黃驊港20萬t級(jí)航道設(shè)計(jì)水位分析

張金中，楊松姍

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

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黃驊港20萬t級(jí)航道設(shè)計(jì)水位分析

張金中，楊松姍

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

港口航道通航水位的確定直接影響到港船舶候潮時(shí)間和航道疏浚量，從而影響港口通過能力和基礎(chǔ)建設(shè)投資。本文對(duì)黃驊港綜合港區(qū)、散貨港區(qū)20萬t級(jí)航道工程通航水位的選取進(jìn)行研究分析，采用分段乘潮方法，確定合理的乘潮水位，在滿足港口通航作業(yè)要求的前提下，節(jié)省疏浚投資。希望為沿海港口航道參數(shù)確定提供參考。

黃驊港；進(jìn)港航道；通航水位；分段乘潮

本文對(duì)黃驊港綜合港區(qū)、散貨港區(qū)20萬t級(jí)航道工程通航水位進(jìn)行研究分析，以選取合理的乘潮水位，確定航道設(shè)計(jì)底高程，在滿足港口通航作業(yè)要求的前提下，節(jié)省工程投資。

1 工程概述

黃驊港綜合港區(qū)、散貨港區(qū)20萬t級(jí)航道是在10萬t級(jí)航道基礎(chǔ)上的擴(kuò)建工程。20萬t級(jí)航道軸線在里程3+700～44+000之間，維持10萬t級(jí)航道軸線不變，航道向兩側(cè)拓寬并浚深；里程44+000～60+500段，在44+000處（水深-14.5 m），向北偏轉(zhuǎn)13°，延伸至天然水深-16.4 m，折線段軸線方位為226°30′00″-46°30′00″。20萬t級(jí)航道采用一、次規(guī)劃分期實(shí)施的方式建設(shè)。一期工程實(shí)施 20萬t級(jí)航道部分?jǐn)嗝?，保證20萬t級(jí)散貨船單向減載乘潮通航；二期工程對(duì)20萬t級(jí)航道一期工程斷面進(jìn)一步浚深，并延長一期工程航道，滿足20萬t級(jí)散貨船單向滿載乘潮通航。

圖1　航道平面布置示意

2 乘潮水位確定方法

根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》，航道設(shè)計(jì)通航水位應(yīng)根據(jù)各類船型對(duì)通航保證率的要求，港口所在地區(qū)的潮汐特征和疏浚工程量等因素分析確定。通常情況下可取設(shè)計(jì)低水位或乘潮累積頻率 90 %以上的乘潮水位。單一潮位站的乘潮水位應(yīng)按照現(xiàn)行《海港水文規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)每潮次船舶乘潮進(jìn)出港所需的持續(xù)時(shí)間 ts，選取與此延時(shí)相當(dāng)?shù)乃?，取乘潮累積頻率P為90 % ～95 %的水位作為乘潮水位。因此，每潮次航道通航持續(xù)時(shí)間ts是確定乘潮水位的關(guān)鍵。

3 通航水位分析

由于黃驊港20萬t級(jí)航道長度達(dá)到約60 km，受潮波變形的影響，航道沿程當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵嬖谄骄Ｃ嬉韵碌木嚯x不同。搜集沿20萬t級(jí)航道軸線附近6個(gè)臨時(shí)驗(yàn)潮站（A’、B、C、D、E’、F’，依次遠(yuǎn)離港內(nèi)）的潮位資料，計(jì)算相應(yīng)乘潮水位。

為方便對(duì)比航道沿線乘高潮水位變化情況，將各站乘高潮水位訂正到平均海面，航道沿線乘高潮水位變化如圖2。

與航道沿線均使用黃驊港理論最低潮面相比，航道沿線使用當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵鏁r(shí)，航道沿線設(shè)計(jì)底高程不同，但由于乘潮水位限制，并不能減少航道挖深量。

使用不同理論最低潮面和使用不同乘潮水位時(shí)，計(jì)算航道底高程不同，對(duì)航道需挖深量影響不大，沿航道采用黃驊港理論最低潮面，采用黃驊港乘潮水位，底高程相同，便于應(yīng)用，因此，本航道工程設(shè)計(jì)采用黃驊港理論最低潮面，采用黃驊港乘潮水位。

圖2　80 %保證率航道沿線乘高潮水位變化

4 航道乘潮水位選擇

4.1 乘潮保證率

總體規(guī)劃對(duì)綜合港區(qū)的預(yù)測2020年及2030年時(shí)運(yùn)量分別增加到1.45億t及1.75億t，但進(jìn)出港的船舶的密度仍不算大，2030年時(shí)日均進(jìn)出港船舶35.85艘次/日，其中需要單行7萬t及其以上的船舶占10.91 %，而需要侯潮的15萬t及其以上的船舶僅占5.59 %，航道通過能力是比較充裕的。由于本航道全長56.8 km，疏浚工程量根據(jù)設(shè)計(jì)高程的增加變化很大，為節(jié)省工程量，考慮適當(dāng)降低乘潮保證率，采用全年乘潮保證率80 %，冬季乘潮保證率約50 %的潮位。

4.2 乘潮水位

本航道長度約為56.8 km，每潮次船舶進(jìn)出港所需時(shí)間按下式計(jì)算：

式中：ts為每潮次船舶乘潮進(jìn)出港所需持續(xù)時(shí)間（h）；Ks為時(shí)間富裕系數(shù)，取 1.1；t1為每潮次船舶通過航道時(shí)間；t2為船舶在港內(nèi)調(diào)頭時(shí)間，取0.0 h（港內(nèi)20萬t級(jí)散貨泊位港池水域按不乘潮設(shè)計(jì)）；t3為靠離泊碼頭和解系纜時(shí)間，取0.0 h（港內(nèi)20萬t級(jí)散貨泊位港池水域按不乘潮設(shè)計(jì)）。

