沿海港口深水航道选线及设计主要参数研究

沿海港口深水航道选线及设计主要参数研究
摘要：在我国目前的港口建设水平要求和船舶大型化趋势不断增强的背景下，
开展对沿海港口深水航道选线及设计主要参数的研究，对于满足大型船舶航行安全、提高深水航道建设水平、满足我国现阶段深水航道使用需求等具有重要意义。

本文从航道设计水深、航道断面主尺度以及航道通过能力等角度入手针对航道选
线和设计的主要参数进行研究和探讨，目的是为实际的工程设计提供理论和方案
的参考。

关键词：港口；深水航道；选线；设计；参数
1、引言
近年来，随着国民经济和科学技术水平的不断提高，我国船舶建造能力和港
口吞吐力等都产生了较大变化。

从政府主管部门和港口管理部门的角度出发，加
强对航道选线和设计参数的研究，有利于提高港口通航能力，分析单向航道变更
为双向航道的条件，分析水运交通运输的环保、节能等能力，从而提升整个港口
的经济效益。

本文具体的研究内容包括沿海港口深水航道选线的基本原则以及设
计和分析过程的方法，深水航道的水深设计参数确定，航道断面尺度的合理计算
方法，以及综合考虑服务能力、经济投入成本等，从而确定的航道通过能力等。

2、航道选线
在对沿海港口深水航道进行选线的过程中，要综合考虑安全性和经济性两个
指标。

航道的安全性是最关键的指标，一般要尽可能保证较小的浪、风、流之间
的夹角，通常角度保证在±20°的范围内。

然而，±20°也只是理想的经验值，在实
际运行过程中由于水流的方向很难保证和强浪或者强风向是一致的，因此基本很
难找到绝对理想的航道。

在航道选线的过程中，只能是找到影响航道的最主要的
因素，抓住主要矛盾，设计最优的方案。

尽量保证航道的轴线方向与水流的方向
是一致的，在这样的前提下，尽量减小航道轴线与强浪、强风之间的夹角。

在确
保航道安全的情况下，应当尽量提高航道选线的经济性，使航道疏通、维护的所
需费用最低，此外，一般设计和选择的航道尽量保证顺直。

在设计的过程中可以
充分的咨询有经验的船长、引航员等，了解港口航道水流、风向等的规律和特点，必要时还可以使用模拟器进行航道的模拟，从而保证航道选线的优化。

在航道选线设计过程中，要重点考虑转弯处的加宽处理，一般都设置在航道
转弯的内测，宽度范围一般选择为船宽的0到2倍值，主要的加宽方式有圆弧法
和切角法。

在实践中，对于航道转弯位置，尤其是转弯的弯度非常大的位置采用
加宽处理使非常必要的，如果设计不合理会造成船只在转弯过程中的困难。

当转
弯角度大于30°时，一般采取折线切割的方式进行加宽处理；转弯角度等于30°时，一般采用切角法进行加宽处理；当转弯角度小于30°时，我国相关规定中确定的
加宽值比美国和加拿大等国的值略小。

3、航道水深
航道水深是针对具体指定船型来计算的，不考虑极端特殊的气候或其他因素
的影响，港口在满足船舶满载状态下吃水航行的航道最小安全深度就是航道水深。

一般来说，港口的航行条件、船舶自身的参数、水位情况、波浪影响情况以及航
道的地质特点等都对水深会产生影响。

在进行航道水深设计时，一般要计算通航
水深和超深富裕水深。

其中，通航水深是指波浪富裕水深、船舶航行时的下沉量、船舶吃水情况、船舶纵倾程度、龙骨下最小富裕水深以及淡水修正水深等。

在考
虑船舶航行下沉量时，我国目前的计算仅考虑了船舶的航速和吨位对下沉量产生
的影响。

这种计算方式与美国加拿大等国的计算方法相比，在船舶低速航行时计
算得到的下沉量值偏大。

再考虑船舶纵倾程度时，一般选定船舶长度的0.25%作
为纵倾的取值，而对于有掩护航道的邮轮和散货船来说，我国明确规定其纵倾为图1. 航道水深参数构成图
0.15m。

