黄骅港综合港区、散货港区20万t级航道平面方案优化

邢 军，杨松姗（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）



黄骅港综合港区、散货港区20万t级航道平面方案优化

邢 军，杨松姗
（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

为了保证船舶通航，满足港口运营需要，港口航道方案的设计至关重要｡本文对黄骅港综合港区、散货港区 20万t级航道总平面布置方案进行研究分析，结合自然条件和制约因素选取合理的航道轴线，选择合理的设计参数，优化航道设计方案，可为沿海港口航道设计提供参考｡

黄骅港；进港航道；航道轴线；通航宽度；设计底高程

引　言

根据黄骅港总体规划，在进港航道条件具备的情况下，预测黄骅港进口铁矿石将以 15～20万t级船舶运输为主。由于矿石进口货主多、批量小等因素，到港的7～12万t级船舶也将占有一定比重。为了保证黄骅港散货港区20万t级矿石码头运营需要，实现20万t级散货船舶满载乘潮进出港，也使5～10万t级船舶实现全天候进出港，研究建设了20 万t级航道工程｡本航道定位于满足综合港区、散货港区未来大宗散杂货发展需要，港区航道建设达到20万t级的规模。

受海底油气管线等外部条件影响，港区规划的直线型航道无法满足航道等级提升的要求，面对港区生产泊位对通航20万t级船的迫切需求，港区亟需对规划方案进行优化、调整。本文对黄骅港综合港区、散货港区20万t级航道方案进行研究分析，以选取合理的航道轴线，优化航道设计方案，在满足港口通航作业要求的同时，节省工程投资｡

1　工程概述

黄骅港综合港区现有10万t级航道为单向航道，航道长44 km，设计有效宽度210m，设计底高程-14.5m（以黄骅港理论最低潮面为基准），满足10万t级散货船乘潮满载航行。

黄骅港是河北省中南部、沧州市以及陕、晋、蒙等大西北地区的重要出海口，有大量石油、矿石、集装箱和件杂货由港口进出。渤海新区作为黄骅港的临港工业区，产业集聚明显，中钢、中铁、中海油等国内大型企业集团纷纷在此投资建厂兴业，铁矿石进口需求大幅增长，现有10万t级航道已无法满足铁矿石运输船舶的通航需求，因此，亟需结合拟建20万t级矿石码头，对现有10万t级航道进行改造提升。

2　原设计方案

根据港区规划，20万t级航道工程是在10万t级航道基础上的扩建工程｡航道起点为里程3+700，轴线在里程3+700～44+000之间按10万t级航道轴线不变，按直线型，航道向双侧拓宽、延伸至相应天然水深处｡

按单向航道设计航道宽度，根据实测资料分析，航道附近的海流基本为往复流型，风、流压偏角γ取7°，船舶漂移倍数n取1.69，航速按8 kn计算，船舶与航道底边的富裕宽度取一倍船宽，计算通航宽度为250m｡

根据规范，按乘潮4 h，保证率90%，乘潮水位为2.47m｡设计底高程为-19.0m｡

3　方案优化

3.1优化原则

1）本航道等级为20万t级，优化航道尺度仍需满足20万t级散货船设计船型全年乘潮入港｡

2）根据中海油油气管线改造方案优化航道转折点及轴线走向｡

3）优化航道底高程：结合港区船舶通航密度适当降低乘潮保证率，但需避免船舶候潮时间过长，造成船舶压港；设计水位采用分段潮位；缩短维护性疏浚间隔，减小航道备淤深度｡

4）优化航道通航宽度，保证航行安全｡

3.2轴线走向优化

选择合理的航道轴线走向，需从多个方面去考虑，包括水深、波浪、潮流、泥沙环境、底质以及工程投资等因素｡对于水深而言，航道轴线应尽量选择垂直等深线走向，这有利于缩短航道的开挖长度；对于波浪而言，应尽量减小航道轴线与常、强浪向的夹角，有利于船舶航行及降低航道淤积；对于潮流而言，也需避免与航道夹角过大，尤其是粉沙质海岸，在大风天气下，近底处含沙量较大，由于泥沙沉降速度较大，临底泥沙在穿越航道过程中，基本上完全落淤，对航道危害很大，潮流方向与航道轴线的夹角越小，泥沙落淤也会相应减少；对底质而言，应尽量选择易于航道开挖及维护的轴线走向。

图1　航道轴线示意

由于10万t级航道轴线延长线与附近中海油海底输气管线三通垂直距离只有360m，不满足海底输气管线下沉改造的要求，所以20万t级航道轴线需要在10万t级航道基础上进行偏转以避开输气管线三通｡

综合港区25万t级、30万t级散货航道底高程约为-21.5m和-24.0m｡25万t级航道轴线距离水下三通最少2.5 km，结合港区远期发展，航道轴线距离水下三通按不小于3 km考虑｡

根据水深条件，考虑两个轴线方案：方案一航道轴线在里程44+000向北转30°；方案二在里程44+000向北转13°｡

两个方案航道轴线均可以避开海上生产平台和海底输气管线，方案一航道轴线距离中海油海底管线三通距离较远，输气管线三通基本对航道没有影响；方案二航道轴线延长线距离海上生产平台约4.9 km，距离海底管线三通约3 km｡航道轴线转角是在保证输气管线改造技术要求及三通安全的前提下较小的角度，没有考虑海底输气管线和三通超出现有技术要求下的其他改造可能｡

