适航水深技术在珠江口港口通航作业中的应用研究

◎ 王宇凯 广州海事测绘中心

适航水深技术在珠江口港口通航作业中的应用研究

◎ 王宇凯 广州海事测绘中心

本文从适航水深技术的前期论证和周期性测量出发，通过分析试航水深技术在珠江口相关港口应用的数据资料，评估适航水深资源的分布情况，为该技术的进一步推广提供科学依据。

适航水深 珠江口港口 适航水深淤泥重度值

我国珠江口流域分布着众多港口，其中广州港、深圳港、珠海港作为华南地区大型综合性主枢纽港，在经济持续快速发展的推动下，货物吞吐量持续增长，航线运输屡创新高，港口航道建设不断升级，但是受上游来水来沙、潮汐潮流、地形地质等条件的共同作用，泥沙在港池航道内淤积现象较重，对港口的通航作业和维护疏浚带来严重影响。

适航水深技术是利用部分淤泥层或回淤层作为水深使用而不影响船舶航行和靠、离泊作业安全的一项技术，在国外如荷兰鹿特丹、法国波尔多等港口早已得到应用。我国于2003年开始引进此项技术，开展科学研究，制定技术规范，先期在天津港等淤积较为严重的港口推广，取得了较为成功的经验。珠江口水域的深圳大铲湾一期码头港池、广州港南沙港区、珠海电厂港池航道也陆续开展适航水深的应用。通过近些年的研究推广，适航水深技术作为一项日趋完善，业已成熟的技术，在增加港池和航道的使用水深、延长维护疏浚周期、提高码头使用率方面获得良好成效。

本文从试航水深的前期论证和水深测量出发，通过分析试航水深技术在珠江口相关港口应用的数据资料，评估适航水深资源的分布情况，并为该技术的进一步推广提供科学依据。

适航水深资源分布

1.定义、前期论证及水深测量

1.1适航水深的定义

适航水深是指当地理论最低潮面至适航淤泥重度界面之间的垂直距离。我国通常采用高频测深仪的探测的水深作为图载水深，即通航水深，其反射界面的容重一般为1.05kg/L左右。适航水深是在图载水深的基础上加上适航厚度，该层间的淤积物主要为粘性细颗粒泥沙，密度小，易流动，沉积速度相对较慢，分布不均匀，往往呈浮泥状态，将这一部分厚度作为通航水深使用，不影响船舶航行和作业的安全性。

1.2前期论证

各个港口由于地理区位和地质条件不尽相同，因此淤泥的性质和分布有较大差异，作为适航水深测量中最为重要参数—适航淤泥重度值也各有不同。适航水深前期的论证主要是通过一系列的采样和试验确定适航淤泥重度值，为后期的测量提供统一的科学参数。

（1）现场泥沙取样。为分析港口泥沙淤积物质来源采集现场底质样品；为船模阻力试验采集现场淤泥样品；在港区内进行多点位密度测量。根据港口的具体情况，采样需要有一定的代表性，如采集底质样品时可采用洪、枯季各采集一次，密度测量时可考虑在港区有大型船舶进入时进行。

（2）泥沙水力特性试验。对现场取样中的每个泥沙样品进行颗粒试验分析，给出每个样品泥沙粒级变化；根据泥沙颗粒分析结果，选取代表样品经充分混合后进行泥沙水力特性试验，试验内容包括泥沙起动、静水和动水沉降、静水密实试验。

（3）泥沙流变试验。在现场采集样品中选取代表样品经充分混合后，采用流变仪进行泥沙流变试验，流变试验的样品数量不少于5个。使用不同的淤泥重度和剪切率测试样品。

（4）船模阻力试验。按不同的淤泥重度和船模速度分成不同试验组，对现场取样中的泥沙样品经充分混合后进行船模阻力试验。

通过以上试验的结果，并参照类似港口的标准值，通过综合分析确定港口的适航水深的淤泥重度值，为后期的试航水深测量提供参数依据。

1.3水深测量

按照试验确定的适航水深淤泥重度值，根据港口的气候、地理条件和船舶进出情况，合理安排水深测量周期，掌握港口试航水深资源的分布情况。以珠海电厂试航水深测量为例，年均测量9次。珠江口的台风季节通常为一年的6月-9月，为考察台风对港口回淤情况的影响，在这些月份加密测量，并尽量安排在台风过后。

