廣州港主航道利用邊坡通航優(yōu)勢(shì)探討

陳德和

摘 要：廣州港航道狹長(zhǎng)，升級(jí)建設(shè)成本巨大，建設(shè)周期長(zhǎng)。本文通過分析廣州港主航道以及航行船舶的特點(diǎn)，分析利用航道邊坡通航的優(yōu)勢(shì)；同時(shí)，為如何有效使用航道邊坡通航提出一些建議。希望通過有效使用航道邊坡通航，達(dá)到充分利用航道以及毗鄰航道可航水域資源的目的，在節(jié)省港口航道投資建設(shè)成本的同時(shí)航道級(jí)別為港口發(fā)展提供有力支持。

關(guān)鍵詞：港口 航道 航道邊坡 可航水域資源

1.引言

廣州港是中國(guó)華南地區(qū)最重要的綜合型大港之一。廣東省的海運(yùn)煤接卸量、油品接卸量、糧食接卸量以及內(nèi)貿(mào)集裝箱吞吐，廣州港的完成份額分別占60%、40%、30%、80%。根據(jù)相關(guān)分析，廣東省每增加1億元的GDP，廣州港就增加2310噸的能源物資吞吐量?？梢姀V州港與廣東省以及其腹地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有高度的正相關(guān)性，為腹地經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供有力的服務(wù)與支持作用。

廣州港與國(guó)內(nèi)外許多知名的河口港一樣，出海航道彎曲狹長(zhǎng)，天然水深淺，航道建設(shè)投資大，周期長(zhǎng)，維護(hù)成本高。廣州港的建設(shè)過程就是一個(gè)航道的建設(shè)過程。建國(guó)前，廣州港主航道的水深主要為天然水深，最淺的水深僅為5米左右。1954年，廣州港將蓮花山西航道建設(shè)為底寬120M，維護(hù)水深7.2M；伶仃航道建設(shè)為底寬150M，維護(hù)水深-6.9M。工程完成后，萬(wàn)噸級(jí)的船舶可以乘潮進(jìn)靠黃埔老港。1975年，為了配合黃埔新港的建設(shè)需要，廣州港主航道虎門以內(nèi)航段建設(shè)為底寬140M，維護(hù)水深-9.0M；虎門以外航段建設(shè)為底寬160M，維護(hù)水深-8.6M；工程期持續(xù)四年。進(jìn)入20世紀(jì)90年代中期，為了適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，廣州港也加快了航道建設(shè)的步伐。廣州港出海航道一期工程：1996年開始預(yù)備工程，工程施工標(biāo)準(zhǔn)為桂山至二虎錨地航道底寬160M，維護(hù)水深-10.5M，全場(chǎng)80KM；工程于1998年11月正式開工，工期持續(xù)兩年，以底寬160M維護(hù)水深-11.5M標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，并于兩千年年底竣工。廣州港出海航道二期工程：開工于2004年3月份，施工標(biāo)準(zhǔn)為底寬160M，水深-13M（其中蓮花山東航道底質(zhì)為巖石航段浚深至13.2M）；施工航段從桂山引航錨地至大濠州的D7掉頭區(qū)，全長(zhǎng)115KM。工程于2006年竣工交付，廣州港出海航道二期工程竣工后，大幅度地提高了廣州港出海航道的航道通過能力，5萬(wàn)噸級(jí)的船舶可以乘潮滿載進(jìn)靠西基港區(qū)。由于要適應(yīng)南沙港區(qū)的發(fā)展需要，南沙港區(qū)出海航道拓寬工程于2006年3月份動(dòng)工，并于該年10月份竣工。工程將南沙港區(qū)至桂山錨地航段按標(biāo)準(zhǔn)底寬250M水深-13M建設(shè)。廣州港出海航道三期工程：廣州港出海航道三期工程分兩步實(shí)施；第一部試挖工程按底寬226M，水深-15.5M的標(biāo)準(zhǔn)施工，于2006年12月份正式動(dòng)工，并于次年十月份完工投入試航；第二步按有效寬度為243M，水深-17M的標(biāo)準(zhǔn)施工；于2009年開工，工程持續(xù)三年，于2012年竣工。廣州港出海航道三期工程竣工后，10萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船可全天候單向進(jìn)出南沙港區(qū)，12萬(wàn)噸級(jí)散貨船可乘潮進(jìn)出，5萬(wàn)噸級(jí)船舶可全天候雙向進(jìn)出。

