徒駭河富國作業(yè)區(qū)至東風(fēng)作業(yè)區(qū)千噸級航道設(shè)計(jì)研究

劉 臣，李明輝，閆建英，于廣年

（1.交通部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300456;

2.山東沾化交通局，沾化 256800）

徒駭河發(fā)源于河南省，由莘縣進(jìn)入山東省，流經(jīng)14個縣市，在沾化縣經(jīng)套爾河流入渤海，是濱州地區(qū)的主要入海通道。徒駭河下游流域?qū)亵敱睕_積平原，為京、津、遼、冀聯(lián)結(jié)地帶，地理位置優(yōu)越，經(jīng)濟(jì)腹地廣闊，貨源充足，航運(yùn)運(yùn)量發(fā)展?jié)摿Υ蟆Ｎ挥诔龊：涌谏嫌?9 km的富國原作業(yè)區(qū)建于1976年，2005年3月威烏高速公路徒駭河大橋開工建設(shè)，由于大橋設(shè)計(jì)凈空高度低、寬度窄，船舶進(jìn)出困難。2007年富國原作業(yè)區(qū)移建至威烏高速公路下游富國現(xiàn)作業(yè)區(qū)，規(guī)模為1 000 t級泊位2個，泊位長220 m，港口綜合通過能力72萬t。目前航道開發(fā)滯后，阻礙了富國現(xiàn)作業(yè)區(qū)1 000 t級碼頭的正常運(yùn)行。進(jìn)而影響徒駭河腹地沾化乃至整個濱州地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐，為此富國現(xiàn)作業(yè)區(qū)下游1 000 t級航道的開發(fā)建設(shè)尤為必要。

徒駭河和套爾河平面蜿蜒曲折，支汊較多，同時河床高程沿程變化較大［1-2］。河底高程最低處位于套爾河的潮河入?yún)R口，高程為-15 m（大沽基面，下同），其次為徒駭河出口下游的東風(fēng)作業(yè)區(qū)河段，高程為-7 m；富國現(xiàn)作業(yè)區(qū)附近水深約2.5 m。

徒駭河河道具有明顯感潮河段特征，潮汐沿程存在相位差，當(dāng)外海為高潮位時，富國現(xiàn)作業(yè)區(qū)河段為低潮位。因此進(jìn)行港口規(guī)劃設(shè)計(jì)時，必須考慮河道特征，同時又要兼顧潮汐變化。

1 設(shè)計(jì)船型的選定

考慮到徒駭河航道特點(diǎn)、河海聯(lián)運(yùn)的模式以及主要貨種，選擇1 000 t海上雜貨運(yùn)輸船作為代表船型［3］，船型尺度為85 m×12.3 m×7.0 m（總長×型寬×型深），滿載吃水4.3 m。

2 設(shè)計(jì)水位的確定

感潮河段港口參數(shù)的確定，除與設(shè)計(jì)船型尺度有關(guān)外，還必須考慮船舶乘潮（按乘潮設(shè)計(jì)）水位、港口通航設(shè)計(jì)水位和河段極高水位（重現(xiàn)期為50 a的年極高水位）。乘潮水位確定船舶可航行時間，港口通航設(shè)計(jì)水位確定碼頭前沿水深，極高水位確定碼頭前沿高程。根據(jù)研究河段實(shí)測資料分析，乘潮水位為1.0 m，河段通航設(shè)計(jì)水位為0.20 m，河段極高水位為4.0 m。

3 航道尺度設(shè)計(jì)

3.1 航道設(shè)計(jì)水深與航道設(shè)計(jì)底標(biāo)高

根據(jù)《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》［4］，航道設(shè)計(jì)水深按下式計(jì)算

式中：D1為航道設(shè)計(jì)水深，m；T為設(shè)計(jì)船型滿載吃水，取4.3 m；Z0為船舶航行時船體下沉值，按照6 kn船速考慮，取0.2 m；Z1為船舶航行時龍骨下最小富裕深度，土質(zhì)按照松沙考慮，取0.4 m；Z2為波浪富裕深度，不考慮；Z3為船舶裝載縱傾富裕深度，m，雜貨船不計(jì)；Z4為備淤富裕深度，取0.4 m。

將上述數(shù)值代入式（1），得到航道設(shè)計(jì)水深為5.3 m。河段乘潮水位為1.0 m，據(jù)此確定航道相應(yīng)底標(biāo)高為-4.3 m。

