關(guān)于浮橋式游艇碼頭系泊允許波高的探討

張立國，趙雁飛

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300220）

引言

本文主要針對游艇碼頭總平面布置中浮橋式泊位的系泊條件進(jìn)行探討，對比國內(nèi)規(guī)范、澳大利亞、英國、美國、日本等國家的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)指南及研究成果，對設(shè)計(jì)參數(shù)中游艇碼頭系泊允許波高進(jìn)行對比分析，提出建議。

1 國外現(xiàn)有相關(guān)研究及規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)

20 世紀(jì)70 年代以前，游艇碼頭多為自然掩護(hù)的小規(guī)模港池，對系泊允許波高并沒有深入研究，常以有效波高（Hs）0.305 m 控制。

Le Mehaute（1976）描述到：“小船港口要求非常小的波浪擾動，許多游艇船主認(rèn)為0.2 m 是最大值，盡管港口管理者可能認(rèn)為0.4 m 是可以接受的，如果船只系泊合理，不過通常做不到。下水坡道也需要建在水面非常平靜（波高小于0.1 m）的區(qū)域?！?/p>

國際航運(yùn)協(xié)會（PIANC）下的國際體育和娛樂航行委員會成員Bertlin（1976）在撰寫的文章中將合理的小船靠泊掩護(hù)水域定義為10 年1 遇最大有效波高小于0.4 m 的區(qū)域。

Glodowski 等人（1977）認(rèn)為1 英尺的有效波高定義了可接受波浪條件的極限。雖然游艇可能會隨著1 英尺的波浪而顯著移動，并給乘客帶來一些不適，但如果船被適當(dāng)?shù)劐^泊，就不會發(fā)生損壞。

Kamphuis（1979）指出，大于0.5 m 的入射波浪將在碼頭內(nèi)產(chǎn)生足夠的擾動，尤其是當(dāng)周邊反射很強(qiáng)時，小船即使系得再好也很可能會受損。

加拿大西北水利公司1980 年完成了一系列研究及波浪模型試驗(yàn)，在出版的《研究確定小船港口可接受的波浪條件》中提出港內(nèi)泊穩(wěn)條件應(yīng)兼顧正常系泊條件下的舒適度和極端系泊條件下的游艇和浮橋安全。單一的設(shè)計(jì)頻率不能涵蓋設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的所有波浪危害。一個港口可能在大部分時間里風(fēng)平浪靜，極少出現(xiàn)強(qiáng)烈的風(fēng)暴。也可能是由于強(qiáng)風(fēng)或繁忙的海上交通而產(chǎn)生的持續(xù)波浪。兩者的設(shè)計(jì)發(fā)生頻率不應(yīng)相同。建議使用50 年、1 年和1 周3 個重復(fù)時間間隔。文中提出的推薦標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 小船港口“良好”波浪氣候的推薦指標(biāo)

50 年一遇的風(fēng)暴可能被認(rèn)為是碼頭設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)最嚴(yán)重的風(fēng)暴。游艇因摩擦而造成的外觀損壞是可以接受的，但淹沒或擱淺不可接受。需保證熟練的碼頭操作工和船員能夠在走道上保持安全的線路和連接段行走，并能更換護(hù)舷。應(yīng)對1 年一遇的風(fēng)暴采取一定的安全措施，以使所有正確系泊的船只和浮筒都能完好無損，并且通常的碼頭巡邏將足以確保系得很差的船只并更換移位的護(hù)舷。每周一次的條件不應(yīng)擾亂正常的碼頭活動。

澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)借鑒了這一結(jié)論，《Guidelines for design of marinas》（AS 3962-2001）對小型游艇港系泊波高的建議指標(biāo)見表2。

表2 游艇港“良好”波況指標(biāo)

在最新發(fā)布的澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)《Marina design》（AS 3962:2020）中，仍然沿用以上指標(biāo)，但補(bǔ)充了注釋：“最大波高不得超過‘中等’條件Hs標(biāo)準(zhǔn)的1.5 倍?！奔赐２此騼?nèi)最大波高順浪不得超過0.6×1.25×1.5=1.125 m，橫浪不得超過0.25×1.25×1.5=0.469 m，這里的最大波高指在一段波浪觀測期間內(nèi)測得的前1 %大波的平均波高。

