曾建峰，郭天潤

(中交上海航道勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200120)

寧波舟山港條帚門外錨地位于我國典型的島礁海區(qū)—舟山群島的六橫島東南海域，直接服務(wù)于從條帚門航道(核心港區(qū)第2條大型通道)進(jìn)出的六橫港區(qū)、梅山港區(qū)船舶，以及從象山航道進(jìn)出的象山港區(qū)船舶的引航、候潮、待泊錨地。錨地所在水域通航條件復(fù)雜，相關(guān)限制設(shè)施類型多，錨地建設(shè)難度大，且錨地水域面積達(dá)32.8 km2,為20萬噸級及以下大型錨地工程。與一般海區(qū)的錨地工程相比，島礁海區(qū)錨地設(shè)計(jì)有其特性。本文從錨地功能定位、選址、需求分析、平面布置及容量、交通組織設(shè)計(jì)等角度，給出島礁海區(qū)典型大型錨地工程的設(shè)計(jì)方法，并對錨地設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)問題和超規(guī)范問題提出解決方案。

1 錨地服務(wù)對象及功能定位

隨著寧波舟山港核心港區(qū)第2條大型航道—條帚門15萬噸級航道(包括20萬噸級集裝箱)的開通，進(jìn)出港船舶數(shù)量將會(huì)增加；同時(shí)，隨著象山港的進(jìn)一步開發(fā)建設(shè)，對5萬噸級大型船舶錨地的需求也日益增加。為滿足六橫港區(qū)、梅山港區(qū)從條帚門進(jìn)出的15萬噸級及以下滿載船舶(包括梅山港區(qū)20萬噸級集裝箱船舶)和象山港區(qū)5萬噸級及以下散貨船的待泊、引航、候潮等錨泊要求，須在航道口外合適水域布置相應(yīng)功能的錨地。調(diào)研與分析結(jié)果表明，條帚門航道、象山港航道之間的水域水深、底質(zhì)、風(fēng)浪流條件良好，適宜建設(shè)大型錨地。由于擬建錨位位于條帚門口門外，故命名為條帚門外錨地[1](圖1)。

圖1 工程位置及航道錨地規(guī)劃

2 錨地選址

2.1 選址制約因素

由前述的錨地服務(wù)對象及功能定位，錨地應(yīng)便于船舶進(jìn)出以上港區(qū)，故選擇在2個(gè)港區(qū)進(jìn)港航道之間的條帚門外、六橫島東側(cè)水域較為合適。工程區(qū)域通航條件見圖2。

圖2 工程區(qū)域通航條件

現(xiàn)狀條件下錨地選址的制約因素包括：

1)工程區(qū)域現(xiàn)有航線、錨地布置混亂，部分航道無法與外海連接，不利于最大化利用水域資源；

2)工程區(qū)域現(xiàn)有船舶無序錨泊，通航秩序混亂，通航安全存在隱患；

3)工程區(qū)域制約設(shè)施多，包括風(fēng)電場設(shè)施、相關(guān)禁止占用水域設(shè)施、海圖未爆炸彈、拋泥區(qū)等。

以上因素對錨地的選址和可用水域范圍造成制約，須對錨地選址的可行性進(jìn)一步分析論證，合理確定可錨泊水域是本錨地設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)問題。

2.2 選址解決措施

針對工程海區(qū)通航條件混亂、復(fù)雜，設(shè)施之間排他性、兼容性差等問題，經(jīng)充分調(diào)研并結(jié)合工程海域的中長期布局規(guī)劃，設(shè)計(jì)提出“資源整合、優(yōu)化配置、功能分區(qū)”理念，對工程區(qū)域航道、錨地進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃整合(圖1)，提升了工程海域的通航安全性、改善了通航秩序。

通過將規(guī)劃的六橫南航道、象山港進(jìn)港航道口外段向東延伸并與口外習(xí)慣航路順接，整合現(xiàn)有的象山港口外候潮錨地功能至條帚門外錨地內(nèi)，使得航道錨地功能分區(qū)合理。整合后的條帚門外錨地水域與航道、相關(guān)設(shè)施均預(yù)留一定的安全距離，且為習(xí)慣拋錨區(qū)，風(fēng)浪流條件適宜(一般流速小于1.54 m/s)。選址方案見表1。

