关于港口航道设计宽度问题的解决方案

关于港口航道设计宽度问题的解决方案
发表时间：2019-06-18T16:23:26.030Z 来源：《防护工程》2019年第5期作者：吴芝宇
[导读] 据统计，国际贸易总量的80%以上是通过水路运输完成的，水路运输在当今国际贸易中发挥着至关重要的作用。

广东正方圆工程咨询有限公司广东广州 510000
摘要：随着经济全球化的发展，我国对外贸易迅速发展，带动了水运事业发展，许多货物通过水上运输到达全世界。

目前我国内河航运航道等级低，需要加快高等级航道建设。

在航道的规划设计中，航道宽度设计一直是个问题，航道设计方面的规范能够与实际相匹配也是目前存在争论的问题，本文即对这方面进行分析。

关键词：港口航道；设计宽度；问题
1航道建设中宽度设计工作
1.1我国航道设计现状
据统计，国际贸易总量的80%以上是通过水路运输完成的，水路运输在当今国际贸易中发挥着至关重要的作用。

目前，中国拥有1.8万多公里的海岸线和12.3万公里的内河航运线路。

独特的自然条件为我国航运业的发展奠定了良好的基础。

随着我国对外贸易的发展，水路运输由于成本低，运量大，许多企业选择更加便利的水路运输，水路运输逐渐饱和。

近年来，我国也在大力发展航运事业，游轮、散杂货船、集装箱船等专用船舶以基本形成规模并向着大型化发展，随着船舶吨级、尺寸型号的变化，目前的水路已经难以满足更多大型船只进出港口的需要，对航运工作的效率产生了极大的影响。

因此，我国在发展和建设水路运输业的过程中，应优化港口航道设计。

在港口航道设计优化中，我认为应该先对航道宽度进行优化设计。

根据《海港总体设计规范》（JTS165-2013）中航道宽度是由航迹带宽度、船舶间富裕宽度(船船间距)、船舶与航道底边间的富裕宽度(船岸间距)组成。

富裕宽度是指在船舶航行时了防止船吸、岸吸现象，船舶之间以及船舶与航道底边之间应存在的安全距离总和，以保证船舶的航行安全。

该规范对航道的宽度给出了经验公式和一些经验值，公示如下：
单向航道的宽度计算：W=A+2c
双向航道的宽度计算：W=A+b+2c
A=n(Lsinγ+B)
在上述公式之中：W代表航道通航宽度（m）；A为航迹带的宽度（m）与船舶的漂移参数n、船舶尺寸L×B、风流压偏角γ有关；c为船舶和航道的底边的富裕宽度（m）与船舶的航行速度有关；b表示航行过程中船舶间的富裕宽度，通常取设计船宽，当船舶交会密度较大时，可适当增加。

根据规范在给定的船型和明确的航行条件后，可以简单地计算出航道的宽度，但是在实际建设之中，一条航道上存在多种船型，使得对参数的确定存在理论上和实践上的矛盾，使得航道宽度的确定存在较大的争议。

1.2港口航道设计宽度分析
我国的航道基本上以单向航道居多，因此本身也以分析单向航道的宽度为主。

在上述的公式中我们可以看到单向航道的有效宽度主要有两个设计参数的确定：A（航迹带宽度），c（船舶与航道底边之间的富裕宽度）。

下面我们对这两项设计参数进行分析：
航迹带宽度是指船舶以风、流压偏角在导航中线左右摆动前进所占用的水面宽度。

《海港总体设计规范》（JTS165-2013）给出了经验公式：A=n(Lsinγ+B)，其中n—船舶漂移倍数，γ—风流压偏角(°)，L—设计船长，B—设计船宽。

下面我们来分析影响航迹带宽度的因素。

首先，由于在航道上行驶的船舶，受风、流压等的影响，其航迹很难与航道轴线平行，即使在无风流状态下行驶，螺旋桨产生的横向力矩，也迫使船舶偏转，因此船员需要不断地操纵舵角才能保持航向，其次，当面对低能见度或因船只船员控制等因素时，船只可能会偏离原有航道，还需要在航道上安排一些导航设施，以确保船只能够遵循正确的航道路线。