近年來(lái)全球船舶大型化步伐加快，廣州港出海航道的級(jí)別開始跟不上到港船舶的要求。據(jù)2015年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，廣州港平均每天有兩次以上的交通管制，交通管制的主要原因是由于有超大型船舶進(jìn)出港，航道的級(jí)別只允許大船單向通航，其他船舶不得與管制船舶于航道內(nèi)對(duì)遇。廣州港出海航道狹長(zhǎng)，有時(shí)交通管制長(zhǎng)達(dá)五六小時(shí)，過多的交通管制嚴(yán)重影響進(jìn)出港船舶交通流的流暢性，港口的運(yùn)轉(zhuǎn)效率也受到影響，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度考慮必然影響到港口的持續(xù)發(fā)展。廣州港出海航道再升級(jí)建設(shè)是迫在眼前的重要任務(wù)，同時(shí)合理規(guī)劃與協(xié)調(diào)利用航道的邊坡通航，對(duì)提高航道的通過能力和降低航道的建設(shè)成本都具有積極的意義。

2.廣州港主航道地質(zhì)與邊坡特點(diǎn)2.1廣州港主航道地質(zhì)特點(diǎn)

廣州港是河口港，水域地區(qū)地層形成受到海陸交互影響，土層可分為三層：淤泥及淤泥混沙層、粘性土層以及沙層。航道各航段都分布有淤泥及淤泥混沙層；沙層夾層狀分布于淤泥土中，主要由中沙及細(xì)沙組成；黏土性土層主要分布于虎門大橋以內(nèi)航段，可分為泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土以及粉土；蓮花山東航道有約7KM為風(fēng)化巖底質(zhì)，底質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其余航段都為淤泥、沙以及黏土。伶仃航道含沙量低，長(zhǎng)年平均含沙量約0.06～0.10kg/m3；即使在大風(fēng)天，最大含沙量約0.13kg/m3，是含沙量低的海區(qū)。再加上伶仃洋水動(dòng)力較強(qiáng)，因此伶仃航道泥沙淤積較少?；㈤T以內(nèi)航道淤積甚少，每年淤積都少于70萬(wàn)m3。廣州港位于臺(tái)風(fēng)區(qū)，每年都受到數(shù)次臺(tái)風(fēng)的影響。從數(shù)十年對(duì)廣州港主航道的持續(xù)觀測(cè)，即使經(jīng)歷強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的天氣影響，廣州港從來(lái)沒出現(xiàn)過驟淤的情況。從分析可以知道，廣州港航道地質(zhì)穩(wěn)定，航道開挖后回淤少，有利于保持航道邊坡的穩(wěn)定以及足夠的可行水深。

2.2廣州港主航道的邊坡特點(diǎn)

