港口規(guī)劃與布置第五章 港口水域及外堤布置

1、港口規(guī)劃與布置港口規(guī)劃與布置 主講：宋永軍主講：宋永軍 港口水域：港口水域：航道、制動水域、回旋水域、港池 碼頭前水域、錨地。 外堤：防波堤、防沙堤、導(dǎo)流堤（功能） 突堤、導(dǎo)堤（位置） 第五章第五章 港口水域及外堤布置港口水域及外堤布置 第五章第五章 港口水域及外堤布置港口水域及外堤布置 港口水深能夠滿足使用要求，又不必過深。 富余水深： 1）船舶航行或停泊不致觸底所要求的富余水深； 指水深誤差和因船舶運動導(dǎo)致吃水增加，水深 誤差與水中障礙：A 水位變化；B 海圖、水深測量 誤差；C 船舶拋錨引起。船舶運動時吃水增加：A 航行時船體下沉；B 波浪作用下船體下沉； 2）減少船舶操縱困難所需要的富

2、余水深； 船舶操縱性要求；保護主機要求（冷凝器進水 口避免吸入泥沙堵塞）。 5.1 港口水深港口水深 某公司SAH輪長261.50M，載重量119500 噸，夏 季吃水16.20米。該輪1990年1月2日0811時乘高 潮離美國諾?？烁坶_航，吃水F15.24米/A15.11 米，1028時航行至THIMBLE SHOAL CHANNEL航道CHESA PEAKE灣大橋隧道附近 時，全速航行著的船舶突然自行減慢了速度，片 刻之后又恢復(fù)了船速，后發(fā)現(xiàn)船舶右傾2.5度。 船舶繼續(xù)航行，于1153時在港外拋錨檢查，首吃 水由15.24米增至16.30米。經(jīng)潛水員進行水下探 摸，發(fā)現(xiàn)右NO.1/2下邊柜

3、船底板被劃開一個長約 7米，寬度在1.251.85米的破洞。事后經(jīng)港口 當(dāng)局聲納探測和潛水查看，發(fā)現(xiàn)出事地點有一只 帶有5節(jié)錨鏈的大錨堆在航道海底，SAH輪正好 從其上面通過而將船底觸碰損壞，然而海圖上沒 有該錨的任何標示資料。 某公司DH輪是一艘總長236.0米的集裝箱船，由營口港 開航駛往廣州新沙港，船舶吃水11.80米，于2007年2月 3日1650時全速航行在烏丘嶼東南約5海里處，大約 2455.3N/11933.2E位置，突然感到船舶震動一下 ，之后緊接著感到第二次較嚴重震動、第3次較輕微震 動。隨后船舶有輕微傾斜，經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)船舶進水，意識 到船舶觸碰不明物體而造成船底損壞，船長立即

4、啟動應(yīng) 急程序進行應(yīng)急處置。該輪使用的中國航海圖書出版社 于2005年10月出版的最新版海圖，海圖標示水深均在 40M以上，沒有任何礙航物或可疑物，無論如何都不應(yīng) 發(fā)生船舶觸礁或觸底之事。但事后經(jīng)查英版航海通告發(fā) 現(xiàn)，1993年第32期2773條通告報告：據(jù)1993年報告， 在中國東海岸臺灣海峽的小嶼東南，概位 2454.7N 11932.3E 位置有巖石。 2. 碼頭前沿水深： 泊位水深，由于航速不超過0.2m/s，不考慮 船舶航行引起吃水增加。 D:碼頭前沿設(shè)計水深； T:設(shè)計船型滿載吃水； Z1:龍骨下最小富余水深； Z2：波浪富余深度； Z3：船舶配載不均引起的艉吃水； Z4：備淤深度

