从设计角度分析船舶进出港口通航安全控制

第08卷 第6期 中 国 水 运 Vol.8 No.6 2008年 6月 China Water Transport June 2008

收稿日期：2008-05-04

作者简介：陈占刚，日照海事局。

从设计角度分析船舶进出港口通航安全控制

陈占刚

(日照海事局，山东 日照 276826)

摘 要：进行港口设计时，针对选定的船型，码头泊位满足设计的长度，港池、航道水深满足设计的水深时，船舶进出港口航道、系泊码头进行装卸作业才能保证安全。 关键词：泊位富裕长度；船舶富裕水深

中图分类号：U698 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2008）06-0014-02

港口作为交通运输枢纽，水陆联运的咽喉，是水陆运输工具的衔接点和货物、旅客的集散地，在现代交通运输系统中占有重要的地位。为进行货物的装卸、旅客上下或其他的专业性作业，港口必须有足够的水域、码头和陆域等基础设施。港口水域包括锚地、航道、船舶调头水域和码头前水域（港池），还有导航助航标志等设施。码头是停靠船舶、上下旅客和装卸货物的场所。陆域设施包括仓库、堆场、铁路、道路、装卸机械、运输机械以及生产辅助设施等。

对于已经投入生产的港口，通航条件是确定的，我们从港口设计的角度分析一下船舶安全进出港口航道、系泊码头进行装卸作业安全控制。

一、根据码头泊位尺度确定靠泊船舶

这里所指的泊位就是一艘设计船型停靠码头时所占用的空间，即所占用的码头岸线长度（泊位长度）、码头前水域宽度（泊位宽度）和相应的水深（泊位水深）。设计船型在交通部《海港总平面设计规范》中有明确的分类，船舶因长度、吃水、干舷高度的差异，受到风、流等外界因素作用，产生不同的外力作用到码头上，会对码头的安全稳定、码头设施产生不同的影响，所以我们要严格按照船型的分类控制船舶的靠泊。

泊位长度一般由船长L 和船与船之间的必要间隔所构成。确定间隔要考虑系缆要求，船舶靠离安全、方便，码头设计时考虑到船舶通过缆绳和防冲设施作用于码头的系缆力、挤靠力和撞击力。船舶停靠在码头装卸货物时受到风、流、波浪和流冰的作用，靠离码头、移泊、试车等作业，都会通过船缆对码头有作用力，这就是系缆力。挤靠力是系泊中的船舶在吹拢风或横流作用下对码头产生的力。撞击力是船舶撞击码头时产生的力，原因有靠泊时的船舶速度产生和系泊中的船舶受波浪作用产生的。所以船缆的方向以及每个系船设备上船缆的数量关系到码头设施的稳定以及系船设备的安全。

1．单个泊位

整个码头线只布置一个泊位。此时泊位长度主要取决于首尾缆的系缆角度和长度。首尾缆限制船舶移动的功能取决

于首尾缆的水平系缆角（α）和垂直系缆角（β），这是因为α和β决定着首尾缆平行码头线和垂直码头线的系缆力。α和β与船型尺度、潮位及装载状态有直接关系，经分析使α在35゜~40゜时系缆综合效果较好。参照上述分析规范规定泊位间富裕长度d 按下表取值。

一个泊位长度Lb：

L （m）﹤4041~8586~150 151~200 201~230﹥230d （m）

5

8~10

12~15

18~20

22~25

30

Lb=L+2 d

式中：L——设计船长（m）

对专业化码头，有时Lb=L+2 d 所确定的泊位长度不能满足装卸工艺要求，此时应服从工艺要求。

泊位宽度，即保持码头前水深不变的宽度，确定此宽度要考虑到船舶系泊时可能产生的漂移量。吹开风，加之尼龙缆的变形以及潮位变化均是导致船舶飘移的原因。一般泊位宽度取为二倍船宽。

式Lb=L+2 d 适用于有掩护水域泊位长度的计算。系泊在开敞式码头的船舶，其受力远较有掩护水域复杂，除系缆角度适宜外，缆绳应有足够的长度以吸收船舶动能减小系船力。一般泊位长度（采用首尾系缆墩时，即为墩间长度）：Lb=（1.4~1.5）L

2．连续设置多泊位

连续设置多泊位的端部泊位，其一侧相当于单个泊位。由于相邻的泊位允许交叉带缆和出现压缆现象，故船舶之间的距离满足上表d 值即可满足系缆要求。故泊位长度Lb：

端部泊位 Lb=L+1.5d 中间泊位 Lb=L+d

实践表明，这样的间距一个泊位有船，而相邻泊位进行靠离作业。可基本上满足互不影响的要求。

3．折角布置的泊位

在突堤式码头布置中，突堤与顺岸相接的两泊位成折角布置。我国现有码头岸线折角θ有45゜、70゜和90゜，从使用上看以大于70゜为好。直立式码头折角处的泊位长度Lb：

第6期 陈占刚：从设计角度分析船舶进出港口通航安全控制 15

Lb=ξL+0.5 d

式中：ξ——船长系数，按下表选取。

ξ

两直立式码头间

夹角θ 60゜70゜90゜120゜DWT﹥5000t 1.45 1.35 1.25 1.15

DWT≤5000t 1.55 1.40 1.30 1.20

危险品码头的泊位长度计算，应满足相邻两泊位最小净距离要求，可参考相应规范。

实际生产中，端部泊位的富裕长度和船舶间的富裕长度可能不能满足设计要求，而码头设施是固定的，这样就会使个别的系船设备上缆绳数量增多，缆绳的受力方向改变，在恶劣气象条件下容易造成系船设备损坏和危及码头的稳定。