廣州港航道狹長(zhǎng)，各航段間的地質(zhì)結(jié)構(gòu)有所差異，在設(shè)計(jì)航道邊坡時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同航段的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、邊坡底質(zhì)的物理指標(biāo)和通航安全等因素決定。例如在蓮花山東航道的設(shè)計(jì)建設(shè)中，考慮到該航段復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，采用了復(fù)式邊坡①的結(jié)構(gòu)，即以沙土結(jié)構(gòu)為主的上層以1：5的邊坡比建設(shè)，以風(fēng)化巖為主的下層采用1：2的邊坡比。底質(zhì)為砂的大虎航段，按有關(guān)規(guī)定邊坡取1：5已符合安全規(guī)定，但考慮到該航段自然水深好，開挖量小，邊坡比取1：10。該航段取更平緩的邊坡比，在小量增加投資成本的前提下，極大地提高了船舶的航行安全及最大地利用了天然水深資源。伶仃航段三期試挖工程出于各方面的綜合考慮邊坡必由原來(lái)的1：10改為1：5的設(shè)計(jì)方案。在試挖工程竣工后，于2008年的1月4月和9月對(duì)伶仃航段，分28個(gè)斷面邊進(jìn)行測(cè)量計(jì)算，得出邊坡數(shù)據(jù)如下表2-1。從測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出，伶仃航道東西兩側(cè)平均邊坡比基本相同，航道兩側(cè)坡形對(duì)稱。從28個(gè)斷面測(cè)量數(shù)據(jù)得出，西側(cè)最陡邊坡的邊坡比為1：5.7，位于伶仃航道20號(hào)浮筒附近；東側(cè)最陡邊坡的邊坡比為1：5.1，位于伶仃航道11號(hào)浮筒附近。對(duì)比2008年4月份與2008年9月份的測(cè)量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)變化不大，邊坡趨向穩(wěn)定。航道的設(shè)計(jì)建設(shè)方案盡量結(jié)合該航段的具體實(shí)際情況進(jìn)行，既可以降低建設(shè)成本，航道建成后維護(hù)成本低，船舶航行安全也得到保障。

3.廣州港到港船舶類型及特點(diǎn)

廣州港是一個(gè)功能齊全的綜合型大港，主要貨類包括煤炭、油品、金屬礦石、鋼鐵、糧食、集裝箱以及滾裝汽車運(yùn)輸。其中包括煤炭糧食鋼鐵金屬礦石等干貨占總吞吐量的29%，集裝箱占總吞吐量的49%。2014年全年完成進(jìn)口貨物量28033萬(wàn)噸，出口貨物量20184萬(wàn)噸，進(jìn)口貨物比出口貨物要多，主要原因是廣州港是煤炭和糧食的進(jìn)口大港。從上面貨類可以得知，廣州港到港船舶類型多樣，出口船的空載率比進(jìn)口船要高。根據(jù)廣州港多年來(lái)對(duì)大型船舶的統(tǒng)計(jì)，空船出口的占比約80.7%～96.4%，少數(shù)載貨出口的大型船舶的實(shí)載率也只有26.4%～40.0%，大型重載船在航道上對(duì)遇概率小。

根據(jù)2014年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，廣州港全年到港船舶為40988艘此（3000噸以上），比上年增長(zhǎng)2.02%，詳細(xì)見下表3-1。從表中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，廣州港到港船舶正往大型化方向發(fā)展，七萬(wàn)噸級(jí)及以上的船舶到港船數(shù)占比比上年增長(zhǎng)8.53%。2萬(wàn)噸級(jí)及以下的船舶到港船數(shù)占比雖略有下降，但占比達(dá)66.2%，是進(jìn)出廣州港的主力船型。根據(jù)《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》的船舶尺度如下表3-2。從表中數(shù)據(jù)得知，2萬(wàn)噸級(jí)船舶中，集裝箱船的設(shè)計(jì)滿載吃水最大，為10.2米。按廣州港航行要求，進(jìn)出港船舶保留10%該船吃水以上的富余水深。那么2萬(wàn)噸級(jí)的滿載集裝箱船在廣州港航行的最少可行水深為11.22米。

4.利用航道邊坡通航的優(yōu)勢(shì)

4.1利用邊坡通航能提高航道的通過能力

航道的通過能力也就是船舶的交通容量，是指航道處理船舶交通的能力，可以用單位時(shí)間內(nèi)允許通過航道的最大船舶艘數(shù)表示。理想條件下的船舶交通容量稱為基本交通容量，據(jù)日本學(xué)者藤井彌平等，基本交通容量可用下面公式4-1表示：

