港口的水域航道規(guī)劃設(shè)計(jì)

黃晨

江西省航道工程局 330000

摘要：伴隨著經(jīng)濟(jì)是迅速發(fā)展，航運(yùn)事業(yè)發(fā)展迅猛，船舶數(shù)量越來(lái)越多，船舶日趨大型化、高速化，現(xiàn)有港口需要不斷的重新規(guī)劃或拓寬航道，以滿足接納高速、大型船舶的發(fā)展要求。而航道作為港口水域布局的一個(gè)重要方面。其規(guī)劃合理性對(duì)提高港口水域通航安全何效率有很大作用。本文對(duì)于內(nèi)河港口航道規(guī)劃設(shè)計(jì)中的航道選線航道寬度設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，得出相關(guān)設(shè)計(jì)原則和方法。

0引言

經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展，迫使港口加速建設(shè)和擴(kuò)大規(guī)模，作為航運(yùn)節(jié)點(diǎn)的港口，其水域環(huán)境有限，較大船舶交通流量與通航密度帶來(lái)航運(yùn)安全隱患。航道為船舶進(jìn)出港提供了一條待定的安全航行路線。多數(shù)情況下，河道水深不能滿足船舶吃水要求，航道多采取人工挖掘形成。船舶進(jìn)出港口必須按照航行標(biāo)志航行，遵守航行規(guī)則，以免發(fā)生事故。航道作為港口水域的重要要素，合理規(guī)劃航道對(duì)通過(guò)港口水域通行效率提升與安全性保證有重要作用。航道規(guī)劃設(shè)計(jì)包括航道選線、航道尺度（包括寬度、水深及轉(zhuǎn)彎段參數(shù)等）以及導(dǎo)助航標(biāo)志等內(nèi)容。本文主要論述了航道選線、航道寬度設(shè)計(jì)和航道水深的確定方面的內(nèi)容，期望對(duì)于今后港口水域航道規(guī)劃起到很好指導(dǎo)作用。

1航道選線

航道是船舶進(jìn)出港口的安全通行路線，航道選線要遵循操船安全、挖方量少、施工期短，疏浚維護(hù)方便和節(jié)省投資等技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理原則。為了有助于航道設(shè)計(jì)師掌握選線方法，建議有關(guān)選線設(shè)計(jì)的布置原則要求如下：

1.1船舶通行的安全性

為適應(yīng)港口的未來(lái)發(fā)展，須確保通過(guò)港口的最大船舶在港口中不碰壁、不擱淺。布置進(jìn)出港航道選擇航線方案時(shí)，應(yīng)首先按設(shè)計(jì)階段要求進(jìn)行地形水深測(cè)量、水文氣象觀測(cè)和地質(zhì)地貌勘察以及研究分析工作，在滿足港口總體規(guī)劃的前提下，要根據(jù)地形條件盡量多利用天然水深選擇較短航道，避免大量開挖巖石、暗礁和底質(zhì)不穩(wěn)定的淺灘，并對(duì)航道的泥沙回淤做出論證。

