厦门港海沧航道扩建三期工程通航安全的评估

温清洪

（厦门海洋职业技术学院，福建厦门 361012）

随着海峡西岸经济区建设的全面推进，厦门港在海峡西岸港口群中的龙头港地位进一步确立，海沧港区和嵩屿港区又是厦门港集装箱干线运输的主体港区。据统计，厦门港到港船舶大型化的趋势日趋明显。因15万吨级以上船舶需不满载或到其他港口减载后再进港，直接影响了船舶营运及码头泊位营运的效益。因此，为适应到港船舶大型化趋势的需要，必须扩建航道和船舶回旋水域。目前，厦门港主航道扩建三期工程近期实施工程已开工建设。厦门港主航道扩建三期工程建成后，可满足10万吨级集装箱船双向全潮通航（设计通航水位0.72m）、同时满足15万吨级船舶乘潮通航的要求。［1］［2］

鉴于海沧港区、嵩屿港区是厦门港今后一定时期重点发展的港区，为了与港区发展相适应，与厦门港主航道相匹配，必须配套扩建海沧航道并相应扩建船舶回旋水域。厦门港海沧航道扩建三期工程建设规模与拟建厦门港主航道扩建三期工程一致，按照满足10万吨级集装箱船全潮通航、兼顾15万吨级散货船、15万吨级集装箱船乘潮单向通航的规模进行建设。海沧港区4＃－7＃泊位船舶回旋水域增深工程建设规模为15万吨级散货船乘潮调头，拟建工程适用船型由厦门港航道管理站提供。船型主尺度见表1设计船型尺度表。拟建工程的主要技术经济指标见表2。［3］

表1 设计船型尺度表

表2 拟建工程主要技术经济指标表

1 航道适应性分析

1.1 航道宽度适应性分析

海沧航道扩建三期工程从拟建厦门港主航道扩建三期工程调整后的终点（以下备注为“E”点）至海沧港区7＃泊位西端部，长约6.26km；航道有效宽度取250m。

按照《海港总平面设计规范》（JTJ211－99），（以下简称《设计规范》），航道有效宽度由设计船型总长、型宽、航速及航道的横风、横流及“风、流压偏角”等因素所决定，航道有效宽度按下式计算：

式中：A——航迹带宽度；A＝n（Lsinγ＋B）；n——船舶漂移倍数；L——设计船长 （m）；γ——风、流压偏角；B——设计船宽（m）；c——船舶与航道底边间的富裕宽度。

航道有效宽度的计算结果详见表3。

表3 单向航道有效宽度计算表 （单位：m）

根据表3计算结果，15万吨级散货船单向航道所需有效宽度为198.8m～225.6m，15万吨级集装箱船单向航道所需有效宽度为224.4m～261.9m。地中海“MSC”系列15万吨集装箱船单向航道有效宽度为203.6m～238.2m。［4］

由于拟建工程航道轴线和涨落潮流流向基本一致，航道北侧有陆地遮蔽，所以航道风、流压偏角取为5.5°，计算设计船型所需航道有效宽度为244.4m，现海沧航道从E～19＃泊位航段航道宽度为250m，拟建航道有效宽度若按250m建设，能满足设计船型通航要求。

当外界的风和流较大，特别是东北大风时，航道上大型船舶受到的风、流压偏角较大，而在7°的风、流压偏角时，15万吨级集装箱船（船长398m）单向航道所需有效宽度达261.9m，超出航道有效宽度。因此建议在风和流较大（7级及以上）时，应适当限制船长398m的大型集装箱船舶的进出港航行，以确保安全。

因此得出拟建工程航道宽度在理论上能满足设计船型的通航规范要求，适应船型的通航安全操作需要。

1.2 航道水深及设计底标高适应性分析

1.2.1 设计船型理论所需航道通航水深

按《设计规范》规定，航道通航水深D0及设计水深D分别按下式计算：

式中：T——设计船型满载吃水（m）；Z0——船舶航行时船体下沉增加的富裕水深（m）；Z1——航行时龙骨下最小富裕深度（m）；Z2——波浪富裕深度（m）；Z3——船舶装载纵倾富裕深度（m）；Z4——备淤深度（m）；

航道水深理论计算结果详见表4。

设计底标高＝ΔH－D，ΔH—乘潮水位（m）

表4 航道设计水深计算表 （单位：m）

从表中得出10万吨集装箱船所需安全通航水深为16.02m，15万吨级散货船所需安全通航水深为19.77m；15万吨集装箱船所需安全通航水深为18.22m；地中海“MSC”系列15万吨集装箱船所需安全通航水深为17.72m。［4］

船舶回旋水域设计水深取值与航道水深相同。

1.2.2 拟建工程航道设计底标高适应性分析

本次航道设计底标高设计两个方案，航道设计底标高分别取－15.5m和－16.0m。

方案一：按照10万吨级集装箱船全潮通航要求（设计通航水深0.72＋15.5＝16.22m）；并兼顾15万吨级散货船乘潮通航要求（设计通航水深4.27＋15.5＝19.77m），乘潮年保证率90%计，乘潮历时3小时；15万吨级集装箱船乘潮通航要求（设计通航水深2.72＋15.5＝18.22m），乘潮年保证率100%，潮历时约5小时，（相当于乘潮保证率90%、乘潮历时约7小时）。