其中，Cb為基本交通容量；V為交通速度；W為航路寬度；橢圓面積指的是日本學(xué)者藤井彌平于1967年提出的船舶領(lǐng)域模型，該模型為橢圓形，在廣州港航道的狹窄水域內(nèi)，橢圓形的長(zhǎng)軸取船舶的3倍船長(zhǎng)，短軸取船舶的1.5倍船長(zhǎng)。

從公式可知，當(dāng)船舶交通速度和橢圓面積一定時(shí)，Cb與W呈正比關(guān)系?？紤]到廣州港66.2%的到港船舶為2萬(wàn)噸級(jí)以下，考慮到各級(jí)別船舶的載重能力，本節(jié)討論航道通過能力時(shí)，取2萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船為標(biāo)準(zhǔn)船。綜合廣州港航道相關(guān)的限速規(guī)定以及船舶機(jī)動(dòng)性因素，交通速度取10節(jié)。由于廣州港從桂山引航錨地至黃埔港區(qū)航道長(zhǎng)，各航段的航道等級(jí)有異。考慮到南沙之馬友石的伶仃航段是廣州港、虎門港、中山港的唯一出海航道，在內(nèi)伶仃島以南與深圳西部港區(qū)的銅鼓航道交匯，并匯入大量交通流，因此伶仃航道有著交通流大，交通流復(fù)雜，位置重要的特點(diǎn)，本文取廣州港南沙港區(qū)至馬友石航段的航道等級(jí)數(shù)據(jù)計(jì)算利用邊坡通航前后的航道通過能力。利用上面的參數(shù)以及公式4-1可以計(jì)算出，有效寬度為243米的伶仃航段的本航道通過能力為271艘次/天。利用伶仃航道平均邊坡比1：8，標(biāo)準(zhǔn)船2萬(wàn)噸級(jí)集裝箱滿載進(jìn)港水深要求11.22米計(jì)算；伶仃航道東、西兩側(cè)可用于通航的邊坡水平寬度為46.26米，航道可通航寬度提高到335.52米，對(duì)應(yīng)的航道通過能力為374艘次/天，可見利用邊坡通航后大幅度提高了航道的通過能力。

利用公式計(jì)算航道的通過能力，存在著一定的局限性。實(shí)際航道上影響船舶航行因素包括：潮汐、天氣、駕駛員素質(zhì)等。公式計(jì)算時(shí)需要加入大量的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行修正，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)是在特定航區(qū)經(jīng)過大量數(shù)據(jù)觀測(cè)或經(jīng)驗(yàn)總結(jié)所得，因此也不能通用。大型船舶在航道行駛時(shí)占用更多的航道資源，簡(jiǎn)單用標(biāo)準(zhǔn)船轉(zhuǎn)換也會(huì)存在一定的誤差。但公式計(jì)算結(jié)果對(duì)航道處理船舶的能力具有一定的查考意義，其結(jié)果是在理想條件下體現(xiàn)航道的處理船舶能力的等級(jí)。從計(jì)算結(jié)果可以看出，廣州港主航道利用邊坡通航后，航道的基本通過能力有了大幅度的提高。

4.2利用邊坡通航能降低航道建設(shè)工程施工成本

廣州港航道狹長(zhǎng)，從桂山引航錨地至黃埔港區(qū)西基碼頭對(duì)外掉頭區(qū)航道長(zhǎng)115公里，航道建設(shè)工程疏浚量大。在航道附近很少有適合的大容量水下拋泥區(qū)，工程投資成本高。在航道一期工程建設(shè)中，航道開挖是采用耙吸式挖泥船，挖泥船需要拋泥時(shí)，通過臨時(shí)航道到達(dá)事先挖好的指定蓄泥池拋泥；利用絞吸式挖泥船進(jìn)行二次吹填，造陸為南沙港區(qū)奠定基礎(chǔ)。采用該方案大量縮短了挖泥船的拋泥航程，降低了施工成本，同時(shí)變廢為寶，將航道疏浚出來(lái)的淤泥變成港口建設(shè)的有用材料。

