某港大型深水航道设计中几个关键问题的确定

张俊健，杨彩云，梁 婷

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

某港大型深水航道设计中几个关键问题的确定

张俊健，杨彩云，梁 婷

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

根据某港的到港船型、周边港口的航道等级及船型预测，分析确定航道的等级、大型船舶的吃水及通航宽度，分析船舶航行的适应性，为航道的优化设计提供科学依据。

船型预测；船舶吃水；通航宽度

引 言

从目前散货船发展趋势来看，散货船仍在向大型化发展，现有订单散货船的平均载重吨已达8.66万t，8万t级以下船舶所占比重将明显减少，而15万～30万t级船所占比重将明显增加，特别是25万 t级以上船将成倍增加。说明25万t级以上干散货船得到船东普遍青睐，将继15万～20万t级船之后成为铁矿石远洋运输的主力船型之一。近年 40万 t级船成为热点船型，根据初步统计，已下水和订造中的 40万 t级矿石专用船已达 30余艘。各个港口为了提高本港的吞吐量及自身的竞争力，也在不断的建设大型泊位和与之配套的大型深水航道。

在大型深水航道设计中，关键问题包括航道等级的确定、船舶吃水的确定、航道通航宽度的确定以及船舶航行适应性分析等。在这些关键问题中，笔者认为最关键的问题同时也是比较难确定的是航道等级及船舶吃水。因为合理确定航道等级及船舶吃水不仅可以使港口跻身大港行列，而且还能节省建设投资。笔者就某港大型深水航道设计的关键节点探讨这几个问题。

1 概 况

根据某港总体规划的调整，规划建设2个25万t级泊位，为使25万t级船舶能够进出港口，需要配套建设相应等级的航道。

航道建设等级确定为 25万 t级，需要了解目前到港船型情况及未来到港船舶预测，对航道等级的合理性、船舶吃水、通航宽度及船舶航行的适应性等进行分析论证。

2 航道等级的确定

2.1 周边港口的航道等级情况

在该港口的北侧和南侧港口均建设有30万t级泊位及航道，该港口建设 25万 t级航道显然不太具备和周边港口的竞争能力。因此，还应该在此基础上适当提高港口的航道等级。

2.2 经济船型

根据到港船型现状分析和国内外运输船舶发展状况及趋势分析，考虑今后该港大型散货泊位的增加，预测该港相关货类的到港船型构成与现状相比变化不大，但7万t级以上船比重将明显增加。根据铁矿石运输船型经济性分析及该港规划泊位情况，预测进口铁矿石南美、南非航线到港船型以20万～30万t级船舶为主，澳大利亚航线以15万～20万t级船舶为主；进口原煤到港船型以7万～20万t级为主。

2.3 到港船舶情况

目前该港现有主航道仅为 20万 t级，只能乘潮通航吃水19.5 m以下船舶，20万t级以上船不能满载进港。诸多吃水 19.5 m以上的矿石船或亏载到港或转移到其它港卸船，造成运力浪费和运费损失，给船方和货主造成经济损失。这一状况也与该港在全国的铁矿石运输地位不相匹配。

根据该港2013年到港船型分析，15万t级以上的船舶总艘数为459艘，20万t级船舶的艘数为290艘，占15万t级以上船舶63.2 %；25万t级船舶的艘数为36艘，占15万t级以上船舶7.8 %；30万t级船舶的艘数为42艘，占15万t级以上船舶9.2 %。乘高潮进港的最大船舶吃水为20.07 m。2014年到港船型15万t级以上的船舶总艘数为410艘，20万t级船舶的艘数为263艘，占15万 t级以上船舶 64.1 %；25万 t级船舶的艘数为 30艘，占 15万 t级以上船舶7.3 %；30万t级船舶的艘数为36艘，占15万t级以上船舶8.8 %。乘高潮进港的最大船舶吃水为20.05 m。2013年、2014年该港区到港船舶及所占比例见表1。

表1 近年15万t级以上船舶到港情况统计

综上所述，根据该港与周边港口 30万 t级泊位及航道的比较、到港船型现状及经济船型分析，通过与建设单位的沟通，认为该港建设 30万t级航道比较适宜，可以增加与周边港口的竞争力。同时将拟建的 2个 25万 t级泊位改成 1个25万t级泊位和1个30万t级泊位。

3 30万t级船舶吃水的确定

3.1 现行规范船舶吃水

依据《海港总体设计规范》JTS165-2013附录A选取的设计船型主要尺度见表2。

表2 30万t级设计船型主尺度

3.2 30万t级散货船满载吃水分析

根据英国clarksons 2014年的船型数据，按《海港总体设计规范》方法进行统计，30万 t级（275001～325000）船舶艘数为79艘，其满载吃水最小为19.82 m，最大为23.03 m，满载吃水分布见表3。由表3可见吃水≤21.4 m的30万t级船舶占总数的73.4 %，吃水≤22.1 m的30万t级船舶占总数的86.1 %。由于近年来30万t级船舶数量的增加，其保证率 85 %的满载吃水为22.1 m，比现行规范的吃水小0.9 m。