方案二：按照10万吨级集装箱船不乘潮通航要求设计，航道设计底标高取－16.0m（设计通航水深0.72＋16.0＝16.72m）；15万吨级散货船乘潮水位为3.77m，（设计通航水深3.77＋16.0＝19.77m）乘潮历时约4小时，乘潮保证率90%；15万吨级集装箱船乘潮水位为2.22m，（设计通航水深2.22＋16.0＝18.22m）乘潮历时约6小时，乘潮保证率100%（相当于乘潮保证率90%、乘潮历时约8小时）。［5〛

从设计船型理论所需航道安全通航水深和拟建工程航道设计底标高比较，拟建工程航道设计的底标高尺度能满足不同设计船型在不同乘潮水位时的安全通航要求。因此设计代表船型满载时，必须根据潮位乘潮通航。

1.3 航道转弯半径适应性分析

船舶在航道中转弯半径R的大小和转向点加宽方式应根据转向角φ和设计船长来确定，《设计规范》规定：当10°＜φ≤30°时，R ＝（3～5）L，采用切角法加宽；当φ＞30°时，R＝（5～10）L，采用折线法加宽。［4］

拟建工程航道有两个转向点，即海沧航道与厦门港主航道交点E′点和G点，其中E′点处转向角约15°，设计时采用切角法加宽，转弯半径R按最大常数取5倍设计船长；G点处转向角约4°，小于10°，不必加宽。

因此得出：工可报告对厦门港海沧航道扩建三期工程的转弯半径设计符合规范的要求，能适应设计船型安全通航需要。

1.4 航道回淤分析

根据工可报告介绍，厦门湾的滩槽格局基本是保持稳定的。虽然海床在天然状况下基本处于冲淤平衡的状态，但疏浚工程改变了海床的水动力条件：一方面使水流归槽，将增大单宽流量，促进冲刷；另一方面又扩大了断面过水面积，将降低深槽内的水流流速，促进淤积。疏浚挖槽后回淤量由这两个矛盾因素共同决定。

根据工可报告的泥沙回淤计算，海沧1～7＃泊位前沿航道内每年大约淤积0.19～0.21m，由此估算出本工程实施后航道内每年新增淤积量为32万m3。在疏浚工程竣工后初期，由于边滩泥沙回槽以及挖槽后海床与水流重新调适等因素会加剧航槽的淤积量，在工程竣工后的一段时间航槽的淤强估计将大于上述计算值的1.6倍左右。

因此厦门港航道管理站应对航道的回淤问题有足够的重视。

1.5 航道边坡分析

根据工可报告，拟建航道设计边坡取1：7，符合《设计规范》要求。

2 回旋水域适应性分析

根据工可报告：海沧港区4＃—7＃泊位船舶回旋水域为椭圆形，长轴为1100m，短轴590m，设计底标高与航道相同取－15.5m。

2.1 回旋水域尺度规范要求

根据《设计规范》，船舶回旋水域应设置在进出港口或方便船舶靠离泊码头的地点，其尺度应考虑当地风、浪、水流等条件和港作拖轮配备、定位标志等因素，可由表5确定。［4］

表5 船舶回旋水域尺度

2.2 工可文件设计值

拟建工程海沧港区4～7＃泊位船舶回旋水域平面设计仍为椭圆形，长轴取1100m，短轴取580m，平面尺度见表6。

海沧港区4＃—7＃泊位船舶回旋水域，水流流速较大，船舶回旋水域宜按椭圆形布置，垂直水流方向为1.5L，沿水流方向为3L。按照《设计规范》计算，设计船型（15万吨级散货船，船长289m）需要回旋水域尺度为：

经分析得出：海沧港区4＃—7＃泊位设计的船舶回旋水域尺度能满足规范的要求；但设计代表船型满载进入旋回水域调头操作时，必须要选择合适的乘潮水位。

表6 4＃～7＃泊位设计回旋水域平面尺度核算表 （单位：m）

3 助导航设施适应性分析

厦门港助导航设施比较完善，航道助航浮标布设合理。

海沧航道扩建三期工程航道轴线与宽度与现航道一致，仅将起点向东延伸约200m与厦门港主航道扩建三期工程航道轴线相衔接，并在起点E点附近进行加宽，航道加宽后28＃灯浮标距离航道边线较近，需进行移位；因嵩屿港区一期工程船舶回旋水域本次未同步增深，故需将604＃灯浮标标别由北方位标改为专用标，其余灯浮标维持现状。移位后28＃灯浮标标别、灯质及锚链均不变，移位后28＃灯浮标地理位置为24°25′47.8″N，118°03′01.6″E，抛标点水深10.5m。

表7 拟建工程灯浮标位置及技术性能现状表［6］

由于拟建工程北侧是嵩屿港区和海沧港区的回旋水域，航道北边线不能设置实物航标。但嵩屿港区的回旋水域实际水深小于拟建工程的底标高（15.5m），拟建工程的设计船型船舶在航道航行存在风险。为保证船舶航行安全又不影响回旋水域，建议在航道北边侧布设虚拟航标。

