何繁 肖宇

摘要：為驗(yàn)證洞庭湖區(qū)澧縣澧水沙羅航道因提高航道等級(jí)而擴(kuò)大疏浚航道施工后船舶適航的性能，對(duì)該航道進(jìn)行實(shí)船適航試驗(yàn)，從船舶上行、下行、會(huì)船3種情況，對(duì)比船舶漂角、舵角、對(duì)岸航速、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的變化，評(píng)估該航道的適航性能。結(jié)果表明：船舶對(duì)岸航速正常，漂角、舵角和船舶主機(jī)轉(zhuǎn)速等船舶操縱性能參數(shù)均在正常范圍內(nèi)，航道適航條件良好；洪水、枯水期均可在工程區(qū)域航道順利會(huì)船；航道通航復(fù)核寬度小于航道設(shè)計(jì)寬度，本工程航道尺度設(shè)計(jì)合理。

關(guān)鍵詞：洞庭湖區(qū)；澧水沙羅航道；航道施工；實(shí)船適航

中圖分類號(hào)：U616文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1672-0032（2024）02-0131-08

引用格式：何繁，肖宇.洞庭湖區(qū)澧縣澧水沙羅航道建設(shè)工程實(shí)船適航論證［J］.山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2024，32（2）：131-138.

HE Fan， XIAO Yu. Vessel seaworthiness in Lishui Shaluo Waterway construction project in Lixian， Dongting Lake area［J］.Journal of Shandong Jiaotong University，2024，32（2）：131-138.

0?引言

我國(guó)對(duì)水運(yùn)事業(yè)發(fā)展的支持力度不斷加大，水運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)越來(lái)越多，基礎(chǔ)設(shè)施完成后需通過(guò)實(shí)地觀測(cè)或?qū)嵈m航試驗(yàn)驗(yàn)證所修船閘、航道、船舶是否符合設(shè)計(jì)要求，是否可在相關(guān)水域安全航行[1-2]，是否可安全通過(guò)通航建筑物或礙航建筑物，驗(yàn)證大橋等建筑物是否符合設(shè)計(jì)要求[3-4]。曾建峰等[5]研究位于舟山桃花島以東海域的蝦峙門口外30萬(wàn)t級(jí)人工航道試通航，觀測(cè)內(nèi)容與內(nèi)河航道不同，對(duì)指導(dǎo)內(nèi)河航道開展實(shí)船適航試驗(yàn)的意義相對(duì)較??；黃麗芬[6]對(duì)西江下游（肇慶至虎跳門）航道整治工程橫坑彎段開展實(shí)船適航試驗(yàn)，驗(yàn)證航標(biāo)設(shè)置的合理性，航段是否符合通航要求。胡瓊等[7]基于實(shí)船測(cè)速試航數(shù)據(jù)，采用Iterative方法和Mean of means方法進(jìn)行計(jì)算和比較，分析不同的流修正方法的實(shí)用性和差異性。黃珍平等[8]采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)獲得風(fēng)阻系數(shù)的適用性，對(duì)比單航次修正和往返評(píng)價(jià)修正數(shù)據(jù)，評(píng)估試航中風(fēng)場(chǎng)變化，確認(rèn)分析風(fēng)速、風(fēng)向過(guò)程中是否對(duì)往返航次的風(fēng)修正矢量進(jìn)行平均處理。關(guān)帥[9]探討長(zhǎng)江水上通航安全風(fēng)險(xiǎn)的成因和表現(xiàn)特征，結(jié)合該水域的風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)構(gòu)建長(zhǎng)江水上通航安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用層次分析法分析確定長(zhǎng)江水上通航安全風(fēng)險(xiǎn)的各風(fēng)險(xiǎn)因素的重要性和權(quán)重分布，以長(zhǎng)江太倉(cāng)段作為實(shí)證研究對(duì)象對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行評(píng)分，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)原因提出風(fēng)險(xiǎn)防控對(duì)策。南海龍等[10]依托清水江白市至分水溪航道建設(shè)工程，采用二維水流數(shù)值模擬方法，確定設(shè)計(jì)最低通航水位，按通航保證率90%設(shè)計(jì)航道工程，取枯期和汛期2種最不利工況，沿程水位下包線作為設(shè)計(jì)最低通航水位?，F(xiàn)有研究對(duì)驗(yàn)證航道，尤其是內(nèi)河航道是否符合通航設(shè)計(jì)要求相對(duì)較少。

