广州港主航道利用边坡通航优势探讨

陈德和

摘 要：广州港航道狭长，升级建设成本巨大，建设周期长。本文通过分析广州港主航道以及航行船舶的特点，分析利用航道边坡通航的优势；同时，为如何有效使用航道边坡通航提出一些建议。希望通过有效使用航道边坡通航，达到充分利用航道以及毗邻航道可航水域资源的目的，在节省港口航道投资建设成本的同时航道级别为港口发展提供有力支持。

关键词：港口 航道 航道边坡 可航水域资源

1.引言

广州港是中国华南地区最重要的综合型大港之一。广东省的海运煤接卸量、油品接卸量、粮食接卸量以及内贸集装箱吞吐，广州港的完成份额分别占60%、40%、30%、80%。根据相关分析，广东省每增加1亿元的GDP，广州港就增加2310吨的能源物资吞吐量。可见广州港与广东省以及其腹地的经济发展具有高度的正相关性，为腹地经济发展提供有力的服务与支持作用。

广州港与国内外许多知名的河口港一样，出海航道弯曲狭长，天然水深浅，航道建设投资大，周期长，维护成本高。广州港的建设过程就是一个航道的建设过程。建国前，广州港主航道的水深主要为天然水深，最浅的水深仅为5米左右。1954年，广州港将莲花山西航道建设为底宽120M，维护水深7.2M；伶仃航道建设为底宽150M，维护水深-6.9M。工程完成后，万吨级的船舶可以乘潮进靠黄埔老港。1975年，为了配合黄埔新港的建设需要，广州港主航道虎门以内航段建设为底宽140M，维护水深-9.0M；虎门以外航段建设为底宽160M，维护水深-8.6M；工程期持续四年。进入20世纪90年代中期，为了适应区域经济的快速发展，广州港也加快了航道建设的步伐。广州港出海航道一期工程：1996年开始预备工程，工程施工标准为桂山至二虎锚地航道底宽160M，维护水深-10.5M，全场80KM；工程于1998年11月正式开工，工期持续两年，以底宽160M维护水深-11.5M标准建设，并于两千年年底竣工。广州港出海航道二期工程：开工于2004年3月份，施工标准为底宽160M，水深-13M（其中莲花山东航道底质为岩石航段浚深至13.2M）；施工航段从桂山引航锚地至大濠州的D7掉头区，全长115KM。工程于2006年竣工交付，广州港出海航道二期工程竣工后，大幅度地提高了广州港出海航道的航道通过能力，5万吨级的船舶可以乘潮满载进靠西基港区。由于要适应南沙港区的发展需要，南沙港区出海航道拓宽工程于2006年3月份动工，并于该年10月份竣工。工程将南沙港区至桂山锚地航段按标准底宽250M水深-13M建设。广州港出海航道三期工程：广州港出海航道三期工程分两步实施；第一部试挖工程按底宽226M，水深-15.5M的标准施工，于2006年12月份正式动工，并于次年十月份完工投入试航；第二步按有效宽度为243M，水深-17M的标准施工；于2009年开工，工程持续三年，于2012年竣工。广州港出海航道三期工程竣工后，10万吨级集装箱船可全天候单向进出南沙港区，12万吨级散货船可乘潮进出，5万吨级船舶可全天候双向进出。

近年来全球船舶大型化步伐加快，广州港出海航道的级别开始跟不上到港船舶的要求。据2015年的数据统计，广州港平均每天有两次以上的交通管制，交通管制的主要原因是由于有超大型船舶进出港，航道的级别只允许大船单向通航，其他船舶不得与管制船舶于航道内对遇。广州港出海航道狭长，有时交通管制长达五六小时，过多的交通管制严重影响进出港船舶交通流的流畅性，港口的运转效率也受到影响，从长远的角度考虑必然影响到港口的持续发展。广州港出海航道再升级建设是迫在眼前的重要任务，同时合理规划与协调利用航道的边坡通航，对提高航道的通过能力和降低航道的建设成本都具有积极的意义。

