河口航段通航安全評估方法及應用

劉海兵　尹進軍　應翰海

摘 要：潮汐河口是沿海港口疏港航道的重要通道，此類航道既受上游徑流影響，又受到潮流、波浪等因素影響，水文條件極為復雜，導致船舶操縱難度增大，加大了水上交通事故的風險。本文以射陽河口疏港航道及海河聯運區河口航段為例，提出河口航段通航安全關鍵因素，通過潮流模型和波浪模型分析了河口航段的通航及泊位條件，為類似工程提供借鑒。

關鍵詞：通航安全;航道;河口;橫流;波浪

中圖分類號：U698? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2022）01-0035-03

江蘇擁有密集的內河航道網，隨著航道建設的不斷完善，通航船舶數量的不斷增加，不同類型航道的自然條件對通航安全的影響逐步顯現[1]。許力源等分析了交叉航段通航安全的關鍵因素和評估方法[2]，孔憲衛等分析了橋區水域的河床演變對通航安全的影響[3]。而河口航段通航的航段安全關鍵因素與其它內河航道不盡相同。河口航段是實現“海河聯運”的關鍵航段。河口區域受徑、潮流雙向作用，水流條件復雜。同時，還受到風浪因素影響的疊加，易造成船舶在河口段通航時飄移量增大，船舶操縱難度增大，增加了水上交通事故的風險。海事部門雖通過大力建設VTS、AIS等監管系統[4]來保證船舶通航安全，但運用科學手段，論證和評價河口航道的通航安全風險仍十分必要。本文以射陽河口疏港航道及海河聯運區河口航段為例，開展河口航段通航安全評估技術研究;梳理河口航段通航安全關鍵因素;提出河口航段通航安全評估方法，為類似工程提供借鑒。

1評估重點分析

潮汐河口是沿海港口疏港航道的重要通道，此類航道屬于從內陸向海洋的過渡河道，既有內陸河流的特征，如洪、中、枯水期的季節變化;又有海洋的某些特征，如大、中、小潮的變化和潮汐一年期的水位漲落與流速流向變化;而且還受風浪的作用，大風時會產生增水或減水。潮汐河口區的泥砂運動也很復雜，外觀形態和演變規律與內河彎道也不盡相同。

由于，潮汐河口的水流動力特性同時受到徑流-潮流雙向往復流的影響以及波浪、鹽淡水的作用，水流運動、泥砂輸移特征及河道演變規律相對比內河更為復雜，該類型航道的通航安全評估除考慮氣象特征、允許的船舶通航速度、船舶尺度和操縱特性、可利用的航標外，應重點針對河口區流場分布、航道內波浪、河口段沖淤變化和漲落潮急流，四個主要因素進行評估。具體評估要求見表1

2評估對象

根據上文分析，本文以射陽河口疏港航道及海河聯運區為對象，介紹河口航段通航安全評估方法。射陽河口地處廢黃河南側，為緩混合海相河口，海岸呈北沖南淤，沖淤基本平衡略有淤積的狀態。射陽港利用黃砂港航道作為疏港航道，內河船舶直接駛入射陽海河聯運區的海港碼頭，實現海河聯運的“無縫”銜接。

3評估內容和方法

采用二維潮流模型計算海河聯運區、錨泊區最大流速，計算分析內河船舶航行外部條件;建立射陽港區小范圍BW波浪模型，計算分析海河聯運區、錨泊區的泊穩條件。

3.1二維潮流數值模擬研究

3.1.1研究內容

射陽河口外建有南北導堤，其中，北堤總長6800m，南堤總長5760m，海河聯運區碼頭（1萬噸級）前沿長度620m，寬度45m（見圖2）。擬建立二維潮流數學模型，計算射陽河口南北導堤、進港航道及疏港航道工程實施后的潮流場。模型上游以射陽河閘、運棉河閘、黃沙港閘和利民河閘為邊界，外海以射陽河口為起點向東約35km，向北約21km，向南約16km（見圖3）。

3.1.2研究結果

（1）流場情況：受射陽河上游閘下泄流的影響，各測點的落急流速一般大于漲急流速。針對不同水域（見圖4），海河聯運碼頭前沿區最大流速為0.50m/s（2#點），錨地最大流速為1.20m/s（8#點），進港航道河口處最大流速為0.51m/s（11#點），疏港航道最大流速為1.32m/s（19#點），以上各水域的最大流速均發生在落急時刻。

（2）橫流情況：海河聯運船舶從疏港航道進入海河聯運區時，需橫跨河口，面臨較大的橫流流速，對船舶航行帶來安全風險。在疏港航道到海河聯運區的航行路線上取5個采樣點（見圖5），最大橫流流速可達0.76m/s，將對船舶航行安全帶來負面影響，需謹慎操作（見表2）。

3.2波浪數值模擬研究

3.2.1研究內容

應用BW波浪模型計算海河聯運區和錨地水域的波浪場，用以分析海河聯運區、錨泊區的泊穩條件（計算點位置見圖6）。計算區域的外邊界位于0米等深線處。

3.2.2研究結果

計算結果顯示，海河聯運泊位區，由于地形及河口繞射作用，各方向兩年一遇H4%波高最大值為0.41m;在錨地區域，由于東部淺灘的掩護作用，各方向兩年一遇H4%波高最大值為0.37m（見表3）。

3評估結果及建議

（1）根據二維潮流數學模型計算結果，口外海域及河道內流速呈往復流特征，且落急流速一般大于漲急流速，口門處橫流較大，須注意流致漂移量問題。

（2）海河聯運區和錨地區各方向兩年一遇H4%波高均小于0.5m，當船舶通航時，可通過調整船舶航速，改變波浪的遭遇周期，避免諧振運動。

參考文獻：

[1]謝小強， 關于復雜通航環境下通航安全的思考[J]. 中國水運， 2021，21（4）：9-10.

[2]許力源，張高峰，應翰海. 交叉航段通航安全評估方法及應用[J]. 中國水運，2021（10）：39-41.

[3]孔憲衛，張慶河，楊宗默，等. 河床演變影響下橋區水域通航安全研究[J]. 中國安全科學學報， 2021，31（3） ： 128-134.

[4] 趙顯峰， 孔晨， 牟學東. 內河通航水域安全監管手段研究[J]. 中國水運，2021（1）：55-57.