適航水深技術(shù)在珠江口港口通航作業(yè)中的應(yīng)用研究

◎ 王宇凱 廣州海事測(cè)繪中心

適航水深技術(shù)在珠江口港口通航作業(yè)中的應(yīng)用研究

◎ 王宇凱 廣州海事測(cè)繪中心

本文從適航水深技術(shù)的前期論證和周期性測(cè)量出發(fā)，通過(guò)分析試航水深技術(shù)在珠江口相關(guān)港口應(yīng)用的數(shù)據(jù)資料，評(píng)估適航水深資源的分布情況，為該技術(shù)的進(jìn)一步推廣提供科學(xué)依據(jù)。

適航水深 珠江口港口 適航水深淤泥重度值

我國(guó)珠江口流域分布著眾多港口，其中廣州港、深圳港、珠海港作為華南地區(qū)大型綜合性主樞紐港，在經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展的推動(dòng)下，貨物吞吐量持續(xù)增長(zhǎng)，航線運(yùn)輸屢創(chuàng)新高，港口航道建設(shè)不斷升級(jí)，但是受上游來(lái)水來(lái)沙、潮汐潮流、地形地質(zhì)等條件的共同作用，泥沙在港池航道內(nèi)淤積現(xiàn)象較重，對(duì)港口的通航作業(yè)和維護(hù)疏浚帶來(lái)嚴(yán)重影響。

適航水深技術(shù)是利用部分淤泥層或回淤層作為水深使用而不影響船舶航行和靠、離泊作業(yè)安全的一項(xiàng)技術(shù)，在國(guó)外如荷蘭鹿特丹、法國(guó)波爾多等港口早已得到應(yīng)用。我國(guó)于2003年開(kāi)始引進(jìn)此項(xiàng)技術(shù)，開(kāi)展科學(xué)研究，制定技術(shù)規(guī)范，先期在天津港等淤積較為嚴(yán)重的港口推廣，取得了較為成功的經(jīng)驗(yàn)。珠江口水域的深圳大鏟灣一期碼頭港池、廣州港南沙港區(qū)、珠海電廠港池航道也陸續(xù)開(kāi)展適航水深的應(yīng)用。通過(guò)近些年的研究推廣，適航水深技術(shù)作為一項(xiàng)日趨完善，業(yè)已成熟的技術(shù)，在增加港池和航道的使用水深、延長(zhǎng)維護(hù)疏浚周期、提高碼頭使用率方面獲得良好成效。

本文從試航水深的前期論證和水深測(cè)量出發(fā)，通過(guò)分析試航水深技術(shù)在珠江口相關(guān)港口應(yīng)用的數(shù)據(jù)資料，評(píng)估適航水深資源的分布情況，并為該技術(shù)的進(jìn)一步推廣提供科學(xué)依據(jù)。

適航水深資源分布

1.定義、前期論證及水深測(cè)量

1.1適航水深的定義

適航水深是指當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵嬷吝m航淤泥重度界面之間的垂直距離。我國(guó)通常采用高頻測(cè)深儀的探測(cè)的水深作為圖載水深，即通航水深，其反射界面的容重一般為1.05kg/L左右。適航水深是在圖載水深的基礎(chǔ)上加上適航厚度，該層間的淤積物主要為粘性細(xì)顆粒泥沙，密度小，易流動(dòng)，沉積速度相對(duì)較慢，分布不均勻，往往呈浮泥狀態(tài)，將這一部分厚度作為通航水深使用，不影響船舶航行和作業(yè)的安全性。

1.2前期論證

各個(gè)港口由于地理區(qū)位和地質(zhì)條件不盡相同，因此淤泥的性質(zhì)和分布有較大差異，作為適航水深測(cè)量中最為重要參數(shù)—適航淤泥重度值也各有不同。適航水深前期的論證主要是通過(guò)一系列的采樣和試驗(yàn)確定適航淤泥重度值，為后期的測(cè)量提供統(tǒng)一的科學(xué)參數(shù)。