《大堡礁海洋公園游艇碼頭環(huán)境指南》（大堡礁海洋公園管理局，1994）也采用了與《AS 3962-2001》相同的泊穩(wěn)條件標(biāo)準(zhǔn)，但書中描述，通常采用0.5～0.6 m 的波高范圍作為固定系泊系統(tǒng)（通常指用樁錨固）的最大值。如果系泊系統(tǒng)不會被0.5～0.6 m 波浪所施加的載荷損壞，船只的系泊羊角或其他配件也很可能受損。在采用浮式系泊系統(tǒng)的小型船舶港口中，波浪防護(hù)設(shè)計(jì)被廣泛接受的波浪高度不應(yīng)超過0.3 m。

美國國防部統(tǒng)一設(shè)計(jì)準(zhǔn)則《Design:Small CraftBerthing Facilities》（UFC 4-152-07）提出：“應(yīng)采用消波結(jié)構(gòu)將波浪降低到可接受的高度，可接受的最大波高的標(biāo)準(zhǔn)是，根據(jù)所用船只的特性，在進(jìn)港航道內(nèi)約為2～4 英尺，停泊水域內(nèi)1～1.5 英尺?！?/p>

美國ASCE 小型船舶港口委員會出版了一本關(guān)于小型船舶港口的手冊（1969），他們提出：“一般來說，不考慮長周期的情況下，系泊水域的波高最大值應(yīng)減少到0.5 英尺～1 英尺?！痹谄潆S后出版的小船港口設(shè)計(jì)指南《Planning and Design Guidelines for Marina Berthing Facilities》（2012）中描述：“一般來說系泊波高應(yīng)小于0.5 英尺～1.5英尺?！睍幸昧思幽么笪鞅彼镜纳鲜龀晒⒎治龅?，當(dāng)波浪周期在2～6 s 之間時應(yīng)要求最嚴(yán)格，因?yàn)檫@是大多數(shù)小型船舶的自然橫搖和升沉周期的范圍。一旦波浪周期超過6 s，第二個標(biāo)準(zhǔn)即船舶的水平運(yùn)動就變得重要，這種情況下應(yīng)關(guān)注大風(fēng)暴和涌浪等長周期波的作用。

美國加州航道局設(shè)計(jì)指南《Layout &Design Guidelines for Marina Berthing Facilities》（DBW 2005）中寫道：當(dāng)游艇碼頭遭受3～4 英尺高的波浪時，在碼頭上行走都可能非常困難。在使用混凝土浮橋的情況下，沉重堅(jiān)硬的浮箱可為游艇提供極好的風(fēng)平浪靜的停泊水域。混凝土浮橋不應(yīng)在波浪高度大于12～14 in（0.3～0.35 m）的水域作為碼頭使用，除非設(shè)計(jì)和建造時作為消波器使用。

日本國際臨海開發(fā)研究所設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)《Technical Standards And Commentaries For Port And Harbour Facilities In Japan》（OCDI 2009）中提出，在確定裝卸貨物過程的允許波高時，如果不存在因涌浪或長周期波浪引起的船舶運(yùn)動所導(dǎo)致的危險，則表3中所示數(shù)值可作為參考。

表3 裝卸作業(yè)允許波高（不受涌浪或長周期波浪影響）

數(shù)據(jù)顯示，船長50 m 的游艇約為540 GT，現(xiàn)有游艇船長多小于50 m，可以認(rèn)為日本標(biāo)注中游艇碼頭系泊允許波高可取小船對應(yīng)的0.3 m。該標(biāo)準(zhǔn)中對長周期的允許波高也做了說明，根據(jù)船型不同數(shù)值為0.1～0.2 m，比短周期波的波高要求更嚴(yán)格。

英國TYHA（游艇碼頭協(xié)會）標(biāo)準(zhǔn)對游艇碼頭內(nèi)波浪要求如下：1）正常情況下有效波高0.3 m 以下，最大波周期2 s 以下；2）50 年一遇有效波高0.4 m 以下，波周期2.5 s 以下；3）如超出上述要求，必須采用消波設(shè)施或防波堤。

2 我國現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)分析對比

我國正在施行的《游艇碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 165-7-2014）編制時在借鑒加拿大西北水利公司上述成果的基礎(chǔ)上適當(dāng)進(jìn)行了調(diào)整。規(guī)范對浮橋式游艇碼頭系泊允許波高規(guī)定為：浮橋式泊位的系泊允許波高采用50 年一遇H1%，順浪要求小于等于1.1 m，橫浪要求小于等于0.5 m。

