某港大型深水航道設(shè)計(jì)中幾個(gè)關(guān)鍵問題的確定

張俊健，楊彩云，梁 婷

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

某港大型深水航道設(shè)計(jì)中幾個(gè)關(guān)鍵問題的確定

張俊健，楊彩云，梁 婷

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

根據(jù)某港的到港船型、周邊港口的航道等級(jí)及船型預(yù)測(cè)，分析確定航道的等級(jí)、大型船舶的吃水及通航寬度，分析船舶航行的適應(yīng)性，為航道的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

船型預(yù)測(cè)；船舶吃水；通航寬度

引 言

從目前散貨船發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，散貨船仍在向大型化發(fā)展，現(xiàn)有訂單散貨船的平均載重噸已達(dá)8.66萬(wàn)t，8萬(wàn)t級(jí)以下船舶所占比重將明顯減少，而15萬(wàn)～30萬(wàn)t級(jí)船所占比重將明顯增加，特別是25萬(wàn) t級(jí)以上船將成倍增加。說(shuō)明25萬(wàn)t級(jí)以上干散貨船得到船東普遍青睞，將繼15萬(wàn)～20萬(wàn)t級(jí)船之后成為鐵礦石遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)闹髁Υ椭?。近?40萬(wàn) t級(jí)船成為熱點(diǎn)船型，根據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，已下水和訂造中的 40萬(wàn) t級(jí)礦石專用船已達(dá) 30余艘。各個(gè)港口為了提高本港的吞吐量及自身的競(jìng)爭(zhēng)力，也在不斷的建設(shè)大型泊位和與之配套的大型深水航道。

在大型深水航道設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵問題包括航道等級(jí)的確定、船舶吃水的確定、航道通航寬度的確定以及船舶航行適應(yīng)性分析等。在這些關(guān)鍵問題中，筆者認(rèn)為最關(guān)鍵的問題同時(shí)也是比較難確定的是航道等級(jí)及船舶吃水。因?yàn)楹侠泶_定航道等級(jí)及船舶吃水不僅可以使港口躋身大港行列，而且還能節(jié)省建設(shè)投資。筆者就某港大型深水航道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)探討這幾個(gè)問題。

1 概 況

根據(jù)某港總體規(guī)劃的調(diào)整，規(guī)劃建設(shè)2個(gè)25萬(wàn)t級(jí)泊位，為使25萬(wàn)t級(jí)船舶能夠進(jìn)出港口，需要配套建設(shè)相應(yīng)等級(jí)的航道。

航道建設(shè)等級(jí)確定為 25萬(wàn) t級(jí)，需要了解目前到港船型情況及未來(lái)到港船舶預(yù)測(cè)，對(duì)航道等級(jí)的合理性、船舶吃水、通航寬度及船舶航行的適應(yīng)性等進(jìn)行分析論證。

2 航道等級(jí)的確定

2.1 周邊港口的航道等級(jí)情況

在該港口的北側(cè)和南側(cè)港口均建設(shè)有30萬(wàn)t級(jí)泊位及航道，該港口建設(shè) 25萬(wàn) t級(jí)航道顯然不太具備和周邊港口的競(jìng)爭(zhēng)能力。因此，還應(yīng)該在此基礎(chǔ)上適當(dāng)提高港口的航道等級(jí)。

2.2 經(jīng)濟(jì)船型

根據(jù)到港船型現(xiàn)狀分析和國(guó)內(nèi)外運(yùn)輸船舶發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)分析，考慮今后該港大型散貨泊位的增加，預(yù)測(cè)該港相關(guān)貨類的到港船型構(gòu)成與現(xiàn)狀相比變化不大，但7萬(wàn)t級(jí)以上船比重將明顯增加。根據(jù)鐵礦石運(yùn)輸船型經(jīng)濟(jì)性分析及該港規(guī)劃泊位情況，預(yù)測(cè)進(jìn)口鐵礦石南美、南非航線到港船型以20萬(wàn)～30萬(wàn)t級(jí)船舶為主，澳大利亞航線以15萬(wàn)～20萬(wàn)t級(jí)船舶為主；進(jìn)口原煤到港船型以7萬(wàn)～20萬(wàn)t級(jí)為主。

2.3 到港船舶情況

目前該港現(xiàn)有主航道僅為 20萬(wàn) t級(jí)，只能乘潮通航吃水19.5 m以下船舶，20萬(wàn)t級(jí)以上船不能滿載進(jìn)港。諸多吃水 19.5 m以上的礦石船或虧載到港或轉(zhuǎn)移到其它港卸船，造成運(yùn)力浪費(fèi)和運(yùn)費(fèi)損失，給船方和貨主造成經(jīng)濟(jì)損失。這一狀況也與該港在全國(guó)的鐵礦石運(yùn)輸?shù)匚徊幌嗥ヅ洹?/p>

