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港口的水域航道规划设计与安全评价分析

2022-02-24钟佳昌海南省交通规划勘察设计研究院

珠江水运 2022年22期
关键词:航路选线船只

钟佳昌 海南省交通规划勘察设计研究院

经济发展的首要条件是交通先行,交通基础设施完善程度决定经济发展的水平,而港口是水上路地交通运输节点,是交通综合运输体系的重要枢纽,因此港口基础设施决定地区,甚至一个区域的经济发展。有效落实港口规划,能够促进航运枢纽发展,要想加快港口基础设施建设,就离不开航道要素保障。但随着航运航线不断加密,航道海域环境受限,加大船只交通和海运密度造成了海运隐患。航道条件能够为船只入港创造了一个待定的安全通航途径。在大多数情形下,由于河道的水深变化无法达到船只正常吃水深度要求,因此航线多通过人工开挖建立。船只出入海港时需要严格根据通航标志行驶,并严格遵守通航规定,避免交通事故。由于航线是海港水域的关键组成部分,因此科学合理建设航线对通过海港水上交通的效能提高对船只的安全保障有着重大的意义。航路总体规划设计主要包含了航路的选择线、航路尺寸(包括宽度、水深及转弯段参数等)和导助航标等内容。文章重点阐述了航路选线、航路宽度设计以及航路平均水深的确定内容,希望对今后港口水域航路建设起到很好的指导作用。

1.航道相关理论

水道指一条比较开阔的、可以通航的水道,或由港航主管部门通过疏浚而保持一定水深的航道。根据我国当前航路管理条例的规定,航道范围为:在中国人民共和国海岸、湖泊、江河、运河中的船只、排筏等可以通行的区域。对航路的规定,应当符合下列准则:

(1)船舶行驶的安全性。为了满足海港的未来开发,必须保证进入海港的最大船只在海港上不碰壁、不搁浅[1]。

(2)航道网络设置。尽量采取直接入港的直线布置方法,并且要按照海港建设条件以及各种航线的交通运输条件来作相应调节。

(3)为适应海港吞吐需要,在航道设计指标上适度进行扩建,以提升海港的吞吐质量、增加交通流[2]。

(4)航道的规划设计须兼顾港口周边的生态环境,以实现航线的环保和谐性。

(5)在保证安全情况下,设计规划所需要的维护支出尽可能减少,并避免产生不必要费用。

2.港口水域航道合理规划设计的要求

2.1 存在的问题

从海港航道建设角度出发,在设计航道中会出现淤泥沉积问题、航路选线问题、主要港湾航线水深问题、航线宽度问题等,都必须要做出进一步改善。从航道管理部门角度出发,由于众多部门都有涉及水路经营活动,因此在航道设计过程中,设计职责不明确、设计体制不健全等问题尤为突出,譬如:在水域设计中,水利部门、渔政部门、海事部门、城建部门和环保部门均有权设计,但由于设计职能不明确,导致设计部门过多,反而事倍功半,显得冗肿。另外,在航道治理过程中,涉及到众多部门的关系利益,由于责任分配未落实到具体的部门,导致航道上旧的临跨河碍航建筑物无人问津,在一定程度上增加了安全事故发生的概率。

2.2 地质条件、自然环境对航线影响

在港口航道规划设计中,需要充分考虑到当地的自然资源环境对航道设计的影响,包括水文气象、流域水深等实际情况,并尽可能利用自然水资源的角度设计航道。另外,还需要充分考虑到自然环境对航道的影响,在进行综合设计时,需要注意如下三点:一是充分考虑风力、强浪等自然条件对轴线位置的影响;二是需要充分考虑自然环境对挡浪堤口的影响,挡浪堤口的高度通常不大于30°;三是还需要充分考虑到体积很大的舰艇的特点,例如偏位位移大等,所以在航道建设中要对大风、高浪的影响进行充分考虑[3]。