表1 錨地選址方案

本設(shè)計(jì)提出的錨地與風(fēng)電場邊界安全距離(參考英國“MCA”指南和國內(nèi)風(fēng)電場建設(shè)經(jīng)驗(yàn))、海圖未爆炸彈區(qū)安全距離均大于1 km是適宜的；根據(jù)1#拋泥區(qū)(落潮流拋泥擴(kuò)散為主)懸浮物擴(kuò)散范圍(約4 km)，錨地與其相距5 km時(shí)可不受拋泥擴(kuò)散影響。根據(jù)以上整合規(guī)劃方案，工程海區(qū)可布置錨地總水域面積達(dá)32.8 km2。

3 錨位需求測算

根據(jù)條帚門外錨地的待泊、候潮、引航功能，以及直接服務(wù)的六橫港區(qū)、梅山港區(qū)和象山港區(qū)現(xiàn)狀及規(guī)劃吞吐量，結(jié)合到港船型及泊松分布規(guī)律進(jìn)行錨位需求分析。

1)待泊錨位：采用設(shè)計(jì)手冊[2]中的M/M/S排隊(duì)模型，取98%船舶在港保證率進(jìn)行錨位計(jì)算，其中不同等級到港船舶艘次根據(jù)港區(qū)吞吐量、規(guī)劃泊位等級及數(shù)量和錨泊船型進(jìn)行預(yù)測；

2)候潮錨位：結(jié)合條帚門航道(≤10萬噸級船舶及20萬噸級集裝箱全潮通航，15萬噸級油船乘潮通航)、象山港區(qū)進(jìn)港航道(5萬噸級船舶乘潮通航)的通航方式，根據(jù)預(yù)測的乘潮到港船舶流量(> 10萬噸級為3艘/d、5萬噸級為2艘/d)，須配置5個(gè)候潮錨位。

3)引航錨位：由于僅外籍船、大型船須引航，且引航與待泊常常為同一連續(xù)的過程，而待泊錨位設(shè)置的保證率取98%的較大值，可不單獨(dú)設(shè)置引航錨位，與待泊錨位、候潮錨位共用。

危險(xiǎn)品、非危險(xiǎn)品錨位需求如表2所示。

表2 工程區(qū)域不同等級船型錨位需求

4 錨地計(jì)算

4.1 錨地設(shè)計(jì)船型分析

錨地設(shè)計(jì)船型的選擇應(yīng)與其服務(wù)的梅山、象山和六橫港區(qū)到港船型相配套，并與周邊航道建設(shè)規(guī)模相匹配。根據(jù)各港區(qū)到港船型預(yù)測及周邊航道建設(shè)規(guī)模，錨地設(shè)計(jì)船型見表3。

表3 錨地設(shè)計(jì)船型

4.2 錨地設(shè)計(jì)水深

根據(jù)規(guī)范[3]，錨地水深H不小于設(shè)計(jì)船型滿載吃水的1.2倍，當(dāng)波高(H4%)超過2 m時(shí)，應(yīng)增加波浪富裕深度，但規(guī)范中未給出增加的波浪富裕深度計(jì)算及取值方法，是確定錨地設(shè)計(jì)水深的關(guān)鍵技術(shù)難題。

本次設(shè)計(jì)中增加的波浪富裕深度參考了規(guī)范中航道尺寸計(jì)算時(shí)波浪富裕深度Z2的取值方法。根據(jù)錨地的波浪使用條件，船浪夾角90°時(shí)Z2/H4%取值0.52，假定H4%取值為2 m，則波浪富裕深度Z2≈1 m。因此，增加的波浪富裕深度取1 m時(shí)，相當(dāng)于H4%為2 m；同時(shí)，由于錨地設(shè)計(jì)水深(1.2 t)20%的富裕中已包含H4%< 2 m的波高，在增加的波浪富裕深度取1 m時(shí)，可認(rèn)為錨地的使用波高H4%< 4 m。