根據(jù)該港2013年到港船型分析，15萬(wàn)t級(jí)以上的船舶總艘數(shù)為459艘，20萬(wàn)t級(jí)船舶的艘數(shù)為290艘，占15萬(wàn)t級(jí)以上船舶63.2 %；25萬(wàn)t級(jí)船舶的艘數(shù)為36艘，占15萬(wàn)t級(jí)以上船舶7.8 %；30萬(wàn)t級(jí)船舶的艘數(shù)為42艘，占15萬(wàn)t級(jí)以上船舶9.2 %。乘高潮進(jìn)港的最大船舶吃水為20.07 m。2014年到港船型15萬(wàn)t級(jí)以上的船舶總艘數(shù)為410艘，20萬(wàn)t級(jí)船舶的艘數(shù)為263艘，占15萬(wàn) t級(jí)以上船舶 64.1 %；25萬(wàn) t級(jí)船舶的艘數(shù)為 30艘，占 15萬(wàn) t級(jí)以上船舶7.3 %；30萬(wàn)t級(jí)船舶的艘數(shù)為36艘，占15萬(wàn)t級(jí)以上船舶8.8 %。乘高潮進(jìn)港的最大船舶吃水為20.05 m。2013年、2014年該港區(qū)到港船舶及所占比例見表1。

表1 近年15萬(wàn)t級(jí)以上船舶到港情況統(tǒng)計(jì)

綜上所述，根據(jù)該港與周邊港口 30萬(wàn) t級(jí)泊位及航道的比較、到港船型現(xiàn)狀及經(jīng)濟(jì)船型分析，通過與建設(shè)單位的溝通，認(rèn)為該港建設(shè) 30萬(wàn)t級(jí)航道比較適宜，可以增加與周邊港口的競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)將擬建的 2個(gè) 25萬(wàn) t級(jí)泊位改成 1個(gè)25萬(wàn)t級(jí)泊位和1個(gè)30萬(wàn)t級(jí)泊位。

3 30萬(wàn)t級(jí)船舶吃水的確定

3.1 現(xiàn)行規(guī)范船舶吃水

依據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》JTS165-2013附錄A選取的設(shè)計(jì)船型主要尺度見表2。

表2 30萬(wàn)t級(jí)設(shè)計(jì)船型主尺度

3.2 30萬(wàn)t級(jí)散貨船滿載吃水分析

根據(jù)英國(guó)clarksons 2014年的船型數(shù)據(jù)，按《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，30萬(wàn) t級(jí)（275001～325000）船舶艘數(shù)為79艘，其滿載吃水最小為19.82 m，最大為23.03 m，滿載吃水分布見表3。由表3可見吃水≤21.4 m的30萬(wàn)t級(jí)船舶占總數(shù)的73.4 %，吃水≤22.1 m的30萬(wàn)t級(jí)船舶占總數(shù)的86.1 %。由于近年來(lái)30萬(wàn)t級(jí)船舶數(shù)量的增加，其保證率 85 %的滿載吃水為22.1 m，比現(xiàn)行規(guī)范的吃水小0.9 m。

表3 30萬(wàn)t級(jí)船舶滿載吃水分布

3.3 不同船舶吃水的航道疏浚量

通過上述分析，30萬(wàn)t級(jí)船舶的滿載吃水可以按23.0 m、21.4 m和22.1 m來(lái)考慮。按21.4 m吃水考慮，疏浚量為3 500萬(wàn)m3；按22.1 m吃水考慮，疏浚量為4 785萬(wàn)m3；按23.0 m吃水考慮，疏浚量為5 470萬(wàn)m3。不同吃水的疏浚工程量，見表4。

表4 不同航道設(shè)計(jì)底高程的疏浚量

從表4可以看出，如果按吃水23.0 m計(jì)算，疏浚量比按吃水21.4 m計(jì)算多1 970萬(wàn)m3，工程費(fèi)用高6.5億元，如果按吃水22.1 m計(jì)算，疏浚量比按吃水21.4 m計(jì)算多1 285萬(wàn)m3，工程費(fèi)用高4.2億元（疏浚土吹填單價(jià)按33元/m3計(jì)算）。

3.4 30萬(wàn)t級(jí)船舶吃水的確定

通過上述分析，不管是從經(jīng)濟(jì)船型還是預(yù)測(cè)到港船型，航道通航船舶等級(jí)按 30萬(wàn) t級(jí)設(shè)計(jì)比較適宜，再通過航道疏浚量及工程投資的比選，該航道通航船舶按滿載吃水 21.4 m考慮，可以適應(yīng)73.4 %的30萬(wàn)t級(jí)船舶進(jìn)港。因此，將30萬(wàn)t級(jí)船舶吃水定為21.4 m是合理的。