3.航道设计工作的重要性

水运事业的发展状况影响着国际国内双循环的物资流通效率,影响对外经济交流。虽然国内不少地区由于其独特的地理位置,已经成为中国对外贸易发展迅速、繁荣的地方[4]。但部分区域水运建设的开发仍不能有效适应当地区域经济发展的需要,更不能适应依托港口对国内外商品和原材料异地进行转运的需要等。所以,在区域经济平衡发展、产业经济向发展地区转移的今天,中国的水道建设事业就更应该跟上时代潮流,与时俱进。而当前的情况是,由于我国造船主要朝着LNG、原油、矿石和集装箱船舶大型化的方向发展,所以,对水道建设的技术需求也就越来越大,而对其工程人员的技术要求亦是如此。同时,由于中国港口的日益开发,随着航道采砂疏浚或航道填筑工程的开展,不少水道的河床状况影响了原来的物理条件,从而干扰了原来正常的航运条件和状况。所以,专业设计人员和研发工作者都应积极探索和革新在当前情况下航道研究的方法。在研究适宜于如今航线规划作业技术的同时,致力技术创新,进一步提高航线质量,推动国内水运发展[5]。

4.港口的水域航道规划设计

4.1 航道规划过程中应当注意的因素

在航路建设过程中,需注意航线方向、船舶交通安全、港口吞吐量、航路建设的经济度,以及建成后航路与环境协调性等限制因素。在其建设过程中,应当尽可能选择直线布置,与此同时,还应当根据不同航路可承载的交通量和港湾规模合理规划航路布置方式。在航路规划设计中,要兼顾船只在通行过程中的安全可靠和能够停靠在港湾内的最大船舶数量。并充分考虑了港航建设的经济性,在保障工程质量和安全的情况下,减少了港湾运营养护的施工成本和养护成本。在开展港湾水道工程建设前后,要及时进行调查和准备工作,以此为基点进行港湾、河道和附近自然环境的协调,尽量减少施工对周边环境的干扰,做到河道与周围环境和睦相处[6]。

4.2 航道选线

水域内河道走向也是影响船只正常通行距离的关键环节。在具体河道选线时,应当按施工衔接、开挖工作量小、疏浚维护和施工收费较少等基本条件进行选线。在航道选线的过程中,专业检测技术人员必须先对港口周边环境开展现场检测,并详实录入检测数据。再利用计算机软件对港航周边的环境调查数据加以综合处理,最后利用GIS信息技术实现航道选线,并综合考虑选线的经济效益、安全和建设性,使航道选线工作能够顺利完成。在制定方法的时候,还必须充分考虑到下列问题:

(1)水域航道的选线按照总体水平面设计,要尽可能减少急弯。针对转向特点,在规划设计时可利用增大转弯半径来调节航道转向高度,并可选择相应的转向高度限值。它能够调节转弯角度的个数,综合调节转弯距离。

(2)在港口航道附近的建筑构筑物会严重干扰航道的规划设计过程,甚至会给航道通行功能的发挥带来影响。所以,在规划设计时应当注意安全高度的控制,确保建筑物和航道之间保持适当的安全高度。为提高航向的安全性,应当控制船舶与二岸的高度,采用垂直布局,设置防波堤的方向,实现对航向安全性的有效保障[7]。

(3)线路规划设计可能受环境的各种影响,尤其是地质、天气和水文等因素。针对地理条件,还需要结合GIS技术的基本功能进行管理。由于会受到天气的限制,参考横风作用的限制因素,进行重点考察,尽量避免垂直于航道轴线方向的高级风。

(4)河口的自然环境也对选线有影响。所以,在河道选线中,就需要对河道水流落差的冲刷影响加以研究,并以此判断河道水位的深浅。另外,还要根据江河大势和水利原貌,进行布线设计。

(5)依据河道规划区内具体的潮落状况,统筹考虑地理位置条件,实现便于维修、安全简单的线路。

4.3 航迹带宽度设计

目前航迹带宽度的设计对于航道也有着很重大的影响。即使是不考虑自然原因的影响情况,船只在行驶过程中产生的螺旋桨偏转效应也会造成航路和航向不平行的现象,在航运中心点的S字形航路上,出现问题的可能性较大。若只是通过舵角来调节船只的航迹,则很难保持船只的航路和船道线平行,所以,必须要扩大航迹带的长度。

