徐志栓，謝成立，王立鋒

(江蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210017)

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內(nèi)河挖入式港池集約化用地方式探索

徐志栓，謝成立，王立鋒

(江蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210017)

為解決因岸線長度有限或回旋水域不足的問題，提出一種集約化用地的港池布置方式，即利用牽引系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)船舶無須調(diào)頭就可進(jìn)出港池，取消在碼頭前沿設(shè)置用于船舶調(diào)頭的回旋水域，將回旋水域集中布置在港池與航道交界處，通過以2 000 t散貨船對比，采用集約化用地的港池布置形式后，船舶時(shí)積數(shù)顯著升高，港池占地面積和岸線長度下降，工程造價(jià)降低，港口經(jīng)濟(jì)效益、社會效益明顯.

挖入式港池、回旋水域、集約化、牽引系統(tǒng)

0 前 言

在港口航道建設(shè)中，因岸線長度有限或回旋水域不足，經(jīng)常需要設(shè)計(jì)挖入式港池[1].按現(xiàn)行規(guī)范推薦的港池布置方法，港池平面布置為矩形，港池水域內(nèi)布置用于船舶調(diào)頭的回旋水域和航行水域.采用這種布置方法，港池水域的面積較大，占用岸線較長，工程造價(jià)較高.而大多沿江沿河地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，土地資源相當(dāng)緊缺，臨江臨河的碼頭岸線資源更加緊缺[2-6].因此，本文試圖探索一種港池集約化布置方式，以降低工程造價(jià)，提高土地利用率.

1 現(xiàn)行規(guī)范的推薦方式

按現(xiàn)行規(guī)范《河港工程總體設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ212—2006)第3.2.4.2條推薦的挖入式港池布置方式，在港池同一側(cè)布置2個(gè)或2個(gè)以上泊位時(shí)，港池寬度計(jì)算為：

Bc=(n-1)B+Bx+Bh

(1)

式中：Bc—挖入式港池寬度，m；

n—在同一側(cè)斷面內(nèi)港池兩側(cè)?？康拇八覕?shù)；

B—設(shè)計(jì)船型寬度，m；

Bx—船舶在港池內(nèi)轉(zhuǎn)頭的回旋水域?qū)挾?暫按1.5倍設(shè)計(jì)船型長度取值)，m；

Bh—船舶航行水域?qū)挾?可取2倍設(shè)計(jì)船型寬度)，m.

以交通運(yùn)輸部發(fā)布的2013年版京杭運(yùn)河運(yùn)輸船舶標(biāo)準(zhǔn)船型主尺度系列為例，取該系列最大貨船“京淮貨-10”尺度作為計(jì)算參照對象，該船BOA為13.8 m，LOA為63-68 m，參考設(shè)計(jì)吃水深為3.0-3.3 m，參考載貨噸級2 000 t.

圖1方式單側(cè)布置4個(gè)泊位，每側(cè)只停靠一排船，為便于計(jì)算，取船寬B=14.0 m，泊位富余長度取10 m，則港池總寬度為：

圖1 現(xiàn)行規(guī)范推薦方式港池尺度計(jì)算圖

Bc=(2-1)×14+(1.5×68)+2×14=144 m

(2)

港池單側(cè)長度為：

L=68×4+10×5=322 m

(3)

不計(jì)進(jìn)出港航道連接處的水域面積，港池水域總面積為：

A=144×322=46 368 m2

(4)

按圖1的方式布置港池和泊位，港池內(nèi)因船舶回旋而需要的水域面積占比為：

R=88×322/[(88+28)×322]=61%

(5)

從上式可以看出，用于回旋的水域占比已超過50%.

引入一個(gè)參數(shù)——單位船舶時(shí)積數(shù)K，即單位船舶完成裝船或卸船作業(yè)，并進(jìn)出港池一次，所占用的水域時(shí)間和面積的乘積，K值越大，則表示該水域的時(shí)間和面積利用率越低，反之利用率越高.

K=(T+t)×A/N

(6)

式中：K—單位船舶時(shí)積數(shù),h·m2/艘;

T—船舶單裝或單卸時(shí)間,h；

t—船舶靠離泊及進(jìn)出港一次時(shí)間,h；

A—港池內(nèi)供船舶使用的必要的水域面積,m2；

N—港池總泊位數(shù)；

以圖1方式布置的港池，總共8個(gè)泊位，以2 000 t散貨船為例，設(shè)T取10小時(shí)，t取1 h，則：

K=(10+1)×46 368/8=63 756(h·m2/艘)

(7)

以2 000 t件雜貨船為例，設(shè)T取20 h，t取1 h，則：

K=(20+1)×46 368/8=121 716 h·m2/艘

(8)

對比(7)、(8)兩式看出，件雜貨船舶由于裝(卸)船耗時(shí)長，K值是散貨船舶的1.9倍，即水域的利用率是散貨船舶的52%.