為進(jìn)一步復(fù)核該參數(shù)的合理性，開展了工程區(qū)域波浪要素推算[4]。條帚門外錨地東側(cè)無島嶼掩護(hù)，波高較大，但由于錨地東側(cè)、北側(cè)、南側(cè)水深為18 m左右，所以波高相對外海有一定的減弱。根據(jù)錨地的使用標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算2 a一遇H4%波高最大值為3.78 m(表4)，方向?yàn)镋SE(圖3)，小于設(shè)計(jì)擬使用H4%波高4 m的要求。因此增加的波浪富裕深度取值1 m，可滿足本海區(qū)船舶錨泊波浪條件、并有少量富裕。

表4 條帚門外錨地2 a一遇H4%波高

圖3 錨地區(qū)域ESE向2 a一遇設(shè)計(jì)波高分布

4.3 錨位半徑

本錨地位于外海開闊水域，船舶采用單錨系泊方式。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，系泊工況按大于7級風(fēng)考慮，系泊半徑R=L+4h+145 m(L為設(shè)計(jì)船長、h為錨地水深)，其中錨地內(nèi)錨位采用深水深用、淺水淺用的原則進(jìn)行布置。不同等級錨位半徑計(jì)算見表5。

表5 錨地設(shè)計(jì)尺寸

5 平面布置

5.1 錨地布置關(guān)鍵技術(shù)問題

本錨地選址區(qū)域受制約因素限制多、存在唯一性。根據(jù)錨位需求分析，錨地內(nèi)須同時(shí)布置危險(xiǎn)品和非危險(xiǎn)品錨位，為保證錨泊安全，不同貨種之間應(yīng)預(yù)留一定的安全距離。如何根據(jù)錨區(qū)水域的實(shí)際水深條件，以深水深用、淺水淺用的原則合理劃分錨區(qū)、布置錨位，并能滿足不同船型進(jìn)出錨地的通航需求，是錨地平面布置的關(guān)鍵技術(shù)問題。

5.2 錨地平面功能分區(qū)設(shè)計(jì)

根據(jù)錨地水域東北深、西南淺的水深特性(圖4)，并考慮大型船舶均從北側(cè)條帚門航道進(jìn)出、小型船舶從六橫南航道進(jìn)出的實(shí)際需求，將大型錨位布置在北部、小型錨位布置在南側(cè)較為合理。經(jīng)計(jì)算，危險(xiǎn)品錨位總需求11個(gè)，其中小于萬噸級的小型錨位有7個(gè)。為使錨區(qū)水深資源合理利用，將危險(xiǎn)品錨區(qū)分為2塊，即錨地北側(cè)的深水區(qū)劃為大型危險(xiǎn)品區(qū)、西南側(cè)淺水區(qū)劃為萬噸級以下危險(xiǎn)品錨區(qū)。同時(shí)，錨地中間區(qū)域設(shè)為非危險(xiǎn)品錨區(qū)，可兼顧多數(shù)(非危險(xiǎn)品錨位需求27個(gè))大型船舶從南側(cè)和北側(cè)同時(shí)進(jìn)出的需求。故本錨地劃分為Ⅰ錨區(qū)(非危險(xiǎn)品錨區(qū))、Ⅱ錨區(qū)(危險(xiǎn)品錨區(qū))和Ⅲ錨區(qū)(危險(xiǎn)品錨區(qū))，并在危險(xiǎn)品錨區(qū)與非危險(xiǎn)品錨區(qū)間設(shè)置安全間距區(qū)，解決了水深資源最大化利用、分區(qū)錨泊的技術(shù)難題(圖4)。

圖4 錨地水域水深分布及錨區(qū)平面布置

5.3 錨位間距

由于設(shè)計(jì)錨地面積較大、布置的錨位達(dá)38個(gè)，考慮到錨地內(nèi)有船舶通行的需求，根據(jù)規(guī)范要求，各錨位間的安全距離按照2倍設(shè)計(jì)船寬，取50～100 m。