5、，一般不應(yīng)小于挖泥船挖土最小厚度0.4m K:系數(shù)，順浪為0.3，橫浪取0.5； H4%：碼頭前允許波高。 1 %4 2 4321 ZKHZ ZZZZTD 估算時 D=kT 有掩護碼頭k=1.101.15； 開敞碼頭k=1.151.2。 海港航道水深 D：航道設(shè)計水深； Z0：船舶航行船體下沉增加的富余水深； 其他符號如前。若不計Z4，則為通航水深。 各國根據(jù)港口具體情況，對富余水深都有規(guī)定。 43210 ZZZZZTD 確定乘潮水位確定乘潮水位保證船舶安全進出港口；盡量減保證船舶安全進出港口；盡量減 少投資少投資 例：我國北方某港口，航道長例：我國北方某港口，航道長3.5km，每天，每天 平

6、均有一艘船進港，設(shè)計中航行水位取用平均有一艘船進港，設(shè)計中航行水位取用4小時小時 的潮位的潮位3.09m。 實際上，設(shè)船舶航速實際上，設(shè)船舶航速4節(jié)，在航道內(nèi)的航行節(jié)，在航道內(nèi)的航行 時間為：時間為： T=3.5 /（1.852*4）=0.47(h) 平均每天只有一出一進，間隔平均每天只有一出一進，間隔0.5h，則每天，則每天 總的航行時間為：總的航行時間為： t =0.5+2(安全系數(shù)安全系數(shù)) T 2=2.4（h） 即即3小時的乘潮水位已完全可以滿足要求，小時的乘潮水位已完全可以滿足要求， 設(shè)計中取設(shè)計中取4小時的潮位就過于保守。小時的潮位就過于保守。 若取若取3小時小時 的潮位的潮位3.

7、37m，差，差0.28m，挖泥量差，挖泥量差26萬萬m3 。 5.2 航道 天然航道；人工航道；專用航道；公用航道 國家航道：構(gòu)成國家航道網(wǎng)，通航船舶500噸級以 上的內(nèi)河干線航道；跨省市常年通航船舶300噸級 以上的內(nèi)河干線航道；沿海干線航道及主要海港航 道；國家指定的重要航道。 航道軸線確定、航道尺度、輔助航標志設(shè)置 一、航道選線一、航道選線注意： 1）避免與風(fēng)力大于七級、頻率較高的風(fēng)向正交； 2）避免與流速大于1節(jié)的橫流正交； 3）航道軸線盡量取順直，避免S型航道，兩個連 續(xù)彎道間應(yīng)保持5倍船長以上直線距離，轉(zhuǎn)向角在 30度以內(nèi)。 4）口門外航道的直線距離不應(yīng)小于船舶制動距離 5）考慮航

8、道回淤。 二、航道有效寬度二、航道有效寬度 概念：概念：航道有效寬度；航跡帶寬度；船吸現(xiàn)象； 富余間距 單向航道：W=A+2C 雙向航道：W=2A+B+2C 加寬時：單向航道：W=5B 雙向航道：W=8B 游艇港按照雙向航道設(shè)計。 1. 航道軸線航道軸線 風(fēng)對船體的作用力在前已述，布置航道軸風(fēng)對船體的作用力在前已述，布置航道軸 線時應(yīng)充分考慮風(fēng)的影響，另外還應(yīng)考慮：線時應(yīng)充分考慮風(fēng)的影響，另外還應(yīng)考慮： 水深的影響水深的影響淺水中航行，舵向靈敏底淺水中航行，舵向靈敏底 低低 岸邊的影響岸邊的影響沿岸邊航行，船有向岸偏沿岸邊航行，船有向岸偏 向的趨勢向的趨勢 進行航道布置時應(yīng)遵循以下原則：進行航

9、道布置時應(yīng)遵循以下原則： 避免船體受較大的橫風(fēng)作用避免船體受較大的橫風(fēng)作用 航道應(yīng)盡量順直，避免航道應(yīng)盡量順直，避免“S”形布置形布置 在防波堤口門外應(yīng)設(shè)不小于掣動距在防波堤口門外應(yīng)設(shè)不小于掣動距 離的直線段離的直線段 充分考慮泥沙運動情況，避免嚴重充分考慮泥沙運動情況，避免嚴重 的航道淤積的航道淤積 2、航道寬度、航道寬度 單船航跡帶寬度單船航跡帶寬度 船在水中航行受到船在水中航行受到 各種因素的影響，不各種因素的影響，不 可能直線運行，總有可能直線運行，總有 一些偏向，稱為一些偏向，稱為“蛇蛇 形運動形運動”。 A=n (Lsin+ B) n 船舶漂移倍數(shù)船舶漂移倍數(shù) 風(fēng)、流壓偏角風(fēng)、流壓

