港口的水域航道规划设计与安全评价研究

2016-07-12刘保军

大科技 2016年31期

刘保军

港口的水域航道规划设计与安全评价研究

刘保军

（重庆市交通规划勘察设计院重庆市渝北区 401121）

随着经济全球化的发展，世界各国的经济贸易往来更加频繁，我国在世界经济中扮演着举足轻重的角色，更是这场大戏中的主角，积极同世界各国联系来加强本国的经济发展。贸易往来的繁荣促进了交通运输业的发展，尤其是港口贸易更是促进了水路运输行业的兴盛，在这种背景下，运输船舶的形态和速度以及性能都在不停提升，而且船舶数量也在增多，给港口带来了极大的压力，港口必须做出相应改变对航道进行升级，来满足船舶的进出港需求，同时也增强船舶在港口行驶停泊的安全性和稳定性。本文在当前背景下对航道理论进行了分析，就港口的水域航道的规划设计和安全评价进行了一些研究，为港口交通贸易的发展做出贡献。

港口；水域航道；规划设计；安全评价

港口的水域航道规划设计一直都是港口运行的重要保证，设计要能够保证船舶在港口内的吃水要求，也要保证船舶在港口的航道内安全航行。而在经济全球化的新形势下，港口的旧航道已经不能够满足日益增长的交通运输需求，更多的船舶、更快的速度、更大的吨位使得陈旧的港口航道难以承担这么大压力的船舶进出，此时正是港口航道进行扩建的时机，在规模上和吃水量上都要进行扩大，来为船舶的安全航行保驾护航。当然进行港口水域航道的重新规划设计只是港口设备上的更新，要想让船舶安全地航行、提升进出港的效率，还需要制定合适的章程和要求，并督促船只严格执行，才能在安全和效率上有所保障。至于港口的水域航道的规划设计，主要是航道的选线和宽度两大项，本文对这两项的设计进行了具体的分析。

1 港口航道及其规划原则

航道是指在我国境内水域中能够通航的部分，而港口航道则是港口当局开辟的具有一定水深的水域，能够停泊、进出船舶，随着经济的不断发展，船舶运输的作用越来越重要，港口也需要进行再次规划设计来满足运输需求，而在设计时需要遵循一定的原则，保证航道能够充分发挥作用。

最重要的原则就是安全原则，航道在设计过程中一定要考虑到所有船舶进出的情况，将每种船只的型号和吃水量等考虑到位，保证最大的船只在进港过程中既不会碰壁也不会搁浅；至于航道形式，以直线为最好，可以减少船只在进港图中的转弯进而减少事故发生的可能性，但也要考虑实际情况，可以根据港口环境和运输要求进行调整；在航道的设计中，深度和宽度是两个重要因素，深度可以根据最大船只的吃水量来开挖，而航道宽度则要根据港口的日运输量来确定，为了保证港口的运输功能，航道宽度要在预定指标上扩大一些；除了功能外，规划设计也要考虑经济方面的因素，保证钱都用在刀刃上，而且在规划中也要对环境因素进行考虑，尽量不破坏生态环境。

2 航道选线

2.1 选线准备

航道选线表面上只是一项简单的选线工作，但它在选线之前还要考虑航道安全、工程量、维护工作和资金等方面的因素，确保使用最少的钱来达到最好的效果。在航道的选线中同样需要遵循一些原则，上述的投资小高效率就是一项原则，此外还有尽可能使工期短、尽可能使维护工作方便、尽可能使挖方量较少等。而且航道的选线设计工作是一项要求与实际结合的工作，并不是站在办公室中进行空想设计就能够实现的，设计人员要到港口进行实地观察，观察对象是港口的环境、附近水域的通航状况、港口的进出船舶信息以及将来几年内进出港口的船舶的数量及吨位等，只有在将这些因素都考虑并实地观察到，设计人员才能设计出具有实际使用价值的航道路线。此外，港口当地的水文条件和气候变化同样是需要考虑的因素，它们也能够影响航道的安全。有条件的选线设计可以采用专业软件进行模拟，通过模拟结果来分析设计是否合理。

2.2 轴线平面布置

在港口航道的轴线平面布置中，需要尽可能地保持直线，这对船舶进出港的效率和安全来说非常重要，但港口水域和环境使得全部直线航道有些不现实，需要满足一定的转向要求，亦即转向角，一般航道设计要求转向角不能超过30°，如果超出这个限制，那么船舶在航行时就需要在转向半径方面进行增大或是借助外力帮助，并且要尽量避免多次转向和S型的转向。

