◎ 王三才 中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院深圳有限公司

華南地區(qū)是中國(guó)沿海地區(qū)的一個(gè)重要經(jīng)濟(jì)區(qū)域，擁有眾多港口和航道資源[1]。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和貿(mào)易活動(dòng)的增加，港口水域航道規(guī)劃設(shè)計(jì)變得尤為重要。合理規(guī)劃設(shè)計(jì)能夠提高港口運(yùn)輸效率、降低航行風(fēng)險(xiǎn)、保障船舶安全，并促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展[2]，對(duì)港口周?chē)拇安倏v環(huán)境作出綜合分析考量也是十分必要的，這也是確保航道規(guī)劃合理性的重要基礎(chǔ)[3]。一旦出現(xiàn)航道設(shè)計(jì)不合理的情況，不僅會(huì)導(dǎo)致工程的功能無(wú)法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，同時(shí)還有可能造成巨大的資源浪費(fèi)[4]，影響地區(qū)經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，本文提出港口水域航道合理規(guī)劃設(shè)計(jì)探究，充分考慮了在航道規(guī)劃過(guò)程中，各因素之間互相關(guān)聯(lián)、互相制約的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)航道的規(guī)劃設(shè)計(jì)，并通過(guò)對(duì)比測(cè)試的方式，分析驗(yàn)證了設(shè)計(jì)規(guī)劃方法的應(yīng)用效果。

1.港口水域航道合理規(guī)劃設(shè)

1.1 航道寬度設(shè)計(jì)

在開(kāi)展港口水域航道規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，對(duì)航道通航寬度進(jìn)行合理設(shè)計(jì)是十分必要的[5]。根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范（JTS165-2013）》，航道通航寬度由航跡帶寬度、船舶間富裕寬度，以及船舶與航道底邊間的富裕寬度三部分組成。對(duì)單、雙線航道，航道通航寬度計(jì)算公式如下：

其中，W表示航道通航寬度，A表示船舶在行駛過(guò)程中航跡帶寬度，c表示以船舶底部為基準(zhǔn)，其與航道底邊之間距離，也就是二者之間的富裕寬度參數(shù)，其一般情況下，該距離不低于行駛船舶的整體寬度值，b表示在航道內(nèi)行駛時(shí)，相鄰船舶之間距離，也就是船只之間的富裕寬度參數(shù)。

在計(jì)算航跡帶寬度時(shí)，主要需要考慮的因素就是船舶在航道中航行時(shí)受客觀條件的影響程度。其中，具體的影響因素包括港口海域的自然條件，航道斷面形式、行駛船舶自身的特征，以及人為因素。在保持航向的基礎(chǔ)上，以導(dǎo)航中線為基礎(chǔ)，船舶的實(shí)際航行軌跡是呈左右擺動(dòng)狀態(tài)的，具有蛇行運(yùn)動(dòng)的屬性特征。因此，其前進(jìn)期間所占用的水面寬度計(jì)算方式可以表示為：

其中，n表示船舶漂移的倍數(shù)，L表示行駛船舶的長(zhǎng)度，γ表示船舶行駛階段的風(fēng)流壓差角參數(shù)，B表示行駛船舶的寬度。

對(duì)于船舶與航道底邊之間的富裕寬度，其主要受航速和船只類型影響，一般情況下，當(dāng)船舶類型為雜貨船或集裝箱船時(shí)，航速不高于6.0kn條件下的船舶與航道底邊之間富裕寬度為行駛船舶寬度的二分之一即可，船速高于6.0kn條件下的船舶與航道底邊之間富裕寬度為行駛船舶寬度的四分之三即可；當(dāng)船舶類型為散貨船時(shí)，航速不高于6.0kn條件下，船舶與航道底邊之間富裕寬度不宜低于行駛船舶寬度的四分之三，船速高于6.0kn條件下，船舶與航道底邊之間富裕寬度不宜低于行駛船舶寬度；當(dāng)船舶類型為油船或其他危險(xiǎn)品船時(shí)，航速不高于6.0kn條件下，船舶與航道底邊之間富裕寬度不宜低于行駛船舶寬度，船速高于6.0kn條件下，船舶與航道底邊之間富裕寬度不宜低于1.5倍行駛船舶寬度。

