基于我國(guó)海港總體設(shè)計(jì)新規(guī)范的蘇伊士運(yùn)河航道設(shè)計(jì)研究

黃涌杰 鐘德森 廣州航海學(xué)院

指導(dǎo)老師：陳丹涌 廣州航海學(xué)院海運(yùn)學(xué)院

1.引言

蘇伊士運(yùn)河全長(zhǎng)163千米，是一條無閘明渠，其全線基本為直線，但也有八個(gè)主要彎道。運(yùn)河水面寬度從南端280米到北端的345米不等，航道浮標(biāo)間平均寬度135米，目前至少允許210000噸的船只載貨通過，允許最大的吃水深度可達(dá)19米。運(yùn)河限速滿載郵輪為13千米/小時(shí)，貨船為14千米/小時(shí)。影響船舶安全通過蘇伊士運(yùn)河的因素是多方面的，包括自然環(huán)境條件、航道條件、導(dǎo)航設(shè)施條件、引航條件、交通流現(xiàn)狀等，而每個(gè)方面又包含多種相關(guān)因素，例如，航道條件包括航道長(zhǎng)度、航道寬度、航道深度、航道彎曲度、航道交叉情況、航道穩(wěn)定性等等。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間3月23日上午7時(shí)左右，長(zhǎng)榮海運(yùn)旗下的一艘超大型集裝箱船“Ever Given”號(hào)在蘇伊士運(yùn)河新航道擱淺，造成罕見的海上“堵船”事件。該船長(zhǎng)達(dá)400米，寬近60米，排水量達(dá)22萬噸，幾乎完全側(cè)身在運(yùn)河中停下，導(dǎo)致這條歐亞之間的黃金航道近乎完全癱瘓。這也引發(fā)了航運(yùn)界人士對(duì)運(yùn)河航道通航尺度的熱議。

2.新規(guī)范的應(yīng)用

我國(guó)海港總體設(shè)計(jì)新規(guī)范對(duì)航道設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)具有明確的規(guī)定，在我國(guó)實(shí)施效果比較明顯，可以借此對(duì)蘇伊士運(yùn)河優(yōu)化航道建設(shè)進(jìn)行合理地計(jì)算與驗(yàn)證。通過對(duì)航道通航寬度、航道通航水深、設(shè)計(jì)水深、邊坡比的計(jì)算可以大體確定優(yōu)化航道建設(shè)所需要的基本信息。

2.1 航道通航寬度計(jì)算

航道通航寬度由航跡帶寬度、船舶富裕寬度和船舶與航道底邊間的富裕寬度組成。蘇伊士運(yùn)河以單向航道為主，航道較長(zhǎng)，部分航道比較彎曲，根據(jù)新規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，可以適當(dāng)增加航道通航寬度。新規(guī)范使用的公式如下：

式中

W——航道通航寬度(m)；

A——航跡帶寬度(m)；

c——船舶與航道底邊間的寬度(m)；

b——船舶間富裕寬度(m)，取設(shè)計(jì)船寬B，當(dāng)船舶交會(huì)密度較大時(shí)，船舶間富裕寬度可適當(dāng)增加；

n——船舶漂移背倍數(shù)(m)；

L——設(shè)計(jì)船長(zhǎng)(m)；

γ——風(fēng)、流壓偏角(°)；

B——設(shè)計(jì)船寬(m)。

根據(jù)表1和表2中的參數(shù)，采用（1）式和（2）式，以20萬噸級(jí)的船舶為代表船型，“長(zhǎng)賜號(hào)”發(fā)生擱淺事故時(shí)，橫風(fēng)≤7級(jí)，橫流V≤0.10，船舶漂移倍數(shù)n為1.81，風(fēng)、流壓偏角γ為3，根據(jù)公式計(jì)得航跡帶寬度A為161.36，“長(zhǎng)賜號(hào)”為集裝箱船，入河的平均航速為12節(jié)，船舶與航道底邊間的寬度c取0.75倍設(shè)計(jì)船寬B即45，計(jì)得航道通航寬度W為251.36。

表1 船舶漂移倍數(shù)n和風(fēng)、流壓偏角γ值

表2 船舶與航道底邊間的富裕深度

2.2 航道通航水深計(jì)算

新規(guī)范中航道通航水深公式如下：

式中

D0——航道通航水深(m)；

T——設(shè)計(jì)船型滿載吃水(m),對(duì)雜貨船可根據(jù)實(shí)際情況考慮實(shí)載率對(duì)設(shè)計(jì)船型影響；

Z0——船舶航行下沉量(m)；

Z1——航行時(shí)龍骨下最小富裕水深(m)；

Z2——波浪富裕水深(m)；

Z3——船舶裝載縱傾富裕深度(m)，雜貨船和集裝箱船可不計(jì)；

Z4——備淤深度(m)，應(yīng)根據(jù)兩次挖泥間隔期的淤積量計(jì)算確定，對(duì)于不淤口，可不計(jì)備淤深度；有淤積的港口，備淤深度不宜小于0.4米

根據(jù)表5中的參數(shù)，蘇伊士運(yùn)河沿岸土質(zhì)多為中密的粗砂、礫砂，故邊坡比取1:5。

表5 砂土類航道邊坡坡度

根據(jù)表3和表4中的參數(shù)，采用（3）式計(jì)算，設(shè)計(jì)船型滿載吃水T取“長(zhǎng)賜號(hào)”滿載吃水16米；據(jù)圖1，船舶平均速度為12節(jié)，船舶噸級(jí)DWT為220000，船體下沉量Z0取1.2；蘇伊士運(yùn)河沿岸沙土多為松散沙土，故Z1取0.5；發(fā)生事故時(shí)運(yùn)河為順浪，=15°，T-≤8s，Z2/H4%取0.35，有效波高HS為0.41，累計(jì)頻率4%的波高H4%為0.5084，Z2約等于0.178；船舶裝載縱傾富裕深度Z3不需考慮；計(jì)算得D0為17.9。

表3 航行時(shí)龍骨下最小富裕水深Z1（m）

圖1 船舶航行時(shí)下沉量曲線

表4 船、浪夾角與Z2/H4%的變化系數(shù)值

表4 船、浪夾角與Z2/H4%的變化系數(shù)值

2.3 通航分析

根據(jù)3.1節(jié)和3.2節(jié)的計(jì)算結(jié)果可知，排水量達(dá)22 萬噸的“Ever Given”號(hào)所需水深為17.9m，所需通航寬度約為251m。而現(xiàn)如今的蘇伊士運(yùn)河航道平均寬度只有300米左右，雖然從運(yùn)河南端到北端，水面的寬度相差較大，但從理論上來說，該船是可以順利通過蘇伊士運(yùn)河的，只是在彎道處要保持充分瞭望，謹(jǐn)慎航行。

3.結(jié)論

本文通過這次“堵船”事件，依據(jù)我國(guó)海港新規(guī)范，簡(jiǎn)單計(jì)算了該船安全通航所需要的航道寬度以及深度，計(jì)算表明目前的蘇伊士運(yùn)河足以滿足其安全通過，即現(xiàn)如今的蘇伊士運(yùn)河的航道寬度以及水深與我國(guó)海港總體設(shè)計(jì)新規(guī)范相符合。