適航水深技術在珠江口港口通航作業中的應用研究

◎ 王宇凱 廣州海事測繪中心

適航水深技術在珠江口港口通航作業中的應用研究

◎ 王宇凱 廣州海事測繪中心

本文從適航水深技術的前期論證和周期性測量出發，通過分析試航水深技術在珠江口相關港口應用的數據資料，評估適航水深資源的分布情況，為該技術的進一步推廣提供科學依據。

適航水深 珠江口港口 適航水深淤泥重度值

我國珠江口流域分布著眾多港口，其中廣州港、深圳港、珠海港作為華南地區大型綜合性主樞紐港，在經濟持續快速發展的推動下，貨物吞吐量持續增長，航線運輸屢創新高，港口航道建設不斷升級，但是受上游來水來沙、潮汐潮流、地形地質等條件的共同作用，泥沙在港池航道內淤積現象較重，對港口的通航作業和維護疏浚帶來嚴重影響。

適航水深技術是利用部分淤泥層或回淤層作為水深使用而不影響船舶航行和靠、離泊作業安全的一項技術，在國外如荷蘭鹿特丹、法國波爾多等港口早已得到應用。我國于2003年開始引進此項技術，開展科學研究，制定技術規范，先期在天津港等淤積較為嚴重的港口推廣，取得了較為成功的經驗。珠江口水域的深圳大鏟灣一期碼頭港池、廣州港南沙港區、珠海電廠港池航道也陸續開展適航水深的應用。通過近些年的研究推廣，適航水深技術作為一項日趨完善，業已成熟的技術，在增加港池和航道的使用水深、延長維護疏浚周期、提高碼頭使用率方面獲得良好成效。

本文從試航水深的前期論證和水深測量出發，通過分析試航水深技術在珠江口相關港口應用的數據資料，評估適航水深資源的分布情況，并為該技術的進一步推廣提供科學依據。

適航水深資源分布

1.定義、前期論證及水深測量

1.1適航水深的定義

適航水深是指當地理論最低潮面至適航淤泥重度界面之間的垂直距離。我國通常采用高頻測深儀的探測的水深作為圖載水深，即通航水深，其反射界面的容重一般為1.05kg/L左右。適航水深是在圖載水深的基礎上加上適航厚度，該層間的淤積物主要為粘性細顆粒泥沙，密度小，易流動，沉積速度相對較慢，分布不均勻，往往呈浮泥狀態，將這一部分厚度作為通航水深使用，不影響船舶航行和作業的安全性。

1.2前期論證

各個港口由于地理區位和地質條件不盡相同，因此淤泥的性質和分布有較大差異，作為適航水深測量中最為重要參數—適航淤泥重度值也各有不同。適航水深前期的論證主要是通過一系列的采樣和試驗確定適航淤泥重度值，為后期的測量提供統一的科學參數。

（1）現場泥沙取樣。為分析港口泥沙淤積物質來源采集現場底質樣品；為船模阻力試驗采集現場淤泥樣品；在港區內進行多點位密度測量。根據港口的具體情況，采樣需要有一定的代表性，如采集底質樣品時可采用洪、枯季各采集一次，密度測量時可考慮在港區有大型船舶進入時進行。

（2）泥沙水力特性試驗。對現場取樣中的每個泥沙樣品進行顆粒試驗分析，給出每個樣品泥沙粒級變化；根據泥沙顆粒分析結果，選取代表樣品經充分混合后進行泥沙水力特性試驗，試驗內容包括泥沙起動、靜水和動水沉降、靜水密實試驗。

（3）泥沙流變試驗。在現場采集樣品中選取代表樣品經充分混合后，采用流變儀進行泥沙流變試驗，流變試驗的樣品數量不少于5個。使用不同的淤泥重度和剪切率測試樣品。

（4）船模阻力試驗。按不同的淤泥重度和船模速度分成不同試驗組，對現場取樣中的泥沙樣品經充分混合后進行船模阻力試驗。

通過以上試驗的結果，并參照類似港口的標準值，通過綜合分析確定港口的適航水深的淤泥重度值，為后期的試航水深測量提供參數依據。

1.3水深測量

按照試驗確定的適航水深淤泥重度值，根據港口的氣候、地理條件和船舶進出情況，合理安排水深測量周期，掌握港口試航水深資源的分布情況。以珠海電廠試航水深測量為例，年均測量9次。珠江口的臺風季節通常為一年的6月-9月，為考察臺風對港口回淤情況的影響，在這些月份加密測量，并盡量安排在臺風過后。