5.4 不同錨區(qū)安全間距

為保障船舶錨泊安全，非危險(xiǎn)品錨區(qū)和危險(xiǎn)品錨區(qū)之間應(yīng)保持一定的安全距離(圖5)。鑒于規(guī)范未對安全距離取值進(jìn)行明確，本次設(shè)計(jì)中參考錨地與航道邊線安全距離的相關(guān)規(guī)定，即安全距離取2倍設(shè)計(jì)船長(錨區(qū)兩側(cè)錨泊船長之和)。各安全間距取值如表6所示。

圖5 錨地錨位及進(jìn)出航線布置

表6 錨區(qū)間安全間距取值

6 錨地設(shè)計(jì)容量

根據(jù)錨位設(shè)計(jì)尺度、錨位間安全間距和各錨區(qū)的實(shí)際水深條件，采用深水深用、淺水淺用的原則，在各錨區(qū)內(nèi)共布置不同等級錨位38個(gè)，其中危險(xiǎn)品錨位11個(gè)(Ⅰ錨區(qū)5個(gè)、Ⅲ錨區(qū)6個(gè))、非危險(xiǎn)品錨位27個(gè)，錨地容量滿足服務(wù)港區(qū)所需的錨位數(shù)量。

7 進(jìn)出錨地交通組織設(shè)計(jì)

鑒于擬建錨地面積大、服務(wù)的港區(qū)分散、周邊航道復(fù)雜，須對進(jìn)出錨地的交通組織進(jìn)行設(shè)計(jì)。以錨區(qū)內(nèi)不同等級錨位分布前提，結(jié)合周邊已有的條帚門航道、六橫南航道的通航條件，針對本錨地布置了4條進(jìn)出錨地航線，可滿足不同目的港船舶進(jìn)出錨地通航需求。交通組織設(shè)計(jì)見表7、圖5。

表7 各錨區(qū)設(shè)計(jì)錨位容量及進(jìn)出交通流組織方案

續(xù)表7

8 結(jié)語

1)復(fù)雜島礁海區(qū)大型錨地選址時(shí)可根據(jù)“資源整合、優(yōu)化配置、功能分區(qū)、改善通航環(huán)境”等理念，開展航道錨地的統(tǒng)一規(guī)劃整合，劃出可能的錨地水域。錨地選址時(shí)應(yīng)充分協(xié)調(diào)好與周邊港口、航道等設(shè)施的相互關(guān)系，并與之預(yù)留一定的安全距離，特別應(yīng)協(xié)調(diào)好與禁止拋錨等排他性設(shè)施的相互關(guān)系。

2)大型錨地的建設(shè)規(guī)模(錨位數(shù)量和等級)應(yīng)根據(jù)服務(wù)港區(qū)的吞吐量、到港船型等確定，錨位需求可采用在港船舶的98%保證率進(jìn)行測算，必要時(shí)候潮、引航錨地可與待泊錨地共用。

3)錨地設(shè)計(jì)水深計(jì)算時(shí)，在未開展物理模型計(jì)算的情況下，可結(jié)合錨地風(fēng)浪使用條件和推算的設(shè)計(jì)波要素，參考航道尺度的波浪富裕深度參數(shù)的計(jì)算方法，合理確定增加的波浪富裕深度值。

4)對設(shè)計(jì)船型中同時(shí)有危險(xiǎn)品和非危險(xiǎn)品的大型錨地，錨地平面布局時(shí)應(yīng)將危險(xiǎn)品和非危險(xiǎn)品錨區(qū)分開設(shè)置、并預(yù)留一定的安全間距，安全間距可取其兩側(cè)最大錨泊船型的船長之和。

5)針對島礁海區(qū)大型錨地的設(shè)計(jì)錨位多、服務(wù)港區(qū)分散、周邊航道復(fù)雜等特點(diǎn)，除錨位間預(yù)留安全間距外，還須對不同目的港船舶進(jìn)出錨地的交通組織進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保船舶的進(jìn)出安全。

6)島礁海區(qū)一般利用自然水深因地制宜地設(shè)置大型錨地，在與周邊設(shè)施預(yù)留一定安全距離的情況下，可不設(shè)助航標(biāo)志，經(jīng)掃海、清障后即可投入使用。