10、偏角 設(shè)計低水位 航道寬度航道寬度W W取值除了取值除了A外，兩側(cè)還留有富裕外，兩側(cè)還留有富裕C，雙，雙 向航道兩道間留有安全距離向航道兩道間留有安全距離b取一倍船寬。取一倍船寬。 比較標準的航道寬度為：單向比較標準的航道寬度為：單向W=5BC， 雙向雙向W=8BC。 航道轉(zhuǎn)彎航道轉(zhuǎn)彎 航道轉(zhuǎn)率是不可避免的，設(shè)計時注意轉(zhuǎn)航道轉(zhuǎn)率是不可避免的，設(shè)計時注意轉(zhuǎn) 向角向角 盡量小，轉(zhuǎn)彎半徑盡量小，轉(zhuǎn)彎半徑R盡量大。盡量大。 R的取值與的取值與 ，LC， 以及風(fēng)、流等因素以及風(fēng)、流等因素 有關(guān)，一般彎道上有關(guān)，一般彎道上 控制在控制在7-9節(jié)，并不受橫節(jié)，并不受橫 風(fēng)（浪）、橫流，這時可參考下列數(shù)值，風(fēng)

11、（浪）、橫流，這時可參考下列數(shù)值，10 30 ， R=（35）L ； 30 ，R=（ 510）L。 3、單雙向航道的選取依據(jù)、單雙向航道的選取依據(jù) 單雙自航道的選擇根據(jù)港口營運的繁忙程度和航道單雙自航道的選擇根據(jù)港口營運的繁忙程度和航道 長度長度LK而定。此外還與航速有關(guān)。而定。此外還與航速有關(guān)。 LK 0.5 t 船在航道內(nèi)不相會，單向航道。船在航道內(nèi)不相會，單向航道。 LK0.5 t 船在航道內(nèi)必相會，雙向航道船在航道內(nèi)必相會，雙向航道 t 最忙時一個方向航行船舶的時間間隔。最忙時一個方向航行船舶的時間間隔。 由于由于t的隨機性，單向航道常出現(xiàn)船等道的現(xiàn)象。的隨機性，單向航道常出現(xiàn)船等道的

12、現(xiàn)象。 2015年6月1日約21時28分，一艘從南京駛往重 慶的客船在長江中游湖北監(jiān)利水域沉沒。客船長 76.5米，型寬11米，型深3.1米。載有458人，其 中旅客406人。 原因：瞬時12級大風(fēng)吹翻了東方之星游輪，據(jù)稱 是龍卷風(fēng)造成。很多人不理解，長江流域還會有 龍卷風(fēng)？為此新浪網(wǎng)從氣象部門了解到，在今天 早上(6月2日)的全國天氣會商中，湖北省氣象局 已經(jīng)確認了龍卷風(fēng)存在。 無論是中央氣象臺還是湖北省氣象局，都對天氣無論是中央氣象臺還是湖北省氣象局，都對天氣 做出了較為準確的預(yù)報，也提前發(fā)布了暴雨預(yù)警做出了較為準確的預(yù)報，也提前發(fā)布了暴雨預(yù)警 ，唯一沒有料到的，就是龍卷風(fēng)。，唯一沒有料到

13、的，就是龍卷風(fēng)。 四、航道通航方式四、航道通航方式 國際海事組織公約規(guī)定：在特定海域范圍實施船國際海事組織公約規(guī)定：在特定海域范圍實施船 舶舶 定線制。定線制。即分道通航制、雙向航道、推薦航線、避 航區(qū)、沿岸通航帶、環(huán)形道、警戒區(qū)、深水航路。 安全航速：安全航速：歐洲引航協(xié)會推薦港內(nèi)航速6節(jié)，港外 航速8節(jié)，外海航道航速12節(jié)。 航行規(guī)則航行規(guī)則：靠右行駛； 穿越避讓直行； 追越保持橫距； 航道彎曲及交叉處不允許追越； 船舶避免在航道內(nèi)錨泊。 5.3 錨地與回旋水域錨地與回旋水域 以防波堤為界，以外稱港外錨地，以內(nèi)是港內(nèi)錨地 按照功能分：引航錨地、檢疫錨地、停泊錨地、避 風(fēng)錨地、過駁錨地等。

