黃驊港綜合港區、散貨港區20萬t級航道平面方案優化

邢 軍，楊松姍（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

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黃驊港綜合港區、散貨港區20萬t級航道平面方案優化

邢 軍，楊松姍
（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

為了保證船舶通航，滿足港口運營需要，港口航道方案的設計至關重要?本文對黃驊港綜合港區、散貨港區 20萬t級航道總平面布置方案進行研究分析，結合自然條件和制約因素選取合理的航道軸線，選擇合理的設計參數，優化航道設計方案，可為沿海港口航道設計提供參考?

黃驊港；進港航道；航道軸線；通航寬度；設計底高程

引　言

根據黃驊港總體規劃，在進港航道條件具備的情況下，預測黃驊港進口鐵礦石將以 15～20萬t級船舶運輸為主。由于礦石進口貨主多、批量小等因素，到港的7～12萬t級船舶也將占有一定比重。為了保證黃驊港散貨港區20萬t級礦石碼頭運營需要，實現20萬t級散貨船舶滿載乘潮進出港，也使5～10萬t級船舶實現全天候進出港，研究建設了20 萬t級航道工程?本航道定位于滿足綜合港區、散貨港區未來大宗散雜貨發展需要，港區航道建設達到20萬t級的規模。

受海底油氣管線等外部條件影響，港區規劃的直線型航道無法滿足航道等級提升的要求，面對港區生產泊位對通航20萬t級船的迫切需求，港區亟需對規劃方案進行優化、調整。本文對黃驊港綜合港區、散貨港區20萬t級航道方案進行研究分析，以選取合理的航道軸線，優化航道設計方案，在滿足港口通航作業要求的同時，節省工程投資?

1　工程概述

黃驊港綜合港區現有10萬t級航道為單向航道，航道長44 km，設計有效寬度210m，設計底高程-14.5m（以黃驊港理論最低潮面為基準），滿足10萬t級散貨船乘潮滿載航行。

黃驊港是河北省中南部、滄州市以及陜、晉、蒙等大西北地區的重要出海口，有大量石油、礦石、集裝箱和件雜貨由港口進出。渤海新區作為黃驊港的臨港工業區，產業集聚明顯，中鋼、中鐵、中海油等國內大型企業集團紛紛在此投資建廠興業，鐵礦石進口需求大幅增長，現有10萬t級航道已無法滿足鐵礦石運輸船舶的通航需求，因此，亟需結合擬建20萬t級礦石碼頭，對現有10萬t級航道進行改造提升。

2　原設計方案

根據港區規劃，20萬t級航道工程是在10萬t級航道基礎上的擴建工程?航道起點為里程3+700，軸線在里程3+700～44+000之間按10萬t級航道軸線不變，按直線型，航道向雙側拓寬、延伸至相應天然水深處?

按單向航道設計航道寬度，根據實測資料分析，航道附近的海流基本為往復流型，風、流壓偏角γ取7°，船舶漂移倍數n取1.69，航速按8 kn計算，船舶與航道底邊的富裕寬度取一倍船寬，計算通航寬度為250m?

根據規范，按乘潮4 h，保證率90%，乘潮水位為2.47m?設計底高程為-19.0m?

3　方案優化

3.1優化原則

1）本航道等級為20萬t級，優化航道尺度仍需滿足20萬t級散貨船設計船型全年乘潮入港?

2）根據中海油油氣管線改造方案優化航道轉折點及軸線走向?

3）優化航道底高程：結合港區船舶通航密度適當降低乘潮保證率，但需避免船舶候潮時間過長，造成船舶壓港；設計水位采用分段潮位；縮短維護性疏浚間隔，減小航道備淤深度?

4）優化航道通航寬度，保證航行安全?

3.2軸線走向優化

選擇合理的航道軸線走向，需從多個方面去考慮，包括水深、波浪、潮流、泥沙環境、底質以及工程投資等因素?對于水深而言，航道軸線應盡量選擇垂直等深線走向，這有利于縮短航道的開挖長度；對于波浪而言，應盡量減小航道軸線與常、強浪向的夾角，有利于船舶航行及降低航道淤積；對于潮流而言，也需避免與航道夾角過大，尤其是粉沙質海岸，在大風天氣下，近底處含沙量較大，由于泥沙沉降速度較大，臨底泥沙在穿越航道過程中，基本上完全落淤，對航道危害很大，潮流方向與航道軸線的夾角越小，泥沙落淤也會相應減少；對底質而言，應盡量選擇易于航道開挖及維護的軸線走向。

圖1　航道軸線示意

由于10萬t級航道軸線延長線與附近中海油海底輸氣管線三通垂直距離只有360m，不滿足海底輸氣管線下沉改造的要求，所以20萬t級航道軸線需要在10萬t級航道基礎上進行偏轉以避開輸氣管線三通?

綜合港區25萬t級、30萬t級散貨航道底高程約為-21.5m和-24.0m?25萬t級航道軸線距離水下三通最少2.5 km，結合港區遠期發展，航道軸線距離水下三通按不小于3 km考慮?

根據水深條件，考慮兩個軸線方案：方案一航道軸線在里程44+000向北轉30°；方案二在里程44+000向北轉13°?

兩個方案航道軸線均可以避開海上生產平臺和海底輸氣管線，方案一航道軸線距離中海油海底管線三通距離較遠，輸氣管線三通基本對航道沒有影響；方案二航道軸線延長線距離海上生產平臺約4.9 km，距離海底管線三通約3 km?航道軸線轉角是在保證輸氣管線改造技術要求及三通安全的前提下較小的角度，沒有考慮海底輸氣管線和三通超出現有技術要求下的其他改造可能?