1.2航道軸線的平面布置

為保證船舶在航道中安全方便進(jìn)出港口，滿足良好的操船作業(yè)條件，提高航道通過(guò)能力，航道軸線的平面布置應(yīng)符合以下要求：1）航道的軸線應(yīng)該盡量順直，避免“s”行彎轉(zhuǎn)向。2）航道需要轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向角應(yīng)盡量控制在30°以內(nèi)，超過(guò)30°時(shí)可根據(jù)具體條件適當(dāng)加大轉(zhuǎn)彎半徑，加寬航道，減少航速或使用拖輪助航。3）應(yīng)避免多次轉(zhuǎn)向，但當(dāng)航道較長(zhǎng)又受多地形限制，必須要轉(zhuǎn)幾次彎才能進(jìn)港、出港時(shí)，要根據(jù)船舶性能、噸級(jí)大小、航道斷面尺度，導(dǎo)助航設(shè)施和自然條件等，除減小轉(zhuǎn)向角外，還應(yīng)滿足轉(zhuǎn)彎前調(diào)整修正船位的直線段和兩次轉(zhuǎn)彎間的直線段長(zhǎng)度要求。4）防波堤口門前的航道應(yīng)直線布置，若受地形條件限制有彎道時(shí)，其直線長(zhǎng)度可按上述兩次轉(zhuǎn)彎間的直線長(zhǎng)度要求控制。5）防波堤口內(nèi)進(jìn)出港航道與轉(zhuǎn)頭水域連接時(shí)最好按直線布置，并應(yīng)該滿足制動(dòng)距離要求。對(duì)于進(jìn)口門后必須轉(zhuǎn)向的航道，其轉(zhuǎn)彎半徑建議為5L～8L。6）航道軸線與橋墩，燈塔和觀測(cè)平臺(tái)等固定設(shè)置靠近時(shí)，由于受風(fēng)和水流的影響，改變了建筑物周圍的流場(chǎng)，破壞了航道上水流和風(fēng)流狀態(tài)，使船舶經(jīng)過(guò)這些設(shè)施時(shí)候發(fā)生偏航，為了消除這些影響，一般航道邊線與固定設(shè)施之間要大于3.5倍設(shè)施的寬度。7）航道通過(guò)橋梁等狹窄水域時(shí)，其兩側(cè)航道應(yīng)各有5L直線長(zhǎng)度，以滿足調(diào)整船位對(duì)標(biāo)進(jìn)線的要求。

1.3河口航道選擇

選擇航道線布置方位要注意研究水文氣象條件對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)和操船作業(yè)的影響，并要考慮到地形和地質(zhì)條件的特點(diǎn)。良好的航道選線方案應(yīng)具有良好的操船作業(yè)條件。

根據(jù)河口地區(qū)的自然條件，選擇最優(yōu)的航道位置，使航道易于維持通航水深又便于安全操船是河口航道中心問(wèn)題。1）對(duì)于河口上游的進(jìn)口段選槽定線問(wèn)題，應(yīng)本著維持原來(lái)的水力狀態(tài)，沿著河道中主流沖刷的深槽布線，保持彎道河勢(shì)，順應(yīng)水流的自然流態(tài)，有利于航槽穩(wěn)定。2）要保證通航條件，必須采取工程措施，加強(qiáng)落潮流，沖刷航道，維持航深。3）沿落潮流主流線選擇航道軸線，航槽交穩(wěn)定，挖方量少，容易采取工程措施，滿足通航要求。4）我國(guó)北方冬季港口選擇航道方位時(shí)，要注意研究冬季封港冰況，包括封港時(shí)間，岸冰河浮冰的出現(xiàn)和消失時(shí)間。5）航道選線應(yīng)該設(shè)置制造簡(jiǎn)單，維修方便，使用安全可靠的導(dǎo)助航設(shè)施和標(biāo)志。

2.航道寬度

航道寬度指的是設(shè)計(jì)乘潮水位或低水位的航槽斷面的設(shè)計(jì)水深處的兩底邊線間的寬度。航道的有效寬度有三部分：船舶的航跡帶寬度、富裕寬度、航道底邊與船舶間的富裕寬度。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，航跡寬度在2.0-4.5B范圍內(nèi)為宜；船舶富裕距離應(yīng)根據(jù)港口具體情況來(lái)確定合理的取值，一般取100英尺或最大船寬；航道底邊與船舶間的富裕寬度受航速、船舶類型等因素影響。

2.1航跡帶寬度

由于受到流和風(fēng)等影響，船舶的航跡要與航道保持平行是較為困難的，就算在無(wú)流和風(fēng)的情況下航行，船舶也會(huì)在螺旋槳的致偏作用影響下產(chǎn)生船舶首向右或左偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，這時(shí)需要對(duì)舵角進(jìn)行操縱才能夠保持航向，因此，船舶在航道中的航跡是在導(dǎo)航中線左右擺動(dòng)的蛇行路線，根據(jù)長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出：一般應(yīng)保持航跡帶寬度2.0B～4.5B。