14、系泊方式：拋錨系泊（anchoring）單錨或雙錨 浮筒系泊（buoy mooring）單浮筒或 雙 浮筒。 錨地水域半徑：單浮筒： R=L+r+l+e 雙浮筒： S=L+2(r+l) 寬B=4b 錨地位置：1、港外錨地應(yīng)臨近航道出入口，錨地 邊緣距離航道不小于23倍船長；港內(nèi)不應(yīng)小于1 倍船長。 單浮筒系泊單浮筒系泊 2、港外錨地水深不應(yīng)小于船舶滿載吃水1.2倍； 3、錨地底質(zhì)具備良好的抓錨力； 4、便于船舶尋找及設(shè)標； 5、避免在橫流較大區(qū)域設(shè)雙浮筒錨地。 錨地的規(guī)模錨地的規(guī)模 取決于系泊船數(shù)。 回旋水域回旋水域 轉(zhuǎn)舵階段、過渡階段、定?；剞D(zhuǎn)階段 回旋水域回旋圓直徑的確定（參考教材表參考教

15、材表5-14） 至2003 年底，上海港上海港有下列公共錨地可供船舶申請使用: 綠華山南錨地綠華山南錨地大型船舶減載、避風(fēng)、待命; 錨地面積2523萬平方米， 水深20-40米。 長江口錨地長江口錨地主要供船舶候潮、待泊、待命、避風(fēng)，錨地長11000 米， 寬7500米，面積8250 萬平方米，水深10 14 米。 北槽錨地北槽錨地供航行于北槽航道的重載出口船舶候潮或遇霧臨時錨泊。 橫沙錨地橫沙錨地供船舶待命、待泊、避風(fēng)、候潮等使用。 鴨窩沙錨地鴨窩沙錨地東部供大型重載船舶候潮拋泊; 西部供其他船舶錨泊待 命、待泊、避風(fēng)、候潮等使用。錨地長4500 米，寬1500 米，面積 675 萬平方米，

16、水深11 15 米。 檢疫錨地檢疫錨地供駛?cè)肷虾８鄣膰H航行船舶接受檢查或檢疫錨泊之用。 其范圍為25、Q2、Q3、Q1 四燈浮聯(lián)線以內(nèi)水域，錨地長3600 米， 寬1600 米，面積576萬平方米，水深11 17.5 米。 大型船舶臨時錨地大型船舶臨時錨地供大型船舶臨時錨泊等待、補給燃物料、副食品 及防臺等;其范圍為Q1、Q3、Q4、29 四燈聯(lián)線以內(nèi)水域。錨地長 3525 米，寬925 米，面積326 萬平方米，水深6 20 米。 南港航道北側(cè)為No1-No11 錨地，橫沙島南側(cè)為橫沙錨地東、西區(qū) 和油輪危險品船錨地，在寶山北水道北側(cè)設(shè)有超大型船舶錨地超大型船舶錨地。 5.4 港港 池池

17、泊位水域 港池 港池尺度：港池水深、長度、寬度 長度：與泊位適應(yīng)長度：與泊位適應(yīng) 寬度：保證船舶方便地靠離碼頭，與突堤的泊寬度：保證船舶方便地靠離碼頭，與突堤的泊 位數(shù)有關(guān)位數(shù)有關(guān) 對于連續(xù)布置對于連續(xù)布置3個泊位的港池，港池寬度可個泊位的港池，港池寬度可 取為：取為： 拖輪幫助不掉頭拖輪幫助不掉頭1.0 船長船長 船舶自航不掉頭船舶自航不掉頭2.0 船長船長 拖輪幫助掉頭拖輪幫助掉頭1.5 船長船長 5.5 港內(nèi)泊穩(wěn)標準及波況估算港內(nèi)泊穩(wěn)標準及波況估算 一、泊穩(wěn)標準一、泊穩(wěn)標準 碼頭裝卸作業(yè)，上下旅客，都要求船舶平碼頭裝卸作業(yè)，上下旅客，都要求船舶平 衡，顛簸小，衡，顛簸小， 作業(yè)泊穩(wěn)標準作