按照上述所示的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)港口水域航道寬度的合理設(shè)計(jì)。

1.2 航道水深設(shè)計(jì)

在對(duì)航道水深進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，本文充分考慮了港口海域的基礎(chǔ)自然環(huán)境條件，結(jié)合船型在滿載狀態(tài)下的吃水深度，以滿足安全航行的最小深度為導(dǎo)向，結(jié)合影響進(jìn)港航道水深的因素構(gòu)成情況，對(duì)航道的具體水深參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體的設(shè)計(jì)結(jié)果可以表示為：

其中，D0表示航道通航水深情況，T表示通行船只的滿載吃水深度，Z0表示船舶航行時(shí)，船體的下沉深度，Z1表示船舶航行時(shí)，龍骨下最小富裕深度，Z2表示波浪富裕深度參數(shù)，Z3表示在船舶裝載情況下，縱傾富裕水深度，D表示航道設(shè)計(jì)水深，Z4表示備淤富裕深度。

根據(jù)港口的船舶類型和吃水要求，確定航道的寬度和深度。航道寬度應(yīng)能夠容納船舶安全通行，并留有適當(dāng)?shù)挠嗟赜糜诔?chē)或交叉避讓。航道深度則要滿足船舶的吃水需求，以確保船只在潮汐變化和水深限制下能夠安全通行。按照上述所示的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)航道水深的合理設(shè)計(jì)，最大限度保障船舶的通行需求能夠得到滿足，實(shí)現(xiàn)其效益的最大化。

2.應(yīng)用測(cè)試

2.1 測(cè)試環(huán)境

針對(duì)本文提出的港口水域航道合理規(guī)劃設(shè)計(jì)方法應(yīng)用效果進(jìn)行分析，選擇某個(gè)港口作為基礎(chǔ)，并以其復(fù)式航道規(guī)劃工程為測(cè)試對(duì)象。對(duì)測(cè)試港口的基本情況進(jìn)行分析，其中，規(guī)劃通航環(huán)境總面積為72.5平方公里，對(duì)應(yīng)的碼頭岸線長(zhǎng)度為29.30公里，港口提供的泊位數(shù)量為11 2個(gè)，在臨港物流產(chǎn)業(yè)區(qū)，對(duì)應(yīng)的規(guī)劃面積為65.35平方公里。在此基礎(chǔ)上，對(duì)基本自然環(huán)境條件進(jìn)行分析，具體如表1所示。

表1 測(cè)試環(huán)境自然環(huán)境信息

結(jié)合表1所示的信息，分別采用本文設(shè)計(jì)的港口水域航道規(guī)劃設(shè)計(jì)方法，以及文獻(xiàn)[4]提出的以優(yōu)先隊(duì)列回溯算法為基礎(chǔ)的航路規(guī)劃設(shè)計(jì)方法、文獻(xiàn)[5]提出的以虛擬AIS航標(biāo)為基礎(chǔ)的航道規(guī)劃設(shè)計(jì)方法在相同的環(huán)境條件下開(kāi)展對(duì)比測(cè)試。

2.2 測(cè)試結(jié)果與分析

在對(duì)不同方法的航道規(guī)劃效果進(jìn)行分析時(shí)，本文分別從安全性和有效性的角度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并設(shè)置了具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)實(shí)際需求和規(guī)范制定相應(yīng)的百分制評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。在安全性評(píng)價(jià)中，根據(jù)風(fēng)力、能見(jiàn)度、船舶密度、船舶會(huì)遇率、漁船和小型船舶對(duì)大型船舶航行安全的影響程度，劃分不同的得分區(qū)間。而在有效性評(píng)價(jià)中，根據(jù)大型船舶待泊時(shí)間、能見(jiàn)度不良情況下的可航行天數(shù)、大風(fēng)條件下的可航行天數(shù)、船舶交通量以及經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的大小，劃分不同的得分區(qū)間。通過(guò)量化評(píng)估每個(gè)指標(biāo)，并綜合計(jì)算得到最終的百分制評(píng)分結(jié)果，可以對(duì)航道規(guī)劃設(shè)計(jì)的安全性和有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