2 集約化用地方式探索

如果能降低K值，提高水域的利用率，就是提高了港池所占土地的利用效率[7-9].從K值計(jì)算參數(shù)分析，船舶靠離及進(jìn)出港時(shí)間t值絕對數(shù)變化不大，在泊位規(guī)模不變的情況下，如能提高裝卸效率，縮短裝卸船時(shí)間，則K值會降低，水域的利用率也將提高.

第二種思路就是減小A值，不僅提高港池利用率，同時(shí)也減少了土地占用，有利于可持續(xù)發(fā)展.從上式(5)分析，用于回旋的水域占比較大，是壓縮的重點(diǎn)所在.因此可考慮將船舶回旋水域從碼頭前沿移至港池與航道的交界處，船舶進(jìn)出港池采用牽引的方式實(shí)現(xiàn)，壓縮碼頭前沿的水域?qū)挾?，就壓縮了港池寬度，即減少了港池的占地面積和岸線占用長度，從而降低工程造價(jià)，提高土地利用率.

本文提出的挖入式港池集約化用地布置方式，即是第二種思路.船舶回旋水域設(shè)于港池的一端，位于航道交界處，尺度仍按現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算.船舶進(jìn)出港池以纜繩牽引的方式實(shí)現(xiàn)，同時(shí)可以將航行寬度從2B減小至1.5B.

牽引系統(tǒng)包括設(shè)于港池端頭的前牽引和入口處的后牽引.前牽引包括絞纜機(jī)和牽引纜繩，絞纜機(jī)固定于港池端頭；后牽引包括絞纜機(jī)、牽引纜繩和頂端設(shè)有導(dǎo)向輪的伸縮桿，絞纜機(jī)和伸縮桿固定于港池入口處，伸縮桿可向港池水域方向伸長，非工作狀態(tài)時(shí)，不超出碼頭前沿(見圖2).

船舶進(jìn)港靠泊流程：船舶從港前連接水域進(jìn)入回旋水域，完成船位調(diào)整，將前牽引的纜繩系于船首，絞纜機(jī)收緊纜繩，將船舶牽引到預(yù)定泊位，解除牽引纜繩，船舶?？看a頭泊位.

圖2 集約化用地港池尺度計(jì)算圖

為提高牽引過程的平穩(wěn)，可在牽引過程中，當(dāng)船尾已完全進(jìn)入港池后，將伸縮桿伸長，后牽引纜繩經(jīng)伸縮桿頂端滑輪導(dǎo)向后系于船尾，后牽引絞纜機(jī)放松纜繩，船舶到達(dá)預(yù)定泊位后，解除纜繩.在此過程中，前牽引絞纜機(jī)為主動(dòng)牽引源，后牽引絞纜機(jī)為被動(dòng)牽引源，要求二者收放協(xié)調(diào).

船舶離泊出港流程：與進(jìn)港流程順序相反.后牽引絞纜機(jī)為主動(dòng)牽引源，前牽引絞纜機(jī)為被動(dòng)牽引源.當(dāng)船舶尾部接近伸縮桿時(shí)，解除牽引纜繩，將伸縮桿收縮至非工作狀態(tài)，船舶倒退至回旋水域，完成船舶調(diào)頭，進(jìn)入港前連接水域離港.

在船舶進(jìn)出港流程中，主動(dòng)牽引是必須的，被動(dòng)牽引不是必須的，在保證安全和平穩(wěn)的情況下，可以不使用被動(dòng)牽引.纜繩的送出可以采用遙控小船實(shí)現(xiàn).

按以上集約化布置的思路，進(jìn)一步深化，從裝卸工藝的角度，將碼頭和港池做一下整合，即將碼頭平臺合而為一，港池一分為二，形成類似窄突堤式碼頭(見圖3).雖然港池面積較前一方式有所增加，但仍比現(xiàn)行規(guī)范推薦方式小.碼頭兩側(cè)靠船，裝卸設(shè)備采用雙小車、雙伸臂龍門吊，即一臺龍門吊兼顧兩側(cè)碼頭的裝貨或卸貨.從裝卸設(shè)備和基礎(chǔ)的投入而言，較單側(cè)工藝兩套設(shè)備節(jié)省很多，具有很好的經(jīng)濟(jì)性(見圖4).