根据工作原理和所选测量仪器的不同，适航水深的测量方法主要分为3种：铊测法、密度仪法、测深仪法。其中，铊测法操作简单、成本低，但测量精度、工作效率较低，只适合测量小范围内的试航水深；密度仪法测量精度和操作自动化程度有所提高，但操作较为复杂，费用投入也较大，不适宜大范围推广；测深仪法是基于密度仪法，利用回声测深仪低频测深信号在淤泥层中衰变的的特性直接测量淤泥层厚度，精度较高，可操作性较强，适用于大面积适航水深测量，也是现在比较通用的测量方法。

在采用测深仪法测量测量前，使用音叉式密度仪对淤泥密度进行采样，分别在测区有代表性水域采集底质淤泥样本，对密度仪进行校正。作业时，在回淤区域计划线上选取2-3个标定点，生成深度-密度曲线。然后使用回声测深仪以低频测量方式，按常规水深测量方法沿计划线施测，测深数据由SILAS软件，提取测深波穿透淤泥层时的特性值。最后，利用SILAS软件，根据深度-密度曲线和测深特性值，处理出各密度值对应的水深值。

2.适航水深技术具体应用分析

自2008年起，交通运输部天津水运工程科学研究院和交通运输部南海航海保障中心广州海事测绘中心合作，在珠江口的广州港南沙港区二期、深圳大铲湾一期码头港池、珠海电厂港池航道陆续开展适航水深的应用工作。其中，由天科院负责港区现场泥沙取样、试验及研究工作，由广州海事测绘中心负责周期性高低频水深测量。

2.1适航水深淤泥重度值分析

广州港南沙港区位于蕉门外鸡抱沙围垦区东侧，周围有虎门、蕉门、洪奇沥和横门等水道带来淤沙，天科院于2008年8月、9月、10月对南沙港区开展适航水深研究，确定南沙港区一期、二期港池内适航水深淤泥淤泥重度值应取12.3KN/m3较为合适；深圳大铲湾一期码头港池位于伶仃洋东岸、大小铲岛以东海域内，泥沙来源主要是虎门下泄的悬移质泥沙和蕉门输出的部门泥沙，经试验分析和测量确定该港区的淤泥重度值为12.2KN/ m3；珠海电厂港池及航道位于珠江口西部、黄茅海湾口东侧，潭江及西江经崖门、虎跳门挟带泥沙在此处淤积，2012年初天科院完成一系列试验确定该港区的淤泥重度值为12.4 KN/ m3。上述三处港口的区位条件在珠江口各港口中较有代表性，淤泥主要来自附近径流挟带的泥沙淤积，推荐的适航淤泥重度值数值差别不大，在经过一定时间的数据积累和综合分析后，对确定珠江口附近港口的淤泥重度值和开展适航水深调查均有较高的借鉴意义。

2.2适航水深资源分布

通过分析以上三个港区的适航水深分布情况，可以看出三个港区都有一定适航水深资源，在经过充分论证的情况下，可以在高频水深的基础上加上这部分的适航厚度，充分利用适航水深。

3.结论及推广

近些年，适航水深技术在珠江口港口通航作业中应用表明：

（1）在经过科学试验和充分论证的基础上，该技术已经在降低维护疏浚的成本、增大港池航道的通行能力等方面给港口运营方带来切实的经济效益和运作效率。

（2）通过对比已掌握的港口情况，给其他周边港口测定自身的适航水深淤泥重度值提供借鉴、参考。

（3）已开展适航水深测量的港口带来良好的示范效应，逐步得到海事、引航等部门的认可，为进一步推广开创了十分有利的条件。

[1]沈小明，裴文斌.适航水深测量技术介绍与探讨，水道港口，2003，24(2)：94～96.

[2]蔡树男，庞启秀，杨树森，韩西军.广州港南沙港区港池适航水深综合论证研究，水道港口，2009，（4）：254～256.

[3]JTJ/T325-2006，淤泥质海港适航水深应用技术规范.中华人民共和国交通部，2006.