本工程根據(jù)船舶進(jìn)港航速規(guī)律分為三段：航道里程19+000～60+500：此段船舶全速航行，平均航速按 10 kn設(shè)計(jì)，航時(shí) ts′=2.468 h；航道里程8+700～19+000：此段船舶適當(dāng)減速，但仍需保持一定速度，保證通過防沙堤口門段，平均航速按8 kn考慮，航時(shí)ts=0.766 h；航道里程3+700～8+700：此段船舶已進(jìn)入港內(nèi)有掩護(hù)區(qū)域，減速，準(zhǔn)備進(jìn)入港池水域，平均航速按6 kn考慮，在航道中航時(shí)ts′′′= 0.5 h；ts=ts′′′+ts″+ts′=3.734 h，取為4 h，即20萬t級(jí)散貨船進(jìn)港乘潮歷時(shí)4 h。

根據(jù)船舶進(jìn)港航速規(guī)律，采用了分段乘潮的方式，乘潮延時(shí)與潮位關(guān)系示意見圖3。

航道里程19+000～60+500，按乘潮3 h，無掩護(hù)設(shè)計(jì)，平均航速按10 kn設(shè)計(jì)；8+700～19+000，按乘潮 4 h，無掩護(hù)設(shè)計(jì)，平均航速按 8 kn設(shè)計(jì)；3+700～8+700按乘潮5 h，有掩護(hù)設(shè)計(jì)，平均航速按6 kn考慮。

圖3　分段乘潮示意

表1　乘潮水位選取及航道設(shè)計(jì)參數(shù)

由以上計(jì)算，20萬t級(jí)航道工程航道設(shè)計(jì)底高程取為-18.3 m，I、II、III段航道分別采用乘潮3 h（航時(shí)3 h），乘潮4 h（航時(shí)0.5 h），乘潮5 h潮位（航時(shí)0.5 h）。船舶在高潮前約1.5 h抵達(dá)航道起點(diǎn)，4 h后處于落潮期間，潮位為2.29 m，高潮前1.5 h至高潮后1 h期間的潮位滿足20萬t級(jí)船舶滿載進(jìn)港靠泊的乘潮要求，船舶乘潮進(jìn)港理論上是可行的，較采用全航道乘潮4 h水位減少了0.26 m挖深，節(jié)省了航道疏浚工程量。

5 結(jié) 語

本文結(jié)合實(shí)際通航要求，對(duì)黃驊港綜合港區(qū)、散貨港區(qū)20萬t級(jí)航道工程通航水位進(jìn)行分析，提出適當(dāng)降低乘潮保證率，采用分段乘潮，選取合適的乘潮水位用以計(jì)算航道參數(shù)，在滿足設(shè)計(jì)船型通航要求的前提下，節(jié)省航道疏浚量，使船舶候潮、泊位閑置的損失與航道疏浚量增加達(dá)到平衡。對(duì)提高港口航道服務(wù)水平，沿海港口航道參數(shù)確定提供了參考。

［1]中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司， 中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司. JTS165-2013 海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范［S］. 北京: 人民交通出版社， 2014.

［2]黃驊港綜合港區(qū)、散貨港區(qū)20萬t級(jí)航道二期工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］. 天津: 中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司， 2013， 7.

［3]中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司. 海港工程設(shè)計(jì)手冊（中）［M］. 北京: 人民交通出版社， 2001: 276-279.

［4]黃驊港綜合港區(qū)、散貨港區(qū)20萬t級(jí)航道工程通航安全評(píng)估報(bào)告［R］. 大連: 大連海事大學(xué)， 2011， 7.

Analysis of Design Water Level for Huanghua Port 200 000 DWT Channel

Zhang Jinzhong， Yang Songshan
（CCCC First Harbor Consultants Co.， Ltd.， Tianjin 300222， China）

The navigable water level determines the tide-waiting time for the arriving vessels and the channel’s dredging volume， which will affect the throughput capacity and infrastructure investment on the port. The analysis and study have been made for the selection of navigable water level applying to 200000DWT channel project at Huanghua comprehensive harbor and bulk cargo harbor. It is proposed to adopt the subsection navigation by tide，determine reasonable navigable water level and reduce the dredging engineering cost subject to the satisfaction of navigation requirements. The above study may provide

for determining relevant parameters of China coastal channels.

Huanghua Port； approach channel； navigable water level； subsection navigation by tide

U653.1

A

1004-9592（2016）03-0014-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160304

引 言

2016-01-04

張金中（1980-），男，工程師，主要從事港口、航道工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)工作。

港口航道的通航水位是滿足設(shè)計(jì)船型在航道中通航的最低水位，通航水位取值過高，會(huì)增加船舶候潮等待時(shí)間，造成船舶壓港，影響港口作業(yè)能力；通航水位選取過低，則會(huì)增加航道疏浚量，增加基礎(chǔ)建設(shè)投資。因此，港口航道通航水位的選擇是航道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題之一。乘潮水位應(yīng)根據(jù)需要、乘潮的設(shè)計(jì)船舶航行密度，航行時(shí)間結(jié)合所在地、區(qū)的潮汐特征航道沿程潮位過程和工程量確定的。