2.广州港主航道地质与边坡特点2.1广州港主航道地质特点

广州港是河口港，水域地区地层形成受到海陆交互影响，土层可分为三层：淤泥及淤泥混沙层、粘性土层以及沙层。航道各航段都分布有淤泥及淤泥混沙层；沙层夹层状分布于淤泥土中，主要由中沙及细沙组成；黏土性土层主要分布于虎门大桥以内航段，可分为泥质粘土、粉质粘土以及粉土；莲花山东航道有约7KM为风化岩底质，底质结构较为复杂，其余航段都为淤泥、沙以及黏土。伶仃航道含沙量低，长年平均含沙量约0.06～0.10kg/m3；即使在大风天，最大含沙量约0.13kg/m3，是含沙量低的海区。再加上伶仃洋水动力较强，因此伶仃航道泥沙淤积较少。虎门以内航道淤积甚少，每年淤积都少于70万m3。广州港位于台风区，每年都受到数次台风的影响。从数十年对广州港主航道的持续观测，即使经历强台风的天气影响，广州港从来没出现过骤淤的情况。从分析可以知道，广州港航道地质稳定，航道开挖后回淤少，有利于保持航道边坡的稳定以及足够的可行水深。

2.2广州港主航道的边坡特点

广州港航道狭长，各航段间的地质结构有所差异，在设计航道边坡时，应根据不同航段的地质结构、边坡底质的物理指标和通航安全等因素决定。例如在莲花山东航道的设计建设中，考虑到该航段复杂的地质结构，采用了复式边坡①的结构，即以沙土结构为主的上层以1：5的边坡比建设，以风化岩为主的下层采用1：2的边坡比。底质为砂的大虎航段，按有关规定边坡取1：5已符合安全规定，但考虑到该航段自然水深好，开挖量小，边坡比取1：10。该航段取更平缓的边坡比，在小量增加投资成本的前提下，极大地提高了船舶的航行安全及最大地利用了天然水深资源。伶仃航段三期试挖工程出于各方面的综合考虑边坡必由原来的1：10改为1：5的设计方案。在试挖工程竣工后，于2008年的1月4月和9月对伶仃航段，分28个断面边进行测量计算，得出边坡数据如下表2-1。从测量数据可以看出，伶仃航道东西两侧平均边坡比基本相同，航道两侧坡形对称。从28个断面测量数据得出，西侧最陡边坡的边坡比为1：5.7，位于伶仃航道20号浮筒附近；东侧最陡边坡的边坡比为1：5.1，位于伶仃航道11号浮筒附近。对比2008年4月份与2008年9月份的测量数据，数据变化不大，边坡趋向稳定。航道的设计建设方案尽量结合该航段的具体实际情况进行，既可以降低建设成本，航道建成后维护成本低，船舶航行安全也得到保障。

3.广州港到港船舶类型及特点

广州港是一个功能齐全的综合型大港，主要货类包括煤炭、油品、金属矿石、钢铁、粮食、集装箱以及滚装汽车运输。其中包括煤炭粮食钢铁金属矿石等干货占总吞吐量的29%，集装箱占总吞吐量的49%。2014年全年完成进口货物量28033万吨，出口货物量20184万吨，进口货物比出口货物要多，主要原因是广州港是煤炭和粮食的进口大港。从上面货类可以得知，广州港到港船舶类型多样，出口船的空载率比进口船要高。根据广州港多年来对大型船舶的统计，空船出口的占比约80.7%～96.4%，少数载货出口的大型船舶的实载率也只有26.4%～40.0%，大型重载船在航道上对遇概率小。

根据2014年的统计数据，广州港全年到港船舶为40988艘此（3000吨以上），比上年增长2.02%，详细见下表3-1。从表中统计数据可以看出，广州港到港船舶正往大型化方向发展，七万吨级及以上的船舶到港船数占比比上年增长8.53%。2万吨级及以下的船舶到港船数占比虽略有下降，但占比达66.2%，是进出广州港的主力船型。根据《海港总平面设计规范》的船舶尺度如下表3-2。从表中数据得知，2万吨级船舶中，集装箱船的设计满载吃水最大，为10.2米。按广州港航行要求，进出港船舶保留10%该船吃水以上的富余水深。那么2万吨级的满载集装箱船在广州港航行的最少可行水深为11.22米。

