥30°時(shí)，采用折線切割法進(jìn)行加寬是合理有效的。

與美國(guó)和加拿大的規(guī)定相比，當(dāng)轉(zhuǎn)向角等于30°時(shí)，我國(guó)規(guī)范規(guī)定采用切角法加寬，加寬值與美國(guó)和加拿大的規(guī)定基本相等；當(dāng)轉(zhuǎn)向角<30°時(shí)，我國(guó)規(guī)范規(guī)定的加寬值略??；當(dāng)轉(zhuǎn)向角>30°時(shí)，采用折線法加寬是可行的。

國(guó)外規(guī)范和設(shè)計(jì)手冊(cè)中普遍規(guī)定兩個(gè)連續(xù)轉(zhuǎn)彎之間的直線長(zhǎng)度至少等于5倍船長(zhǎng)，在不能滿(mǎn)足時(shí)，必須進(jìn)行船舶操縱模擬器進(jìn)行研究論證。

3 航道水深

航道水深是在港口當(dāng)?shù)匾欢ǖ淖匀粭l件下，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)船型滿(mǎn)載吃水航行所要求的最小安全深度。通常，確定進(jìn)港航道水深的影響因素有：船舶裝載條件、水位條件、船舶航行條件、波浪影響條件、航道底質(zhì)條件等。對(duì)比國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)手冊(cè)，航道的設(shè)計(jì)水深通常由航道的通航水深和超深富裕水深構(gòu)成，其中航道的通航水深主要包括：船舶吃水、船舶航行下沉量、波浪富裕水深、龍骨下最小富裕水深、船舶縱傾、淡水修正水深等(如圖3所示)。

圖3 航道水深構(gòu)成示意圖

我國(guó)規(guī)范在確定航行下沉量時(shí)，只考慮了船舶噸級(jí)和航速兩個(gè)因素，相比于國(guó)外的計(jì)算方法，考慮因素較少。以下將各國(guó)規(guī)范和設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦的公式與中國(guó)規(guī)范進(jìn)行對(duì)比。

圖4 船舶航行下沉量對(duì)比曲線圖

從圖4對(duì)比結(jié)果可以看出，各種方法所得的結(jié)果趨勢(shì)變化相同，但數(shù)值差異較大，中國(guó)規(guī)范中規(guī)定的結(jié)果與其他方法相比取值適中，在低航速時(shí)取值偏大。

圖5 不同航速下、不同噸級(jí)油輪船舶航行下沉量對(duì)比曲線圖

從圖5可以看出中國(guó)規(guī)范中的取值比較適中，只是在大噸位低航速時(shí)結(jié)果偏大，小噸位計(jì)算結(jié)果偏小。

圖6 25萬(wàn)噸級(jí)油輪在不同類(lèi)型航道中航行下沉量對(duì)比曲線圖

從圖6中可以看出中國(guó)規(guī)范沒(méi)有考慮到航道類(lèi)型的影響，從對(duì)比中可以看出運(yùn)河中的船舶航行下沉量采用中國(guó)規(guī)范所得的值偏小。

圖7將不同方法計(jì)算不同類(lèi)型航道內(nèi)的航行下沉量進(jìn)行對(duì)比，從中可以看出Barras(2009)公式計(jì)算結(jié)果和Huval計(jì)算結(jié)果基本一致，而我國(guó)規(guī)范規(guī)定值只相當(dāng)于非限制性航道內(nèi)的情況，對(duì)于限制性航道我國(guó)規(guī)范規(guī)定值偏低。

圖7 不同航道內(nèi)中國(guó)規(guī)范與Huval 方法計(jì)算船舶航行下沉量對(duì)比曲線圖

從下頁(yè)圖8和圖9中可以看出，在斷面系數(shù)較大和方形系數(shù)較大的情況下，我國(guó)規(guī)范規(guī)定值偏低，而對(duì)于斷面系數(shù)較小和方形系數(shù)較小的情況下，我國(guó)規(guī)范規(guī)定值偏保守。