本文依托湖南洞庭湖區(qū)澧縣澧水沙羅航道建設(shè)工程，在完成該航道疏浚工程后對(duì)其進(jìn)行實(shí)船適航試驗(yàn)，比較試驗(yàn)船舶在不同流量下漂角、對(duì)岸航速、舵角、主機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)的變化，驗(yàn)證疏浚工程是否符合通航設(shè)計(jì)要求。

1?航道工程簡(jiǎn)介

湖南洞庭湖區(qū)澧縣澧水沙羅航道是津茅河段的重點(diǎn)礙航河段之一，西起沙河口、東至羅家灣，有沙河口灘、肖家臺(tái)子灘、陳家咀灘3處灘險(xiǎn)，全長(zhǎng)19 km。該航道為人工開挖的泄洪道，河段較順直，兩岸均有河漫灘，高程為32.00～32.50 m，自然狀態(tài)下、設(shè)計(jì)水位時(shí)沙河口至四分局段落差為2.27 m[11]。根據(jù) 2011-04-13實(shí)測(cè)，沙河口至四分局段落差為0.47 m，水深超過(guò)2.00 m。原通航河槽大多難以滿足千t級(jí)船舶航寬和吃水水深要求，需疏浚該航道，提高航道等級(jí)[12]。沙羅航道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為III（3）級(jí)，設(shè)計(jì)水深為2.00 m，設(shè)計(jì)航道寬度為60.00 m[13]。設(shè)計(jì)挖槽斷面為對(duì)稱或不對(duì)稱梯形，按河床質(zhì)情況取槽邊坡坡度為1：3。湖南洞庭湖區(qū)澧縣澧水沙羅航道平面位置示意圖如圖1所示。

在沙羅航道設(shè)計(jì)方案中，挖槽縱坡在沙河口灘、肖家臺(tái)子灘、勝利橋的現(xiàn)狀設(shè)計(jì)水位分別為26.61、26.52、26.15 m，預(yù)留水位分別下落0.46、15.00、0 m，設(shè)計(jì)底高程為24.15 m。沙羅航道疏浚典型斷面示意圖如圖2所示。

工程沿用原有航槽，將航道進(jìn)一步拓深，滿足航道等級(jí)提升需求。依據(jù)河勢(shì)，以左岸為主導(dǎo)河岸，挖槽布置成左凹右凸的微彎平面形態(tài)，挖槽寬60.00 m。按選擇的施工機(jī)具確定挖槽的不平整超深和超寬，沙羅航道土質(zhì)較硬，宜采用斗輪挖泥船施工，超深0.30 m，每邊超寬3.00 m[14-17]。沙河口灘、肖家臺(tái)子灘部分灘段可將疏浚土排于兩側(cè)蘆葦洲，其余灘段可將疏浚土排至航道右側(cè)支汊，加大支汊糙率，增大主汊流量。

2?試驗(yàn)方案

在澧水沙羅航道， 2020-08-22為豐水期，流量為3 000 m3/s， 2022-02-11為枯水期，流量為200 m3/s ，分別進(jìn)行水文觀測(cè)和實(shí)船適航試驗(yàn)，觀測(cè)斷面流速、流量和水位比降。

根據(jù)設(shè)定的觀測(cè)工況進(jìn)行實(shí)際踏勘，沿澧水流向分別在沙河口灘、肖家臺(tái)子灘、陳家咀灘、勝利橋、羅家灣口設(shè)立1#、2#、3#、4#、5#水尺進(jìn)行水文觀測(cè)。水尺位置與測(cè)流斷面重合，其中1#、2#、4#水尺布設(shè)于右岸，3#、5#水尺布設(shè)于左岸。

根據(jù)觀測(cè)工況確定實(shí)船適航試驗(yàn)的流量、船舶和工況，重船在流量分別為200、3 000 m3/s 下進(jìn)行2次上行、2次下行試驗(yàn)，空船在流量為200 m3/s下進(jìn)行2次上行、2次下行試驗(yàn)，空船在流量為3 000 m3/s下進(jìn)行3次上行、3次下行試驗(yàn)，觀測(cè)船舶漂角、對(duì)岸航速、舵角等參數(shù)變化。