3.2 航道寬度

航道有效寬度由航跡帶寬度、船舶間富裕寬度和船舶與航道底邊間的富裕寬度組成。徒駭河航道按1 000 t級單向航道設(shè)計(jì)，單線航道寬度按下式［4］計(jì)算

式中：W 為航道有效寬度，m；A 為航跡帶寬度，m，A=n（Lsinβ+B）；n 為船漂移倍數(shù)；β 為風(fēng)、流壓偏角，取 3°；B為設(shè)計(jì)船寬，取12.3 m；L為設(shè)計(jì)船長，取85 m；c為船舶與航道底邊間的富裕寬度，取0.5B。

將上述數(shù)值帶入式（2），可計(jì)算得出單線航道寬度。船舶漂移倍數(shù)n取值不同，則航道寬度不同；考慮研究河段遠(yuǎn)離河口（基本為內(nèi)河），且河道狹窄、實(shí)際水流沿河道走向流動等特點(diǎn)，取n為1.0，計(jì)算得航道寬度為30 m，符合《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》［5］（GB50139-2004）對內(nèi)河1 000 t級航道單線寬度的要求。

3.3 航道邊坡

徒駭河河床質(zhì)主要由粉砂、砂和粘土組成，其中粉砂、砂約占80%。根據(jù)《〈海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范〉（JTJ211-99）局部修訂（航道邊坡坡度和設(shè)計(jì)船型尺度部分）》［6］中不同巖土類別航道開挖邊坡坡度規(guī)定，并參考原徒駭河疏浚斷面邊坡，邊坡取值為1：6。

3.4 航道變向半徑

徒駭河為感潮河段，具有海域漲落潮特性；同時河道狹窄蜿蜒，遠(yuǎn)離海區(qū)，水流沿河道走向流動，又具有內(nèi)河特性。為此在航道平面布置上，必須同時考慮內(nèi)河與海域布置航道的基本原則。

（1）航道處于河道長彎道河段。

處于河道長彎道段的航道，由于河道蜿蜒，航道不能取直，所以按內(nèi)河彎道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，該段航道半徑稱為曲率半徑RW。根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》［5］，內(nèi)河1 000 t級單線航寬30 m航道規(guī)定航道曲率半徑為480 m。

《航道整治工程技術(shù)規(guī)范》［7］規(guī)定，對于頂推船隊(duì)，當(dāng)彎曲半徑小于等于3倍設(shè)計(jì)船隊(duì)長度時，必須在直線段彎道寬度的基礎(chǔ)上加寬；當(dāng)彎曲半徑大于3倍設(shè)計(jì)船隊(duì)長度，但小于6倍設(shè)計(jì)船隊(duì)長度時，應(yīng)根據(jù)水流等具體條件確定加寬值。本河道設(shè)計(jì)船型為1 000 t海上雜貨運(yùn)輸船，代表船型長85 m，航道曲率半徑為480，是設(shè)計(jì)船長85 m的5.65倍，同時該河段為感潮河段，河道流速小，水面平緩，為此彎道段航寬按30 m設(shè)計(jì)，不加寬。圖2為樁號41+000處彎道段航道平面設(shè)計(jì)。

圖2 樁號41+000處彎道段航道平面設(shè)計(jì)Fig.2 Layout plan of bend design scheme close to 41+000 of Tuhai River

圖3 樁號26+000處轉(zhuǎn)彎段航道平面設(shè)計(jì)Fig.3 Layout plan of turning design scheme closeto 26+000 of Tuhai River

（2）航道處于河道上下游順直的急彎段。

對于上下游航道走向有較長直線段的急彎航道段，按海域航道轉(zhuǎn)彎半徑設(shè)計(jì)。考慮航道設(shè)計(jì)的統(tǒng)一性，航道的轉(zhuǎn)彎半徑與曲率半徑一致，統(tǒng)一為480 m。

根據(jù)《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》［4］，航道轉(zhuǎn)彎半徑RZ和加寬方式應(yīng)根據(jù)航道轉(zhuǎn)向角φ和設(shè)計(jì)船長L確定。10°＜φ≤30°，RZ=（3～5）L，宜采用切角法加寬，當(dāng)水域狹窄，切角困難時，經(jīng)論證可采用折現(xiàn)切割法加寬；φ＞30°，RZ=（5～10）L，可采用折線切割法加寬。