（1）現(xiàn)場(chǎng)泥沙取樣。為分析港口泥沙淤積物質(zhì)來(lái)源采集現(xiàn)場(chǎng)底質(zhì)樣品；為船模阻力試驗(yàn)采集現(xiàn)場(chǎng)淤泥樣品；在港區(qū)內(nèi)進(jìn)行多點(diǎn)位密度測(cè)量。根據(jù)港口的具體情況，采樣需要有一定的代表性，如采集底質(zhì)樣品時(shí)可采用洪、枯季各采集一次，密度測(cè)量時(shí)可考慮在港區(qū)有大型船舶進(jìn)入時(shí)進(jìn)行。

（2）泥沙水力特性試驗(yàn)。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取樣中的每個(gè)泥沙樣品進(jìn)行顆粒試驗(yàn)分析，給出每個(gè)樣品泥沙粒級(jí)變化；根據(jù)泥沙顆粒分析結(jié)果，選取代表樣品經(jīng)充分混合后進(jìn)行泥沙水力特性試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容包括泥沙起動(dòng)、靜水和動(dòng)水沉降、靜水密實(shí)試驗(yàn)。

（3）泥沙流變?cè)囼?yàn)。在現(xiàn)場(chǎng)采集樣品中選取代表樣品經(jīng)充分混合后，采用流變儀進(jìn)行泥沙流變?cè)囼?yàn)，流變?cè)囼?yàn)的樣品數(shù)量不少于5個(gè)。使用不同的淤泥重度和剪切率測(cè)試樣品。

（4）船模阻力試驗(yàn)。按不同的淤泥重度和船模速度分成不同試驗(yàn)組，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取樣中的泥沙樣品經(jīng)充分混合后進(jìn)行船模阻力試驗(yàn)。

通過(guò)以上試驗(yàn)的結(jié)果，并參照類(lèi)似港口的標(biāo)準(zhǔn)值，通過(guò)綜合分析確定港口的適航水深的淤泥重度值，為后期的試航水深測(cè)量提供參數(shù)依據(jù)。

1.3水深測(cè)量

按照試驗(yàn)確定的適航水深淤泥重度值，根據(jù)港口的氣候、地理?xiàng)l件和船舶進(jìn)出情況，合理安排水深測(cè)量周期，掌握港口試航水深資源的分布情況。以珠海電廠試航水深測(cè)量為例，年均測(cè)量9次。珠江口的臺(tái)風(fēng)季節(jié)通常為一年的6月-9月，為考察臺(tái)風(fēng)對(duì)港口回淤情況的影響，在這些月份加密測(cè)量，并盡量安排在臺(tái)風(fēng)過(guò)后。

根據(jù)工作原理和所選測(cè)量?jī)x器的不同，適航水深的測(cè)量方法主要分為3種：鉈測(cè)法、密度儀法、測(cè)深儀法。其中，鉈測(cè)法操作簡(jiǎn)單、成本低，但測(cè)量精度、工作效率較低，只適合測(cè)量小范圍內(nèi)的試航水深；密度儀法測(cè)量精度和操作自動(dòng)化程度有所提高，但操作較為復(fù)雜，費(fèi)用投入也較大，不適宜大范圍推廣；測(cè)深儀法是基于密度儀法，利用回聲測(cè)深儀低頻測(cè)深信號(hào)在淤泥層中衰變的的特性直接測(cè)量淤泥層厚度，精度較高，可操作性較強(qiáng)，適用于大面積適航水深測(cè)量，也是現(xiàn)在比較通用的測(cè)量方法。

在采用測(cè)深儀法測(cè)量測(cè)量前，使用音叉式密度儀對(duì)淤泥密度進(jìn)行采樣，分別在測(cè)區(qū)有代表性水域采集底質(zhì)淤泥樣本，對(duì)密度儀進(jìn)行校正。作業(yè)時(shí)，在回淤區(qū)域計(jì)劃線上選取2-3個(gè)標(biāo)定點(diǎn)，生成深度-密度曲線。然后使用回聲測(cè)深儀以低頻測(cè)量方式，按常規(guī)水深測(cè)量方法沿計(jì)劃線施測(cè)，測(cè)深數(shù)據(jù)由SILAS軟件，提取測(cè)深波穿透淤泥層時(shí)的特性值。最后，利用SILAS軟件，根據(jù)深度-密度曲線和測(cè)深特性值，處理出各密度值對(duì)應(yīng)的水深值。

