3海港总体设计规范_培训讲义-航道、锚地

《海港总体设计规范》编写组二〇一四年十一月《海港总体设计规范》(JTS165–2013)宣贯培训讲义进港航道、锚地及导助航设施-2--2-参考标准《深水航道设计》以“十一五”交通科技重大专项课题“离岸深水港建设关键技术研究”中的“沿海港口深水航道选线及设计主要参数研究”为基础，对沿海港口深水航道设计中的航道通航标准、设计船型选取、航道选线、航道尺度设计和航道通过能力设计等内容进行了全面阐述。《进港航道设计导则（ApproachChannelAGuideforDesign）》由国际航运协会（PIANC）组织的国际工作组编制而成。其中关于航道设计理念和方法得到了国际土木工程界的普遍认可，具有较高的权威性。-3-内容一、航道概述二、一般规定三、航道选线四、航道拐弯五、航道设计尺度六、航道通航-4--4-一、航道概述宣贯培训-5-航道的定义航道是指沿海、江河、湖泊、水库、渠道和运河内可供各类船舶在适当水位期安全通航的水域。航道应当满足以下条件：①足够的水深、宽度和弯曲半径；②足够的水上净空，包括净空高度和净宽高度；③适宜的航行条件，包括风、浪、流和能见度等自然条件；④必要的助航设施。航道工程是指以延长通航里程、提高航道标准、改善通航条件和保障航道畅通为目的的疏浚、整治、渠化、运河、航标、清障等工程的总称。-6-6天然航道人工航道成因公用航道专用航道使用性质沿海航道潮汐河口航道所在水域位置内河航道国家航道专用航道职能管理部门地方航道港内航道港外航道所在港区位置主航道支航道单线航道双线航道船舶航行方式多线航道航道划分种类众多，主要有：航道的分类-7-(a)(b)(c)天然水深航道挖槽式航道断面形式运河式航道对船舶航行特性有明显影响的是按航道断面形式划分：航道的分类航道可分为非限制性航道与限制性航道。所谓非限制性航道是指船舶在这样的水域内航行，与在无限深水域航行相比，其特性没有变化，即航速、航行阻力、航行下沉量等没有变化。而船舶在限制性航道内航行，与无限深水域相比，将产生速度降低，阻力增大，航行下沉量增加等现象。关于限制性航道和非限制性航道的划分，对于不同的船舶航速有不同的标准，一般可采用与航道断面系数有关的极限水深弗劳德数判断。非限制性浅水航道一般为非限制性航道；挖槽式航道当其底宽小于船舶航行的影响宽度时为限制性航道，反之为非限制性航道；运河式航道一般为限制性航道，其显著特点是岸坡露出水面，有明显的船－岸效应。-8-航行阻力断面系数船舶在某一航速下航行阻力与断面系数间关系示意图临界区间航道的分类限制性航道和非限制性航道的区别在于船舶在非限制性航道航行与在无限深水域航行相比，航行阻力、航行下沉量等没有变化；而在限制性航道航行，与在无限深水域相比，航行速度降低，航行阻力增大，航行下沉量增加。对不同类型的船舶，当航速一定时，存在一个临界断面系数（或断面系数区间），当断面系数小于临界值（或区间）时，航行阻力增额加非常明显；当断面系数大于临界值（或区间）时，航行阻力的减小越来越不明显。因此，限制性航道和非限制性航道不存在明显的分界点，所谓“限制性”主要是指对船舶的航速有一定限制作用。准确地把握住这一点，比苦苦地寻找断面系数小于多少时航道就成为“限制性”航道要重要的多。-9-WaterwayChannel123Fairway指连接开敞、无障碍的可航行水体（waterway）中的航行通道，例如在港湾、湖泊和海峡中的航行通道，一般是指连接外海和港湾的通道，包括由相关管理部门指定的在标示挖槽航道边界的浮标以外的可航行水体。Canal4指连接两个或多个船舶往来的地理位置的可航行水体，包括港池连接水域、运河和靠泊水域等。可以是天然水域，也可以是人工水域，或是两者的组合。指可航行水体中的较深部分，通常在相关的海图上标记并标明宽度和水深。是航行通道中可航行水体的一部分。全部或部分通过开挖（例如疏浚）形成。指开挖的水道，通常是指在陆地上开挖的用于航运的通道，没有可利用的既有航道。