代表船型長85 m，航道曲率半徑為480 m，RZ=5.65 L。根據(jù)上述轉(zhuǎn)彎半徑加寬原則，航道轉(zhuǎn)彎半徑按航道轉(zhuǎn)向角 φ 確定。φ＜10°，采用切角法加寬；φ＞15°，采用折線切割法加寬；10°＜φ＜15°，可采用切角法加寬，也可采用折線切割法加寬。圖3為樁號26+000處轉(zhuǎn)彎段航道平面設(shè)計(jì)。

4 候潮區(qū)設(shè)計(jì)

徒駭河富國作業(yè)區(qū)至東風(fēng)作業(yè)區(qū)段千噸級航道建設(shè)方案的航道設(shè)計(jì)為單向，總長40 km。船舶航行采用乘潮水位1.0 m，因此需設(shè)置候潮區(qū)，解決船舶候潮和上、下船舶錯航時待航問題。標(biāo)的河段河道狹窄，船舶停錨采用雙浮筒系泊方式設(shè)計(jì)［4］。候潮區(qū)布置2處，分別位于原秦口河河口和徒駭河河口，其中秦口河河口錨地由2個3錨位分錨地組成。

圖4 徒駭河河口候潮區(qū)平面設(shè)計(jì)Fig.4 Layout plan of area waiting for tide

4.1 設(shè)計(jì)底高程

設(shè)計(jì)水深指在設(shè)計(jì)低水位下保證設(shè)計(jì)船型在滿載吃水情況下的安全停泊水深，按碼頭前沿設(shè)計(jì)水深［4］

式中參數(shù)與式（1）一致，其中Z4為備淤富裕深度，由于碼頭前沿水深深于航道，故取0.5 m。將上述值代入，得到候潮區(qū)設(shè)計(jì)水深5.2 m，根據(jù)水文計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)低水位0.2 m，因此候潮區(qū)疏浚底高程為-5.0 m。

4.2 雙浮筒系泊候潮區(qū)水域?qū)挾?/h3>

式中：Bh為候潮區(qū)寬度；B為設(shè)計(jì)船寬，取12.3 m。代入式（4）得Bh=49.2 m，取Bh=50.0 m。

4.3 雙浮筒系泊候潮區(qū)水域長度

式中：e為由潮差引起的浮筒水平偏位，每米潮差按1 m計(jì)算，設(shè)計(jì)取5.0 m；l為系纜的水平投影長度，設(shè)計(jì)取20 m。

據(jù)此計(jì)算，單錨長度S=135 m。秦口河河口2個分候潮區(qū)錨地為3個泊位，長405 m；徒駭河河口候潮區(qū)錨地為6個泊位，長810 m。徒駭河河口候潮區(qū)平面設(shè)計(jì)見圖4。

5 結(jié)語

富國現(xiàn)作業(yè)區(qū)泊位位于遠(yuǎn)離河口的感潮河段，通航河道蜿蜒狹窄，從設(shè)計(jì)船型的選擇到航道和候潮區(qū)的設(shè)計(jì)，都充分考慮了徒駭河地形、地質(zhì)和水流特點(diǎn)，按此設(shè)計(jì)建設(shè)，能最大限度地減少投資，同時又可滿足港口貨運(yùn)與船舶安全通航要求。

［1］劉臣，平克軍.徒駭河壩上閘下游通航研究［J］.水道港口，2008，29（5）：323-327.

LIU C，PING K J.Study on channel regulation downstream reach of Bashang-floodgate in Tuhaihe river［J］.Journal of Waterway and Harbor，2008，29（5）：323-327.

［2］劉臣，劉哲，平克軍.濱州港大堡泊位擴(kuò)建工程潮流分析［J］.水道港口，2007，28（4）：240-244.

LIU C，LIU Z，PING K J.Tidal current analysis for Dapu berth extension project of Binzhou Harbor［J］.Journal of Waterway and Harbor，2007，28（4）：240-244.

［3］JTJ211-99，海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范：局部修訂（設(shè)計(jì)船型尺度部分2008版）［S］.

［4］JTJ211-99，海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］GB50139-2004，內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［6］JTJ211-99，海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范：局部修訂（航道邊坡坡度和設(shè)計(jì)船型尺度部分2003版）［S］.

［7］JTJ285-90，航道整治工程技術(shù)規(guī)范［S］.