舟山航道网络优化布置关键技术研究

艾万政 刘 虎

（浙江海洋学院 舟山 316000）

1 引 言

舟山群岛是我国南北航线的中点和必经之地，其众多岛屿纵横交错，形成了通航条件优越的各种天然航道.舟山航道的主要缺陷体现在以下几个方面：（1）航道复杂，各航道之间相互穿插衔接，且航道布置时没有充分考虑船舶的操纵特性；（2）弯曲航道较多，且转弯角度较大，瞭望视线往往受到山体遮挡；（3）航道附近危险物较多，部分水道中间布满渔网和礁石，对通航安全造成危险；（4）航道内潮流流速较大，且流向复杂多变.由于这些原因，导致通航不畅的事情发生频率较高，据相关资料统计，在宁波－舟山港海域每年发生的交通事故都高达100多起，造成的经济损失少则几百万元，多则千万元.表1为2002年到2007年宁波－舟山港水域交通事故统计资料.由此看来，合理布置舟山的航道，减少交通事故发生的概率，对于保障舟山港航经济持久快速增长有着十分重要的意义.

表1 02～07年宁波－舟山港事故统计

目前舟山航道的布置方法，跟我国其他港口的一样，主要是参照我国的《内河通航标准》［1］及《海港总平面设计规范》的要求进行设计.但按照《内河通航标准》及《海港总平面设计规范》来设计的航道，并没有充分考虑船舶的操纵特性，尤其是风和流等动态因素对船舶运动的影响［2］.用这样的方法来布置航道尺度，不利于通航安全.舟山港所出现的水上交通事故，有相当一部分与航道的这种布置缺陷有关.因此有必要结合船舶的运动特性来研究航道布置问题［3－4］.本文在结合船舶操纵特性的基础上，提出舟山航道优化布置设计方法.

1 舟山航道现状

舟山港现有的港口泊位只要集中于定海、老塘山、金塘、沈家门、马岙、高亭、六横、衢山、泗礁、绿华及洋山等地.舟山海域共有大小航道170多条，其中到达定海港的航道就达到17条之多.金塘水道、螺头水道、册子水道，以及虾峙门航道是供大型船舶进出宁波港及舟山港的重要通道.舟山的主要航道分别分布于其南部海域、中部海域及北部海域.南部海域的主航道由中部的螺头水道向外海方向分别与福利门、清滋门、虾峙门、条帚门、双屿门、汀子门及青龙门相接，向内分别与册子水道和金塘水道相通.中部海域的主要航道岱山水道，其北接岱衢洋，南通龟山航门、灌门水道及黄大洋.北部航道主要是洋山港区、泗礁港区进出港航道，衢山客运航道以及进出绿华山锚地、长江口以及北方各港的航道.舟山各主要航道情况见表2.

舟山群岛的部分航门、水道的涨落潮流速可达3～4kn，强劲的水流对维持港口岸线和航道水深起关键性作用.舟山港每年约有3.7次台风影响本地区，最大风力可达12级以上.舟山主要航道的水深条件、宽度条件以及气象条件，也决定了各自的通航状况.

表2 舟山港域主要大型航道现状

2 舟山航道优化布置方法

2.1 航道布置应考虑的因素

对于可通航的航道而言，水深、净空高度、航道曲率、航道宽度是保障安全通航的必要条件［5］.虽然舟山跨海桥梁较多，但由于受到我国通航标准的约束，现代桥梁的建设高度一般都较高，且几乎都能满足船舶通航净空高度的要求，因此净空高度问题不是现在通航的主要问题.为了满足通航的条件，航道的水深最低要大于船舶的吃水加富余水深，由表2可以看出，舟山主要航道的水深均在15m以上，再加上潮水带来的水深，舟山主要航道水深几乎均能满足10万t以上船舶通航的要求.因此，对于舟山航道布置的关键问题，主要是考虑顺直航道的宽度和弯曲航道的宽度问题.关于这两个问题，单纯从船型尺度来探讨航道宽度是不够的.因为航道的主要功能是供船舶通航，离开船舶的操纵特性来谈航道问题也是不科学地.因此有必要结合船舶的操纵性来深入探讨航道宽度.

