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

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黃驊港綜合港區(qū)、散貨港區(qū)20萬(wàn)t級(jí)航道平面方案優(yōu)化

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

為了保證船舶通航，滿足港口運(yùn)營(yíng)需要，港口航道方案的設(shè)計(jì)至關(guān)重要?本文對(duì)黃驊港綜合港區(qū)、散貨港區(qū) 20萬(wàn)t級(jí)航道總平面布置方案進(jìn)行研究分析，結(jié)合自然條件和制約因素選取合理的航道軸線，選擇合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，優(yōu)化航道設(shè)計(jì)方案，可為沿海港口航道設(shè)計(jì)提供參考?

黃驊港；進(jìn)港航道；航道軸線；通航寬度；設(shè)計(jì)底高程

引　言

根據(jù)黃驊港總體規(guī)劃，在進(jìn)港航道條件具備的情況下，預(yù)測(cè)黃驊港進(jìn)口鐵礦石將以 15～20萬(wàn)t級(jí)船舶運(yùn)輸為主。由于礦石進(jìn)口貨主多、批量小等因素，到港的7～12萬(wàn)t級(jí)船舶也將占有一定比重。為了保證黃驊港散貨港區(qū)20萬(wàn)t級(jí)礦石碼頭運(yùn)營(yíng)需要，實(shí)現(xiàn)20萬(wàn)t級(jí)散貨船舶滿載乘潮進(jìn)出港，也使5～10萬(wàn)t級(jí)船舶實(shí)現(xiàn)全天候進(jìn)出港，研究建設(shè)了20 萬(wàn)t級(jí)航道工程?本航道定位于滿足綜合港區(qū)、散貨港區(qū)未來(lái)大宗散雜貨發(fā)展需要，港區(qū)航道建設(shè)達(dá)到20萬(wàn)t級(jí)的規(guī)模。

受海底油氣管線等外部條件影響，港區(qū)規(guī)劃的直線型航道無(wú)法滿足航道等級(jí)提升的要求，面對(duì)港區(qū)生產(chǎn)泊位對(duì)通航20萬(wàn)t級(jí)船的迫切需求，港區(qū)亟需對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整。本文對(duì)黃驊港綜合港區(qū)、散貨港區(qū)20萬(wàn)t級(jí)航道方案進(jìn)行研究分析，以選取合理的航道軸線，優(yōu)化航道設(shè)計(jì)方案，在滿足港口通航作業(yè)要求的同時(shí)，節(jié)省工程投資?

1　工程概述

黃驊港綜合港區(qū)現(xiàn)有10萬(wàn)t級(jí)航道為單向航道，航道長(zhǎng)44 km，設(shè)計(jì)有效寬度210m，設(shè)計(jì)底高程-14.5m（以黃驊港理論最低潮面為基準(zhǔn)），滿足10萬(wàn)t級(jí)散貨船乘潮滿載航行。

黃驊港是河北省中南部、滄州市以及陜、晉、蒙等大西北地區(qū)的重要出?？?，有大量石油、礦石、集裝箱和件雜貨由港口進(jìn)出。渤海新區(qū)作為黃驊港的臨港工業(yè)區(qū)，產(chǎn)業(yè)集聚明顯，中鋼、中鐵、中海油等國(guó)內(nèi)大型企業(yè)集團(tuán)紛紛在此投資建廠興業(yè)，鐵礦石進(jìn)口需求大幅增長(zhǎng)，現(xiàn)有10萬(wàn)t級(jí)航道已無(wú)法滿足鐵礦石運(yùn)輸船舶的通航需求，因此，亟需結(jié)合擬建20萬(wàn)t級(jí)礦石碼頭，對(duì)現(xiàn)有10萬(wàn)t級(jí)航道進(jìn)行改造提升。

2　原設(shè)計(jì)方案

根據(jù)港區(qū)規(guī)劃，20萬(wàn)t級(jí)航道工程是在10萬(wàn)t級(jí)航道基礎(chǔ)上的擴(kuò)建工程?航道起點(diǎn)為里程3+700，軸線在里程3+700～44+000之間按10萬(wàn)t級(jí)航道軸線不變，按直線型，航道向雙側(cè)拓寬、延伸至相應(yīng)天然水深處?

