■陳麗陽

（福建省港航勘察設計院有限公司，福州 350002）

羅源灣港區(qū)是福州港一個重要的大宗干散貨物流集中區(qū)，是福建省連通海峽兩岸的重要通道和口岸。 港區(qū)承接的貨種以煤炭、金屬礦石為主，是為福建省及內陸省份提供散貨運輸服務的主要港區(qū)，也是福州市經(jīng)濟持續(xù)增長特別是羅源灣臨港工業(yè)發(fā)展的重要依托。 隨著羅源灣港區(qū)的發(fā)展，船舶大型化趨勢明顯，可門作業(yè)區(qū)現(xiàn)已建4# 泊位（30 萬噸級）等多個大型散貨泊位，在建的可門1#～3# 泊位（擴能改造為30 萬噸級）、7# 泊位 （20 萬噸級，結構按40 萬噸），可門8# 泊位（30 萬噸級，結構按40 萬噸）等多個泊位正在開展前期工作，現(xiàn)30 萬噸級航道僅到北航道B′點位置，通往可門作業(yè)區(qū)航道僅為20 萬噸級，現(xiàn)可門4# 泊位30 萬噸級船舶是從北航道B′點臨時通過一段連接水域與船舶回旋水域銜接， 現(xiàn)有航道已無法滿足新建碼頭及船舶大型化的需求，因此有必要開展40 萬噸船舶航道的研究工作。

1 通航環(huán)境分析

1.1 到港船舶類型

羅源灣港區(qū)到港船型主要是運輸煤炭和鐵礦石的散貨船。 隨著可門4#泊位的投產(chǎn)運營，目前可門作業(yè)區(qū)到港靠泊的最大船型為31.5 萬噸的“中海榮華”號，裝卸貨種為南非鐵礦石。 羅源灣港區(qū)目前已有90 多艘次30 萬噸級大型散貨船舶到港，可門4# 泊位、10# 泊位共有700 多艘次15 萬噸級以上船舶到港， 華東船廠目前已有150 多艘次10萬噸級以上船舶到港。

1.2 船舶AIS 流量統(tǒng)計分析

根據(jù)流量統(tǒng)計顯示(圖1)，可門水道平均每天通航20～30 艘次，此外還有大量小型漁船進出，可見羅源灣口門水域船舶通航流量很大，而超大型船舶進出港需采取單向封航的交通管制模式，對其他船舶的通航有一定影響。 隨著港區(qū)的發(fā)展，到港船舶日益增多，并呈現(xiàn)大型化的趨勢，將進一步增加航道通航壓力。

圖1 羅源灣水域船舶交通流示意圖

2 水文分析

羅源灣是個半封閉型海灣， 灣內水面寬闊、灣口狹小，形狀似個倒葫蘆，是個天然深水良港。 羅源灣屬潮汐汊道型強潮海灣，平均潮差大于4 m，其水下地形發(fā)育受到地形、地質條件限制，在常年波浪潮流動力作用下，形成了島嶼深槽區(qū)及局部的淺灘區(qū)。 工程區(qū)域掩護條件好，受波浪影響較小，航道設計波浪取2.0 m。

羅源灣的潮流為正規(guī)半日潮，外海潮波通過可門口經(jīng)可門水道傳入灣內后，分為兩支：一支繞過將軍帽岬角，沿崗嶼水道、北岸梅花、長基一帶流向灣西北部跡頭附近海域；另一支直達門邊、馬鼻一帶的灣南部廣大海區(qū)。

海流主要受水道地形的影響， 以往復流為主。漲、落潮流流向因地而異，各站的流向都以較小的幅度偏擺于該水道縱軸方向，垂直于水道縱軸方向的流速較小?？砷T水道落潮最大流速1.33 m/s，漲潮最大流速1.61 m/s(圖2)。

