河口航段通航安全评估方法及应用

刘海兵　尹进军　应翰海

摘 要：潮汐河口是沿海港口疏港航道的重要通道，此类航道既受上游径流影响，又受到潮流、波浪等因素影响，水文条件极为复杂，导致船舶操纵难度增大，加大了水上交通事故的风险。本文以射阳河口疏港航道及海河联运区河口航段为例，提出河口航段通航安全关键因素，通过潮流模型和波浪模型分析了河口航段的通航及泊位条件，为类似工程提供借鉴。

关键词：通航安全;航道;河口;横流;波浪

中图分类号：U698              文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2022）01-0035-03

江苏拥有密集的内河航道网，随着航道建设的不断完善，通航船舶数量的不断增加，不同类型航道的自然条件对通航安全的影响逐步显现[1]。许力源等分析了交叉航段通航安全的关键因素和评估方法[2]，孔宪卫等分析了桥区水域的河床演变对通航安全的影响[3]。而河口航段通航的航段安全关键因素与其它内河航道不尽相同。河口航段是实现“海河联运”的关键航段。河口区域受径、潮流双向作用，水流条件复杂。同时，还受到风浪因素影响的叠加，易造成船舶在河口段通航时飘移量增大，船舶操纵难度增大，增加了水上交通事故的风险。海事部门虽通过大力建设VTS、AIS等监管系统[4]来保证船舶通航安全，但运用科学手段，论证和评价河口航道的通航安全风险仍十分必要。本文以射阳河口疏港航道及海河联运区河口航段为例，开展河口航段通航安全评估技术研究;梳理河口航段通航安全关键因素;提出河口航段通航安全评估方法，为类似工程提供借鉴。

1评估重点分析

潮汐河口是沿海港口疏港航道的重要通道，此类航道属于从内陆向海洋的过渡河道，既有内陆河流的特征，如洪、中、枯水期的季节变化;又有海洋的某些特征，如大、中、小潮的变化和潮汐一年期的水位涨落与流速流向变化;而且还受风浪的作用，大风时会产生增水或减水。潮汐河口区的泥砂运动也很复杂，外观形态和演变规律与内河弯道也不尽相同。

由于，潮汐河口的水流动力特性同时受到径流-潮流双向往复流的影响以及波浪、盐淡水的作用，水流运动、泥砂输移特征及河道演变规律相对比内河更为复杂，该类型航道的通航安全评估除考虑气象特征、允许的船舶通航速度、船舶尺度和操纵特性、可利用的航标外，应重点针对河口区流场分布、航道内波浪、河口段冲淤变化和涨落潮急流，四个主要因素进行评估。具体评估要求见表1

2评估对象

根据上文分析，本文以射阳河口疏港航道及海河联运区为对象，介绍河口航段通航安全评估方法。射阳河口地处废黄河南侧，为缓混合海相河口，海岸呈北冲南淤，冲淤基本平衡略有淤积的状态。射阳港利用黄砂港航道作为疏港航道，内河船舶直接驶入射阳海河联运区的海港码头，实现海河联运的“无缝”衔接。

3评估内容和方法

采用二维潮流模型计算海河联运区、锚泊区最大流速，计算分析内河船舶航行外部条件;建立射阳港区小范围BW波浪模型，计算分析海河联运区、锚泊区的泊稳条件。

3.1二维潮流数值模拟研究

3.1.1研究内容

射阳河口外建有南北导堤，其中，北堤总长6800m，南堤總长5760m，海河联运区码头（1万吨级）前沿长度620m，宽度45m（见图2）。拟建立二维潮流数学模型，计算射阳河口南北导堤、进港航道及疏港航道工程实施后的潮流场。模型上游以射阳河闸、运棉河闸、黄沙港闸和利民河闸为边界，外海以射阳河口为起点向东约35km，向北约21km，向南约16km（见图3）。

3.1.2研究结果

（1）流场情况：受射阳河上游闸下泄流的影响，各测点的落急流速一般大于涨急流速。针对不同水域（见图4），海河联运码头前沿区最大流速为0.50m/s（2#点），锚地最大流速为1.20m/s（8#点），进港航道河口处最大流速为0.51m/s（11#点），疏港航道最大流速为1.32m/s（19#点），以上各水域的最大流速均发生在落急时刻。

（2）横流情况：海河联运船舶从疏港航道进入海河联运区时，需横跨河口，面临较大的横流流速，对船舶航行带来安全风险。在疏港航道到海河联运区的航行路线上取5个采样点（见图5），最大横流流速可达0.76m/s，将对船舶航行安全带来负面影响，需谨慎操作（见表2）。

3.2波浪数值模拟研究

3.2.1研究内容

应用BW波浪模型计算海河联运区和锚地水域的波浪场，用以分析海河联运区、锚泊区的泊稳条件（计算点位置见图6）。计算区域的外边界位于0米等深线处。

3.2.2研究结果

计算结果显示，海河联运泊位区，由于地形及河口绕射作用，各方向两年一遇H4%波高最大值为0.41m;在锚地区域，由于东部浅滩的掩护作用，各方向两年一遇H4%波高最大值为0.37m（见表3）。

3评估结果及建议

（1）根据二维潮流数学模型计算结果，口外海域及河道内流速呈往复流特征，且落急流速一般大于涨急流速，口门处横流较大，须注意流致漂移量问题。

（2）海河联运区和锚地区各方向两年一遇H4%波高均小于0.5m，当船舶通航时，可通过调整船舶航速，改变波浪的遭遇周期，避免谐振运动。

参考文献：

[1]谢小强， 关于复杂通航环境下通航安全的思考[J]. 中国水运， 2021，21（4）：9-10.

[2]许力源，张高峰，应翰海. 交叉航段通航安全评估方法及应用[J]. 中国水运，2021（10）：39-41.

[3]孔宪卫，张庆河，杨宗默，等. 河床演变影响下桥区水域通航安全研究[J]. 中国安全科学学报， 2021，31（3） ： 128-134.

[4] 赵显峰， 孔晨， 牟学东. 内河通航水域安全监管手段研究[J]. 中国水运，2021（1）：55-57.