运河的边缘或边界一般都延伸至水面以上，具有可见的岸坡和显著的船-岸作用效应。关于航道的英文词汇：fairway，waterway，channel和canal意义：航道的英文词汇-10--10-二、一般规定宣贯培训-11--11-6.1一般规定航道、锚地及导助航设施总体设计的主要内容应包括航道建设规模、航道作业标准、航道选线、航道与锚地平面布置和主尺度确定、疏浚工程和导助航设施布置等。涉及整治工程的航道工程，总体设计还应包括整治标准确定，整治线和整治建筑物布置。航道选线和锚地选择应全面分析当地自然条件，并应对海床稳定性、船舶通航安全等进行论证。涉及疏浚的工程，尚应论证可挖性与可维护性，评价疏浚土可利用性和提出处置方案。6.1.1～6.1.2航道选线和锚地选择-12--12-6.2航道建设规模及航行标准航道建设规模应根据货运量、船型、船流密度、自然条件和港口发展状况等因素，经技术经济论证后确定，并应根据实际情况确定是否分期实施。6.2.1航道建设规模6.2.2航道设计船型航道设计船型应根据设计水平年内港口规模、泊位情况、货种情况、船舶实际营运情况和船型尺度等确定。6.2.3航道线数航道线数应根据航道通过能力满足船舶通行要求的程度，经技术经济论证确定。6.2.5航道的设计航速航道的设计航速应根据设计船型、航道条件、通航环境、通航安全管理条件和工程经济性等通过综合分析确定。-13-1.设计船型影响航道设计的主要因素船舶尺度决定航道的主要尺度。在设计中，航道宽度通常以船舶宽度的倍数表示，弯道的曲度半径以船舶长度的倍数表示，而航道深度则与船舶吃水直接相关，此外航道的净空要满足船舶水线以上的高度需求。航道尺度要满足船舶安全航行，船型尺度直接影响航道尺度，因此设计船型尺度是影响航道设计的最主要因素。设计船型的选取，需要对未来可能使用航道和港口设施的船舶作出预测，有时甚至需要对船型的发展作出预测。设计船型的选择应遵从以下一个或多个准则：①船舶固有操纵性能较差；②在进出港的船舶中尺度很大；③受风面很大；④装载特定的危险货物。如果航道设计仅与一种船型有关，则船舶的长度、宽度和吃水的选择是简单的。但这种情况并不多见。如果航道通行船舶的类型较多，可能需要一种以上设计船型，例如，吃水较大的设计船型可用于确定航道的水深，吃水较浅但受风面积大的设计船型可用于确定航道宽度。在这种情况下，应使用设计船型（组）的概念。-14-2.船速3.船舶操纵性4.水位通常上，船舶速度越快，其保向性越好，航行时的航迹带宽度会较小。同时船速越快，船舶的航行下沉量越大，两船间的相互作用和岸壁效应也会增大。因此船舶航行速度影响航道设计。具有良好操纵性的船舶，能够根据驾驶者的要求，既能方便、稳定地保持航向，又能迅速地改变航向、航速，准确地执行各种操纵任务。因此在航道设计中还应满足操纵性能较差船舶安全航行。最高通航水位和最低通航水位及其出现的频率、历时等参数是影响航道设计的重要因素。深水航道的水位变动受潮汐、风暴潮、河流下泄径流等的影响。最高通航水位一般用于确定水上建筑物通航净空、整治建筑物（防浪、防沙、导流等建筑物）的顶部高程以及波浪传播条件等。影响航道设计的主要因素-15-转艏性回转性航向稳定性操纵性是指船能保持或改变航速、航向和位置的能力。主要包括航向稳定性、回转性和转艏性。航向稳定性是指在直线航行时，如果受外力干扰而偏离原来航向，当外力消除后保持原有航向的性能。要保持船的既定航向，驾驶者就要不断地操舵。一般来说，如果平均操舵频率不大于每分钟4~6次，平均转舵角不超过3°~5°，就认为这艘船的航向稳定性是符合要求的。回转性是指船舶经操纵后（具有一个舵角δ），船舶改变原航向作圆弧运动的性能。回转运动变化可大致分为：转舵阶段、过渡阶段和稳定回转阶段（定常阶段）。回转中水动力变化很复杂，开始转舵时，船舶的惯性大，舵力小，船几乎是按原方向航行的。