4 锚地适应性分析

4.1 锚地规划

依据《厦门港总体规划》和《厦门港主航道扩建三期工程初步设计》，结合港区和航道建设规模，工可报告对现有及规划锚地进行调整设计。

4.1.1 新设锚地

新设湾口外3＃锚地为15万吨级以上船舶侯潮待泊锚地。新设锚地位于厦门湾10万吨级航道起点A东南侧，为一不规则五边形水域，距离航道右边线约300m。设计锚地附近区域表层为流泥，以粘、粉粒为主，含少量贝壳类物质；底层为淤泥混砂，以粘、粉粒为主，含少量贝壳类物质，含石英中细砂30－35%。覆盖层厚度均大于5m。锚地设计水深为23.0m，船舶锚泊半径R为600m。锚地水深20.0m以上，可锚泊3～4艘10～15万吨级大型船舶。具体位置详见表8。

4.1.2 规划8＃锚地调整

厦门港内锚地水域不足，随着到港大型船舶日益增多已不能满足锚泊要求，规划8＃锚地水深条件较好，且已进行过扫海。根据8＃锚地周围的水深条件，对8＃锚地进行调整扩宽其范围，设计将8＃锚地扩大，充分利用10万吨级航道、厦金航道和拟建的刘五店深水航道之间的水域进行布置，并避开北面的疑存雷区。扩大后的8＃锚地为不规则五边形，水深12～23m，其附近海域底质以粗砂和淤泥为主，局部海域存在细砂，最大流速约0.96m／s，可满足5～10万吨级以下的船舶锚泊。具体位置详见表8。

4.2 设计船型船舶所需要锚地分析

4.2.1 锚泊水域面积

根据《设计规范》规定，单船舶锚位为一圆面积，当风力大于7级时，其半径为：

其中，R为单锚水域系泊半径（m）；h为锚地水深，取20m；L为设计船长（取15万吨级集装箱船，船长398m）。［4］

则一艘15万吨级大型船舶所需要的锚泊水域面积为一个半径623m的圆。

4.2.2 锚地水深

根据《设计规范》规定，港外锚地水深不应小于设计船型满载吃水的1.2倍，当波高（H4%）超过2m时，应增加波浪富余水深。

因此，拟建工程设计船型所需锚地水深为17.9＊1.2≈22m。

因此得出：工可报告规划新设湾口外3＃锚地设计基本能满足规范的要求，基本能适应设计船型目前临时锚泊的需要。但是湾口外3＃锚地尚未建设，这就要求3＃锚地建设应和拟建工程同步进行，同时投入使用。

厦门湾地形复杂，大型船舶锚地缺乏是今后厦门港高速发展面临的问题。

表8 新设锚地及调整锚地坐标表

5 港作拖船适应性分析

厦门港各作业区船舶进出港和靠离泊作业所使用的港作拖轮主要由厦门港务船务有限公司提供。据了解，厦门港务船务有限公司除了拥有12艘港作拖轮外，根据业务需求量还定造了多艘5000匹以上的港作拖轮。按设计船型作业时拖轮配备情况计算（10万吨级船舶重载作业时配2艘3600匹或以上的拖轮协助操作；15万吨级船舶重载作业时需配3艘4000匹或以上的拖轮协助操作）。目前，只要合理调配拖轮，港作拖轮基本上能满足和适应挂靠厦门港船舶的助泊需要。

6 评估结论和建议

通过以上对拟建工程的航道尺寸和主要参数、导航设施、锚地、拖轮进行理论核算和分析，拟建工程项目符合有关通航水域规划要求，对该通航水域的利用是合理、可行的，项目符合《设计规范》要求，能适应和满足设计代表船型船舶安全通航要求。

由于代表船型船舶尺寸大，受外界风流作用力大，船舶在进出港、靠离泊操纵中，对此应有足够的考虑和准备，各项操纵应有较大的安全余量，配备充足马力的拖轮助操。代表船型船舶在航行和靠离泊作业时对附近水域通航条件要求较高，必须做好通航安全的保障工作，服从海事主管机关的安排和指挥，确保通航安全。建议航道管理部门定期对旋回水域和航道进行测量和疏浚，以防发生搁浅事故。

1 交通部规划研究院.厦门港总体规划，2006（2）

2 福建省港航勘察设计研究院.厦门港主航道扩建三期工程初步设计，2009（9）

3 福建省港航勘察设计研究院.厦门港海沧航道扩建三期工程工程可行性研究报告，2010（3）

4 中华人民共和国交通部.海港总平面设计规范（JTJ211－99）［M］.北京：人民交通出版社，（2008年）

5 中国人民解放军海军司令部航海保证部.潮汐表（东海海区）［M］.天津：中国人民解放军海军出版社，（2011年）.

6 中国人民解放军海军司令部航海保证部.《航标表》（东海海区）［M］.天津：中国人民解放军海军出版社（2011年）