水运工程规划复习提纲

1水运工程规划GungiPeng2016.6.16一、绪论1.1水运系统1.交通运输系统---综合运输系统目的任务：旅客、货物的空间“移位”子系统：水路、公路、铁路、航空、管道2.水运系统优势：成本低、能耗低、环保1.2港口是交通运输的枢纽，由3大部分组成，6个作业系统:1.三大部分：A.水域：作用：供船舶航行、停泊、锚泊、装卸转载等。包括：港池(泊位)、航道、锚地、外堤、回旋、导航等。要求：宽广、平稳，并具有足够水深。（面积、深、平稳）B.岸线：水陆交接地带。作用：靠船、旅客上下船、货物装卸等。包括：码头建筑物、港池(泊位)。要求：足够的长度和合适的宽度。C.陆域：作用：布置各种设施。要求：宽广、平坦，满足港口纵深要求包括：存储设施：仓库、堆场装卸设备：起重机械、运输机械交通设施：道路、铁路辅助设施：给排水、供电、通信、机械库、机修厂、消防站、办公楼、商务中心以及生活辅助设施配套设施：修造船厂、港作船舶基地等2.六个作业系统：航行作业系统——水域各设施；装卸作业系统——码头、港池、机械等；存储作业系统——仓库、堆场；分运集疏运作业系统——铁路、公路、水路、网、管；信息与商务系统——电子商务中心-物流中心；环保与景观系统——污、废处理，绿化等。1.3港口分类按功能分：商港、渔港、工业港、军港、避风港、游艇港按地理位置分：河港(包括运河港)、海港(海岸港、河口港)1.4港口的运营1.船舶出入港过程：2.港口运营指标：码头生产经营规模、生产运输指标、经营管理指标、技术管理指标3.营运费用：包括货物费用和船舶营运费用货物费用：不包括运费、装卸费等“看得见”的费用，只是货物价值之利息“看不见”的费用（时间价值）船舶营运费用：船舶在营运过程中发生的费用，包括固定费用和航次费用待泊费用----固定费用为主--------艘天费2二、港口规划调查与分析2.1经济社会条件调查1.港口腹地：有货物（或旅客）要经某港运输的地区叫该港的腹地。2.腹地划分：直接腹地：直接为港口所在地服务，货物不中转。中转腹地：指货物的中转联运腹地。通过腹地：在港内不装卸，只进行编组，然后运走。3.扩大腹地的措施：①地理位置优越，距经济发达地区的距离近，集疏运条件好；②自然条件好③运输成本低，交通条件好，运输时间短；④装卸成本低，车船周转快；⑤服务水平高4.社会经济调查港口、城市调查：客货、港口、企业、经济相关设施调查：土地利用的可能性、价格；集疏运能力及扩展的可能性；水电供应；运输网规划、重点项目的建设规划水域调查：近海渔业、海滨旅游、港口航道、施工其它社会调查：沿江、沿海工矿企业的现状与发展规划，与港口发展有利害关系的部门和企业的现状与发展规划2.2自然条件调查与分析1.自然条件调查内容：地形、地质：地形图、地质条件、岸线冲淤、地震气象：风、雨、雾、冰(气温)海象：潮、浪、流、泥沙运动河流：流速、流量、流态——季节性变化2.自然条件对港口的影响：地形、地质：平面布置、港口选址、建筑物结构型式、造价气象：风：平面布置(航道、口门、环境)、作业、对船舶的作用力雨：施工、港区排水、作业雾：航行、作业冰：作业天数、建筑物强度和耐久性海象：潮：港口各部高程、增减水——特征水位、基准面浪：泊稳、平面布置、建筑物强度、泥沙运动——特征值、折射、绕射流：航行、泥沙运动河口：潮流界（在涨潮时，海水倒灌至河内，理论上存在潮流V1与河水下泄流速V2相抵消（V1≈V2）的截面）、潮区界（在潮流界以上虽然潮流不再向上流动，但河水被阻，有壅高现象，潮波继续向上传播，但潮差越来越小，当潮波消失后水位不再受潮汐影响）、拦门沙洲（河流搬运泥沙的最终归宿点）河流：流量、流态、河道演变：选址、航行、岸线稳定2.3吞吐量预测1.货物分类：件杂货(集装箱)、干散货、液体货2.吞吐量：一年间经由水运输出、输入港区并经过装卸作业的货物总量称为港口吞吐量，以自然吨计。33.