根據(jù)沙羅航道特點(diǎn)和整治情況觀測(cè)斷面流量、流向、沿程水面線、表面流場(chǎng)。在流量為3 000 m3/s下，沙羅航道主汊實(shí)測(cè)斷面流量為1 166 ～1 436 m3/s，河面寬114.0～178.0 m，斷面平均流速為1.0～1.2 m/s；沙羅航道比降為0.03‰～0.09‰，平均比降為0.06‰；船行波波高0.06～0.07 m，波周期為1.75～2.11 s，波長(zhǎng)3.66～4.64 m。在流量為200 m3/s下，沙羅航道主汊實(shí)測(cè)斷面流量為200 m3/s，河面寬95.0～178.0 m，斷面平均流速為0.57～0.82 m/s；沙羅航道比降為0.23‰～0.78‰，平均比降為0.52‰；船行波波高0.07～0.09 m，波周期為1.70～2.06 s，波長(zhǎng)3.66～4.64 m。

3?航道實(shí)船試驗(yàn)分析

3.1?船舶上行

3.1.1?漂角、對(duì)岸航速變化

根據(jù)試驗(yàn)流量和試驗(yàn)工況，統(tǒng)計(jì)沙羅航道空船、重船在不同流量下上行的漂角和對(duì)岸航速變化，結(jié)果如表1所示。

由表1可知：1）空船上行漂角變化范圍為-7.27°～6.28°，流量為3 000 m3/s下，平均漂角變化范圍為0.85°～1.98°，流量為200 m3/s下平均漂角變化范圍為1.13°～1.60°。2）重船上行漂角變化范圍為-7.37°～5.02°，平均漂角變化范圍為1.22°～1.57°，流量為3 000 m3/s下，平均漂角變化范圍為1.41°～1.57°；流量為200 m3/s下，平均漂角變化范圍為1.22°～1.45°。本航道空船上行平均對(duì)岸航速不小于8.70 km/h，最小對(duì)岸航速為6.30 km/h，最大對(duì)岸航速為13.99 km/h；重船上行平均對(duì)岸航速變化范圍為8.50 ～10.11 km/h，最小瞬時(shí)航速為6.52 km/h，最大對(duì)岸航速為12.12 km/h，船舶上行試驗(yàn)結(jié)果符合航道實(shí)船試驗(yàn)分析要求[18]。

3.1.2?轉(zhuǎn)速變化

統(tǒng)計(jì)分析不同試驗(yàn)流量Q和試驗(yàn)工況下船舶上行過(guò)程中主機(jī)的轉(zhuǎn)速變化，如果如圖3所示。由圖3可知：經(jīng)過(guò)本航道時(shí)，試驗(yàn)船舶主機(jī)轉(zhuǎn)速為940～1 050 r/min，小于試驗(yàn)船舶額定轉(zhuǎn)速，主機(jī)運(yùn)行指標(biāo)參數(shù)在合理范圍內(nèi)[18]。

3.2?船舶下行

3.2.1?漂角、對(duì)岸航速變化

根據(jù)試驗(yàn)流量和試驗(yàn)工況統(tǒng)計(jì)船舶下行的漂角和對(duì)岸航速變化，結(jié)果如表2所示。

由表2可知：空船下行漂角的變化范圍為-9.68°～7.19°，平均漂角的變化范圍為0.91°～1.97°；重船下行漂角的變化范圍為-10.04°～5.65°，平均漂角的變化范圍為1.49°～2.29°；本航段空船下行的平均對(duì)岸航速大于16.31 km/h，最小瞬時(shí)航速為10.34 km/h，最大瞬時(shí)航速為22.60 km/h；重船下行的平均對(duì)岸航速為14.21 km/h，最小瞬時(shí)航速為6.13 km/h，最大瞬時(shí)航速為18.90 km/h，船舶下行試驗(yàn)結(jié)果符合航道實(shí)船試驗(yàn)分析要求[18]。

3.2.2?舵角變化

根據(jù)試驗(yàn)流量和試驗(yàn)工況統(tǒng)計(jì)分析船舶下行的舵角變化，2級(jí)流量下船舶下行過(guò)程中舵角變化曲線如圖4所示。

由圖4可知：2級(jí)流量下船舶下行過(guò)程中的舵角變化不大，變化范圍為-15°～15°。舵角在正常合理范圍內(nèi)，操控性能良好。

3.2.3?轉(zhuǎn)速變化

根據(jù)試驗(yàn)流量和試驗(yàn)工況統(tǒng)計(jì)分析船舶下行的轉(zhuǎn)速變化，2級(jí)流量下，船舶下行過(guò)程中轉(zhuǎn)速的變化曲線如圖5所示。