但是，在航道建設(shè)過程中，要建設(shè)更深更寬等級(jí)更高的航道，需要大量增加投資成本是不可避免的。以航道三期工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為例，航道三期工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為水深-17M，航道的有效寬度為243米，設(shè)計(jì)的邊坡比為1：5。南沙港區(qū)至馬友石航段長(zhǎng)度約44KM，以航道外自然水深為7M計(jì)算，航道向兩側(cè)各拓寬一米，將多產(chǎn)生448.8萬(wàn)立方米的土方工程。按廣東交通集團(tuán)的有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在伶仃航道施工區(qū)施工，處理每立方米的土方需要14.40元；航道向兩側(cè)各拓寬一米將多產(chǎn)生6462.72萬(wàn)元的投資成本。

在航道規(guī)劃建設(shè)過程中，綜合考慮航道周邊水域的條件狀況、航道航行船舶的特點(diǎn)，科學(xué)合理地使用航道的邊坡通航，將航道的建設(shè)等級(jí)定位于合理的級(jí)別上，可以大量節(jié)省航道的建設(shè)成本。

5.如何安全有效地實(shí)施邊坡通航

5.1浮筒的合理布置

浮筒設(shè)置在航道兩側(cè)，隨時(shí)都受到外界風(fēng)流的影響，會(huì)造成浮筒的位置有所變化，因而浮筒的位處水深也會(huì)有所變化.船舶在航行過程中必須要與浮筒保持的最少正橫距離稱為最少安全航行距離。即使規(guī)定了浮筒的最少安全距離，浮筒的標(biāo)位處也應(yīng)要求有足夠的維護(hù)水深。以廣州港主航道伶仃航道為例，浮筒設(shè)置為雙側(cè)表，每對(duì)浮筒之間的距離約1海里，航道邊坡以外的自然水深為5-7米，因此一般萬(wàn)噸級(jí)的重載船舶以及部分大型空載船在浮筒連線上借用部分航道邊坡航行是符合安全要求的。

伶仃航道的浮筒設(shè)置是雙側(cè)對(duì)稱的布置方法，每對(duì)浮筒之間的距離約1海里，船舶在航道航行會(huì)遇，會(huì)遇點(diǎn)經(jīng)常會(huì)在兩浮筒之間，或非常接近某對(duì)紅綠浮的連線。對(duì)于符合使用航道邊坡航行的船舶，為了保持與浮筒有足夠的安全距離，難以充分利用邊坡水域資源通航。建議將每對(duì)紅綠浮筒前后沿航道走向錯(cuò)開一段距離；該設(shè)置方法的好處是：①減少船舶在兩浮筒間的會(huì)遇概率。②減少浮筒對(duì)使用邊坡水域航行船舶的妨礙。伶仃航道的11號(hào)與12號(hào)浮筒就是采用浮筒錯(cuò)開的設(shè)置方法?？紤]到11號(hào)、12號(hào)浮筒所處航段水流急，流向與航道走向夾角大，船舶航行至該航段流至漂移明顯，船位把握困難，在退水時(shí)更為明顯。當(dāng)兩艘船舶在11號(hào)、12號(hào)浮筒航段會(huì)遇時(shí)，經(jīng)常造成船舶觸碰浮筒的海事事故發(fā)生。近兩年，有關(guān)部門將伶仃航道12號(hào)浮筒，沿航道方向往下游移動(dòng)約400米，使兩浮筒錯(cuò)開分布。自伶仃航道11號(hào)、12號(hào)浮筒錯(cuò)開分布后，大幅度降低了該航段船舶觸碰浮筒的事故發(fā)生率。同時(shí)在浮筒改變?cè)O(shè)置方法后，也沒有發(fā)生因?yàn)楦⊥苍O(shè)置改變而造成的擱淺事故。伶仃航道的其他航段也可以借鑒11號(hào)、12號(hào)浮筒的設(shè)置方法，以提高航道邊坡的使用率，使在航船舶能更充分地利用可航水域資源，從而提高整個(gè)主航道的通過能力，為港航系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)提供更有力的保障。

