河口航段通航安全評(píng)估方法及應(yīng)用

劉海兵　尹進(jìn)軍　應(yīng)翰海

摘 要：潮汐河口是沿海港口疏港航道的重要通道，此類航道既受上游徑流影響，又受到潮流、波浪等因素影響，水文條件極為復(fù)雜，導(dǎo)致船舶操縱難度增大，加大了水上交通事故的風(fēng)險(xiǎn)。本文以射陽河口疏港航道及海河聯(lián)運(yùn)區(qū)河口航段為例，提出河口航段通航安全關(guān)鍵因素，通過潮流模型和波浪模型分析了河口航段的通航及泊位條件，為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：通航安全;航道;河口;橫流;波浪

中圖分類號(hào)：U698? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2022）01-0035-03

江蘇擁有密集的內(nèi)河航道網(wǎng)，隨著航道建設(shè)的不斷完善，通航船舶數(shù)量的不斷增加，不同類型航道的自然條件對(duì)通航安全的影響逐步顯現(xiàn)[1]。許力源等分析了交叉航段通航安全的關(guān)鍵因素和評(píng)估方法[2]，孔憲衛(wèi)等分析了橋區(qū)水域的河床演變對(duì)通航安全的影響[3]。而河口航段通航的航段安全關(guān)鍵因素與其它內(nèi)河航道不盡相同。河口航段是實(shí)現(xiàn)“海河聯(lián)運(yùn)”的關(guān)鍵航段。河口區(qū)域受徑、潮流雙向作用，水流條件復(fù)雜。同時(shí)，還受到風(fēng)浪因素影響的疊加，易造成船舶在河口段通航時(shí)飄移量增大，船舶操縱難度增大，增加了水上交通事故的風(fēng)險(xiǎn)。海事部門雖通過大力建設(shè)VTS、AIS等監(jiān)管系統(tǒng)[4]來保證船舶通航安全，但運(yùn)用科學(xué)手段，論證和評(píng)價(jià)河口航道的通航安全風(fēng)險(xiǎn)仍十分必要。本文以射陽河口疏港航道及海河聯(lián)運(yùn)區(qū)河口航段為例，開展河口航段通航安全評(píng)估技術(shù)研究;梳理河口航段通航安全關(guān)鍵因素;提出河口航段通航安全評(píng)估方法，為類似工程提供借鑒。

1評(píng)估重點(diǎn)分析

潮汐河口是沿海港口疏港航道的重要通道，此類航道屬于從內(nèi)陸向海洋的過渡河道，既有內(nèi)陸河流的特征，如洪、中、枯水期的季節(jié)變化;又有海洋的某些特征，如大、中、小潮的變化和潮汐一年期的水位漲落與流速流向變化;而且還受風(fēng)浪的作用，大風(fēng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生增水或減水。潮汐河口區(qū)的泥砂運(yùn)動(dòng)也很復(fù)雜，外觀形態(tài)和演變規(guī)律與內(nèi)河彎道也不盡相同。

由于，潮汐河口的水流動(dòng)力特性同時(shí)受到徑流-潮流雙向往復(fù)流的影響以及波浪、鹽淡水的作用，水流運(yùn)動(dòng)、泥砂輸移特征及河道演變規(guī)律相對(duì)比內(nèi)河更為復(fù)雜，該類型航道的通航安全評(píng)估除考慮氣象特征、允許的船舶通航速度、船舶尺度和操縱特性、可利用的航標(biāo)外，應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)河口區(qū)流場(chǎng)分布、航道內(nèi)波浪、河口段沖淤變化和漲落潮急流，四個(gè)主要因素進(jìn)行評(píng)估。具體評(píng)估要求見表1

2評(píng)估對(duì)象

根據(jù)上文分析，本文以射陽河口疏港航道及海河聯(lián)運(yùn)區(qū)為對(duì)象，介紹河口航段通航安全評(píng)估方法。射陽河口地處廢黃河南側(cè)，為緩混合海相河口，海岸呈北沖南淤，沖淤基本平衡略有淤積的狀態(tài)。射陽港利用黃砂港航道作為疏港航道，內(nèi)河船舶直接駛?cè)肷潢柡：勇?lián)運(yùn)區(qū)的海港碼頭，實(shí)現(xiàn)海河聯(lián)運(yùn)的“無縫”銜接。