由圖5可知：經(jīng)過(guò)本航段時(shí)，試驗(yàn)船舶主機(jī)轉(zhuǎn)速為700～1 120 r/min，小于試驗(yàn)船舶額定轉(zhuǎn)速，主機(jī)運(yùn)行指標(biāo)參數(shù)在合理范圍內(nèi)[18]。

3.3?會(huì)船試驗(yàn)

3.3.1?會(huì)船試驗(yàn)基本情況

為檢驗(yàn)航道的適航條件，分析工程河段通航尺度的合理性，在肖家臺(tái)子灘附近進(jìn)行會(huì)船試驗(yàn)，航行參數(shù)如表3所示。由表3可知：會(huì)船試驗(yàn)中船舶上、下行均按正常航速行駛，船舶舵角均未超過(guò)15°，說(shuō)明試驗(yàn)船舶在試驗(yàn)河段水域均能安全航行，2級(jí)流量下試驗(yàn)均安全順利完成；在復(fù)雜航段航行中，船舶航行漂角較大；航道尺度與航行漂角和會(huì)船時(shí)兩船間距等有關(guān)。

3.3.2?會(huì)船試驗(yàn)段航道寬度復(fù)核

雙向通航寬度[19-20]

Bbi=Bd+Bn+d1+d2+C，（1）

式中：Bd為下行船舶航跡帶寬度，Bd =BSd+ldsin β，其中BSd為下行船舶寬度，ld為下行船舶長(zhǎng)度，β為船舶航行漂角；Bn為上行船舶航跡帶寬度，Bn=BSn+lnsin β，其中BSn為上行船舶寬度，ln為上行船舶長(zhǎng)度；d1、d2分別為下行、上行船舶外舷至航道邊緣的安全距離，一般為0.5倍船寬；C為會(huì)船時(shí)2船的安全距離。

試驗(yàn)實(shí)船長(zhǎng)85.00 m，寬10.80 m，d1、d2均為5.4 m。會(huì)船試驗(yàn)航道寬度復(fù)核計(jì)算結(jié)果如表4所示。由表4可知：在流量為3 000 m3/s的會(huì)船情況下，航道寬度宜為59.29 m，在流量為200 m3/s的會(huì)船情況下，航道寬度宜為54.62 m，均小于設(shè)計(jì)航道寬度60.00 m[18]。

3.4?航道適航性能分析

根據(jù)以上觀測(cè)數(shù)據(jù)資料，分析沙羅航道船舶適航性能參數(shù)，根據(jù)適航試驗(yàn)所獲得的漂角等數(shù)據(jù)，將沙羅航道實(shí)船適航試驗(yàn)結(jié)果代入式（1），對(duì)航道通航寬度進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，如表5所示。由表5可知：本航道船舶航行參數(shù)均在允許范圍內(nèi)[18]，適航性能良好；復(fù)核后的航道寬度均小于設(shè)計(jì)航道寬度60.00 m，航道尺度設(shè)計(jì)合理。觀測(cè)成果資料表明，在不同流量、不同工況下，試驗(yàn)船舶均可順利通過(guò)沙羅航道。

4?結(jié)論

1）通過(guò)沙羅航道水文原型觀測(cè)和實(shí)船適航試驗(yàn)，分析湖南洞庭湖區(qū)澧縣澧水沙羅航道工程河段水流條件和航行難點(diǎn)，通過(guò)測(cè)得的船舶漂角、舵角、對(duì)岸航速、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)，可知試驗(yàn)船舶對(duì)岸航速正常，航行條件良好；漂角、舵角和船舶主機(jī)轉(zhuǎn)速等船舶操縱性能參數(shù)均在正常范圍內(nèi)，沙羅航道適航條件良好。

2）沙羅航道會(huì)船試驗(yàn)結(jié)果表明，不同流量下船舶均可在通航區(qū)域順利會(huì)船。

3）基于實(shí)船試驗(yàn)的航道通航寬度復(fù)核計(jì)算結(jié)果表明，不同流量下航道通航復(fù)核寬度約為50.00 m，小于航道設(shè)計(jì)寬度60.00 m，本工程航道設(shè)計(jì)合理。

參考文獻(xiàn)：

[1]?溫春鵬，龐啟秀，張瑞波. 連云港主航道適航水深及現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)研究[J].水道港口，2015，36（6）：528-532.

[2]?潘育明.長(zhǎng)江下游東流水道航道整治工程效果分析[J].中國(guó)水運(yùn)，2010（8）：42-43.

[3]?陳士清. 倒運(yùn)海水道整治工程斗朗：川槎大橋段實(shí)船適航試驗(yàn)[J].水運(yùn)工程，2020（4）：115-119.