多數(shù)國外標(biāo)準(zhǔn)或研究成果中的允許波高采用有效波高Hs描述，澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)（表2）最為詳細(xì)，區(qū)分方向、周期、重現(xiàn)期，對長期使用和極端條件下的波高分別進(jìn)行了限制。AS 3962:2020 注釋“中等”條件標(biāo)準(zhǔn)允許波高Hs的1.5 倍，即最大波高與我國規(guī)范50 年一遇H1%的數(shù)值基本相當(dāng)。

美國標(biāo)準(zhǔn)ASCE Manual 50 借鑒澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行了更詳細(xì)的論述。UFC 4-152-07 中描述停泊水域內(nèi)可接受的最大波高的標(biāo)準(zhǔn)是0.3～0.45 m。DBW 2005 中描述混凝土浮橋不應(yīng)在波浪高度大于0.3～0.35 m 的水域使用。UFC 4-152-07 和DBW 2005 都是只描述了波高，沒有對波浪方向、周期、重現(xiàn)期及累計(jì)頻率進(jìn)行說明。

根據(jù)日本標(biāo)準(zhǔn)OCDI 2009，不考慮長周期波時，游艇碼頭系泊允許波高0.3 m?？紤]長周期波時，數(shù)值為0.1～0.2 m，比短周期波的允許波高小很多。

英國TYHA 標(biāo)準(zhǔn)要求正常情況下有效波高0.3 m 以下，最大波周期2 s 以下；50 年一遇有效波高0.4 m 以下，波周期2.5 s 以下。該標(biāo)準(zhǔn)要求非常嚴(yán)格，尤其是對波周期的要求極為嚴(yán)格。

3 典型案例

港池的泊穩(wěn)條件是港址選擇的控制性因素，會影響到總平面布置、工程造價等，由于游艇碼頭的泊穩(wěn)要求較高，碼頭選址時應(yīng)盡量避免把游艇碼頭布置在強(qiáng)浪向的位置。但是在設(shè)計(jì)中難免會遇到把游艇碼頭布置在強(qiáng)浪向，現(xiàn)在國內(nèi)外的通常做法是采用環(huán)抱式防波堤掩護(hù)，口門的位置和大小一般需要通過模型試驗(yàn)來驗(yàn)證。

為了滿足規(guī)范規(guī)定的泊穩(wěn)條件的要求，有時不得不加大防波堤的頂標(biāo)高，極大地影響了景觀效果；也有采用建多重防波堤來降低港內(nèi)波高，這樣就增加了工程造價；也有采取改變口門位置，或改變防波堤布置或結(jié)構(gòu)型式的方式來降低港池內(nèi)波高。

天津港東疆游艇碼頭，游艇碼頭位于已建環(huán)抱防波堤內(nèi)側(cè)，但碼頭停泊水域波高仍然很大，為滿足游艇靠泊，在原有防波堤內(nèi)側(cè)又修建兩道隔堤，如圖1 所示。

圖1 天津港東疆游艇碼頭平面布置示意圖

青島萬達(dá)東方影都項(xiàng)目為了滿足游艇系泊條件，把口門位置放到端部，使得游艇進(jìn)出港池需要走S 形彎，如圖2 所示。

圖2 青島萬達(dá)東方影都平面布置示意圖

4 結(jié)語

我國現(xiàn)行《游艇碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 165-7-2014）中，浮橋式泊位的系泊允許波高采用50 年一遇H1%，要求順浪波高小于等于1.1 m，橫浪波高小于等于0.5 m，與澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)《Marina design》（AS 3962:2020）的最大允許波高基本相符，相較其他國外標(biāo)準(zhǔn)，略偏寬松。

港池的泊穩(wěn)條件是游艇港選址的控制性因素，選址時應(yīng)盡量避免把游艇碼頭布置在強(qiáng)浪向的位置，浮橋式游艇碼頭港池系泊條件須滿足我國現(xiàn)行規(guī)范波高限值，波浪周期較長時，應(yīng)更加嚴(yán)格控制系泊波高。有條件情況下，在滿足我國規(guī)范基礎(chǔ)上，可參照其他國家標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合重現(xiàn)期、波周期等要素從嚴(yán)設(shè)計(jì)，以保證游艇安全系泊。