圖10對(duì)比結(jié)果表明，在波周期<6 s時(shí)，中國(guó)規(guī)范建議的值比RAO方法計(jì)算值稍大；在波周期>8 s時(shí)，中國(guó)規(guī)范和設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦的值比RAO法計(jì)算的結(jié)果小。

船舶裝載縱傾我國(guó)規(guī)定有掩護(hù)航道內(nèi)的油輪和散貨船縱傾可取0.15 m，國(guó)外規(guī)范中對(duì)此規(guī)定較少，只有加拿大的設(shè)計(jì)指南《航道設(shè)計(jì)參數(shù)》中指出在航道設(shè)計(jì)中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可考慮0.31 m縱傾富裕深度。當(dāng)設(shè)計(jì)船型不同時(shí)，通常取船長(zhǎng)的0.25%為縱傾富裕深度，其值較大。

對(duì)龍骨下富裕水深的規(guī)定，中國(guó)規(guī)范、美國(guó)陸軍工程師團(tuán)和加拿大的相關(guān)規(guī)定基本相當(dāng)。對(duì)硬底質(zhì)情況，中國(guó)的規(guī)定略小(0.8 m)。

對(duì)于淡水修正水深按照加拿大設(shè)計(jì)指南《航道設(shè)計(jì)參數(shù)》中規(guī)定的取船舶在海水中吃水的2%～3%是合理的。

圖8 相同方形系數(shù)不同斷面系數(shù)下Barrass(2009)

圖9 相同斷面系數(shù)不同方形系數(shù)下Barrass(2009)

圖10 不同波向角下船舶垂直運(yùn)動(dòng)對(duì)比曲線圖

注：平均周期<10 s為《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定值； 平均周期≥10 s為《海港工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》中推薦值

超深富裕水深中，對(duì)疏浚允許誤差富裕量一項(xiàng)，加拿大設(shè)計(jì)手冊(cè)中取0.3 m，美國(guó)陸軍工程師團(tuán)中取0.3～0.9 m，中國(guó)規(guī)范規(guī)定取0.3～0.8 m，三國(guó)規(guī)定基本相當(dāng)。備淤深度一般都規(guī)定根據(jù)回淤情況和疏浚間隔時(shí)間分析確定，美國(guó)陸軍工程師團(tuán)中取0.6～0.9 m。本次研究對(duì)于大風(fēng)驟淤比較嚴(yán)重的航道，在備淤深度的確定上，提出了驟淤備淤深度的概念，依據(jù)一定頻率的驟淤分布，分段確定備淤深度，以保證一定頻率的驟淤出現(xiàn)時(shí)，港口和航道能夠正常營(yíng)運(yùn)。

4 航道寬度

直線段航道有效寬度一般由航跡帶寬度、船舶間富裕寬度(船船間距)和船舶與航道底邊間的富裕寬度(船岸間距)構(gòu)成，如圖11和圖12所示。

圖11 單向航道示意圖

圖12 雙向航道示意圖

(1)航跡帶寬度

國(guó)際航運(yùn)協(xié)會(huì)的《進(jìn)港航道設(shè)計(jì)導(dǎo)則》(PIANC)中將航跡帶寬度分為基本操作帶和附加寬度兩部分?；静僮鲙c船舶操作性能有關(guān)。附加寬度與船速、橫風(fēng)、橫流、縱流、波浪、助航設(shè)施、航道底質(zhì)、航道水深以及裝載貨物有關(guān)。

圖13 中國(guó)規(guī)范與國(guó)際航運(yùn)協(xié)會(huì)航跡帶寬度對(duì)比示意圖

從圖13可以看出采用中國(guó)規(guī)范和PIANC導(dǎo)則推薦的方法得到的結(jié)果基本相當(dāng)，特別是航速為8～12節(jié)時(shí)更為接近。對(duì)于接近港區(qū)的航道，船舶航速不可能較高，當(dāng)橫流較小時(shí)，中國(guó)規(guī)范的規(guī)定偏小。對(duì)有危險(xiǎn)品船通過(guò)的航道還應(yīng)適當(dāng)增加寬度。對(duì)于航速較高(>12節(jié))、橫流較大的情況下，我國(guó)規(guī)范規(guī)定的航跡帶寬度值較保守。