按單向航道設(shè)計(jì)航道寬度，根據(jù)實(shí)測(cè)資料分析，航道附近的海流基本為往復(fù)流型，風(fēng)、流壓偏角γ取7°，船舶漂移倍數(shù)n取1.69，航速按8 kn計(jì)算，船舶與航道底邊的富裕寬度取一倍船寬，計(jì)算通航寬度為250m?

根據(jù)規(guī)范，按乘潮4 h，保證率90%，乘潮水位為2.47m?設(shè)計(jì)底高程為-19.0m?

3　方案優(yōu)化

3.1優(yōu)化原則

1）本航道等級(jí)為20萬(wàn)t級(jí)，優(yōu)化航道尺度仍需滿足20萬(wàn)t級(jí)散貨船設(shè)計(jì)船型全年乘潮入港?

2）根據(jù)中海油油氣管線改造方案優(yōu)化航道轉(zhuǎn)折點(diǎn)及軸線走向?

3）優(yōu)化航道底高程：結(jié)合港區(qū)船舶通航密度適當(dāng)降低乘潮保證率，但需避免船舶候潮時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成船舶壓港；設(shè)計(jì)水位采用分段潮位；縮短維護(hù)性疏浚間隔，減小航道備淤深度?

4）優(yōu)化航道通航寬度，保證航行安全?

3.2軸線走向優(yōu)化

選擇合理的航道軸線走向，需從多個(gè)方面去考慮，包括水深、波浪、潮流、泥沙環(huán)境、底質(zhì)以及工程投資等因素?對(duì)于水深而言，航道軸線應(yīng)盡量選擇垂直等深線走向，這有利于縮短航道的開(kāi)挖長(zhǎng)度；對(duì)于波浪而言，應(yīng)盡量減小航道軸線與常、強(qiáng)浪向的夾角，有利于船舶航行及降低航道淤積；對(duì)于潮流而言，也需避免與航道夾角過(guò)大，尤其是粉沙質(zhì)海岸，在大風(fēng)天氣下，近底處含沙量較大，由于泥沙沉降速度較大，臨底泥沙在穿越航道過(guò)程中，基本上完全落淤，對(duì)航道危害很大，潮流方向與航道軸線的夾角越小，泥沙落淤也會(huì)相應(yīng)減少；對(duì)底質(zhì)而言，應(yīng)盡量選擇易于航道開(kāi)挖及維護(hù)的軸線走向。

圖1　航道軸線示意

由于10萬(wàn)t級(jí)航道軸線延長(zhǎng)線與附近中海油海底輸氣管線三通垂直距離只有360m，不滿足海底輸氣管線下沉改造的要求，所以20萬(wàn)t級(jí)航道軸線需要在10萬(wàn)t級(jí)航道基礎(chǔ)上進(jìn)行偏轉(zhuǎn)以避開(kāi)輸氣管線三通?

綜合港區(qū)25萬(wàn)t級(jí)、30萬(wàn)t級(jí)散貨航道底高程約為-21.5m和-24.0m?25萬(wàn)t級(jí)航道軸線距離水下三通最少2.5 km，結(jié)合港區(qū)遠(yuǎn)期發(fā)展，航道軸線距離水下三通按不小于3 km考慮?

根據(jù)水深條件，考慮兩個(gè)軸線方案：方案一航道軸線在里程44+000向北轉(zhuǎn)30°；方案二在里程44+000向北轉(zhuǎn)13°?