第三，关于航法的选择，规定的航行速度等。

由此可知，其影响因素有自然条件(风、波浪、雾、暴雨等)、航道条件(辅助导航设施、航行密度、等）和人为因素（航法的选择、船员操作船舶的技艺等）。

船舶与航道边之间的富裕宽度，或称离岸距离船舶与航道底边间的富裕宽度，是船舶在航道中以蛇形前进时，船体外侧与边坡底边线的最小距离。

日本规范在计算出船舶与航道底边间的的富裕宽度是采用岸壁形状修正后的影响所需富裕宽度，根据聂细亮在《中日港口航道宽度设计标准比较研究》论文中提出，我国的在计算航道底边宽度时近乎考虑的是直立岸壁的影响，这和实际形状不符。

船舶与航道边之间的富裕宽度影响因素有航道内外水深差形成航道壁，船舶在这样狭窄的航道内航行，为了防止擦壁或搁船舷或操纵上的影响；船舶自身的尺度；岸壁形状、类型。

除了以上两个主要的影响因素外，还包括天然河道弯曲半径、跨河建筑物、岸边发展状况等，这些也因考虑到航道宽度的设计当中来，但在本文中主要讨论航迹带宽度、船舶与航道底边之间的富裕宽度这两个因素的影响。

2航道宽度问题的解决方案
综合以上两种影响航道宽度设计的因素分析结果，影响航道宽度的主要因素包括、自然因素、人的因素、航道条件等。

因此，我们在航道宽度设计的同时需要考虑到这几个因素的影响，结合对国外一些航道宽度设计的研究，我提出了一下几种解决方案：
2.1综合考虑自然因素
港口船舶的横风、横流及雾况等自然因素都对航道宽度存在较大影响，这些因素特别是自然因素不仅不能忽视，而且对船舶航速、航行安全等方面都有重大影响。

例如，船舶在航行中，风很大，导致水面波浪起伏，船舶容易偏离规定的航道；能见度低，有可能船员不能很好的辨别方向，也有可能偏离原来的航道，离开了航槽容易撞向岸边，容易搁浅；雨势特别大的时候，也会造成能见度低，也会导致船舶行驶不平稳，如果有并行的船舶，或者当时在会船的时候容易造成碰撞，影响船舶及船员的安全等；
大自然存在许多的不可确定性、以及突发性，在航道宽度的设计中，充分考虑这一点能大大减少船舶在航行中的问题。

例如，对航道
区域历年的气象、水文条件进行分析研究，在该区域长期处于雨水、大风、能见度低的环境下，可以在航道宽度的设计中多考虑横风、横流的影响来应对大自然的不确定性；也可以借鉴日本等过的航道规范，可以将横流、横风的影响单独考虑叠加。

2.2仪器设备改进
在港口航道宽度的设计中，我们不能忽视对测量仪器设备的改进。

测量仪器的科技程度越高，实际测量值就越准确。

这个结果对我们设计航道宽度很有帮助。

例如，在我国，在设计航迹带宽度的试验时，在试验船舶上安装了测角仪，在航行的过程中，通过利用测角仪对试验船的首尾位置进行实时测量。

分别在试验船的停靠泊的时候、倒车时候以及各种用船的时间对应的船位，描绘了试验船航行、停车、倒车的航迹。

2.3 航法、规范的改进
几十年来，港口航道宽度的设计一直在努力突破船舶上各种因素的影响，但恰恰忽略了从船舶本身找突破口。

在大多数情况下，我国的规范对于港口航道宽度的参数取值过于保守，建议科学地借鉴各种国外的算法，例如日本的标准规范、国际航运协会PLANC导则、西班牙规范，国内外规范均按照航迹带宽度、船岸间距、船船间距组成，但是外国的标准规范对影响航迹带宽度的因素提出来单独考虑，相对于我国的规范综合考虑因素的设计来说，是相对科学的。

因此，我建议，不要拘泥于设计方法，在航道设计的过程中，我们必须首先遵循安全的原则，可以引入各种国外的算法及国外先进的测量设备，并结合我国航道的实际情况进行航道宽度设计。

参考文献：
[1]肖鑫，卢昭．国内外海港航道宽度设计方法对比[J]．水运工程，2016(10).
[2]陈婷婷．基于AIS航迹拟合的船舶航迹带宽度计算与分析[J]．珠江水运，2015(11).
[3]孙广宇．港口航道设计中宽度的确定及相关问题研讨[J].科学技术创新，2017(9).。