3評(píng)估內(nèi)容和方法

采用二維潮流模型計(jì)算海河聯(lián)運(yùn)區(qū)、錨泊區(qū)最大流速，計(jì)算分析內(nèi)河船舶航行外部條件;建立射陽港區(qū)小范圍BW波浪模型，計(jì)算分析海河聯(lián)運(yùn)區(qū)、錨泊區(qū)的泊穩(wěn)條件。

3.1二維潮流數(shù)值模擬研究

3.1.1研究?jī)?nèi)容

射陽河口外建有南北導(dǎo)堤，其中，北堤總長(zhǎng)6800m，南堤總長(zhǎng)5760m，海河聯(lián)運(yùn)區(qū)碼頭（1萬噸級(jí)）前沿長(zhǎng)度620m，寬度45m（見圖2）。擬建立二維潮流數(shù)學(xué)模型，計(jì)算射陽河口南北導(dǎo)堤、進(jìn)港航道及疏港航道工程實(shí)施后的潮流場(chǎng)。模型上游以射陽河閘、運(yùn)棉河閘、黃沙港閘和利民河閘為邊界，外海以射陽河口為起點(diǎn)向東約35km，向北約21km，向南約16km（見圖3）。

3.1.2研究結(jié)果

（1）流場(chǎng)情況：受射陽河上游閘下泄流的影響，各測(cè)點(diǎn)的落急流速一般大于漲急流速。針對(duì)不同水域（見圖4），海河聯(lián)運(yùn)碼頭前沿區(qū)最大流速為0.50m/s（2#點(diǎn)），錨地最大流速為1.20m/s（8#點(diǎn)），進(jìn)港航道河口處最大流速為0.51m/s（11#點(diǎn)），疏港航道最大流速為1.32m/s（19#點(diǎn)），以上各水域的最大流速均發(fā)生在落急時(shí)刻。

（2）橫流情況：海河聯(lián)運(yùn)船舶從疏港航道進(jìn)入海河聯(lián)運(yùn)區(qū)時(shí)，需橫跨河口，面臨較大的橫流流速，對(duì)船舶航行帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。在疏港航道到海河聯(lián)運(yùn)區(qū)的航行路線上取5個(gè)采樣點(diǎn)（見圖5），最大橫流流速可達(dá)0.76m/s，將對(duì)船舶航行安全帶來負(fù)面影響，需謹(jǐn)慎操作（見表2）。

3.2波浪數(shù)值模擬研究

3.2.1研究?jī)?nèi)容

應(yīng)用BW波浪模型計(jì)算海河聯(lián)運(yùn)區(qū)和錨地水域的波浪場(chǎng)，用以分析海河聯(lián)運(yùn)區(qū)、錨泊區(qū)的泊穩(wěn)條件（計(jì)算點(diǎn)位置見圖6）。計(jì)算區(qū)域的外邊界位于0米等深線處。

3.2.2研究結(jié)果

計(jì)算結(jié)果顯示，海河聯(lián)運(yùn)泊位區(qū)，由于地形及河口繞射作用，各方向兩年一遇H4%波高最大值為0.41m;在錨地區(qū)域，由于東部淺灘的掩護(hù)作用，各方向兩年一遇H4%波高最大值為0.37m（見表3）。

3評(píng)估結(jié)果及建議

（1）根據(jù)二維潮流數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果，口外海域及河道內(nèi)流速呈往復(fù)流特征，且落急流速一般大于漲急流速，口門處橫流較大，須注意流致漂移量問題。

（2）海河聯(lián)運(yùn)區(qū)和錨地區(qū)各方向兩年一遇H4%波高均小于0.5m，當(dāng)船舶通航時(shí)，可通過調(diào)整船舶航速，改變波浪的遭遇周期，避免諧振運(yùn)動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝小強(qiáng)， 關(guān)于復(fù)雜通航環(huán)境下通航安全的思考[J]. 中國(guó)水運(yùn)， 2021，21（4）：9-10.

[2]許力源，張高峰，應(yīng)翰海. 交叉航段通航安全評(píng)估方法及應(yīng)用[J]. 中國(guó)水運(yùn)，2021（10）：39-41.

[3]孔憲衛(wèi)，張慶河，楊宗默，等. 河床演變影響下橋區(qū)水域通航安全研究[J]. 中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)， 2021，31（3） ： 128-134.

[4] 趙顯峰， 孔晨， 牟學(xué)東. 內(nèi)河通航水域安全監(jiān)管手段研究[J]. 中國(guó)水運(yùn)，2021（1）：55-57.