根據工作原理和所選測量儀器的不同，適航水深的測量方法主要分為3種：鉈測法、密度儀法、測深儀法。其中，鉈測法操作簡單、成本低，但測量精度、工作效率較低，只適合測量小范圍內的試航水深；密度儀法測量精度和操作自動化程度有所提高，但操作較為復雜，費用投入也較大，不適宜大范圍推廣；測深儀法是基于密度儀法，利用回聲測深儀低頻測深信號在淤泥層中衰變的的特性直接測量淤泥層厚度，精度較高，可操作性較強，適用于大面積適航水深測量，也是現在比較通用的測量方法。

在采用測深儀法測量測量前，使用音叉式密度儀對淤泥密度進行采樣，分別在測區有代表性水域采集底質淤泥樣本，對密度儀進行校正。作業時，在回淤區域計劃線上選取2-3個標定點，生成深度-密度曲線。然后使用回聲測深儀以低頻測量方式，按常規水深測量方法沿計劃線施測，測深數據由SILAS軟件，提取測深波穿透淤泥層時的特性值。最后，利用SILAS軟件，根據深度-密度曲線和測深特性值，處理出各密度值對應的水深值。

2.適航水深技術具體應用分析

自2008年起，交通運輸部天津水運工程科學研究院和交通運輸部南海航海保障中心廣州海事測繪中心合作，在珠江口的廣州港南沙港區二期、深圳大鏟灣一期碼頭港池、珠海電廠港池航道陸續開展適航水深的應用工作。其中，由天科院負責港區現場泥沙取樣、試驗及研究工作，由廣州海事測繪中心負責周期性高低頻水深測量。

2.1適航水深淤泥重度值分析

廣州港南沙港區位于蕉門外雞抱沙圍墾區東側，周圍有虎門、蕉門、洪奇瀝和橫門等水道帶來淤沙，天科院于2008年8月、9月、10月對南沙港區開展適航水深研究，確定南沙港區一期、二期港池內適航水深淤泥淤泥重度值應取12.3KN/m3較為合適；深圳大鏟灣一期碼頭港池位于伶仃洋東岸、大小鏟島以東海域內，泥沙來源主要是虎門下泄的懸移質泥沙和蕉門輸出的部門泥沙，經試驗分析和測量確定該港區的淤泥重度值為12.2KN/ m3；珠海電廠港池及航道位于珠江口西部、黃茅海灣口東側，潭江及西江經崖門、虎跳門挾帶泥沙在此處淤積，2012年初天科院完成一系列試驗確定該港區的淤泥重度值為12.4 KN/ m3。上述三處港口的區位條件在珠江口各港口中較有代表性，淤泥主要來自附近徑流挾帶的泥沙淤積，推薦的適航淤泥重度值數值差別不大，在經過一定時間的數據積累和綜合分析后，對確定珠江口附近港口的淤泥重度值和開展適航水深調查均有較高的借鑒意義。

2.2適航水深資源分布

通過分析以上三個港區的適航水深分布情況，可以看出三個港區都有一定適航水深資源，在經過充分論證的情況下，可以在高頻水深的基礎上加上這部分的適航厚度，充分利用適航水深。

3.結論及推廣

近些年，適航水深技術在珠江口港口通航作業中應用表明：

（1）在經過科學試驗和充分論證的基礎上，該技術已經在降低維護疏浚的成本、增大港池航道的通行能力等方面給港口運營方帶來切實的經濟效益和運作效率。

（2）通過對比已掌握的港口情況，給其他周邊港口測定自身的適航水深淤泥重度值提供借鑒、參考。

（3）已開展適航水深測量的港口帶來良好的示范效應，逐步得到海事、引航等部門的認可，為進一步推廣開創了十分有利的條件。

[1]沈小明，裴文斌.適航水深測量技術介紹與探討，水道港口，2003，24(2)：94～96.

[2]蔡樹男，龐啟秀，楊樹森，韓西軍.廣州港南沙港區港池適航水深綜合論證研究，水道港口，2009，（4）：254～256.

[3]JTJ/T325-2006，淤泥質海港適航水深應用技術規范.中華人民共和國交通部，2006.