通过能力：一年间在既定的技术装备条件下，按合理的操作过程、先进的装卸工艺和生产组织所允许通过港口的货物量。4.预测步骤：收集有关数据资料；社会经济发展水平预测；区域内客、货总运输量预测（进、出）；运输方式分担预测（公、铁、水、空、管）；港口客、货吞吐量预测。5.主要方法：1.经验法：经验系数法、趋势目估法、类比法、特尔裴专家判断法2.函数法3.概率分析法4.时间序列法5因果分析——相关分析法2.4船舶及船型预测1.尺度：船型尺度：是从船壳板内侧的表面丈量得到的尺度，主要用于船舶性能的计算和研究全部尺度：是从船体外缘丈量得到的尺度，即全部尺度，用于船舶的制造和运行。全长Lc：船体首尾两端间的最大水平距离（沿船纵向）全宽Bc：船体横向最大水平距离全高Hc：龙骨底面的水平切面至船最高点的垂直距离吃水T：水面线至龙骨底面的垂直高度通常讲的船舶吃水指满载、夏季吃水线至龙骨底面的垂直距离连桅高度h=HC-T这里的T为空载吃水，h用于设计桥梁净空高度。2.吨位：A.重量吨位1.排水量吨位：船舶在水中所排开水的吨位空载排水量：船体和机舱部分重量质量之和，是船舶最小限度的重量满载排水量：在密度1.025t/m3的海水中，满载吃水时重量，即船舶最大限度的重量实际排水量：船舶每个航次载货后实际的排水量2.载重吨位：船舶在运营中能够使用的载重能力总载重吨：包括货，燃料，滑油，淡水等储备消耗物资净载重吨：只包括客，货的重量B.容积吨位：以体积折算的吨位，用于船舶登记，又叫登记吨位总吨位：指船舶内部所有封闭容积净吨位：指从总吨位中扣除机舱、船员生活舱室、压载舱等直接供船舶航行需用部分的吨位后余下的吨位。3.主要船舶的特点：杂货船:吨位小、机动灵活,舱口舱内空间大集装箱船:干舷高、船体窄、航速快、装卸效率高散货船：吨位大、吃水深、仓口大、单层甲板油船:吨位大、吃水深、装卸效率高河船、海船4三、港口装卸工艺3.1货物在港内的作业方式1.换装(装卸过程)：货物从进港运输工具上卸下到装上出港运输工具的全过程，也叫换装过程2.操作过程：根据一定的装卸工艺完成一次货物的搬运过程3.直取作业：只经一次操作（一个操作过程）即可完成全部装卸过程的作业方式，也叫直取作业4.装卸工艺：货物在港内装卸、搬运的方法和程序5.作业线：按一定装卸工艺完成一定的操作过程的劳动力和装卸机具的组合3.3装卸工艺设计件杂货：门机+拖挂车+叉车/起重机集装箱：装卸桥+集拖车+龙门吊干散货：装/卸船机+皮带机+堆/取料机液体货：泵+管道四、码头及码头平面设计4.1港口规模确定1.泊位数优化货物在港口换装总费用的组成——港、船、货三部分泊位数优化：考虑港、船、客货各方面的因素，使得客货在港口转运的总费用最省。目标函数——条件11sssbssnnccnn泊位数优化的基本方法与步骤：ssbsnNcSNcC。泊位数S不同就导致Cs的变化，泊位数优化就是取S值使得Cs最小。调整S值使上式得到满足——试算2.港口泊位利用率：ρs就是泊位利用的天数与泊位总天数的比值。001nnsnsnnnssFsFnF泊位的全部天数之和泊位被利用的天数之和合适利用率的取值方法：设有n艘船在港则：n≤S时，泊位利用的天数即为船天数nFn,有空泊位,无船待泊n＞S时，泊位全部被占用，泊位利用天数为SFn，有船待泊3.船舶到达分布：随机性、规律性——泊松流：相继到达的两艘船舶的间隔时间T服从指数分布4.船舶占泊时间分布：从靠泊到离开的总时间T，一般服从指数分布或者2阶爱尔兰分布5.港口服务系统的排队模型到达分布/占泊时间分布/泊位数/排队长度的限制5M/M/S/∞排队模型的条件第一，船舶按泊松流到达港口；第二，船在港装卸占泊时间服从指数分布；第三，船一到港，只要有空闲泊位就必须停靠，不得等待特定泊位，并按先到先靠的原则进行排队，不得插队；第四，当船舶足够多时，不论排队多长，船舶不得中途离港。4.2减少船舶在港时间措施增建泊位——投资新建码头泊位。