4.4 船舶富裕宽度设计

当船只在正常的行驶过程中,若出现相对侧驶来的船只,就必须采取合理的方式进行错船,防止船吸现象。所以,很有必要对船富裕宽度的设计做出一定要求。由于船舶和船只之间的作用力,一般包括船的侧向作用力和旋转力矩。而侧向的确定程度一般和船只的大小、停靠地点,以及水面压力等密切相关。当两个船舶间出现了船舶吸力差后,对船只横向移动方向的压力也就逐渐变大。反之,如果两船的行驶方向与航速一致,内部摩擦力就会降低,相应的转向动力就会相应降低,因此船体全宽设计的关键就是可以调节两船内部的转向动力。针对实际状况,制定设计参考标准,使之满足参考范围,并减少船吸现象。

4.5 船舶与航道底边间距设计

航槽壁效应也是在人工水道建设工程中十分普遍的一个问题。由于航槽内外的水深差异,造成航道在运行过程中与船体类形成了吸引力,从而造成船舶搁浅、擦壁岸吸等常见的现象。而平均水深不够、宽度太窄、行船速度太快、船舶与岸墙的间距过小、船体类太大等原因也可能造成岸边吸力,可能威胁到船只的安全性。考虑到航路长度、天气状况、船只位置以及导向精度等诸多原因,适当限制航路长度是十分必要的。规定单程航路长度时,宽度应为最大航行长度的5倍;规定双向航路长度时,宽度应为最大航行长度的八倍。

4.6 航道水深

航线水深是河底至航线最浅部分的垂直距离。在航路计划中,该地区河水的深浅和船只的安全有着密切关系。河水的深浅要是不适宜船只通行,会造成船舶搁浅,无法通过。所以,航道的水深建设也需要充分考虑。在建设航道水深时,就必须充分考虑船吃水、船尾吃水、淤积深、潜水深度、最大波浪裕度深以及船龙骨的最小裕度深,确定水深是否适宜。而除了以上这些因素之外,还必须充分考虑到水深测量误差对航线水深的危害,并在多方位加以考量,保证水的深浅适宜,以便于保证船只的安全。

4.7 泥沙疏浚

就海洋的港湾航道工程来说,淤泥疏浚的规划设计也必不可少,尽管相对于航道来说,海洋港湾水道的泥砂淤积相对较小,但它对航道安全却起着相当重要的作用。因此在考虑具体安全性时,应对河道原河段作出必要的勘探研究,同时根据对水文和水的含砂量的科学合理分析方法,判断泥沙清淤的风险,从而采取正确的处理方法,实现对泥沙清淤严重时引起的风险事故的避免与防范。

5.航道规划设计的安全性评价措施

安全是根本,在航运活动中,航道安全的重要性不言而喻,航道作为综合性设施,它和船只是否能够安全通过有着密不可分的联系,因此需要对航道设计进行科学规划,并在航道安全性和航道建设维护经济效益方面取得平衡。评估航道安全性需要从航道设计指标、主客观因素等多角度着手开展,评估航道项目安全性的设计指标有航标、航道底质、水深、穿越状况、流向、曲率、宽度。航标影响船舶通行方向,航道底质、水深影响船舶吃水和等级,航道穿越状况可分析航道是否有碍航物,流向、曲率影响船舶操纵性,航道宽度也决定了通航船舶宽度和等级。因此在落实有关工程技术要求的时候,在对水面航道工程的选线、长度、水深等相关方面工程设计完毕之后,还必须要对方案的安全可行性做出客观、科学地评估。此外,评估航道项目安全性的还需要通过对天气条件、管理动态、航运环境等多种因素进行细致评价,通过航道设计和安全管控有效减少外界客观条件和主观因素对航道的影响,进而在一定程度上降低安全隐患与事故发生的可能性。从安全性总体评估的视角出发,还应紧紧围绕着经济可行这个标准,来对航道建设进行分析,明确可通过经济手段达到航道安全通航的目标与措施,从经济角度对航道安全进行科学评价,在安全前提下降低航道建设经济成本,在经济可行下实现航道最优的安全效果,达到航道安全与经济平衡的目标。

6.结束语

综上所述,文章系统分析了在航路方案设计中,对航路选线、宽度限制和航线水深等的具体影响因素和设计要求,以便实现合理规划设计航路的目的。再通过有效的航道规划的安全评价分析措施,利用有效手段对航道进行安全评价,通过航道的功能性指标分析,实现航道的安全设计,在安全的基础上降低建设成本,促进港口水域航道的长远发展。

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