随着时间的推移，产生回转运动，作用在船体上的水动力一直是变化的，除回转外，还有横移和横倾，到一定时间后，才能进入稳定回转状态，这时船的重心轨迹成圆形。定常回转时直径Dr称为船的回转直径，一般用以表示船舶回转性的好坏，通常为4~7倍的船长。Dr小则回转性好。转艏性是指船舶回转初期对舵的反应能力。转艏性好，则船在驾驶者操纵后能较快地进入新的航向，或者在船偏离航向经操纵后能很快回到原航向上来。rD船舶回转操纵船舶操纵性-16-操纵性是船舶重要的航行性能之一。航向稳定性好的船舶可很少操舵而保持直线航向，不致使航线弯弯曲曲，从而节约燃料。回转性和转艏性好的船舶在狭窄河道航行时能减少与来往船舶碰撞机会，增加安全性。船舶的操纵性与船的主尺度和船体型线有关，但主要靠舵来保证，而船舶的回转性和航向稳定性是有矛盾的。对船舶操纵性能进行合理的分类是不容易的，往往需要使用大量的判断。在开敞水域，具有良好操纵性能的船，在其设计航速或服务航速下具有良好的保向性。但正是这种良好的保向性，在进港航道上需要快速操纵或驶过急弯时，并不被认为是“良好的操纵性”。船舶的操纵性能在浅水区有显著的变化。当水深吃水比减至约1.3～1.5时，船舶的保向性将轻微地降低，变得有些“痉挛”。当水深吃水比继续减小时，船舶的保向性反而变得更好；当龙骨下富裕水深非常小时(水深吃水比1.05～1.10)，船舶转向将非常缓慢。如果船舶在直航道中航行，不需偏转航向时，保向性的改进是有利的。但是如果保向性很好，迟钝反应可能引起操纵问题，就需要附加的操纵空间。船舶操纵性-17-狭长的船(＞6.5)比短宽的船(＜6)有更好的保向性。短粗的船在急弯道操纵更容易。在浅水区(≤1.5)所有船都不易转弯。低速航行与设计航速时的操纵性能迥然不同。单机单舵的船操纵性较好，但会感受到螺旋桨的偏压(推进器在逆舵向力作用下产生的船尾横向移动)。具有单可变螺距螺旋桨的船会感受到螺旋桨偏压，甚至当推进器螺距调至较低或零推力时。双机双舵的船一般在各种航速下均具有良好的操纵性。双机单舵的船在服务航速情况下具有良好的操纵性，在低速时操纵性较差。配备船首或其他侧推器的船舶具有较好的低速操纵性能。配备全方向船首推进器的船具有非常好的低速操纵性能。船舶操纵性-18-5.风7.流8.操纵水平风作用于船舶会横向漂移和偏转，对的航迹带宽度将产成显著影响。均匀流场虽然不改变船舶水动力，但造成船舶顺流漂移，影响船舶运动的航迹和位置。如果局部水流不均匀，船舶运动较为复杂，特别是在一个船长范围内流向、流速分布不同时，容易引起意外发生。驾驶者的操纵水平直接影响到船舶航行的状态，在航道设计中对驾驶员的操纵水平也应适当考虑。6.浪船舶在波浪作用下会产生六个方向的运动，对航道设计有一定影响。9.航道底质航道底质主要影响航道建设的成本和航道边坡的坡度。出于航行安全的考虑，对于航道的底质和边坡较硬的情况，航道水深和宽度要有所增加。影响航道设计的主要因素-19-10.航道回淤11.船舶货物类型12.船舶航行密度航道回淤量是计算航道维护成本的重要依据，航道的备淤深度也应由回淤量确定。在航道设计中，对航道的回淤量进行预测是十分必要的。在航道选线论证阶段，航道回淤维护成本应作为一项重要的考虑因素。装载不同类型货物的船舶，其船型尺度差异较大，受风、浪、流作用规律不同，在航道设计中应对各种可能出现的危险情况给予考虑。装载对海洋污染较严重和危险品的船舶，如油轮、液化气船、化学品船等，出于安全考虑，其航道尺度比装载其他类型货物船舶的航道尺度要大。对于单向航道，当航行船舶较多时，会导致船舶在锚地等待时间过长，这时应考虑建设双向航道。对于双向航道，当船舶航行密度较大时，出于安全考虑，要适当增加航道内船与船之间的距离。影响航道设计的主要因素-20--20-6.2航道建设规模及航行标准6.2.4复式航道AAWW4Z4Z0D0D通航水深通航水深bcc稳定边坡稳定边坡cAA4Z4Z0D0D通航水深通航水深bcc稳定边坡稳定边坡cAc4Z0D通航水深WW（大船单向）（小船双向）AA