5.2相關(guān)的職能部門加強(qiáng)監(jiān)督和組織協(xié)調(diào)

5.2.1加強(qiáng)對(duì)船舶AIS數(shù)據(jù)的監(jiān)督

國(guó)家海事局規(guī)定200總噸以上的沿海航行船舶于2010年年底前完成裝備符合有關(guān)規(guī)定的AIS設(shè)備。航行在廣州港水域的船舶，有相當(dāng)部分船舶即使配備了AIS設(shè)備，但沒有輸入本船的相關(guān)數(shù)據(jù)，或胡亂輸入了之。在這些船舶的AIS數(shù)據(jù)上根本不能得到該船舶的船長(zhǎng)、船名、類型、吃水、航向、航速等相關(guān)動(dòng)靜態(tài)信息，由于缺乏數(shù)據(jù)的支持，對(duì)該類船舶進(jìn)行交通組織或避讓建議就比較困難了。

有關(guān)部門應(yīng)該積極對(duì)AIS數(shù)據(jù)不顯示或輸入不規(guī)范的船舶進(jìn)行監(jiān)督，并督促其及時(shí)改正。交管部門應(yīng)對(duì)沒有規(guī)范顯示AIS數(shù)據(jù)的船舶進(jìn)行監(jiān)督改正，對(duì)于部分由于設(shè)備原因不能及時(shí)改正的船舶，可以利用VHF詢問其最新的相關(guān)數(shù)據(jù)，做好記錄，以備為附近航行的船舶提供信息，以制定合理的避讓方案。

5.2.2交管部門提供建議及通航組織

一般情況下交管部門掌握的航道信息及船舶動(dòng)態(tài)大局上會(huì)比大部分在航道上通航的船舶全面。對(duì)于一些時(shí)隔較長(zhǎng)沒來(lái)廣州港的自引船舶，對(duì)廣州港的航道狀況不夠熟悉，也不知道在特定水域的一些航行習(xí)慣；交管部門應(yīng)該向此類船舶提供航行建議，充分利用航道資源。對(duì)于一些動(dòng)態(tài)異常，例如：不正常慢車、到達(dá)轉(zhuǎn)向點(diǎn)遲遲不轉(zhuǎn)向、過分靠近非安全水域等情況，交管部門應(yīng)及時(shí)詢問，了解相關(guān)狀況并提供建議。對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間沒來(lái)過廣州港的船舶應(yīng)嚴(yán)格做好進(jìn)港準(zhǔn)備或按相關(guān)規(guī)定強(qiáng)制申請(qǐng)引水。

對(duì)于有特殊船舶或超大型船舶進(jìn)出港時(shí)，有關(guān)部門做好進(jìn)出港方案，實(shí)施有效的交通管制。交管部門組織符合避讓條件的船舶有序通航，最大化利用可航水域資源。

6.結(jié)語(yǔ)

隨著今年來(lái)港口的發(fā)展以及船舶大型化步伐加快，廣州港的主航道的級(jí)別開始跟不上港口發(fā)展的要求。但航道的升級(jí)建設(shè)從提案到竣工投產(chǎn)最少也需要幾年的時(shí)間。國(guó)際航運(yùn)環(huán)境多變，國(guó)內(nèi)港口競(jìng)爭(zhēng)激烈，港口必須不斷加強(qiáng)自身競(jìng)爭(zhēng)力，以保持穩(wěn)定的發(fā)展。因此，在主航道沒有得到建設(shè)升級(jí)之前，最大化使用已具備的通航資源，將是港口保持競(jìng)爭(zhēng)力的有效方法。合理使用航道的邊坡通航，是有效提高可通航資源使用率的有效方法之一。

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