4.利用航道边坡通航的优势

4.1利用边坡通航能提高航道的通过能力

航道的通过能力也就是船舶的交通容量，是指航道处理船舶交通的能力，可以用单位时间内允许通过航道的最大船舶艘数表示。理想条件下的船舶交通容量称为基本交通容量，据日本学者藤井弥平等，基本交通容量可用下面公式4-1表示：

其中，Cb为基本交通容量；V为交通速度；W为航路宽度；椭圆面积指的是日本学者藤井弥平于1967年提出的船舶领域模型，该模型为椭圆形，在广州港航道的狭窄水域内，椭圆形的长轴取船舶的3倍船长，短轴取船舶的1.5倍船长。

从公式可知，当船舶交通速度和椭圆面积一定时，Cb与W呈正比关系。考虑到广州港66.2%的到港船舶为2万吨级以下，考虑到各级别船舶的载重能力，本节讨论航道通过能力时，取2万吨级集装箱船为标准船。综合广州港航道相关的限速规定以及船舶机动性因素，交通速度取10节。由于广州港从桂山引航锚地至黄埔港区航道长，各航段的航道等级有异。考虑到南沙之马友石的伶仃航段是广州港、虎门港、中山港的唯一出海航道，在内伶仃岛以南与深圳西部港区的铜鼓航道交汇，并汇入大量交通流，因此伶仃航道有着交通流大，交通流复杂，位置重要的特点，本文取广州港南沙港区至马友石航段的航道等级数据计算利用边坡通航前后的航道通过能力。利用上面的参数以及公式4-1可以计算出，有效宽度为243米的伶仃航段的本航道通过能力为271艘次/天。利用伶仃航道平均边坡比1：8，标准船2万吨级集装箱满载进港水深要求11.22米计算；伶仃航道东、西两侧可用于通航的边坡水平宽度为46.26米，航道可通航宽度提高到335.52米，对应的航道通过能力为374艘次/天，可见利用边坡通航后大幅度提高了航道的通过能力。

利用公式计算航道的通过能力，存在着一定的局限性。实际航道上影响船舶航行因素包括：潮汐、天气、驾驶员素质等。公式计算时需要加入大量的经验系数进行修正，经验系数是在特定航区经过大量数据观测或经验总结所得，因此也不能通用。大型船舶在航道行驶时占用更多的航道资源，简单用标准船转换也会存在一定的误差。但公式计算结果对航道处理船舶的能力具有一定的查考意义，其结果是在理想条件下体现航道的处理船舶能力的等级。从计算结果可以看出，广州港主航道利用边坡通航后，航道的基本通过能力有了大幅度的提高。

4.2利用边坡通航能降低航道建设工程施工成本

广州港航道狭长，从桂山引航锚地至黄埔港区西基码头对外掉头区航道长115公里，航道建设工程疏浚量大。在航道附近很少有适合的大容量水下抛泥区，工程投资成本高。在航道一期工程建设中，航道开挖是采用耙吸式挖泥船，挖泥船需要抛泥时，通过临时航道到达事先挖好的指定蓄泥池抛泥；利用绞吸式挖泥船进行二次吹填，造陆为南沙港区奠定基础。采用该方案大量缩短了挖泥船的抛泥航程，降低了施工成本，同时变废为宝，将航道疏浚出来的淤泥变成港口建设的有用材料。

但是，在航道建设过程中，要建设更深更宽等级更高的航道，需要大量增加投资成本是不可避免的。以航道三期工程的建设标准为例，航道三期工程的建设标准为水深-17M，航道的有效宽度为243米，设计的边坡比为1：5。南沙港区至马友石航段长度约44KM，以航道外自然水深为7M计算，航道向两侧各拓宽一米，将多产生448.8万立方米的土方工程。按广东交通集团的有关统计数据，在伶仃航道施工区施工，处理每立方米的土方需要14.40元；航道向两侧各拓宽一米将多产生6462.72万元的投资成本。

在航道规划建设过程中，综合考虑航道周边水域的条件状况、航道航行船舶的特点，科学合理地使用航道的边坡通航，将航道的建设等级定位于合理的级别上，可以大量节省航道的建设成本。

