港口水域航道合理规划设计分析

第20卷 第8期 中 国 水 运 Vol.20 No.8 2020年 8月 China Water Transport August 2020
收稿日期：2020-05-03
作者简介：韩冬艳，河北省水运工程规划设计院。

港口水域航道合理规划设计分析
韩冬艳
（河北省水运工程规划设计院，天津 河西 300074）
摘 要：在国际贸易货运量日益增长的背景下，为控制货物运输经济成本，港口水域船舶运输率持续提升，为船舶进出港口提供安全、高效的航行通道，也成为海航建设的首要任务。

因此，文章以港口水域航道规划设计为中心，阐述了港口水域航道规划设计理论，剖析了港口水域航道规划设计方法，并对港口水域航道规划设计进行了评价分析，以期为港口水域航道规划设计提供合理借鉴。

关键词：港口水域；航道；规划设计
中图分类号：U653.1 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2020）08-0080-02
航道是船舶顺利进入、离开港口的特定路线，港口水域航道设计的合理性与船舶进入、离开港口安全性具有较为紧密的联系。

我国各地航道众多，各航道自然条件、流域内资源、地理位置、综合运输网发展状况、经济发展水平具有较大差异。

因此，为了顺利完成港口水域航道规划和维护工作任务，对港口水域航道的合理规划设计进行简要分析具有非常重要的意义。

一、港口水域航道合理规划设计理论
港口生产系统从本质上而言是港口活动中相互作用、相互影响的多个要素复合成果，从性质差异视角进行分析，港口生产系统可以划分为陆域、水域两大要素；从功能视角进行分析，港口生产系统可以划分为生产性要素、辅助性要素两种类型。

其中港口水域包含了等让区、登陆点、码头前沿停泊水域、锚地、回旋水域、航道等诸多要素，船舶在港口水域运动过程包括进港航行、装卸作业、靠泊、离泊出港等几个过程，而航道通行能力直接影响着港口经营部门航道规划、航道整体利用率、挖掘航道的运输潜能及航道内的通行安全性。

因此，在港口水域航道规划设计过程中，需要遵循以下理论原则。

1．船舶通行安全性
为了最大程度适应港口水域未来一定时期发展需要，应在港口布置时考虑风、浪等因素，尽可能降低航线、强风间夹角，保证经过港口最大船舶在港口内不碰壁或搁浅[1]。

同时应考虑港口水域周边生态环境保护，保证航道环境和谐性。

2．航道设计规范性
在保证船舶航行安全性的基础上，应充分满足相关规范需要及港口水域吞吐量发展要求，合理利用自然水深情况，对必要航道规划指标进行适当拓宽，控制航道疏浚量。

3．航道布置整体性
应尽量采用直接进港的直线布置方式。

并根据港口水域规划要求，结合不同航道运输要求，进行适当调整，保证航道布置与总体港区规划相协调。

二、港口水域航道合理规划设计方法 1．航道规划设计影响因素
港口水域航道设计受泥沙输移因素、水下浅滩暗礁、岛屿及通航限高区、水动力因素等诸多因素影响。

其中泥沙输移因素主要是由于人工开挖航道淤积产生主要由港口水域周边沿岸泥沙输送导致，航道选线也受潮风、潮谷前后历时长短影响。

因此，应尽量控制港口水域航道主流方向夹角在20.0°以内；而水下浅滩暗礁极易对船舶行驶安全造成不利影响，因此，在港口水域航道规划设计阶段应进行必要地质勘测，对浅滩暗礁位置进行准确估测，以便满足船舶航行要求；岛屿及通航限高区需要设置特殊要求，尽可能避让；水动力因素主要指水动力环境对航道布置设计影响，在船舶进港时航行速度相对较低，工程水域潮流集中位置经常表现为强烈往复流、或尾斜浪，往复流、尾斜浪极易造成船舵掌控难度变大，因此，在航道规划设计时应考虑±30°范围内的尾斜浪[2]。

2．航道选线
选择船舶进入、离开航道最佳方位、线路是港口水域总体规划设计和总平面布置中关键任务，一般来说，在港口水域航道选线时仅需要考虑风、浪、流、导助航设施布设等若干因素，但是在船舶进入、离开港口水域水深无法满足船舶航行要求时，需要考虑疏浚工程量、航道维护、施工等因素。

基于此，在充分了解、剖析港口水域地质地貌、泥沙条件的基础上，设计规划人员应依据挖方量少、船舶操控安全、疏浚维护便捷、施工时期短、投资少等原则，充分论证航道线路合理性，并对水文气象条件进行分析探究。

根据航道选线原则，综合考虑平面约束影响因素、水深情况、整体规划设计、部分岛屿、临时性海洋倾倒分布情况等因素，可以设计多个航道选线方案。

以A 港口水域航道规划设计为例，可以设定其北线方案为航道口门至港区部分实际水区航程为14.8km，其中H1~H2段航道轴线为280.0~105.0°，实际航道段落长度为12.8km，H3~H4段轴线范围为348.0~168.0°，或者将船舶设计在防波堤外侧位置，设定航道口门至港口水域部分实际水区航程为13.8km，航段轴线为
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286.0~109.0°；考虑到北线方案中H1~H2段航道轴线实际方向可以达到326.0~145.0°，可以设定中线航道段形成长度为10.5km，或者根据北线方案中H1~H2段轴线实际方向可达角度，将中线航道段实际长度设定为5.5km；在南线选线时，可设定A 港口水域沿海推荐线路至港口范围内行距（38.9km，含H1~H2轴线方向可达55.0~228.0°，H3~H4航段轴线产生实际走向范围在25.0~198.0°之间）。