二、根据港口通航水域的水深控制船舶吃水

港池、船舶调头水域、航道和锚地构成了港口的通航水域。设计船型船舶在拖轮的协助下，港内水域的宽度能够满足船舶航行的需要。下面我们讨论一下通航水域水深对船舶的要求。

1．码头前沿水深（港池水深）由停靠本泊位的设计船型满载吃水和必要的富裕水深构成。船舶在码头前航速很小，一般不超过0.2m/s，几乎不存在因船舶航行增加船舶吃水的现象。因此，富裕水深主要考虑水深误差、波浪引起的船舶垂直升降、配载增加的吃水等因素。码头前沿水深可用下式计算：

D=T+Z1+Z2+Z3+Z4

式中：D——码头前沿设计水深（m）；

T——设计船型满载吃水（m）；

Z1——龙骨下最小富裕深度（m）；

Z2——波浪富裕深度（m）；

Z3——船舶因配载不均匀而增加的尾吃水（m）；

Z4——备淤深度（m）。

船舶龙骨下最小富裕深度Z1，主要是防止船舶触底，同时兼顾防止从冷却取水口吸入泥砂。按海底土壤的类别确定Z1的取值，海底为淤泥土、含淤泥的砂、含粘土的砂和松砂土时Z1取0.30米，海底为含砂或含粘土的块状土时Z1取0.40米，海底为岩石土时Z1取0.60米。

在有掩护的水域波高通常小于1.0米，波浪对停泊船舶的影响很小，此时取波浪富裕深度Z2 =0。开敞式码头泊稳标准取值随船舶吨位大小、浪向、作业性质，允许停泊波高可能在0.8~2.0米，系泊船舶受波浪影响大，所以波浪富裕深度Z2的取值十分复杂。

船舶配载从航行方面考虑希望尾倾，减少航行阻力且对舵效、车效有利并增加安全感。杂货船和集装箱船尾倾大，但一般不会满载航行，所以不考虑增加尾倾富裕；油轮和散货船多为满载营运，配载尾倾可人为控制，规范规定油轮和散货船因配载不均匀而增加的尾吃水Z3=0.15米。

备淤富裕深度Z4决定于码头前回淤情况及前后疏浚时间间隔，一般不小于1.4米。

2．航道的设计水深D在码头前沿水深的基础上还要增加船舶航行时船体下沉增加的富裕水深。

D=T+Z0+Z1+Z2+Z3+Z4

式中：D——航道设计水深（m）；

Z0——船舶航行时船体下沉增加的富裕水深（m），按下表确定。

船舶吨级（t）

土壤类别

DWT﹤

5000

5000≤

DWT﹤

10000

10000≤

DWT﹤

50000

50000≤

DWT﹤

100000

100000≤

DWT﹤

300000淤泥土 0.2 0.2 0.3 0.4 0.4

含淤泥的砂、含粘

土的砂和松砂

0.3 0.3 0.4 0.5 0.6

含砂或含粘土的

块状土

0.4 0.4 0.5 0.6 0.7

岩石土 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

还有关于航道水深的一般性提法，可以参考。如欧洲引水员协会（EMPA）、国际航运会议常设协会等对航道水深要求：（1）外海航道，特别是易受尾随长浪和弦侧涌浪影响的外航道应不小于1.2倍船舶吃水；（2）港外航道，易受涌浪影响的航道和锚地应不小于1.15倍船舶吃水；（3）港内和受浪影响较小的航道应不小于1.10倍船舶吃水。

3．港外锚地水深不应小于船舶满载吃水的1.2倍。当波高超过2米时，尚应增加波浪富裕深度。港内锚地水深一般可与码头前沿水深一样。

4．高潮乘潮水位

对于进港航道水深较浅的港口，船舶的出入一般都需要乘潮进行，所以要统计高潮水位的持续时间。为了保证船舶的安全，应根据船舶出入作业的要求，选定合理的持续时间t。此外，在确定乘潮水位时，尚需根据船舶出入港口的密度，确定水位达到和超过该潮位的累积频率P。推求高潮乘潮水位可采取如下的步骤：

（1）在潮位过程线上，量取各次潮峰上历时为t小时的潮位，统计其在不同水位级内出现的次数；

（2）根据潮位的变幅和统计要求的精度把潮位分成间隔，一般间隔可取0.2米；

（3）统计某一间隔内潮位出现的次数，然后把高于某种间隔下限的潮位在一年中出现的次数累加起来；

（4）设累加次数为m，总次数为n，则高于该间隔下限的潮位累积频率为P=m/n*100%；

（5）取水位为纵坐标，累积频率P为横坐标，并将不同的P所对应的潮位绘在坐标纸上，把各点连成光滑的曲线，即高潮乘潮水位累积频率曲线。

（6）按照设计要求的保证率，在曲线上读取累积频率为P的潮位数值。这样我们就获得了设计要求的保证率对应的乘潮潮高。

有了足够的富裕吃水，船舶才能在港口水域安全航行，依靠拖轮的协助靠、离码头。码头泊位留有合理的富裕长度，才能保证船舶系缆的角度和方向符合要求，保证系缆设备不超负荷工作，这样船舶才能安全地靠泊码头进行作业。