4 航道通航寬度確定

根據(jù) JTS165—2013《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》6.4.2規(guī)定，航道通航寬度按照下式計(jì)算：

根據(jù)實(shí)際的測(cè)流資料，航道最大流速為1.07 m/s，流向 222°，與航道夾角為 75°，作用于船舶的橫向流速為1.03 m/s，計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 30萬(wàn)t級(jí)通航寬度計(jì)算

因此，航道通航寬度取值320 m。

靠近口門段橫流較大，最大流速為1.44 m/s，流向288°，與航道夾角為39°，因此在航道轉(zhuǎn)向后，為保證操船安全，船舶與航道底邊間的富裕寬度分別增加1倍C，取為1.5B，航道通航寬度取為380 m，計(jì)算見表6。

表6 口門段通航寬度計(jì)算

5 船舶航行適應(yīng)性分析

5.1 3.5萬(wàn)t級(jí)雙向航道通航寬度

3.5萬(wàn)t級(jí)雙向航道的通航寬度計(jì)算見表7。

表7 3.5萬(wàn)t級(jí)雙向航道通航寬度計(jì)算

從表7計(jì)算可以看出，3.5萬(wàn)t級(jí)及以下的船舶可以雙向進(jìn)出港。

5.2 20萬(wàn)t級(jí)、25萬(wàn)t級(jí)船舶進(jìn)港乘潮水位

20萬(wàn)t級(jí)、25萬(wàn)t級(jí)船舶進(jìn)港乘潮水位計(jì)算見表8。

表8 船舶進(jìn)港乘潮水位計(jì)算

由于該港的設(shè)計(jì)低水位為 0.57 m，大于 20萬(wàn)t級(jí)船舶進(jìn)港所需的乘潮水位，因此，20萬(wàn)t級(jí)及以下噸級(jí)的散雜貨船舶進(jìn)港可以不乘潮，即可以全天候進(jìn)港。從表8可以看出，25萬(wàn)t級(jí)船舶進(jìn)港乘潮水位僅為2.3 m。

5.3 船舶航行適應(yīng)性分析

該航道建成之后，3.5萬(wàn) t級(jí)及以下散雜貨船舶可以雙向航行，20萬(wàn)t級(jí)及以下船舶不乘潮可以進(jìn)港，即全天候可以進(jìn)港，25萬(wàn)t級(jí)船舶乘2.3 m的潮位可以進(jìn)港，73.4 %的30萬(wàn)t級(jí)船舶乘潮可以進(jìn)港。

由于 20萬(wàn) t級(jí)及以下船舶不用候潮，可以減少船舶在港的等候時(shí)間，同時(shí)由于3.5萬(wàn)t級(jí)以下的船舶可以雙向進(jìn)出港，可以提高船舶的通過量，提高港口的通過能力，增加港口的吞吐量，提高港口的競(jìng)爭(zhēng)力。

6 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)港口的實(shí)際需要以及船舶預(yù)測(cè)情況以及上述的論證，筆者認(rèn)為該港建設(shè) 30萬(wàn) t級(jí)航道是適宜的，30萬(wàn)t級(jí)船舶的吃水取21.4 m是合理的。

通過上述分析可以看出，對(duì)于港口建設(shè)大型深水航道，首先需要根據(jù)港口到港船型及預(yù)測(cè)船型情況，確定航道等級(jí)。再根據(jù)自然水深條件、實(shí)際到港船舶吃水、工程投資等情況確定船舶吃水。就目前情況來(lái)看，30萬(wàn)t級(jí)以上的船舶到港艘數(shù)還比較少，況且統(tǒng)計(jì)的吃水遠(yuǎn)比規(guī)范的吃水小，在建設(shè)大型深水航道初期可以不必按規(guī)范的船舶吃水進(jìn)行設(shè)計(jì)。希望本文能對(duì)其它設(shè)計(jì)者有所啟發(fā)，起到拋磚引玉的作用。

Determination of Key Problems in Design of Large-scale Deepwater Channel

Zhang Junjian，Yang Caiyun，Liang Ting
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

The arriving vessel patterns of a port，channel level of neighboring ports and vessel pattern prediction are analyzed to determine the channel level，draught of large-sized vessels，navigable width，and study the applicability of vessels in navigation，which will provide a scientific basis for optimum design of the channel.

vessel pattern prediction； vessel draught； navigable width

U651+.3

A

1004-9592（2016）05-0015-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160504

2016-05-23

張俊健（1975-），男，高級(jí)工程師，主要從事港口及航道工程的設(shè)計(jì)研究工作。