浅析港口水域航道规划问题

2023-01-05

航道为船舶进出港口提供了一条特定的安全航行路线。多数情况下, 近海自然水深不能满足船舶吃水要求, 航道一般是开挖而成。船舶进出港口必须按照航行标志航行, 遵守航行规则, 以免发生海事事故。进出港航道常常是港口规划、设计和维护的最终要问题之一[1]。航道规划设计包括航道选线、航道尺度 (包括宽度、水深及转弯段参数等) 以及导助航标志等方面内容。本文主要讨论了航道选线和航道宽度设计方面的内容, 对于今后港口水域航道规划起到很好借鉴作用。

1 航道选线

航道选线要贯彻操船安全、挖方量少、施工期短、疏浚维护方便和投资省等技术经济合理原则, 为了有助于航道设计者掌握选线方法, 建议有关选线设计的布置原则和要求如下[2]。

(1) 布置进出港航道选择航线方案时, 应首先按设计阶段要求进行地形水深测量、水文气象观测和地质地貌勘查以及研究分析工作, 在满足港口总体规划的前提下, 要根据地形条件尽量多利用天然水深选择较短航道, 避免大量开挖岩石、暗礁和底质不稳定的浅滩, 并对航道的泥沙回淤做出论证。

(2) 为保证船舶在航道中安全方便进出港口, 满足良好的操船作业条件, 提高航道通过能力, 航道轴线的平面布置应符合以下要求: (1) 航道的轴线应该尽量顺直, 避免“s”行弯转向。 (2) 航道需要转向时, 转向角应尽量控制在30°以内, 超过30°时可根据具体条件适当加大转弯半径, 加宽航道, 减小航速或使用拖轮助航。 (3) 应避免多次转向, 但当航道较长又受地形限制, 必须要转几次弯才能进港、出港时, 要根据船舶性能、吨级大小、航道断面尺度、导助航设施和自然条件等, 除减小转向角外, 还应满足转弯前调整修正船位的直线段和两次转弯间的直线段长度要求。 (4) 防波堤口门前的航道应直线布置, 若受地形条件限制有弯道时, 其直线长度可按上述两次转弯间的直线长度要求控制。 (5) 防波堤口门内进出港航道与转头水域连接时最好按直线布置, 并应该满足制动距离要求。对于进口门后必须转向的航道, 其转弯半径建议为5L~8L。 (6) 航道轴线与桥墩, 灯塔和观测平台等固定设施靠近时, 由于受风和水流的影响, 改变了建筑物周围的流场, 破坏了航道上水流和风流状态, 使船舶经过这些设施时候发生偏航, 为了消除这些影响, 一般航道边线与固定设施之间要大于3.5倍设施的宽度。 (7) 航道通过桥梁等狭窄水域时, 其两侧航道应各有5L直线长度, 以满足调整船位对标进线的要求。

(3) 选择航道布线方位要注意研究水文气象条件对船舶运动和操船作业的影响, 并要考虑到地形和地质条件的特点。良好的航道选线方案应具有良好的操船作业条件。一般按以下要求进行航道设计: (1) 航道轴线应该尽量避免与大于7级风力的、频率较高的风向正交, 以减少船舶在强横风下航行的机遇。 (2) 1kn横流使微速航行的大型船舶产生较大的偏位, 航道轴线宜尽量避免与流速大于1kn的水流呈较大的交角。 (3) 对于防波堤口门处的航道方向, 由于船舶航速较慢, 小船受横浪的影响较大。因此应该注意避免摄氏30°范围内尾斜浪的影响。 (4) 为减少港内入射波影响, 保持港内水域的泊稳条件, 防波堤口门方向要合理布置, 使航道轴线与强浪向夹角控制在30°~60°为宜。