圖14 船舶模擬器試驗(yàn)航跡帶寬度與中國(guó)規(guī)范規(guī)定航跡帶寬度對(duì)比曲線圖

圖15 船舶模擬器試驗(yàn)航跡帶寬度與中國(guó)規(guī)范規(guī)定航跡帶寬度對(duì)比曲線圖

圖16 船舶模擬器試驗(yàn)航跡帶寬度與中國(guó)規(guī)范規(guī)定航跡帶寬度對(duì)比曲線圖

從圖14～16對(duì)比中可以看出，我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定的數(shù)值與中速航行時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)，在低速航行時(shí)，我國(guó)規(guī)范規(guī)定值偏危險(xiǎn)，高速航行時(shí)，我國(guó)規(guī)范規(guī)定值偏保守。

圖17中給出了10萬(wàn)噸級(jí)LNG船在7級(jí)風(fēng)條件下，不同航速航行時(shí)模擬試驗(yàn)的結(jié)果，從中可以看出原LNG碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的單向航道設(shè)計(jì)中，航道有效寬度為1倍設(shè)計(jì)船長(zhǎng)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明航道寬度明顯偏大，單從船舶航行角度考慮可取5倍設(shè)計(jì)船寬作為航道寬度。

圖17 10萬(wàn)噸級(jí)LNG船模擬試驗(yàn)航跡帶寬度結(jié)果示意圖

(2)船岸間距

關(guān)于船與岸間距，采用中國(guó)規(guī)范和PIANC導(dǎo)則推薦的方法略微不同，對(duì)軟底質(zhì)航道或散貨船和危險(xiǎn)品船，中國(guó)規(guī)范的規(guī)定大一些，如表1。但應(yīng)注意對(duì)危險(xiǎn)品船的規(guī)定PIANC導(dǎo)則是在航跡帶附加寬度中規(guī)定的，對(duì)于大型油輪、LNG船，在航跡帶附加寬度中還分別增加了0.5B和1.0B。

表1 中國(guó)規(guī)范與PIANC導(dǎo)則關(guān)于船與岸間距的對(duì)比表

加拿大規(guī)范規(guī)定，船與岸間距按船舶克服岸吸力的要求確定。加拿大規(guī)范建議的船與岸間距與船舶操作性能和岸吸影響程度有關(guān)。船舶操作性能中等時(shí)，船與岸間距取值為0.75B～1.25B，與中國(guó)規(guī)范的規(guī)定基本相當(dāng)。

(3)船船間距

我國(guó)規(guī)范中規(guī)定船與船間距統(tǒng)一取設(shè)計(jì)船寬(1.0B)。

PIANC導(dǎo)則中船與船間距主要與航速、航道是否掩護(hù)以及船舶交會(huì)密度有關(guān)。船速為5～8節(jié)、交會(huì)密度較小的內(nèi)航道取值為1.0B。其他情況均大于1.0B。船速為8～12節(jié)、交會(huì)密度較大的外航道取值為2.1B，船速大于12節(jié)、交會(huì)密度較大的外航道取值為2.5B，船速為8～12節(jié)、交會(huì)密度較大的內(nèi)航道取值為1.8B。

加拿大規(guī)范規(guī)定船-船間距的最小寬度應(yīng)為30 m(100英尺)。當(dāng)B>30 m時(shí)，船與船間距=1B。當(dāng)船舶交通密度較大時(shí)應(yīng)考慮交通密度的附加寬度，船舶(不包括小船)小時(shí)交通量大于3艘/時(shí)，附加寬度為0.4B。