方案一航道軸線基本垂直等深線，航道長度最短，疏浚量比方案二少。但由于該海域高程變化較緩，兩方案總疏浚量相差很小?

方案一由于航道軸線轉角達到30°，對于在航道中以10 kn速度航行的20萬t級船舶來說具有較大的操船難度?方案二航道軸線轉角13°，在一定程度上降低了操船難度?

綜上所述，從安全距離、工程量、遠期發展來看，確定方案二作為最終的優化方案?

航道3+700～44+000段，軸線方位為239°30′00″—59°30′00″，航道軸線在44+000處，向北轉13°，航道軸線方位為226°30′00″—46°30′00″，航道延伸至天然水深-18.3m?

3.3通航寬度優化

按單向航道設計航道寬度，按規范計算：

式中：

A為航跡帶寬度，A=n（Lsinγ+B）。γ為風、流壓偏角，根據實測資料分析，航道附近的海流基本為往復流型，γ取7°；防沙堤口門附近橫流較大，風、流壓偏角取10°?n為船舶漂移倍數，取1.69；

c為船舶與航道底邊的富裕寬度，取船寬；根據上式計算，航道按20萬t級散貨船設計，有效寬度取250m?

另外，防沙堤口門19+500～22+500附近橫流較大，風、流壓偏角按10°取，口門附近航道有效寬度為280m?

3.4設計底高程優化

由于航道較長，為節省工程量，考慮適當降低乘潮保證率，采用全年乘潮保證率80%，冬季乘潮保證率50%的潮位?

本航道每潮次船舶進出港所需時間，根據航速計算ts=3.734 h，取為4 h，即20萬t級散貨船進港乘潮歷時4 h?根據船舶進港航速規律，采用分段乘潮取設計水位，分別采用乘潮3 h（航時3 h），乘潮4 h（航時0.5 h），乘潮5 h潮位（航時0.5 h）?船舶在高潮前約1.5 h抵達航道起點，高潮前1.5 h至高潮后2.5 h期間的潮位滿足20萬t級船舶滿載進港?

黃驊港航道泥沙淤積物的來源一是大風浪天氣條件下，風浪掀起大量灘面泥沙，泥沙隨水流進入航道后淤積；二是離岸流帶走岸線泥沙，運移到航道落淤。港池、航道外側呈環抱式的南、北防波堤已建成，對改善20萬t級航道內的波浪、水流條件和減淤有較大幫助。防沙堤延伸至-8m水深后，10年一遇驟淤最大淤積強度1.08m，從航道淤強和水深的角度，如果南、北防波堤延伸建設的南、北防沙堤能保證20萬t級航道在10年一遇大風淤積情況下，航道水深仍保證15萬t級散貨船的通航要求，同時滿足20萬t級散貨船乘潮通航的要求，滿足航道整治標準。

20萬t級航道工程航道設計底高程取為-18.3m，為了保證發生驟淤的情況下，仍保證航道具有一定的通航條件，根據防沙堤減淤效果分析研究結論，加大里程19+500～25+000段航道的備淤深度，備淤取0.6m，即里程19+500～25+000段航道航道設計底高程取-18.5m?

3.5比較分析

20萬t級航道里程3+700～44+000，航道軸線方位 239°30′00″—59°30′00″，航道軸線在里程44+000～60+500段，在44+000處（水深-14.5m），向北偏轉13°，延伸至天然水深-18.3m，折線段軸線方位為 226°30′00″—46°30′00″?航道通航寬度250m，總長度56.8 km，通航底高程-17.9m，航道內考慮0.4m備淤深度，航道設計底高程-18.3m，里程19+500～25+000段航道的備淤深度取0.6m設計底高程取-18.5m?防沙堤口門19+500～22+500附近橫流較大，航道有效寬度取為280m?

表1　方案優化對比

4　結　語

本文結合港口作業航道通航要求，對黃驊港綜合港區、散貨港區20萬t級航道工程方案進行優化，選取合適的航道軸線，優化后航道軸線距離中海油海底管線水下三通垂直距離 3.0 km為給貫穿航道的中海油海底管線留出足夠的加深改造條件。選取恰當的通航水位以計算航道底高程，選取恰當的備淤深度，在滿足設計船型通航要求，節省航道基建投資，提高港口航道服務水平，為港區進行航道等級提升奠定了技術和經濟基礎?為沿海港口長航道的通航標準、斷面參數確定提供了借鑒和參考?

［1］黃驊港綜合港區、散貨港區20萬t級航道二期工程初步設計報告［R］.天津：中交第一航務工程勘察設計院有限公司，2013，7.

［2］中交第一航務工程勘察設計院有限公司.海港工程設計手冊（中）［M］.北京：人民交通出版社，2001：276-279.

［3］黃驊港綜合港區、散貨港區20萬t級航道工程通航安全評估報告［R］.大連：大連海事大學，2011，7.

Optimum Layout of 200 000 DWT Approach Channel to Comprehensive Harbor and Bulk Cargo Harbor at Huanghua Port

Xing Jun，Yang Songshan
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

To guarantee the navigation safety and meet the requirement for the port operation，the design of port channel layout is very important.Based on 200 000 DWT channel project of comprehensive harbor and bulk cargo harbor at Huanghua Port，its general layout plan is analyzed.The research results are combined with natural conditions and restricted factors to select a proper channel axis，determine design parameters and optimize the channel layout，which may provide a reference for the design of other coastal port channels.

Huanghua Port； approach channel； channel axis； navigation width； design bottom elevation

U651+.3

A

1004-9592（2016）04-0012-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160403

2016-05-19

邢軍（1971-），男，高級工程師，主要從事港口航道規劃、設計工作?