桥区航道通过能力分析

淦学甄，艾万政

(浙江海洋学院海运学院，浙江舟山316021)

桥区航道通过能力分析

淦学甄，艾万政

(浙江海洋学院海运学院，浙江舟山316021)

运用理论分析的方法探讨桥区影响航道宽度的因素,提出桥区航道通过能力的计算方法,认为确认桥区航道通过能力应考虑水深、航道宽度及桥梁净空高度等影响因素,桥区航道宽度应该是船航迹带宽度、风致漂移量、流致漂移量、船间安全间距的叠加。

桥区;航道;通过;能力;操纵性

我国主要的三大内陆航运水系,即长江水系、珠江水系和京杭运河水系,现有各种桥梁近300余座,其中长江水系和珠江水系分别有100多座,京杭运河水系有桥梁50余座［1-3］。我国沿海地区已建和拟建的跨海大桥有东海大桥、杭州湾大桥、舟山跨海大桥、厦漳跨海大桥、琼州海峡跨海大桥以及港珠澳大桥,等。桥梁给交通运输带来方便,促进经济发展。但是桥梁建设也必须充分考虑桥区船舶的通过能力,合理布置好桥区航道,以有效控制船舶的安全通航。如果桥区航道布置不科学或桥梁选址不当,桥梁有可能成为阻碍航运发展的“瓶颈”。关于桥区航道的通过能力,学者普遍认为主要与航道宽度、通航水深及桥梁净空高度有关［4-6］。关于桥区航道宽度对桥区船舶通过能力的影响,截止到目前还没有统一的标准。相关规范对桥区航道宽度的设计,也仅仅局限于从代表船型尺度入手,也没有充分考虑桥区的特殊水流条件及船舶的操纵性［7-10］。因此,有必要从安全通航的角度出发,充分考虑各种因素,论证桥区航道的船舶通过能力。

1 理论分析

影响桥区船舶通航的条件包括水深、航道宽度及桥梁净空高度等。探讨桥区航道的通过能力,应该从这三个方面入手［11-14］,见图1。通航水深及桥梁净空高度只要满足设计要求即可,而航道宽度是影响桥区航道通过能力的至关重要的因素。

图1 桥区船舶安全通航条件示意

在单向通航条件下,桥区航道通过能力的宽度条件包括:船舶的航迹带宽度、船舶的风致漂移量、流致漂移量、船与桥墩的安全间距。双向通航时,除了要考虑单向通航的所有条件外,还必须考虑船间间距。

1)漂移量数学模型。考虑各种流的影响,漂移量(ΔB1)用式(1)计算［15-16］。

式中:S——计算河道长,m;

V——船速,m/s;

U——流速,m/s;

α——偏航角;

β——流向角。

船舶在航行中受风影响,漂移量ΔB2为。

式中:K——系数,一般取0.038～0.041;

Ba——船体水线上侧受风面积,m2;

Bw——船体水线下侧面积,m2;

Vs——风中船速,kn;

Va——相对风速,m/s;

α——偏航角;

β——流向角。

2)船舶过桥航迹带宽度ΔB3。

式中:L——通航船舶的船长;

B——通航船舶的船宽。

3)船间间距。两船会船时,两船间必须留有足够的安全会让距离。相关规范在充分考虑船吸效应的基础上,推荐船间间距ΔC的计算公式如下。

式中:L1,B1——会遇中船型较大船舶的长和宽。

4)船与桥墩安全间距。桥墩周围存在较大的紊流漩涡区,在紊流漩涡区内,船舶的操纵性较差,船舶不宜在此区域内航行。因此,桥墩紊流漩涡区范围可认为是船舶与桥墩应保持的安全间距,桥墩紊流漩涡区范围可表示如下［6］。

式中:D——桥墩半径,m;

U——流速,cm/s;

L——船距离桥墩的安全距离,m。

5)单向通航宽度。船舶在桥区单向通航时,所占航道宽度应该是通航船舶航迹带宽度、风致漂移量、流致漂移量及船与桥墩安全间距的叠加。根据以上分析,桥区单向通航所占航宽BT为

6)双向通航宽度。船舶在桥区双向通航时,应该考虑上下行船舶的航迹带宽度、风致漂移量、流致漂移量以及2L,还必须考虑船间间距ΔC。

2 应用实例

某在建桥梁的设计单向通航净宽135 m,双向通航净宽195 m,净空高度80 m,水深20 m。桥墩半径10m,拟通过3 000 t级杂货船。按照以上桥区通过能力的分析方法,计算出的双向通航宽度和单向通航宽度分别见表1、2。

表1 船舶双向安全通航宽度分析

表2 船舶单向安全通航宽度分析

实例数据分析如下。

1)桥梁的净空高度有80 m,水深有20 m,对于一般的3 000 t级的杂货船,桥梁高度和水深均能满足通航要求。

2)对于单向航行:拟建桥梁的设计通航净宽为135 m,对于设计最大代表船型(3 000 t级杂货船),桥梁通航净宽完全能满足代表船型在6级风条件下通航安全的要求,并且桥孔还有一定的安全富裕宽度。

3)对于双向航行:拟建桥梁的设计通航净宽为190m,在3级风条件下,对于2 000 t级散货船及3 000 t级杂货船,桥梁通航净宽完全能满足代表船型对驶通航安全的要求,并且桥孔还有一定的安全富裕宽度。

在6级风条件下,除以下3种情况外,桥梁通航净宽完全能满足代表船型对驶通航安全的要求,并且桥孔还有一定的安全富裕宽度。

1)两艘2 000 t级散货船空载对驶(包括涨潮和落潮时)。

2)一艘2 000 t级船舶与一艘3 000 t级船舶空载对驶(包括涨潮时)。

3)两艘3 000 t级船舶对驶,两艘船舶均空载或其中之一空载对驶(包括涨潮)。

3 结论

通过理论分析桥区航道船舶双向通航和单向通航能力的理论宽度,得出在水深、航道宽度及桥梁净空高度同等条件下,船舶通过桥区的最小安全距离除受船航迹带宽度、风致漂移量、流致漂移量、船间安全间距以及船与桥墩的富裕距离等因素影响外,还受到船舶富裕水深的影响。富裕水深对桥区航道的通过能力的影响需要在今后的研究中完善,以便得出更为有效、实用的桥区航道通过能力的理论依据。

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Study on Passing Capacity in Bridge Waters

GAN Xue-zheng,AIW an-zheng
(Navigation School of Zhejiang Ocean University,Zhoushan Zhejiang 316021,China)

The factors influencing the fairway width in the bridgewaters are analyzed theoretically,and themethod to determine the passing capacity in bridge waters is put forward.It can be concluded that the factors affected passing capacity in bridge waters are water depth,fairway width and bridge's air draft;the fairwaywidth is composed of ship's track width,thewind-induced ship-adrift,the current-induced ship-adrift and the safe distance between ships and so on.

bridge waters;fairway;passing;capacity;maneuvering

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.03.031

U697

A

1671-7953(2015)03-0132-04

2014-11-27

修回日期:2015-01-16

浙江省海洋渔业装备技术研究重点实验开放基金(MFET201402);浙江省自然科学基金(Y510084)

淦学甄(1979-),男,硕士,讲师

研究方向:通航水力学及通航安全保障

E-mail:gxz0310@sina.com