具體的評(píng)價(jià)結(jié)果如表2 和表3所示。

表2 航道規(guī)劃設(shè)計(jì)安全性評(píng)價(jià)結(jié)果

表3 航道規(guī)劃設(shè)計(jì)有效性評(píng)價(jià)結(jié)果

結(jié)合表2所示的測(cè)試結(jié)果可以看出，在三種港口航道規(guī)劃方法下，優(yōu)先隊(duì)列回溯規(guī)劃方法的評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)較低，其中，航道內(nèi)船舶會(huì)遇率達(dá)到了30.0%以上，對(duì)應(yīng)船只之間影響也處于較高水平，均達(dá)到了40.0以上。在虛擬AIS航標(biāo)規(guī)劃方法的測(cè)試結(jié)果中，航道內(nèi)船舶密度也達(dá)到了36.44%，雖然與優(yōu)先隊(duì)列回溯規(guī)劃方法相比有一定程度的下降，但是仍處于較高水平，漁船對(duì)大型船舶航行安全的影響也達(dá)到了30.0以上。相對(duì)比之下，在本文提出航道規(guī)劃設(shè)計(jì)方法的測(cè)試結(jié)果中，航道內(nèi)船舶密度僅為20.57艘/海里2，因此航道內(nèi)船舶會(huì)遇率明顯偏低，僅為12.13%，分別低于對(duì)照組18.11%和13.05%，對(duì)應(yīng)的船只之間影響也處于較低水平，始終低于15。綜合上述測(cè)試結(jié)果可以得出結(jié)論，本文設(shè)計(jì)的港口航道規(guī)劃方法可以有效保障航道的安全性處于較高水平。

結(jié)合表3所示的信息對(duì)三種航道規(guī)劃設(shè)計(jì)方法對(duì)應(yīng)的有效性評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析，其中，優(yōu)先隊(duì)列回溯規(guī)劃方法的評(píng)價(jià)結(jié)果明顯相對(duì)偏低，不僅大型船舶待泊時(shí)間長(zhǎng)，惡劣航行條件下的可航行時(shí)間也明顯較短，這也是導(dǎo)致其船舶交通量較少的主要原因，相關(guān)效益也因此偏低。在虛擬AIS航標(biāo)規(guī)劃方法的測(cè)試結(jié)果中，航道整體有效性評(píng)價(jià)結(jié)果與優(yōu)先隊(duì)列回溯規(guī)劃方法相比有明顯提升，但是效益仍存在進(jìn)一步提升空間。相比之下，在本文提出航道規(guī)劃設(shè)計(jì)方法的測(cè)試結(jié)果中，不僅大型船舶待泊時(shí)間控制在1小時(shí)內(nèi)，船舶交通量也達(dá)到了4.05億噸，直接經(jīng)濟(jì)效益分別高于對(duì)照組40.55分和32.44分，間接經(jīng)濟(jì)效益分別高于對(duì)照組45.18分和34.20分，社會(huì)效益分別高于對(duì)照組40.86分和33.13分。綜合上述測(cè)試結(jié)果可以得出結(jié)論，本文設(shè)計(jì)的港口航道規(guī)劃方法可以有效保障航道的有效性處于較高水平。

3.結(jié)束語(yǔ)

在開(kāi)展港口航道規(guī)劃的過(guò)程中，除了最基礎(chǔ)的航路選線外，結(jié)合具體的寬度限制以及航線水深情況作出適應(yīng)性設(shè)計(jì)也是十分重要的。上述影響因素是關(guān)系到航道設(shè)計(jì)能否滿足實(shí)際應(yīng)用要求的關(guān)鍵。為了實(shí)現(xiàn)合理規(guī)劃設(shè)計(jì)航路的目的，本文提出港口水域航道合理規(guī)劃設(shè)計(jì)探究，切實(shí)提高了對(duì)航道規(guī)劃的合理性，從安全和航道功能性指標(biāo)兩個(gè)角度，保障了航道的應(yīng)用價(jià)值。借助本文的設(shè)計(jì)與研究，希望能夠?yàn)閷?shí)際的港口水域航道設(shè)計(jì)規(guī)劃提供一定的參考價(jià)值，助力海上運(yùn)輸業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。