贛江港口深水航道主要設計參數研究

周剛

（江西省港航設計院有限公司，江西 南昌 330008）

1 航道概況

贛江是國家內河航道水路運輸系統規劃中的骨干性航道，2013 年贛江已經建成設計長度175km 的Ⅱ級內河運輸航道，船舶通行能力為2000 噸級，成為地區經濟建設、社會發展及經濟往來的重要通道之一。航道等級提升后船舶向大型化發展，臨河、跨河、攔河等建筑物也持續增多，對航道運輸服務能力也不斷提出較高要求。但是近年來流域水位下降明顯，航道運行參數設計及運輸管理面臨十分嚴峻的考驗。

2 航道水深

將港口在特定自然條件下達到設計船型滿載吃水航行要求所對應的安全深度最小值稱為航道水深，一般情況下，該參數受到水位、航道、波浪、船舶裝載、航道底質等因素的影響。根據《航道工程設計規范》（JTS 181-2016）及相關設計手冊，深水航道設計水深主要包括通航水深和富裕水深兩部分組成，通航水深由船舶吃水、下沉量、富裕水深、船舶縱向傾斜、修正水深等項目組成，具體見圖1。我國現有規范在規定船舶航道水深及下沉量時，僅考慮航行速度和船舶噸位兩個因素，并未考慮航道類型等其余因素。通過比較不同規范下船舶航行下沉量發現，根據加拿大《航道設計參數》和美國陸軍工程師兵團規定所得到的結果十分相近，而我國規范只進行了非限制性航道情況的規定，限制性航道所得到的船舶航行下沉量取值偏小。根據吃水比取1.2 時不同規范計算得不同航行速度下6 萬噸散貨船在非限制性航道中的航行下沉量看出，應用我國規范所得到的結果在航行速度較小的情況下取值偏小，隨著航行速度增大后取值居中，這說明我國規范所規定的結果對于大型散貨船航行過程偏安全。

圖1 航道水深構成情況

我國現行規范及國外典型設計規范中對龍骨下富裕水深的規定基本一致，僅對于硬底質航道，我國規范給出的值為0.8m，比其余規范小。按照我國現行規范，對于有掩護航道內的散貨船和游輪，船舶裝載縱向傾斜量應取0.15m；對于不同的設計船型應按照船長0.25%進行其縱向傾斜富裕深度的確定。而國外僅加拿大《航道設計參數》中規定有航道設計中應考慮0.31m 的縱向傾斜富裕深度，其余國家并無相關規定。該航道根據加拿大《航道設計參數》，按照船舶在海水中實際吃水的2%～3%確定其淡水修正水深。

最后，超深富裕水深確定時必須考慮疏浚允許誤差，我國現行規范、加拿大《航道設計參數》以及負責美國內河航道港口規劃設計、運維管理的美國陸軍工程師兵團所規定的該誤差值分別為0.3～0.8m、0.3m、0.3～0.9m，取值十分接近；同時，備淤深度主要根據疏浚時間間隔和回淤情況等進行確定，本文在分析贛江港口深水航道設計中超深富裕水深問題時針對驟淤嚴重的情況，提出驟淤備淤深度的概念，并結合驟淤分布頻率進行內河航道備淤深度[1]的分段確定，確保驟淤出現后不影響航道的正常運行。

3 航道寬度

3.1 直線段航道寬度

贛江港口深水航道直線段寬度通常包括航跡帶、船舶間距及船岸間距等部分，具體見圖2 所示，一般用船舶長度的倍數或船舶設計寬度的倍數表示。

圖2 航道寬度構成情況

航跡帶寬度主要根據船舶長度、寬度及橫流速度等參數進行計算，當深水航道橫風不超過7 級的情況下，船舶受到橫流和斜向風的影響較大，應按照船舶橫向投影值近似取值，具體公式如下：

式中：A—直線段航道航跡帶寬度（m）；n—贛江港口深水航道船舶漂移倍數，按照表1 取值；L—船長（m）；γ—風壓偏角（°）；B—船寬（m）。根據參數取值，贛江港口直線段深水航道航跡帶寬度最小取船舶寬度的2.45 倍，而當橫流速度接近1.0m/s 時，航跡帶寬度達到船舶寬度的3.78 倍。

表1 贛江港口直線段深水航道航跡帶寬度參數取值（橫風≤7 級）

船船間距主要指雙向航道情況下兩條相鄰航跡帶之間的寬度，主要目的在于克服兩艘行駛船舶間較強的作用力，確保船舶不偏離航線，并防止船舶經過后動力擾動與岸坡效應疊加而引發船體擺動偏離運動[2]。根據現行規范，船船間距應按照船舶寬度確定。

船岸間距指航跡帶和航道臨近側緣之間的距離，該距離的確定必須充分考慮并避免岸吸效應。岸吸效應的大小主要與船舶和岸坡間距、橫向力及吃水比、船舶航行速度、岸坡高度等因素有關，一般情況下岸吸效應與船岸距離的立方成正比，并隨船舶航行速度的增大而增大，隨岸坡高度的減小而減小。根據現行規范，船岸間距應當按照船舶寬度的0.75～1.25 倍確定，而國內外規范在船岸間距方面存在細微差異，具體見表2。

表2 國內外規范在船岸間距方面的細微差異

結合以上分析，當橫向流速在0.2～0.5m/s 時雜貨船和集裝箱船單向航道總寬應為設計船寬的3.4 倍，散貨船為設計船寬的3.9 倍；當橫向流速在0.5m/s 以上時，雜貨船和集裝箱船單向航道總寬應為設計船寬的4.8 倍，散貨船為設計船寬的5.3 倍。當橫向流速在0.2～0.5m/s 時雜貨船和集裝箱船雙向航道總寬應為設計船寬的6.8倍，散貨船為設計船寬的7.3 倍；當橫向流速在0.5m/s以上時，雜貨船和集裝箱船單向航道總寬應為設計船寬的9.6 倍，散貨船為設計船寬的10.1 倍。

3.2 轉彎段航道寬度

按照現行規范，應當根據設計船舶長度及轉向角Φ 進行內河航道轉彎半徑R和加寬方式的確定，當轉向角Φ 取值在10～30°之間，轉彎半徑R取值為船舶設計長度的3.0～5.0 倍時，應當通過切角法加寬處理，若航道較窄，存在一定切角難度時，也可采用折線切割法進行加寬設計[3]；相反，當轉向角Φ 取值在30°以上，轉彎半徑 取值為船舶設計長度的5.0～10.0 倍時，應通過折現切割法的方式加寬設計。

4 結論

綜上所述，我國現行設計規范中有關內河深水航道主要設計參數的確定方法簡便實用，且據此所得出的參數結果與國外其他規范基本吻合，但是在船舶航行下沉量、船舶受波浪影響下的垂向運動量、航道寬度、轉彎半徑、彎道間直線段航道長度等參數方面，國內現行規范的考慮仍不夠全面。現行航道工程設計規范相關規定能基本滿足內河航道船舶大型化、高速化的發展趨勢，而考慮到贛江內河深水航道大型船舶安全高效運行，必須在相關參數細節上進行必要的修改和完善。