圖3 集約化港池工藝布置平面示意圖

3 參數(shù)對比

兩種集約化布置的回旋水域基本相同，可計(jì)算為：

A0=102×102=10 404 m2

(9)

靠泊和通行水域面積分別為：

A1=325×50=16 250 m2

(10)

A2=325×36×2=23 400 m2

(11)

仍以2 000 t散貨船為例，單位船舶時(shí)積數(shù)K：

K1=(10+1)×(10 404+16 250)/8 =36 649 h·m2/艘

(12)

K2=(10+1)×(10 404+23 400)/8 =46 480 h·m2/艘

(13)

在以上碼頭泊位規(guī)模、相關(guān)時(shí)長等參數(shù)不變的情況下，不同布置方式的港池面積和單位船舶時(shí)積數(shù)對比(見圖5).

圖4 集約化港池工藝布置斷面示意圖

從對比圖可以看出，兩種集約化布置方式的用地面積和時(shí)積數(shù)，都較現(xiàn)行規(guī)范推薦方式有大幅度的減少，因此，挖入式港池集約化布置有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益.

再核算一下回旋水域共用以后，以散貨船假定的作業(yè)、回旋時(shí)間，會不會造成船舶等待或擁堵.設(shè)所有船舶以合理的時(shí)間間隔依次進(jìn)港，碼頭滿負(fù)荷作業(yè)，則每艘船對回旋水域的需求為1/10，回旋水域的供給能力是1/8，供給大于需求，正常情況下不會發(fā)生等待或擁堵.理論上，供給等于需求最為經(jīng)濟(jì)，因此集約化布置方式也不是泊位數(shù)越多越好，還應(yīng)考慮船舶作業(yè)、靠離泊及回旋時(shí)長等因素，使供給接近于需求并留有一定的余量，才不至于造成船舶因回旋水域不足而等待或擁堵.

4 結(jié) 論

根據(jù)以上對比分析，挖入式港池集約化布置方式具有很好的經(jīng)濟(jì)效益，特別是對東南沿海等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、用地緊張的區(qū)域，提高土地利用率，具有明顯的社會效益.但在具體布置時(shí)，還應(yīng)充分考慮相關(guān)因素，使回旋水域的供給能力大于船舶的需求水平，保障船舶進(jìn)出順暢.

[1] JTJ 212—2006.河港工程總體設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2006.

[2] 吳海根,徐志栓.一種挖入式港池：203755246U[P].2014-08-06.

[3] 謝 龍.三峽變動(dòng)回水區(qū)末端段復(fù)合水動(dòng)力條件分析及對泥沙輸移的影響[D].重慶：重慶交通大學(xué),2013.

[4] ENGELUND F, FREDSOE J.A Sediment Transport Model for Straight Alluvial Channels[J].Nordic Hydrology，1976 (7)：293-306.

[5] COLEBROOK V.F.Turbulent Flow in Pipes with Particular Reference to the Transition Region between the Smooth and Rough Pipe Laws[J].Inst.of Civ.Engrs.，1938(11)：133-156.

[6] 李雙江，謝 龍.長江上游塘土壩河段水流特性及河床演變分析[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,32(4):673-676.

[7] 張 偉.多波束測深系統(tǒng)在水下地形測量中的應(yīng)用研究[D].北京:中國地質(zhì)大學(xué)，2008.

[8] PETER GOODWIN. Analytical Solutions for Estimating Effective Discharge [ J].Journal of Hydrau lic Engineering,2004,130(8):729-738.

[9] 陳彬彬.水下地形測量系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京：河海大學(xué)，2010.

Exploration on Intensive Use of Land for Inland Excavated Basin

XU Zhi-shuan, XIE Cheng-li, WANG Li-feng

(JiangSu Transportation Institute, NanJing 210017, China)

In order to solve the problem of insufficient coastline length or limited turning basin, a harbor basin layout aiming at the intensive use of land is put forward in this paper, by using traction system for ships to go inward and outward the basin without switching, which helps to save the turning water area in wharf apron for ships to turn around, and concentrate the turning water area to the junction of the basin and the channel. Compared with 2000t bulk carrier, after the adoption of new basin layout for intensive use of land, the accumulation of ships per hour increases, the harbor basin area and the coastline length decrease, while the project cost is reduced, offering better economic and social benefit.

excavated basin; turning basin; intensification; traction system

2015-07-01

徐志栓(1972-)，男，安徽六安人，高級工程師，從事港口航道工程設(shè)計(jì).

TV131.4

A

1008-536X(2015)09-0050-04