圖2 可門水道大潮流矢圖

3 航道工程設計

3.1 航道的特點和關鍵技術問題

（1）羅源灣口門至可門作業(yè)區(qū)航段水深條件非常好， 外段天然水深可以滿足40 萬噸散貨船不乘潮通航，但可門水道寬度相對較窄、深槽單一，且受小黃礁、擔嶼、古鼎嶼和可門頭水下磯頭等制約，航線布置要在滿足規(guī)范條件下盡量利用天然水深，減少工程措施。

（2）南航道A～B～C1～D1 段有連續(xù)反向轉彎，根據(jù)規(guī)范要求，“兩個反向連續(xù)轉彎段之間的直線段長度不宜小于5 倍設計船長”[1]，現(xiàn)有航線直線段不能滿足40 萬噸散貨船連續(xù)反向轉彎要求， 需進行調整，B～C1 航段兩端受擔嶼和可門頭水下磯頭的限制，航線布置調整余地較小。

（3）航道通航船舶噸級較大，口門處船舶通航密度大，尤其是前往羅源灣北岸，因此航線布置時同時需考慮降低大型船舶對北航道通航船舶的影響。

（4）羅源灣可門水道寬度相對較窄，島礁較多且離航道距離較近，通航條件較為復雜，大型船舶通航存在一定安全隱患。

3.2 航道平面布置

航道平面布置如圖3 所示。

圖3 航道平面布置圖

3.2.1 A～B～B′～D1 航段

A～B～B′航段利用現(xiàn)有30 萬噸級航道，船舶沿現(xiàn)有30 萬噸級航道航行約10.70 km 至B′點后，向南轉向11.3°航行2.52 km 至可門作業(yè)區(qū)8# 泊位前方水域D1 點，該航道全長約13.2 km。

3.2.2 南航道B～C1～D1 航段

A～B～C1～D1 航段有連續(xù)反向轉彎， 根據(jù)規(guī)范要求，“兩個反向連續(xù)轉彎段之間的直線段長度不宜小于5 倍設計船長”，現(xiàn)有航線直線段不能滿足，考慮到航道邊線與可門頭水下磯頭淺礁、擔嶼淺區(qū)的安全距離， 將現(xiàn)航道C1 點向西南方向移動約468 m，B～C1 航道軸線旋轉約2.3°，B 點轉彎半徑取值3 620 m， 采用折線切割法， 航線微調后兩側拓寬，與8# 泊位船舶回旋水域平順相接，航道全長約

7.0 km。

3.2.3 導助航設施

現(xiàn)該航段航標配布已較為完善，共有5 座燈樁及1 座燈浮，分別為可門角燈樁、可門頭燈樁、小黃礁燈樁、擔嶼燈樁、古鼎嶼燈樁和3# 燈浮，能滿足航道通航要求，無需新設航標。

3.3 航道尺度計算

3.3.1 航道設計水深

按照JTS181-2016《航道工程設計規(guī)范》[2]，航道水深分通航水深和設計水深，分別按下式計算：

D0=T+Z0+Z1+Z2+Z3；D=D0+Z4。

40 萬噸散貨船滿載吃水T0為23.0 m， 船舶航行時船體下沉量Z0為0.66 m， 龍骨下最小富裕深度Z1取0.7 m，波浪富裕深度Z2取1.04 m，船舶裝載縱傾富裕深度Z3取0.15 m，備淤富裕深度Z4取0 m，計算得出航道設計水深D 為25.55 m，取25.6 m。

設計底高程＝ΔH－D

式中：ΔH——設計乘潮水位（m）；

D——設計水深。

A～B～B′航段現(xiàn)航道設計底高程為-26.0 m，可滿足40 萬噸散貨船不乘潮進出港；B′～D1 航段、B～C1～D1 航段按滿足40 萬噸散貨船乘潮單線通航要求， 乘潮水位5.14 m， 乘潮歷時4 h， 乘潮保證率90%，航道設計底高程均取-20.5 m，現(xiàn)有天然水深可以滿足通航要求，無需采取工程措施。