防波堤是航道布置中的重要工程，其进出口的布置处于安全考虑要选用直线，但必须转向，直线的距离要有一定的制动考虑，让船舶有足够的时间来停泊。在港口的建筑物和堤岸也是会对航行造成影响的因素，航道必须与这些事物保持一定的安全距离，如与固定设施的距离要大于3.5倍的设施宽度，与堤岸的距离要大于5L的宽度等，这样才能够满足航行和安全要求。

2.3 外部条件

航道选线同样需要考虑外部条件的影响，天气气候条件是一种因素，如风向和大风频率，选线是要找出水域大风频率较高的地区，避免选线与其正交；水文条件也是一种影响因素，水的流速对于船舶的港口航行有一定影响，甚至阻碍船舶安全停靠，对于那些速度较高的水流，航线要避免与其有较大夹角；浪潮也是影响航道选线的因素之一，也要注意航道轴线与强浪夹角的控制；防波堤门口处的航道条件对于船舶的停靠安全有一定影响，应该避免尾斜浪的影响。

2.4 河口航道选线

对于依托河流的港口来说，航道选线的布置要以河流的主要流动轴线为主，并且要考虑到航道的水深因素，若是水深不够可以通过开挖来实现水深的增加，但要注意水深是否能够稳定维持。有些河口容易受径流和潮流的影响，对这些港口的航道，要做好防护措施如防波工程。对于河口的航道来说，还要兼顾季节因素，尤其是北方地区的冬季，河流会出现冰冻期，航道选线时要注意参考或者做好相应的预防措施。

3 航道宽度

虽然航道选线给船舶选定了最佳航行的路线，但在实际航行中，要让船舶完全按照航道航行是不现实的，除了自然环境中的大风、浪潮等因素，轮船自身设备的属性也不是完美，即便能够通过操舵来控制前进方向，但离精准地沿着航道航信还差很多，因此广义上的航道还包括航道轴线周围的宽度，在这个范围内航行能够保证船舶进出港的效率和安全性能。而航道宽度则包括船舶间的富裕宽度、航迹带宽度和航道底边与船舶间的富裕宽度，上述我们所说的航道轴线周围的范围即是航迹带宽度，在港口设计中航迹带宽度一般为2.0～4.5B，即可适用于所有船舶的航行要求。

所谓的船舶间的富裕宽度可以通过字面上的意义来理解，就是同一航道上两艘轮船相遇时要保留的距离范围，这是因为两艘轮船之间会产生相互作用吸引轮船靠近，为了避免船吸引发的安全事故，要保证两艘船之间的足够距离。两艘轮船之间产生的吸引力可以大致分为两类，即横向作用力和回旋力矩，一般来说在船舶间的吸引力中其主要作用的是回旋力矩，但前者的作用同样不可小觑，在某些特定环境下产生的力矩更大。为了对船舶间的富裕宽度做出合理的设计，设计人员除了要对航道的水域条件进行调研和考察外，也可以参考此前相似类型的航道宽度设计，相互对比进行设计。一般来说去100英尺或者最大船宽。

航道底边与船舶间的富裕宽度是指航道与槽壁之间的距离，而槽壁则是指由于航道内外的水深差引起的，船舶在行驶中会与槽壁产生吸引力，发生与上述轮船间碰撞的相似问题，与河岸发生碰撞或者搁浅，而且随着贸易的繁荣，船舶的体型在不断变大、速度在不断增加，导致这种岸吸现象更为频繁地出现，所以要保证航道底边与船舶间的富裕宽度，这个宽度没有一般数据，根据船舶本身和航行速度等因素所决定。

对于航道宽度的设计并不能仅仅依靠对过于航道宽度设计的经验和一些文献，还要考虑到航道长度、自然条件等因素，若是自然环境恶劣而航道又长的话，要对航道宽度进行拓宽。在一般港口的航道中，双向的宽度为最大船舶宽度的8倍左右，而单向的话则是5倍左右。

4 安全评价

安全永远是航行过程中不变的主题，即便是效益也只能放在一边，但安全也是效益和效率的代名词，在有安全保障的前提下自然能够实现前两者。轮船在航道上航行的安全受到多方面因素的影响，如气候、管理等，为了保证轮船航行的安全，港口当局除了对航道进行合理的规划外，还要出台各项措施来提高轮船航行的安全系数，通过风向、能见度、深度等指标为轮船的航行提供参数服务。

5 影响环境

航道的规划设计除了要注意航道的性能外，也要注意对当地生态环境的影响，如航道开通过程中需要进行的疏浚、爆破、筑坝等工程会造成一定程度的环境破坏，如产生燃油废气等大气污染、燃油与废水对水源的污染等，其他还产生对周围生态系统的影响，如鱼类和一些底栖生物、藻类植物等生存环境，这些污染和破坏环境行为都可以通过设备和工艺控制在一定范围内，使得港口在发展经济和贸易的同时也能兼顾到当地的生态环境。