[4]?肖寶文. 淺談西江（界首至肇慶）航道擴(kuò)能升級(jí)工程實(shí)船適航試驗(yàn)[J].珠江水運(yùn)，2021（3）：89-90.

[5]?曾建峰，徐元，姚金元. 蝦峙門口外30萬(wàn)噸級(jí)人工航道試通航觀測(cè)研究[J].水運(yùn)工程，2012，12（12）：68-73.

[6]?黃麗芬. 淺析西江下游（肇慶至虎跳門）航道整治工程橫坑彎段實(shí)船適航試驗(yàn)[J].珠江水運(yùn)，2015（5）：51-53.

[7]?胡瓊，陳天宇，徐杰，等.實(shí)船試航中不同流修正方法的對(duì)比分析[J].中國(guó)造船，2017，58（4）：56-64.

[8]?黃珍平，蔡文山，喬繼潘.實(shí)船試航風(fēng)阻修正研究[J].上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào)，2018，41（1）：1-5.

[9]?關(guān)帥.長(zhǎng)江太倉(cāng)段通航安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與防控研究[J].上海：上海海洋大學(xué)，2023.

[10]?南海龍，乾東岳，李明.清水江白市樞紐-托口樞紐的變動(dòng)段航道設(shè)計(jì)最低通航水位研究[J].2023（6）：154-159.

[11]?周千凱，周丁. 大源渡二線船閘防滲體系施工質(zhì)量控制[J].水運(yùn)工程，2019（3）：136-140.

[12]?何忠強(qiáng)，沈科. 我省航道建設(shè)工程環(huán)保措施淺析[J].湖南交通科技，2020，46（2）：122-123.

[13]?中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部， 長(zhǎng)江航道局.內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)： GB 50139—2022[S].北京：人民交通出版社，2022.

[14]?王佳國(guó)，劉娟. 基于BIM的航道建設(shè)工程質(zhì)量信息化監(jiān)管技術(shù)研究[J].交通世界，2021（28）：157-158.

[15]?秦日松.論閩江干流通航1000噸級(jí)船舶可行性[J].福建交通科技，2019（3）：128-131.

[16]?中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范：JTS 131—2012[S].北京：人民交通出版社，2012.

[17]?中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部，長(zhǎng)江航道規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.航道工程設(shè)計(jì)規(guī)范：JTS 181—2016[S].北京：人民交通出版社，2016.

[18]?中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部，長(zhǎng)江航道局.內(nèi)河航道維護(hù)技術(shù)規(guī)范： JTJ 287—2005[S].北京：人民交通出版社，2005.

[19]?費(fèi)樂(lè). 三峽庫(kù)區(qū)主要支流航道定級(jí)研究[D].重慶： 重慶交通大學(xué)，2012.

[20]?饒冠生，史德亮，楊偉.內(nèi)河航道通航水力學(xué)研究[M].武漢：長(zhǎng)江出版社，2009.

Vessel seaworthiness in Lishui Shaluo Waterway construction project in

Lixian， Dongting Lake area

HE Fan， XIAO Yu

Hunan Provincial Water Transportation Constraction & Investment Group Co.， Ltd.， Changsha 410011， China

Abstract：To verify the vessel seaworthiness after the expansion and dredging of the Lishui Shaluo Waterway in Lixian， Dongting Lake area， and to improve the navigational level of the waterway， the seaworthiness performance of the waterway is evaluated by comparing the drift angle， rudder angle， opposite shore speed， speed change， oil temperature change and other aspects of the three situations of the ship going up， going down and meeting. The results show that the cross-shore speed of the ship is normal， and parameters such as drift angle， rudder angle， and main engine speed are within the normal range， which indicates good navigational conditions in the channel. Ships can easily pass each other in the waterway during both flood and dry seasons. The navigational verification width of the waterway is smaller than its design width， which indicates that the scale design of the waterway in this project is reasonable.

Keywords： Dongting Lake District; Lishui Shaluo Waterway; waterway construction; vessel seaworthiness

（責(zé)任編輯：王惠）

收稿日期：2023-06-30

第一作者簡(jiǎn)介：何繁（1977—），女，長(zhǎng)沙人，工程師，主要研究方向?yàn)楦劭诤降琅c水運(yùn)工程管理、技術(shù)管理和造價(jià)管理，E-mail：2050041@qq.com。

DOI：10.3969/j.issn.1672-0032.2024.02.018