2.適航水深技術(shù)具體應(yīng)用分析

自2008年起，交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院和交通運(yùn)輸部南海航海保障中心廣州海事測(cè)繪中心合作，在珠江口的廣州港南沙港區(qū)二期、深圳大鏟灣一期碼頭港池、珠海電廠港池航道陸續(xù)開(kāi)展適航水深的應(yīng)用工作。其中，由天科院負(fù)責(zé)港區(qū)現(xiàn)場(chǎng)泥沙取樣、試驗(yàn)及研究工作，由廣州海事測(cè)繪中心負(fù)責(zé)周期性高低頻水深測(cè)量。

2.1適航水深淤泥重度值分析

廣州港南沙港區(qū)位于蕉門(mén)外雞抱沙圍墾區(qū)東側(cè)，周?chē)谢㈤T(mén)、蕉門(mén)、洪奇瀝和橫門(mén)等水道帶來(lái)淤沙，天科院于2008年8月、9月、10月對(duì)南沙港區(qū)開(kāi)展適航水深研究，確定南沙港區(qū)一期、二期港池內(nèi)適航水深淤泥淤泥重度值應(yīng)取12.3KN/m3較為合適；深圳大鏟灣一期碼頭港池位于伶仃洋東岸、大小鏟島以東海域內(nèi)，泥沙來(lái)源主要是虎門(mén)下泄的懸移質(zhì)泥沙和蕉門(mén)輸出的部門(mén)泥沙，經(jīng)試驗(yàn)分析和測(cè)量確定該港區(qū)的淤泥重度值為12.2KN/ m3；珠海電廠港池及航道位于珠江口西部、黃茅海灣口東側(cè)，潭江及西江經(jīng)崖門(mén)、虎跳門(mén)挾帶泥沙在此處淤積，2012年初天科院完成一系列試驗(yàn)確定該港區(qū)的淤泥重度值為12.4 KN/ m3。上述三處港口的區(qū)位條件在珠江口各港口中較有代表性，淤泥主要來(lái)自附近徑流挾帶的泥沙淤積，推薦的適航淤泥重度值數(shù)值差別不大，在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的數(shù)據(jù)積累和綜合分析后，對(duì)確定珠江口附近港口的淤泥重度值和開(kāi)展適航水深調(diào)查均有較高的借鑒意義。

2.2適航水深資源分布

通過(guò)分析以上三個(gè)港區(qū)的適航水深分布情況，可以看出三個(gè)港區(qū)都有一定適航水深資源，在經(jīng)過(guò)充分論證的情況下，可以在高頻水深的基礎(chǔ)上加上這部分的適航厚度，充分利用適航水深。

3.結(jié)論及推廣

近些年，適航水深技術(shù)在珠江口港口通航作業(yè)中應(yīng)用表明：

（1）在經(jīng)過(guò)科學(xué)試驗(yàn)和充分論證的基礎(chǔ)上，該技術(shù)已經(jīng)在降低維護(hù)疏浚的成本、增大港池航道的通行能力等方面給港口運(yùn)營(yíng)方帶來(lái)切實(shí)的經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)作效率。

（2）通過(guò)對(duì)比已掌握的港口情況，給其他周邊港口測(cè)定自身的適航水深淤泥重度值提供借鑒、參考。

（3）已開(kāi)展適航水深測(cè)量的港口帶來(lái)良好的示范效應(yīng)，逐步得到海事、引航等部門(mén)的認(rèn)可，為進(jìn)一步推廣開(kāi)創(chuàng)了十分有利的條件。

[1]沈小明，裴文斌.適航水深測(cè)量技術(shù)介紹與探討，水道港口，2003，24(2)：94～96.

[2]蔡樹(shù)男，龐啟秀，楊樹(shù)森，韓西軍.廣州港南沙港區(qū)港池適航水深綜合論證研究，水道港口，2009，（4）：254～256.

[3]JTJ/T325-2006，淤泥質(zhì)海港適航水深應(yīng)用技術(shù)規(guī)范.中華人民共和國(guó)交通部，2006.