18、業(yè)泊穩(wěn)標準限制船體運動量，實際中限制船體運動量，實際中 有困難，因此都以碼頭前沿允許波高為標準有困難，因此都以碼頭前沿允許波高為標準 波高與船運動量成正比關(guān)系。波高與船運動量成正比關(guān)系。 確定允許波主要考慮：船大小，作業(yè)性質(zhì)確定允許波主要考慮：船大小，作業(yè)性質(zhì) 和船的受浪條件和船的受浪條件 船噸位 （萬噸） 順浪H4%橫浪H4% 油散雜油散雜 1 2 3 5 10 15 1.0 1.2 1.2 1.5 1.5 2.0 1.0 1.2 1.2 1.5 1.5 2.0 1.0 1.0 1.0 / / / 0.8 1.0 1.0 1.2 1.2 1.5 0.8 1.0 1.0 1.2 1.2 1.5

19、 0.8 0.8 / / / / 二、波浪繞射二、波浪繞射 波浪遇建筑物后一部分反射，一部分繞過建筑物波浪遇建筑物后一部分反射，一部分繞過建筑物 繼續(xù)向前傳播。繼續(xù)向前傳播。 繞射后的波高繞射后的波高H 與口門處入射波高與口門處入射波高H之比值叫繞之比值叫繞 射系數(shù)射系數(shù)K 。 H =K H 1、單突堤口門的、單突堤口門的K 2、雙突堤口門的、雙突堤口門的K 3、多口門的、多口門的K ：先求出各口門的：先求出各口門的Kdi，然后進，然后進 行矢量迭加。行矢量迭加。 5.6 外堤布置外堤布置 防波堤布置原則防波堤布置原則 1、滿足港內(nèi)泊穩(wěn)條件、滿足港內(nèi)泊穩(wěn)條件 2、港內(nèi)水域足夠，面積與水深條件。

20、、港內(nèi)水域足夠，面積與水深條件。 3、防止或減少港內(nèi)淤積、防止或減少港內(nèi)淤積 4、充分利用當(dāng)?shù)氐匦危啦ǖ瘫M量布置在淺、充分利用當(dāng)?shù)氐匦?，防波堤盡量布置在淺 水區(qū)，減少投資水區(qū)，減少投資 5、留有發(fā)展余地，便于港口擴建。、留有發(fā)展余地，便于港口擴建。 二、防波堤口門二、防波堤口門 1、位置：布置在水深較大處，、位置：布置在水深較大處， 便于進出，減少淤積；便于進出，減少淤積； 2、口門數(shù)量：一般設(shè)兩個口門，其有以下、口門數(shù)量：一般設(shè)兩個口門，其有以下 優(yōu)點：優(yōu)點： 進出港可分口門，干擾少；進出港可分口門，干擾少； 不同風(fēng)、浪向時從不同的口門進出；不同風(fēng)、浪向時從不同的口門進出； 增強港內(nèi)水域自

21、凈能力；增強港內(nèi)水域自凈能力； 可減輕港內(nèi)淤積可減輕港內(nèi)淤積 3、口門方向、口門方向 與強風(fēng)、強浪向最好有一夾角與強風(fēng)、強浪向最好有一夾角 ，30 60 =90 時，船受橫風(fēng)，不安全，但對港時，船受橫風(fēng)，不安全，但對港 內(nèi)水域平衡有利內(nèi)水域平衡有利. =0 時，港內(nèi)水域平衡不利，且船受尾時，港內(nèi)水域平衡不利，且船受尾 追浪也不安全。追浪也不安全。 4、口門寬度、口門寬度 在口門處不允船舶錨船或超船，只能單船在口門處不允船舶錨船或超船，只能單船 進、出。口門在垂直航道軸線方向的寬度（進、出?？陂T在垂直航道軸線方向的寬度（ 有效寬度）一般為有效寬度）一般為11.5Lc。 口門不宜太寬，寬了對港內(nèi)泊