相比之下，我國(guó)規(guī)范中未考慮交匯密度的影響，船船間距規(guī)定值較低。

(4)航道總寬度

從對(duì)比結(jié)果可以看出，我國(guó)現(xiàn)行的《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)于雜貨船單向航道取值與國(guó)外取值基本相當(dāng)，對(duì)于雙向航道在橫流小的時(shí)候偏小，橫流大的時(shí)候基本相當(dāng)；對(duì)于散貨船單向航道取值與國(guó)外取值基本相當(dāng)，在非限制性及緩坡航道的情況下取值偏保守，對(duì)于雙向航道在橫流小的時(shí)候偏小，橫流大的時(shí)候基本相當(dāng)；對(duì)于集裝箱船單向航道取值與國(guó)外取值基本相當(dāng)，在非限制性及緩坡航道的情況下取值偏保守，對(duì)于雙向航道橫流較小的情況下取值偏小，橫流較大的情況下基本相當(dāng)。

我國(guó)規(guī)范對(duì)于油輪單向航道的取值與國(guó)外硬質(zhì)、陡峭邊坡情況下取值基本相當(dāng)，在非限制性和緩坡航道情況下的取值偏保守；我國(guó)規(guī)定LNG船航道寬度取一倍設(shè)計(jì)船長(zhǎng)，其取值基本與國(guó)外最苛刻條件下的取值相當(dāng)，對(duì)于橫流較小和非限制性和緩坡航道情況下的取值偏保守。

國(guó)際航運(yùn)協(xié)會(huì)和加拿大的設(shè)計(jì)指南中在確定雙向航道的船船間距時(shí)都考慮了船舶交匯密度的影響，從對(duì)比中可以看出我國(guó)規(guī)范規(guī)定的值在交匯密度較大的情況下普遍偏低。

5 航道通過(guò)能力研究

沿海港口航道作為船舶進(jìn)出港口的通道，其通過(guò)能力直接影響港區(qū)通過(guò)能力的發(fā)揮，是港口設(shè)計(jì)、建設(shè)以及擴(kuò)建整治時(shí)不容忽視的關(guān)鍵問(wèn)題之一。本研究結(jié)合沿海港口航道的特點(diǎn)，參考借鑒道路交通工程及內(nèi)河航道通過(guò)能力的定義，提出以服務(wù)水平為衡量標(biāo)準(zhǔn)的航道通過(guò)能力的定義，即以確定港區(qū)的給定航道，在港口正常生產(chǎn)作業(yè)狀態(tài)下，達(dá)到指定的港口服務(wù)水平時(shí)一年中通過(guò)該航道的所有船舶的載重噸總和作為航道通過(guò)能力。

采用系統(tǒng)仿真手段，仿真模擬各專(zhuān)業(yè)化港區(qū)船舶航行作業(yè)系統(tǒng)，得到不同通航條件和港口服務(wù)水平下的航道通過(guò)能力。同時(shí)，以港區(qū)泊位噸級(jí)的加權(quán)平均值作為港區(qū)特征噸級(jí)，仿真確定特征噸級(jí)對(duì)航道通過(guò)能力的影響，本研究結(jié)論靈活運(yùn)用于實(shí)際港區(qū)。通過(guò)研究分析，得到如下結(jié)論：

(1)沿海港口航道通過(guò)能力不僅與航道自身的通航條件有關(guān)，更與所在港區(qū)的定位密切相關(guān)。定位高的港區(qū)，航道通過(guò)能力相對(duì)低些，以更好地為到港船舶提供高效的服務(wù)；定位低的港區(qū)，則反之。無(wú)論何種港區(qū)，達(dá)到航道通過(guò)能力時(shí)，就需考慮擴(kuò)建航道，以繼續(xù)保持港區(qū)的服務(wù)水平。

(2)沿海港口航道通過(guò)能力直接影響港區(qū)內(nèi)的泊位數(shù)量及規(guī)模。當(dāng)港區(qū)內(nèi)泊位通過(guò)能力高于航道通過(guò)能力時(shí)，到港船舶將出現(xiàn)壓港現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)，船舶會(huì)放棄靠泊該港，給港方造成損失。因此，在設(shè)計(jì)、建設(shè)和擴(kuò)建整治航道時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮未來(lái)港口吞吐量的發(fā)展趨勢(shì)，以更好地協(xié)調(diào)泊位與航道的通過(guò)能力。