兩個(gè)方案航道軸線均可以避開(kāi)海上生產(chǎn)平臺(tái)和海底輸氣管線，方案一航道軸線距離中海油海底管線三通距離較遠(yuǎn)，輸氣管線三通基本對(duì)航道沒(méi)有影響；方案二航道軸線延長(zhǎng)線距離海上生產(chǎn)平臺(tái)約4.9 km，距離海底管線三通約3 km?航道軸線轉(zhuǎn)角是在保證輸氣管線改造技術(shù)要求及三通安全的前提下較小的角度，沒(méi)有考慮海底輸氣管線和三通超出現(xiàn)有技術(shù)要求下的其他改造可能?

方案一航道軸線基本垂直等深線，航道長(zhǎng)度最短，疏浚量比方案二少。但由于該海域高程變化較緩，兩方案總疏浚量相差很小?

方案一由于航道軸線轉(zhuǎn)角達(dá)到30°，對(duì)于在航道中以10 kn速度航行的20萬(wàn)t級(jí)船舶來(lái)說(shuō)具有較大的操船難度?方案二航道軸線轉(zhuǎn)角13°，在一定程度上降低了操船難度?

綜上所述，從安全距離、工程量、遠(yuǎn)期發(fā)展來(lái)看，確定方案二作為最終的優(yōu)化方案?

航道3+700～44+000段，軸線方位為239°30′00″—59°30′00″，航道軸線在44+000處，向北轉(zhuǎn)13°，航道軸線方位為226°30′00″—46°30′00″，航道延伸至天然水深-18.3m?

3.3通航寬度優(yōu)化

按單向航道設(shè)計(jì)航道寬度，按規(guī)范計(jì)算：

式中：

A為航跡帶寬度，A=n（Lsinγ+B）。γ為風(fēng)、流壓偏角，根據(jù)實(shí)測(cè)資料分析，航道附近的海流基本為往復(fù)流型，γ取7°；防沙堤口門(mén)附近橫流較大，風(fēng)、流壓偏角取10°?n為船舶漂移倍數(shù)，取1.69；

c為船舶與航道底邊的富裕寬度，取船寬；根據(jù)上式計(jì)算，航道按20萬(wàn)t級(jí)散貨船設(shè)計(jì)，有效寬度取250m?

另外，防沙堤口門(mén)19+500～22+500附近橫流較大，風(fēng)、流壓偏角按10°取，口門(mén)附近航道有效寬度為280m?

3.4設(shè)計(jì)底高程優(yōu)化

由于航道較長(zhǎng)，為節(jié)省工程量，考慮適當(dāng)降低乘潮保證率，采用全年乘潮保證率80%，冬季乘潮保證率50%的潮位?

本航道每潮次船舶進(jìn)出港所需時(shí)間，根據(jù)航速計(jì)算ts=3.734 h，取為4 h，即20萬(wàn)t級(jí)散貨船進(jìn)港乘潮歷時(shí)4 h?根據(jù)船舶進(jìn)港航速規(guī)律，采用分段乘潮取設(shè)計(jì)水位，分別采用乘潮3 h（航時(shí)3 h），乘潮4 h（航時(shí)0.5 h），乘潮5 h潮位（航時(shí)0.5 h）?船舶在高潮前約1.5 h抵達(dá)航道起點(diǎn)，高潮前1.5 h至高潮后2.5 h期間的潮位滿足20萬(wàn)t級(jí)船舶滿載進(jìn)港?

黃驊港航道泥沙淤積物的來(lái)源一是大風(fēng)浪天氣條件下，風(fēng)浪掀起大量灘面泥沙，泥沙隨水流進(jìn)入航道后淤積；二是離岸流帶走岸線泥沙，運(yùn)移到航道落淤。港池、航道外側(cè)呈環(huán)抱式的南、北防波堤已建成，對(duì)改善20萬(wàn)t級(jí)航道內(nèi)的波浪、水流條件和減淤有較大幫助。防沙堤延伸至-8m水深后，10年一遇驟淤最大淤積強(qiáng)度1.08m，從航道淤?gòu)?qiáng)和水深的角度，如果南、北防波堤延伸建設(shè)的南、北防沙堤能保證20萬(wàn)t級(jí)航道在10年一遇大風(fēng)淤積情況下，航道水深仍保證15萬(wàn)t級(jí)散貨船的通航要求，同時(shí)滿足20萬(wàn)t級(jí)散貨船乘潮通航的要求，滿足航道整治標(biāo)準(zhǔn)。