(4) 河口航道选择原则。根据河口地区的自然条件, 选择最优的航道位置, 使航道易于维持通航水深又便于安全操船是河口港的中心问题。 (1) 对于河口上游的近口段选槽定线问题, 应本着维持原来的水力状态, 沿着河道中主流冲刷的深槽布线, 保持弯道河势, 顺应水流的自然流态, 有利于航槽稳定。 (2) 要保证通航条件, 必须采取工程措施, 加强落潮流, 冲刷航道, 维持航深。 (3) 沿落潮主流路选择航道轴线, 航槽较稳定, 挖方量少, 容易采取工程措施, 满足通航要求。 (4) 我国北方冬季港口选择航道方位时, 要注意研究冬季封港冰况, 包括封港时间, 岸冰和浮冰的出现和消失时间。 (5) 航道选线应该设置制造简单、维修方便、使用安全可靠的导助航设施和标志。

2 航道宽度

航道宽度是指设计低水位或乘潮水位时航槽断面设计水深 (一般为公告水深, 不含备淤深度) 处两底边线之间的宽度。

2.1 航迹带宽度

船舶在航道上行驶受风、流影响其航迹很难与航道平行, 即使是在无风、流状态下行驶, 由于螺旋桨的致偏作用, 即使操正舵时也会使得船舶首向左或向右偏转。船舶需要不断地操纵舵角才能保持航向, 故其航迹是在导航中线左右摆动呈蛇行路线。经验得出航迹带宽度一般在2.0B~4.5B的范围内。

2.2 船舶间富裕宽度

船舶相遇错船时, 为了防止船吸现象, 保证安全, 两航迹带间内侧应该留有一定距离。两船间的相互作用, 主要受船型尺度、两船间距、航速、两船的尺度比例、速度比例和操船性能等因素影响, 通常可分解为船舶的横向作用力和回转力矩, 横向力随两船相对位置不同而有大小和方向上的变化, 在有吸引力作用时, 因为船舶对横向移动的抵抗力大, 所以除两船速度差很小而长时间并行的情况外, 其影响较回转力矩小, 可以忽略不计。至于回转力矩, 尤其是向内侧的回转力矩极为重要, 回转力矩将使得两船均向内侧转向而相互急剧靠近。可以参考大量科研结果来研究如何报纸两船间最小安全距离。

2.3 船舶与航道底边间的富裕间距

人工开挖的航道, 由于航槽内外水深差形成航槽壁, 船舶在这样狭窄的航道内航行, 为了防止船舶因为岸吸现象擦壁或搁浅, 减少操船困难, 必须与槽壁保持一定距离。根据总结, 模型试验和实船航行实践表明, 岸吸现象与下列因素有关: (1) 越近岸壁航行越激烈, 过于接近则很难保向。 (2) 水道宽度越窄越激烈。 (3) 航速越高越明显。 (4) 水深越浅越明显。 (5) 船型越肥大越明显。

当航道较长, 导标灵敏度 (方位叠标导航时, 船上测者能够发现叠标标志错开时船舶偏离叠标线的最小距离) 不易控制、船舶定位困难和自然条件特别恶劣时, 航道宽度可适当加宽;相反情况可以缩窄。

典型双向航道宽度约为8倍船宽, 单向航道宽度约为5倍船宽。此外船舶在航道弯曲段航行, 由于船舶在转向时飘动和必须以投影宽度通过弯道, 要求的宽度比直线段大。需要加宽的数值与转向角和转弯半径R, 可采用规范建议的图解法进行设计, 设计中主要有两种方法, 切角法与折线切割法。其中, 切角法确定航道的转弯内侧边缘, 通过两次转向, 每次转半个预定转向角, 最终达到转向的目的。折线切割法确定航道内侧边缘, 通过n次转向, 每次转向/n, 最终达到转向的目的。

摘要：航道作为港口水域布局的一个重要方面, 其规划合理性对提高港口水域通航安全和效率有很大作用。本文对于航道规划设计中的航道选线和航道宽度设计进行研究, 得出相关设计原则和方法。

关键词：航道规划,航道选线,航道宽度