2.2船舶間富裕寬度

船舶在航道中行駛錯(cuò)船是在所難免的，為了確保航行安全，杜絕船吸現(xiàn)象，兩航跡帶之間應(yīng)保持一定的內(nèi)側(cè)距離。而影響兩艘船舶之間的相互作用因素主要有兩船之間的距離、船型的尺度大小和比例、航行的速度和速度比例等，一般來(lái)說(shuō)可將其分解成船舶的回轉(zhuǎn)力矩與橫向作用力，其中，橫向力的方向和大小的變化是由于兩船相對(duì)位置不同所引起了。而回轉(zhuǎn)力矩（特別是向內(nèi)側(cè)的回轉(zhuǎn)力矩非常之重要）會(huì)把兩船都向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)向，致使它們相互急劇靠近。要保持兩艘船舶之間最小的安全距離應(yīng)該參考大量科研結(jié)果進(jìn)行相關(guān)研究。

2.3船舶與航道底邊間的富裕間距

在航道比較長(zhǎng)，自然條件相對(duì)來(lái)說(shuō)非常惡劣、不容易控制導(dǎo)標(biāo)靈敏度，船舶的定位也比較困難的情況下，可以將航道寬度在合理范圍內(nèi)進(jìn)行加寬，而在與之相反的情況下，就可以進(jìn)行縮窄。對(duì)較為典型雙向航道來(lái)說(shuō)，其寬度一般是船寬八倍左右，而單向航道寬度一般則是船寬的五倍左右。彎曲航道段內(nèi)的船舶航行由于轉(zhuǎn)向時(shí)飄動(dòng)，通過(guò)時(shí)必須以投影寬度為準(zhǔn)，這就要求其寬度要大于直線段。對(duì)此，可以使用規(guī)范建議的圖解法對(duì)需要進(jìn)行加寬的各項(xiàng)數(shù)值以及轉(zhuǎn)彎半徑與轉(zhuǎn)向角進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，常用的有折線切割法和切角法，折線切割法主要是對(duì)航道內(nèi)側(cè)邊緣進(jìn)行設(shè)計(jì)確定，具體來(lái)說(shuō)就是采用n次轉(zhuǎn)向的方式，其中每一次都進(jìn)行1/n的轉(zhuǎn)向，最后實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向目的；切角法主要是對(duì)航道轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)邊緣進(jìn)行設(shè)計(jì)確定，采用兩次轉(zhuǎn)向的方式，一次就轉(zhuǎn)半個(gè)預(yù)定轉(zhuǎn)向角，經(jīng)過(guò)兩次轉(zhuǎn)向來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的目的。

3、航道水深確定

航道水深是航道內(nèi)的最淺處水面到河底的垂直方向上的距離，是船舶安全通行的最小深度。影響航道水深的因素有航行中的船體下沉、龍骨下的富裕深度、波浪富裕深度、水深測(cè)量誤差等。經(jīng)典的航道水深是船舶滿載吃水、龍骨下的最小富裕深度、波浪富裕深度、船舶航行下沉值、備淤深度、船舶尾吃水這五個(gè)變量的加和。本文在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上加入了水深測(cè)量誤差，希望能得到更安全的船舶航行效果。

4、結(jié)束語(yǔ)

隨著船舶的大型化和港口規(guī)模的不斷擴(kuò)大，港口水域航道的交通運(yùn)輸壓力越來(lái)越大。為了滿足未來(lái)港口航道發(fā)展的需要，重新規(guī)劃、升級(jí)港口的水域航道勢(shì)在必行。本文筆者從從航道合理規(guī)劃的角度出發(fā)，為增強(qiáng)港口水域的船舶通行安全性，對(duì)航道選線、航道寬度、航道水深確定等方面給出航道規(guī)劃的具體實(shí)施方案。同時(shí)將一些航道設(shè)計(jì)的安全及其評(píng)價(jià)觀點(diǎn)也引入其中，希望能對(duì)港口航道的合理設(shè)計(jì)帶來(lái)幫助，為港口航道更能適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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