增建码头泊位、提高泊位装卸效率提高装卸效率——非常有效的措施，尤其适用于老港口改造泊位组——营运调度、生产管理。把可以统一进行装卸的一些泊位组织在一起统一调度管理，称为泊位组。速遣——不增加任何设施→部分船舶可迅速离港。将几个泊位的设备集中使用，使某些船只迅速离港的调度方式——各种措施的特点、效果4.3码头布置型式1.按贸易、用途、货种、平面布置等分类方法按贸易：内贸、外贸按用途：客运、货运、客货兼用、工作船码头按货种：件杂货、集装箱、油、干散货、渔码头2.按平面布置分类：顺岸式、突堤式、挖入式、岛式及栈桥式、堤内式——特点3.突堤式：码头岸线与自然岸线成较大角度或垂直。优：占岸线短，需建防波堤时，堤的长度短，便于管理缺：阻碍水流，占水域大突堤式码头广泛用于海港中4.挖入式：码头港池在向岸的陆地一侧开挖而成。以往多用于河港或河口港，60年代以来也见于海港。小河船集疏，但不占深水岸线，海船运输。5.岛式及栈桥式：一般为开敞式码头，不设防波堤，用于大型散货船、油船、液体化工船，解决船舶的吃水问题。码头远离岸边，与岸边无陆域连接油码头——输油管埋在水底6.堤内式布置：沿防波堤内侧布置码头一般可节省投资，尤其是斜坡式防波堤更为明显4.4港口陆域尺度1.码头泊位三要素：长、宽、深L=设计船型长度Lc+适当的富裕量B=设计船型宽度Bc+适当的富裕量D=设计船型吃水T+适当的富裕量54321ZZZZZkTDk——水体密度影响系数：海水k=1，淡水k=1.03(海船)Z1——龙骨富裕，与水底土质有关，淤泥0.2m，松砂0.3m，夹砂块状土和密砂0.4m，岩石0.6mZ2——波浪富裕6Z3——吃水富裕，配载不均匀引起Z4——备淤富裕，不淤积的港口取0，淤积的港口不小于0.4mZ5——浚深富裕，一般取0.3～0.5m2.码头前沿高程：考虑因素：码头性质、船型、水位、陆域地形、波浪情况上水控制标准：根据码头的重要性、作业特点等要求，在一定的潮位和波浪组合下，按码头面上水可接受的程度设定的码头前沿顶高程控制标准受力控制标准：根据码头结构（尤其是透空式码头上部结构）在波浪作用下受力安全要求设定的码头前沿顶高程控制标准海港（有掩护、无掩护）、河港4.5码头陆域布置1.件杂货码头：种类繁杂、装卸机械类型多集装箱码头：专业化程度高、通过能力大干散货码头：进、出口的装卸工艺与平面布置差别大；对环境影响大2.前方作业地带：作用、要求、常规尺度仓库、堆场一线：保证船舶装卸连续不断地进行——容量、面积二线：面积由总容量、面积控制布置：长方形、按泊位布置纵深：一般由土地利用条件决定。在条件允许情况下尽量大，以方便作业生产辅助区：靠近生产区生活辅助区：靠后方布置，与生产区分开——环境、干扰五、港口水域布置5.1港口水深1.停泊水深：54321ZZZZZkTD2.航行水深：543210ZZZZZZkThZ0——船舶航行时船体下沉增加的富裕水深，与船舶的大小和航行速度有关3.港池水底高程=设计低水位-停泊水深航行水域水底高程=航行水位(乘潮水位)-航行水深5.2航道1.轴线：布置原则——风、浪、流(海港)：布置航道轴线时应充分考虑风的影响，水深的影响、岸边的影响。2.通航宽度：航迹带（船舶以风流压偏角在导航中线左右摆动前进所占用的水域宽度，称为航迹带宽度）、富裕5.3锚地与回旋水域1.港口锚地：专供船舶停泊及进行水上装卸作业的指定水域2.按功能分类：引航、检疫、停泊、避风、过驳按位置分类：港外、港内3.锚泊方式：各系泊方式的特点、单个锚泊位面积——海港、河港a单锚系泊——为一圆域7优点：船受力小，可随风、流等转动。缺点：占水域面积很大，且各锚泊位之间浪费一定的水域b双锚系泊——矩形水域占水域面积较小，但船舶受力较差c单浮筒系泊——圆域占水域面积比单锚小得多，万吨级船一般在15万m2左右，同样具有船体受力小的优点，但制作、抛放浮筒费用较高d双浮筒系泊——矩形水域占水域面积小，但船舶受力较差4.选址要求：土质、水深、面积、风、浪、流、建筑物的影响①尽量临近航道