(3)隨著港區(qū)內(nèi)泊位數(shù)量增加，若港區(qū)特征噸級(jí)不變，航道通過(guò)能力不變；或港區(qū)特征噸級(jí)發(fā)生變化，航道通過(guò)能力則相應(yīng)變化。港區(qū)泊位組合對(duì)航道的通暢度影響較大。

6 依托工程

本課題將航道設(shè)計(jì)和通過(guò)能力研究的成果廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程設(shè)計(jì)之中，其中航道尺度設(shè)計(jì)的研究成果分別應(yīng)用于黃驊港航道工程、深圳港銅鼓航道工程、沙特Ras Az Zawr港航道工程；船舶模擬器試驗(yàn)研究應(yīng)用于深圳港通過(guò)航道工程；航道通過(guò)能力研究成果應(yīng)用于黃驊港航道工程、深圳港銅鼓航道工程。本課題的研究成果解決了依托工程建設(shè)與運(yùn)營(yíng)的多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，有效地指導(dǎo)了依托工程的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

7 結(jié)語(yǔ)

(1)我國(guó)現(xiàn)行《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定基本可以滿(mǎn)足船舶大型化發(fā)展的趨勢(shì)。航道水深、航道寬度、航道轉(zhuǎn)彎半徑的選取，在細(xì)節(jié)上還需做出必要的修改。本項(xiàng)目的研究成果為《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)條文的修訂提供了技術(shù)支撐。

(2)關(guān)于航道轉(zhuǎn)彎段設(shè)計(jì)，建議增加當(dāng)轉(zhuǎn)向角φ>60°時(shí)轉(zhuǎn)彎半徑選取的規(guī)定；建議補(bǔ)充規(guī)定兩個(gè)連續(xù)轉(zhuǎn)彎之間的直線長(zhǎng)度的規(guī)定。

(3)在航道水深設(shè)計(jì)中，建議增加在限制水域關(guān)于船舶航行下沉量的規(guī)定；建議增加波浪富裕水深中波浪平均周期介于6s和10s之間時(shí)的規(guī)定；增加關(guān)于淡水修正水深的規(guī)定；補(bǔ)充關(guān)于驟淤備淤深度的規(guī)定。

(4)在航道寬度設(shè)計(jì)中，以船長(zhǎng)、船寬和風(fēng)流壓偏角作為控制因素是合理的。按現(xiàn)行規(guī)范確定航道寬度也是合理的。但對(duì)于硬底質(zhì)且邊坡較高的航道和交匯密度較大的雙向航道，應(yīng)適當(dāng)增加航道寬度。對(duì)于LNG船，新頒布的《液化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS165-5-2009)中的規(guī)定基本可行，在橫流較小、緩邊坡、軟底質(zhì)情況下，取5倍船寬略顯保守。建議在總平面規(guī)范中取與《液化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》相同的規(guī)定。

(5)沿海港口航道通過(guò)能力不僅與航道自身的通航條件有關(guān)，更與所在港區(qū)的定位密切相關(guān)。以港口服務(wù)水平為評(píng)價(jià)指標(biāo)分析確定沿海港口航道通過(guò)能力是合理的。沿海港口航道通過(guò)能力不僅與航道長(zhǎng)度、航道尺度、通航條件等航道自身?xiàng)l件有關(guān)，還與港口的生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)效率、經(jīng)營(yíng)貨種、運(yùn)輸船型等條件有關(guān)。因此，沿海港口航道通過(guò)能力很難用簡(jiǎn)單的公式計(jì)算；建設(shè)雙向航道的標(biāo)準(zhǔn)也很難用一個(gè)指標(biāo)表述。對(duì)影響因素復(fù)雜的航道，應(yīng)采用計(jì)算機(jī)仿真模擬研究，分析確定航道通過(guò)能力。

(來(lái)源于交通運(yùn)輸部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目管理中心網(wǎng)站)

西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目“沿海港口深水航道選線及設(shè)計(jì)主要參數(shù)研究”

U612

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.11.001

1673-4874(2015)11-0001-010