淡水修正水深值一般设计为船舶在海水中航行时吃水水深值的2-3%。

我国关于超深富裕水深的取值规定为0.3到0.8m。

备淤深度一般根据疏浚间隔和
航道的回淤情况具体处理。

具体可见图1所示。

4、航道宽度
在顺直形状的航道中，航道的有效宽度包括船舶间距即船舶之间的富裕宽度、航迹带宽度以及船岸之间的宽度，而单向航道和双向航道由于满足的通行需求不同，计算的方式也略有差距，具体的计算方式见图2。

首先计算航迹带宽度，《进港航道设计导则》（PIANC）中认为航迹带宽度主要由基本操作带宽度和附加宽度两部分组成。

其中，基本操作带宽度是由船舶自
身的结构等因素决定的，而附加宽度则指的是在其他外界因素影响之下，船舶安
全航行所需要的宽度要求，具体包括波浪、纵流、船速、航道底质、装载货物、
航道水深等。

此外，当船舶中装载有危险品或其他特殊物品时，要适当加宽航迹
带宽度，以满足安全航行的要求。

第二，计算船岸间距，在该参数的计算中我国《海港总体设计规范》和PIANC的规定略有不同，例如，在计算散货船、载有危
险品船以及软底质航道的船岸间距时，《海港总平面设计规范》中规定的尺度较大。

第三，计算船舶之间的富裕宽度，我国统一规定取值为设计参考船舶宽度（1.0B），而PIANC中的规定则需要具体考虑船舶交会密度、航速、航道掩护情
况等。

相比较，在交会密度较大的情况下，我国规范规定的船舶之间的富裕宽度
值较低。

关于航道总宽度的计算，《海港总体设计规范》和PIANC的规定基本一致。

5、航道通过能力研究
沿海港口的航道是船舶进出港口的重要通道，航道的通过能力直接决定了港
口的各方面性能，在进行港口设计、建造以及改建的过程中，要高度重视对航道
通过能力的研究。

航道通过能力要首先保障港口的服务水平，即在港口正常工作
的状态下，经由港口航道通行的全部船舶载重吨位之和是进行航道通过能力研究
的重要参数。

通过现代化的系统仿真模拟工具可以对相关的设计参数进行人工模拟，从而得到仿真计算结果。

具体包括：
（1）在计算航道通过能力时要依据航道本身的通航条件、建设情况等，同时
也必须与港区的整体定位保持一致。

对于定位较高的港区来说，降低通过能力能
够提升到港船舶的服务效果；而对于定位较低的港区来说，可以适当提升航道的
通过能力。

当航道通过能力已经达到了所在港区能够提供服务的临界值，则需要
对航道通过能力进行重新的评估和改建，以保证服务水平。

（2）港区建设的规模由沿海港口深水航道的通过能力所决定，如果不考虑航
道通过能力而盲目对港区进行扩建，最终导致泊位远超过了航道通过能力，就会
在航道中造成船舶的积压，从而给港口管理部门带来巨大的损失。

在进行港口航
道选线和设计的过程中，需要充分的预测和考虑港口的吞吐量发展趋势，从而保
证航道通过能力和港口泊位的协调发展。

（3）最后，在进行航道通过能力设计时，要重点考虑港区的特征吨级，在特
征吨级不变的情况下港区内泊位数量变化也不会影响航道的通过能力。

在特征吨
级发生变化的情况下，需要对航道的通过能力进行相应的调整。

港区泊位的数量
变化只会影响航道通行的通畅程度。

6、总结
由上文分析可知，影响沿海港口深水航道选线和设计的参数既包括港口自身条件，例如航道尺度、通航条件、航道长度等，也与其他外部条件，例如港口的经营种类、运输船型、生产规模、生产效率等有关。

在进行参数研究和计算时不能简单的靠公式进行计算，而必须充分参考各类影响因素，利用现代化的仿真技术手段，科学计算航道通过能力。

参考文献
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