表3 30万t级船舶满载吃水分布

3.3 不同船舶吃水的航道疏浚量

通过上述分析，30万t级船舶的满载吃水可以按23.0 m、21.4 m和22.1 m来考虑。按21.4 m吃水考虑，疏浚量为3 500万m3；按22.1 m吃水考虑，疏浚量为4 785万m3；按23.0 m吃水考虑，疏浚量为5 470万m3。不同吃水的疏浚工程量，见表4。

表4 不同航道设计底高程的疏浚量

从表4可以看出，如果按吃水23.0 m计算，疏浚量比按吃水21.4 m计算多1 970万m3，工程费用高6.5亿元，如果按吃水22.1 m计算，疏浚量比按吃水21.4 m计算多1 285万m3，工程费用高4.2亿元（疏浚土吹填单价按33元/m3计算）。

3.4 30万t级船舶吃水的确定

通过上述分析，不管是从经济船型还是预测到港船型，航道通航船舶等级按 30万 t级设计比较适宜，再通过航道疏浚量及工程投资的比选，该航道通航船舶按满载吃水 21.4 m考虑，可以适应73.4 %的30万t级船舶进港。因此，将30万t级船舶吃水定为21.4 m是合理的。

4 航道通航宽度确定

根据 JTS165—2013《海港总体设计规范》6.4.2规定，航道通航宽度按照下式计算：

根据实际的测流资料，航道最大流速为1.07 m/s，流向 222°，与航道夹角为 75°，作用于船舶的横向流速为1.03 m/s，计算结果见表5。

表5 30万t级通航宽度计算

因此，航道通航宽度取值320 m。

靠近口门段横流较大，最大流速为1.44 m/s，流向288°，与航道夹角为39°，因此在航道转向后，为保证操船安全，船舶与航道底边间的富裕宽度分别增加1倍C，取为1.5B，航道通航宽度取为380 m，计算见表6。

表6 口门段通航宽度计算

5 船舶航行适应性分析

5.1 3.5万t级双向航道通航宽度

3.5万t级双向航道的通航宽度计算见表7。

表7 3.5万t级双向航道通航宽度计算

从表7计算可以看出，3.5万t级及以下的船舶可以双向进出港。

5.2 20万t级、25万t级船舶进港乘潮水位

20万t级、25万t级船舶进港乘潮水位计算见表8。

表8 船舶进港乘潮水位计算

由于该港的设计低水位为 0.57 m，大于 20万t级船舶进港所需的乘潮水位，因此，20万t级及以下吨级的散杂货船舶进港可以不乘潮，即可以全天候进港。从表8可以看出，25万t级船舶进港乘潮水位仅为2.3 m。

5.3 船舶航行适应性分析

该航道建成之后，3.5万 t级及以下散杂货船舶可以双向航行，20万t级及以下船舶不乘潮可以进港，即全天候可以进港，25万t级船舶乘2.3 m的潮位可以进港，73.4 %的30万t级船舶乘潮可以进港。

由于 20万 t级及以下船舶不用候潮，可以减少船舶在港的等候时间，同时由于3.5万t级以下的船舶可以双向进出港，可以提高船舶的通过量，提高港口的通过能力，增加港口的吞吐量，提高港口的竞争力。

6 结 语

根据港口的实际需要以及船舶预测情况以及上述的论证，笔者认为该港建设 30万 t级航道是适宜的，30万t级船舶的吃水取21.4 m是合理的。

通过上述分析可以看出，对于港口建设大型深水航道，首先需要根据港口到港船型及预测船型情况，确定航道等级。再根据自然水深条件、实际到港船舶吃水、工程投资等情况确定船舶吃水。就目前情况来看，30万t级以上的船舶到港艘数还比较少，况且统计的吃水远比规范的吃水小，在建设大型深水航道初期可以不必按规范的船舶吃水进行设计。希望本文能对其它设计者有所启发，起到抛砖引玉的作用。

Determination of Key Problems in Design of Large-scale Deepwater Channel

Zhang Junjian，Yang Caiyun，Liang Ting
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

The arriving vessel patterns of a port，channel level of neighboring ports and vessel pattern prediction are analyzed to determine the channel level，draught of large-sized vessels，navigable width，and study the applicability of vessels in navigation，which will provide a scientific basis for optimum design of the channel.

vessel pattern prediction； vessel draught； navigable width

U651+.3

A

1004-9592（2016）05-0015-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160504

2016-05-23

张俊健（1975-），男，高级工程师，主要从事港口及航道工程的设计研究工作。