3.3.2 航道通航寬度

航道通航寬度由設計船型總長、型寬、航速及航道的橫風、橫流及“風、流壓偏角”等因素所決定，按照JTS181-2016《航道工程設計規(guī)范》，航道通航寬度按下式計算（表1）：

表1 通航寬度計算

單線航道：W=A+2c；

雙線航道：W=2A+b+2c；

式中：

W——航道通航寬度（m）；

A——航跡帶寬度（m）；

c——船舶與航道底邊線間的富裕寬度（m）；

b——船舶間富裕寬度（m），取設計船寬B（m）；

n——船舶漂移倍數(shù)；

γ——風、流壓偏角（°）；

L——設計船長（m）；

B——設計船寬（m）。

可門水道航道內最大橫流0.39 m/s，航道風、流壓偏角取7°，航速按8 kn?？紤]到船流密度，該航段需同時滿足10 萬噸級散貨船和5 萬噸級散貨船交會，根據(jù)計算，通航寬度取350 m?，F(xiàn)主航道A～B 航段通航寬度為410 m，保持不變。

3.4 船舶仿真模擬試驗研究

試驗工況包括常態(tài)和最不利情況的模擬試驗，通過不同工況下的模擬試驗， 獲得船舶操縱數(shù)據(jù)，分析40 萬噸散貨船航行、 靠離泊作業(yè)的可行性和安全性，最終確定船舶靠離泊時機[3]。 典型工況下的船舶航行軌跡見圖4。

圖4 典型工況下的船舶航行軌跡

船舶仿真模擬試驗結論如下：（1）航道平面布置合理，在工況設定的風、流條件下，在熟悉水域的操船人員謹慎操縱下，航道的航道寬度和航道轉彎半徑尺度能滿足試驗船型安全通航的要求。 （2）根據(jù)模擬試驗，40 萬噸散貨船在航道中航行和靠離泊時的限制條件如下：①航道內航行、靠離泊時，流速要＜2 kn，風力≤7 級，靠泊采用直接靠泊方式，離泊采用掉頭離泊方式；②靠離泊作業(yè)時，配備助操拖輪應≥21 500 hp，根據(jù)福州港實際情況，可采用5～6 艘大馬力拖輪助操；③風力8 級時，船舶無法正?？侩x泊； ④為保障船舶航行安全，40 萬噸散貨船進出港時要采取單向封航的交通管制模式， 并配置2 艘拖輪護航； ⑤建議40 萬噸散貨船選擇在風小、流緩、高平潮初落時進行靠泊，漲潮順流向左掉頭離泊，落潮頂流向右掉頭離泊。 控制好航速是保證船舶安全靠離泊的關鍵。

4 結語

（1）羅源灣內水域寬闊、灣口狹小，屬于天然深水良港， 口門至可門作業(yè)區(qū)航段水深條件非常好，外段天然水深可以滿足40 萬噸散貨船不乘潮通航， 僅靠近可門作業(yè)區(qū)8# 泊位附近航段需乘潮通航，無需采取工程措施。

（2）40 萬噸航道設計時應綜合考慮船舶安全航行和靠泊要求，以平穩(wěn)靠泊碼頭為最終目標。 綜合考慮水流、風況、周邊島礁和船舶交通流等各方面對船舶航行安全的影響。

（3）鑒于羅源灣港區(qū)的自然條件和航道、泊位狀況，結合船模分析，為了確保運營期安全，40 萬噸散貨船在航道內航行時，流速要＜2 kn，風力≤7 級，應選擇在風小、流緩、高平潮初落時進行靠泊，采用直接靠泊，調頭離泊作業(yè)的方式。

（4）超大型船舶慣性大，操作難度大，對航行條件要求較高， 進出港時需安排拖輪全程護航清障，同時加強對小型船舶的管理，采取單向封航的交通管制模式。