2.2 顺直航道所需要的航宽

顺直航道的宽度应该包括航迹带宽度、风致漂移量以及流致漂移量.其中双向通航的航迹带宽度公式可表示为：

式中：B为航道标准宽度；b为代表船型船舶宽度；L为代表船型船舶船长；a为航行漂角；Δb为上、下行船间的横向间距，Δb＝（L×sinα＋b）／2；D为船岸间的安全距离，D＝（L×sinα＋b）／4.流致漂移按照下式求取，

风致漂移计算公式为

式（2）及（3）中：S为计算河长，m；V 为船速，m／s；U 为流速，m／s；K＝（ρa×Ca／ρwCw）0.5，该系数一般取0.038～0.041；Ba为船体水线上侧受风面积，m2；Bw为船体水线下侧面积，m2，取Bw＝L×d；Vs为风中船速kn；Va为相对风速，m／s；α为偏航角；β为流向角.顺直航道的宽度应该是根据式（1），（2）及（3）的计算结果叠加而成.

2.3 弯曲航道宽度

对于弯曲航道的宽度，应该在相应顺直航道宽度的基础上适当加宽.船舶过弯见图1［6］.

船舶过弯必须甩尾，这一甩尾量可以作为弯曲航道的加宽值，由图1可见，船舶过弯甩尾量可以用下面的公式确定

1）当α1＞0，α2≥0时

图1 船舶过弯

式中：b为船宽；L为船长；P为船舶转心距船尾的距离.

2）当α1＞0，0≥α2≥－α1时

3 舟山航道布置探讨

要合理布置航道，在设计时可按照下面的步骤进行：首先，了解航道的用途，也即是确定要设计的航道用于什么样的船舶通航，这样也就确定了代表船型，由代表船型船舶的船长、船宽，即可以按照式（1）确定航道的航迹带宽度；其次，了解所要建航道地方的风流条件，这样可以根据式（2）和（3）确定风流所致船舶的漂移量；最后，如果航道是弯道，还应按照式（4）或（5）确定弯曲航道宽度加宽值.以下是航道设计案例：如果某部门设计某双向通航顺直航道的航宽，该航道预计要通过30万t的油船（其代表船型的船长320m，船宽60m），舟山当地的流速取10m／s，流向角取3°～5°，风力按照8级取值，则按照式（1）～（3）所计算得出的航道宽度应该为610m.按照这一要求，可以确定舟山部分航道能满足这一条件，而另外一些航道则不能满足30万t油船的通航条件，见表3.但是不能满足30万t油船通航条件的航道，也可按照上述设计方法，分别设计成5万，10万，15万，20万t或25万t船舶的通航航道，更低等级的航道甚至可设置成渔船专用航道.这样设置舟山的航道，不但能保证舟山水域的通航安全，而且可以实现舟山“航道尽其能”，充分利用了舟山水域的通航资源.

表3 30万t油轮航道通航条件

4 结束语

通过充分考虑船舶的操纵特性（如船舶过弯甩尾特性、风致漂移特性及流致漂移特性），以实例说明的方式，提出了舟山水域通航航道优化布置设计的方法，克服了单纯以代表船型尺度来设计航道尺度的缺陷.本论文所提出的航道设计方法，可以供航道部门或海事部门在设置浮标时进行参考.

［1］中华人民共和国交通部.GB50139—2004内河通航标准［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］谭 箭.弯窄航道通航单船最大平面尺度的确定方法初探［J］，水运科技信息，1998（6）：9－10.

［3］杨志军，艾万政.具有弯曲特性河道上桥梁通航宽度的探讨［J］，水运工程，2007（3）：65－70.

［4］FUJII Y.Some factors affecting the frequency of accidents in marine traffic［J］.Journal of Navigation，1974，27（2）：235－252.

［5］PEDERSEN P T，ZHANG S.The mechanics of ship impacts against bridge［C］.Proceedings of Int.symposium advances on ship collision analysis，Copenhagen，1998：41－52.

［6］刘明俊.船舶过弯道所需航宽建模［J］.武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2006，30（1）：15－23.