20萬(wàn)t級(jí)航道工程航道設(shè)計(jì)底高程取為-18.3m，為了保證發(fā)生驟淤的情況下，仍保證航道具有一定的通航條件，根據(jù)防沙堤減淤效果分析研究結(jié)論，加大里程19+500～25+000段航道的備淤深度，備淤取0.6m，即里程19+500～25+000段航道航道設(shè)計(jì)底高程取-18.5m?

3.5比較分析

20萬(wàn)t級(jí)航道里程3+700～44+000，航道軸線方位 239°30′00″—59°30′00″，航道軸線在里程44+000～60+500段，在44+000處（水深-14.5m），向北偏轉(zhuǎn)13°，延伸至天然水深-18.3m，折線段軸線方位為 226°30′00″—46°30′00″?航道通航寬度250m，總長(zhǎng)度56.8 km，通航底高程-17.9m，航道內(nèi)考慮0.4m備淤深度，航道設(shè)計(jì)底高程-18.3m，里程19+500～25+000段航道的備淤深度取0.6m設(shè)計(jì)底高程取-18.5m?防沙堤口門(mén)19+500～22+500附近橫流較大，航道有效寬度取為280m?

表1　方案優(yōu)化對(duì)比

4　結(jié)　語(yǔ)

本文結(jié)合港口作業(yè)航道通航要求，對(duì)黃驊港綜合港區(qū)、散貨港區(qū)20萬(wàn)t級(jí)航道工程方案進(jìn)行優(yōu)化，選取合適的航道軸線，優(yōu)化后航道軸線距離中海油海底管線水下三通垂直距離 3.0 km為給貫穿航道的中海油海底管線留出足夠的加深改造條件。選取恰當(dāng)?shù)耐ê剿灰杂?jì)算航道底高程，選取恰當(dāng)?shù)膫溆偕疃?，在滿足設(shè)計(jì)船型通航要求，節(jié)省航道基建投資，提高港口航道服務(wù)水平，為港區(qū)進(jìn)行航道等級(jí)提升奠定了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)?為沿海港口長(zhǎng)航道的通航標(biāo)準(zhǔn)、斷面參數(shù)確定提供了借鑒和參考?

［1］黃驊港綜合港區(qū)、散貨港區(qū)20萬(wàn)t級(jí)航道二期工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.天津：中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，2013，7.

［2］中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司.海港工程設(shè)計(jì)手冊(cè)（中）［M］.北京：人民交通出版社，2001：276-279.

［3］黃驊港綜合港區(qū)、散貨港區(qū)20萬(wàn)t級(jí)航道工程通航安全評(píng)估報(bào)告［R］.大連：大連海事大學(xué)，2011，7.

Optimum Layout of 200 000 DWT Approach Channel to Comprehensive Harbor and Bulk Cargo Harbor at Huanghua Port

Xing Jun，Yang Songshan
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

To guarantee the navigation safety and meet the requirement for the port operation，the design of port channel layout is very important.Based on 200 000 DWT channel project of comprehensive harbor and bulk cargo harbor at Huanghua Port，its general layout plan is analyzed.The research results are combined with natural conditions and restricted factors to select a proper channel axis，determine design parameters and optimize the channel layout，which may provide a reference for the design of other coastal port channels.

Huanghua Port； approach channel； channel axis； navigation width； design bottom elevation

U651+.3

A

1004-9592（2016）04-0012-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160403

2016-05-19

邢軍（1971-），男，高級(jí)工程師，主要從事港口航道規(guī)劃、設(shè)計(jì)工作?