5.如何安全有效地实施边坡通航

5.1浮筒的合理布置

浮筒设置在航道两侧，随时都受到外界风流的影响，会造成浮筒的位置有所变化，因而浮筒的位处水深也会有所变化.船舶在航行过程中必须要与浮筒保持的最少正横距离称为最少安全航行距离。即使规定了浮筒的最少安全距离，浮筒的标位处也应要求有足够的维护水深。以广州港主航道伶仃航道为例，浮筒设置为双侧表，每对浮筒之间的距离约1海里，航道边坡以外的自然水深为5-7米，因此一般万吨级的重载船舶以及部分大型空载船在浮筒连线上借用部分航道边坡航行是符合安全要求的。

伶仃航道的浮筒设置是双侧对称的布置方法，每对浮筒之间的距离约1海里，船舶在航道航行会遇，会遇点经常会在两浮筒之间，或非常接近某对红绿浮的连线。对于符合使用航道边坡航行的船舶，为了保持与浮筒有足够的安全距离，难以充分利用边坡水域资源通航。建议将每对红绿浮筒前后沿航道走向错开一段距离；该设置方法的好处是：①减少船舶在两浮筒间的会遇概率。②减少浮筒对使用边坡水域航行船舶的妨碍。伶仃航道的11号与12号浮筒就是采用浮筒错开的设置方法。考虑到11号、12号浮筒所处航段水流急，流向与航道走向夹角大，船舶航行至该航段流至漂移明显，船位把握困难，在退水时更为明显。当两艘船舶在11号、12号浮筒航段会遇时，经常造成船舶触碰浮筒的海事事故发生。近两年，有关部门将伶仃航道12号浮筒，沿航道方向往下游移动约400米，使两浮筒错开分布。自伶仃航道11号、12号浮筒错开分布后，大幅度降低了该航段船舶触碰浮筒的事故发生率。同时在浮筒改变设置方法后，也没有发生因为浮筒设置改变而造成的搁浅事故。伶仃航道的其他航段也可以借鉴11号、12号浮筒的设置方法，以提高航道边坡的使用率，使在航船舶能更充分地利用可航水域资源，从而提高整个主航道的通过能力，为港航系统高效运转提供更有力的保障。

5.2相关的职能部门加强监督和组织协调

5.2.1加强对船舶AIS数据的监督

国家海事局规定200总吨以上的沿海航行船舶于2010年年底前完成装备符合有关规定的AIS设备。航行在广州港水域的船舶，有相当部分船舶即使配备了AIS设备，但没有输入本船的相关数据，或胡乱输入了之。在这些船舶的AIS数据上根本不能得到该船舶的船长、船名、类型、吃水、航向、航速等相关动静态信息，由于缺乏数据的支持，对该类船舶进行交通组织或避让建议就比较困难了。

有关部门应该积极对AIS数据不显示或输入不规范的船舶进行监督，并督促其及时改正。交管部门应对没有规范显示AIS数据的船舶进行监督改正，对于部分由于设备原因不能及时改正的船舶，可以利用VHF询问其最新的相关数据，做好记录，以备为附近航行的船舶提供信息，以制定合理的避让方案。

5.2.2交管部门提供建议及通航组织

一般情况下交管部门掌握的航道信息及船舶动态大局上会比大部分在航道上通航的船舶全面。对于一些时隔较长没来广州港的自引船舶，对广州港的航道状况不够熟悉，也不知道在特定水域的一些航行习惯；交管部门应该向此类船舶提供航行建议，充分利用航道资源。对于一些动态异常，例如：不正常慢车、到达转向点迟迟不转向、过分靠近非安全水域等情况，交管部门应及时询问，了解相关状况并提供建议。对于长时间没来过广州港的船舶应严格做好进港准备或按相关规定强制申请引水。

对于有特殊船舶或超大型船舶进出港时，有关部门做好进出港方案，实施有效的交通管制。交管部门组织符合避让条件的船舶有序通航，最大化利用可航水域资源。

6.结语

随着今年来港口的发展以及船舶大型化步伐加快，广州港的主航道的级别开始跟不上港口发展的要求。但航道的升级建设从提案到竣工投产最少也需要几年的时间。国际航运环境多变，国内港口竞争激烈，港口必须不断加强自身竞争力，以保持稳定的发展。因此，在主航道没有得到建设升级之前，最大化使用已具备的通航资源，将是港口保持竞争力的有效方法。合理使用航道的边坡通航，是有效提高可通航资源使用率的有效方法之一。

参考文献：

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