方案一航道轴线基本垂直等深线，航道长度最短，疏浚量比方案二少。但由于该海域高程变化较缓，两方案总疏浚量相差很小｡

方案一由于航道轴线转角达到30°，对于在航道中以10 kn速度航行的20万t级船舶来说具有较大的操船难度｡方案二航道轴线转角13°，在一定程度上降低了操船难度｡

综上所述，从安全距离、工程量、远期发展来看，确定方案二作为最终的优化方案｡

航道3+700～44+000段，轴线方位为239°30′00″—59°30′00″，航道轴线在44+000处，向北转13°，航道轴线方位为226°30′00″—46°30′00″，航道延伸至天然水深-18.3m｡

3.3通航宽度优化

按单向航道设计航道宽度，按规范计算：

式中：

A为航迹带宽度，A=n（Lsinγ+B）。γ为风、流压偏角，根据实测资料分析，航道附近的海流基本为往复流型，γ取7°；防沙堤口门附近横流较大，风、流压偏角取10°｡n为船舶漂移倍数，取1.69；

c为船舶与航道底边的富裕宽度，取船宽；根据上式计算，航道按20万t级散货船设计，有效宽度取250m｡

另外，防沙堤口门19+500～22+500附近横流较大，风、流压偏角按10°取，口门附近航道有效宽度为280m｡

3.4设计底高程优化

由于航道较长，为节省工程量，考虑适当降低乘潮保证率，采用全年乘潮保证率80%，冬季乘潮保证率50%的潮位｡

本航道每潮次船舶进出港所需时间，根据航速计算ts=3.734 h，取为4 h，即20万t级散货船进港乘潮历时4 h｡根据船舶进港航速规律，采用分段乘潮取设计水位，分别采用乘潮3 h（航时3 h），乘潮4 h（航时0.5 h），乘潮5 h潮位（航时0.5 h）｡船舶在高潮前约1.5 h抵达航道起点，高潮前1.5 h至高潮后2.5 h期间的潮位满足20万t级船舶满载进港｡

黄骅港航道泥沙淤积物的来源一是大风浪天气条件下，风浪掀起大量滩面泥沙，泥沙随水流进入航道后淤积；二是离岸流带走岸线泥沙，运移到航道落淤。港池、航道外侧呈环抱式的南、北防波堤已建成，对改善20万t级航道内的波浪、水流条件和减淤有较大帮助。防沙堤延伸至-8m水深后，10年一遇骤淤最大淤积强度1.08m，从航道淤强和水深的角度，如果南、北防波堤延伸建设的南、北防沙堤能保证20万t级航道在10年一遇大风淤积情况下，航道水深仍保证15万t级散货船的通航要求，同时满足20万t级散货船乘潮通航的要求，满足航道整治标准。

20万t级航道工程航道设计底高程取为-18.3m，为了保证发生骤淤的情况下，仍保证航道具有一定的通航条件，根据防沙堤减淤效果分析研究结论，加大里程19+500～25+000段航道的备淤深度，备淤取0.6m，即里程19+500～25+000段航道航道设计底高程取-18.5m｡

3.5比较分析

20万t级航道里程3+700～44+000，航道轴线方位 239°30′00″—59°30′00″，航道轴线在里程44+000～60+500段，在44+000处（水深-14.5m），向北偏转13°，延伸至天然水深-18.3m，折线段轴线方位为 226°30′00″—46°30′00″｡航道通航宽度250m，总长度56.8 km，通航底高程-17.9m，航道内考虑0.4m备淤深度，航道设计底高程-18.3m，里程19+500～25+000段航道的备淤深度取0.6m设计底高程取-18.5m｡防沙堤口门19+500～22+500附近横流较大，航道有效宽度取为280m｡

表1　方案优化对比

4　结　语

本文结合港口作业航道通航要求，对黄骅港综合港区、散货港区20万t级航道工程方案进行优化，选取合适的航道轴线，优化后航道轴线距离中海油海底管线水下三通垂直距离 3.0 km为给贯穿航道的中海油海底管线留出足够的加深改造条件。选取恰当的通航水位以计算航道底高程，选取恰当的备淤深度，在满足设计船型通航要求，节省航道基建投资，提高港口航道服务水平，为港区进行航道等级提升奠定了技术和经济基础｡为沿海港口长航道的通航标准、断面参数确定提供了借鉴和参考｡

［1］黄骅港综合港区、散货港区20万t级航道二期工程初步设计报告［R］.天津：中交第一航务工程勘察设计院有限公司，2013，7.

［2］中交第一航务工程勘察设计院有限公司.海港工程设计手册（中）［M］.北京：人民交通出版社，2001：276-279.

［3］黄骅港综合港区、散货港区20万t级航道工程通航安全评估报告［R］.大连：大连海事大学，2011，7.

Optimum Layout of 200 000 DWT Approach Channel to Comprehensive Harbor and Bulk Cargo Harbor at Huanghua Port

Xing Jun，Yang Songshan
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

To guarantee the navigation safety and meet the requirement for the port operation，the design of port channel layout is very important.Based on 200 000 DWT channel project of comprehensive harbor and bulk cargo harbor at Huanghua Port，its general layout plan is analyzed.The research results are combined with natural conditions and restricted factors to select a proper channel axis，determine design parameters and optimize the channel layout，which may provide a reference for the design of other coastal port channels.

Huanghua Port； approach channel； channel axis； navigation width； design bottom elevation

U651+.3

A

1004-9592（2016）04-0012-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160403

2016-05-19

邢军（1971-），男，高级工程师，主要从事港口航道规划、设计工作｡