3．航道及航迹带宽度确定
航道宽度确定方法主要包括实船观测方法、操船模拟装置试验等方法，现需要将A 港口水域单航道拓宽为双航道，应以每日进入、离开港口船舶流密度超出航道全天候通航时船舶艘次数90.0%为指标，依据航迹带宽度、船舶航道底边富余宽度、船舶间富余宽度进行恰当计算[3]。

其中单航道有效宽度计算公式为：
W=A+2c （1） 而双航道有效宽度计算公式为：
W=2A+b+2c （2） 上述式子中W、A、c、b 分别为航道通航宽度、航迹带宽度、船舶与航道底边线间富裕宽度、船舶间富裕宽度航道设计基本尺度如图
1。

图1 航道设计基本尺度
其中航迹带宽度A 计算公式为：
A=n（Lsinγ+B） （3） 上述式子中A 为航迹带宽度；n 为船舶漂移倍数；B、γ分别为设计船宽、风流压偏角。

船舶漂移倍数与风流压偏角两者间关系如表1所示。

表1 船舶漂移倍数n 和风、流压偏角与风流压偏角γ值
风力 横风≤7级
横流V（m/s）
V≤0.10 0.10＜V≤0.25 0.25＜V≤0.50 0.50＜V≤0.75 0.75＜V≤1.00
n 1.81 1.75 1.69 1.59 1.45 γ（°）
3
5
7
10
14
注：考虑规避横风、横流较大时段航行时，航迹带宽度可适当缩小；
斜向风流作用时可以近似取值其横向投影值查表。

4．航道水深确定
航道水深主要是一定自然条件下满足设计船型满载吃水航行要求最小的安全深度，受水位条件、船舶航行条件及装载条件、波浪、航道底质条件等因素影响，航道通航水深主要为设计船型满载吃水值、船舶航行时船体下沉值、航行时龙骨下最小富余深度、波浪富余深度、船舶装载纵倾富余深度的和，设计水深为通航水深与备淤富余深度的和[4]。

三、港口水域航道合理规划设计评价
港口水域航道规划评价是港口水域航道规划设计的重要环节，也是评定港口水域航道规划设计合理性的依据[5]。

因此，为了对港口水域航道航行环境进行客观评测，可从港口水域船舶航行系统安全性分析入手，将船舶航行系统视为人、船舶、水环境构成的有机整体，从航行环境与船舶关系进行分析，自然条件在直接、间接层面均对船舶运动造成影响，航道条件可以通过浅水效应作用于船体，对船舶运动速度、方向造成约束。

以A 港口水域为例，其包括东港区、西港区、地方港区等若干个港区，是内陆省份对外联系主要渠道，其中东港区主航道为南航道，长度为3.0km，外航道长度为2.5km，底部宽为0.1km，水深为-8.7m，航道走向为280.0°，低质为泥沙。

该港口多数船舶主要经北部水稻进入、离开港口，航行至A 灯桩方位262.0°，距离1.20海里时取航行方向180.0°，寻找北部航道入口位置20号灯浮标进入港口，分开驶向各航道。

通过对A 港口航道船舶交通流进行分析，其主要包括A 灯桩周边水源船舶进出港主交通流、北部航道共用段及内段船舶进出港交通流、西部航道船舶进出港交通流、20号浮标至东港南航道区域水域船舶进出港交通流等，由于20浮标至25号浮标间水域涵盖了北部航道共用段，交通流较为密集，再加上救捞局施工作业船舶频繁活动影响，导致区域交通型式较为复杂，且存在较大安全事故风险及管理难度。

同时在货船流量不断攀升背景下，A 港口水域吞吐能力的增强也驱动着船舶向快速化、大型化方向发展，特别是近几年大型货船流量增长速度已超过A 港口水域吞吐能力增长，促使A 港口建设、自然环境改善工程步伐不断加快，施工作业船舶数量也不断增多[6]。

由于施工作业、抛泥作业主要集中在A 港口北部航道，导致A 港口北部航道交通压力大大增加，日均交通流量在95艘次以
上，但由于前期规划设计较为合理，现阶段A 港口北部航道可以满足交通运输需要及港口水域吞吐量发展要求。

四、总结
综上所述，我国港口多为人工疏浚航道，因交通流量激增，以往航道拥挤度不断增加，安全事故风险持续上升。

基于此，为满足港口水域发展需要，应综合考虑港口施工作业、抛泥作业需要，进行港口航道线路的合理规划设计。

使用新技术、新理念，逐步突破创新，最大程度提高港口水域航道吞吐量，为港口快速发展提供支持。

参考文献
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