22、穩(wěn)不利，也口門不宜太寬，寬了對港內(nèi)泊穩(wěn)不利，也 不宜太窄不宜太窄 ，尤其是不透水防波堤（或透水性，尤其是不透水防波堤（或透水性 差），還要將漲落潮流速控制在差），還要將漲落潮流速控制在3節(jié)之內(nèi)。節(jié)之內(nèi)。 三、防波堤軸線布置三、防波堤軸線布置 1、盡量布置成擴散或使波浪一進入口門立即減、盡量布置成擴散或使波浪一進入口門立即減 弱。弱。 2、盡量采用直線，便于施工，必須轉(zhuǎn)彎時轉(zhuǎn)向、盡量采用直線，便于施工，必須轉(zhuǎn)彎時轉(zhuǎn)向 角角 盡一小，一般盡一小，一般60 ，在轉(zhuǎn)變處用弧線連接。，在轉(zhuǎn)變處用弧線連接。 注意：盡量避免向外轉(zhuǎn)彎，否則產(chǎn)生波能集中。注意：盡量避免向外轉(zhuǎn)彎，否則產(chǎn)生波能集中。 3、主波向（

23、強波向）與堤軸避免正交，以減少、主波向（強波向）與堤軸避免正交，以減少 堤受的波壓力堤受的波壓力 4、避免港內(nèi)波浪的反射波射向碼頭、避免港內(nèi)波浪的反射波射向碼頭 5、遵循防波堤總布置原則，降低投資。、遵循防波堤總布置原則，降低投資。 第五章第五章 港口水域布置港口水域布置防波防波 堤布置堤布置 教材教材88頁頁 四、防波堤優(yōu)化四、防波堤優(yōu)化 1、優(yōu)化概念、優(yōu)化概念 在海灣內(nèi)建港總選擇有一定自然掩護，波在海灣內(nèi)建港總選擇有一定自然掩護，波 浪較小的地點，但總是有發(fā)生概率不大的強浪較小的地點，但總是有發(fā)生概率不大的強 浪侵入港區(qū)，使港口停業(yè)。浪侵入港區(qū)，使港口停業(yè)。 建防波堤后，掩護條件改善，增加

24、了碼頭建防波堤后，掩護條件改善，增加了碼頭 工作天，一般來說建堤越長其掩護效果就越工作天，一般來說建堤越長其掩護效果就越 好。好。 設(shè)設(shè) L堤長；堤長； n 港區(qū)各泊位工作天數(shù)之和。港區(qū)各泊位工作天數(shù)之和。 顯然，顯然，n L 但但n = f (L)不是一個簡單的函數(shù)。不是一個簡單的函數(shù)。 記建堤前后港口各泊位增加了工作天數(shù)之和為記建堤前后港口各泊位增加了工作天數(shù)之和為 n 則有：則有：L長長 n增大增大收入增加，記為收入增加，記為 P L長長投資增大，以投資增大，以D表示建堤費用。表示建堤費用。 凈收益：凈收益： = P D。 0 建堤是有益的。建堤是有益的。 當(dāng)當(dāng)L達到某一長度時，達到某一長度時， 達到達到 max，這時的，這時的L值最值最 合理。也就是最優(yōu)的堤長。合理。也就是最優(yōu)的堤長。 2、n計算計算 n為建堤前后碼頭工作天數(shù)之差。為建堤前后碼頭工作天數(shù)之差。 設(shè)建堤前碼頭處波高分布為：設(shè)建堤前碼頭處波高分布為：H3m，10%； 1H3m，50%；H1m，40%。 若碼頭作業(yè)允許波高為若碼頭作業(yè)允許波高為1m，則：，則： 建堤前：建堤前：n1 = N40%= 0.4N 又建堤又建堤L米后碼頭處繞射系數(shù)，米后碼頭處繞射系數(shù)，K = 1/3，則這，則這 時碼頭處的波浪分布為：