徒駭河富國作業區至東風作業區千噸級航道設計研究

劉 臣，李明輝，閆建英，于廣年

（1.交通部天津水運工程科學研究所工程泥沙交通行業重點實驗室，天津 300456;

2.山東沾化交通局，沾化 256800）

徒駭河發源于河南省，由莘縣進入山東省，流經14個縣市，在沾化縣經套爾河流入渤海，是濱州地區的主要入海通道。徒駭河下游流域屬魯北沖積平原，為京、津、遼、冀聯結地帶，地理位置優越，經濟腹地廣闊，貨源充足，航運運量發展潛力大。位于出海河口上游79 km的富國原作業區建于1976年，2005年3月威烏高速公路徒駭河大橋開工建設，由于大橋設計凈空高度低、寬度窄，船舶進出困難。2007年富國原作業區移建至威烏高速公路下游富國現作業區，規模為1 000 t級泊位2個，泊位長220 m，港口綜合通過能力72萬t。目前航道開發滯后，阻礙了富國現作業區1 000 t級碼頭的正常運行。進而影響徒駭河腹地沾化乃至整個濱州地區的經濟發展步伐，為此富國現作業區下游1 000 t級航道的開發建設尤為必要。

徒駭河和套爾河平面蜿蜒曲折，支汊較多，同時河床高程沿程變化較大［1-2］。河底高程最低處位于套爾河的潮河入匯口，高程為-15 m（大沽基面，下同），其次為徒駭河出口下游的東風作業區河段，高程為-7 m；富國現作業區附近水深約2.5 m。

徒駭河河道具有明顯感潮河段特征，潮汐沿程存在相位差，當外海為高潮位時，富國現作業區河段為低潮位。因此進行港口規劃設計時，必須考慮河道特征，同時又要兼顧潮汐變化。

1 設計船型的選定

考慮到徒駭河航道特點、河海聯運的模式以及主要貨種，選擇1 000 t海上雜貨運輸船作為代表船型［3］，船型尺度為85 m×12.3 m×7.0 m（總長×型寬×型深），滿載吃水4.3 m。

2 設計水位的確定

感潮河段港口參數的確定，除與設計船型尺度有關外，還必須考慮船舶乘潮（按乘潮設計）水位、港口通航設計水位和河段極高水位（重現期為50 a的年極高水位）。乘潮水位確定船舶可航行時間，港口通航設計水位確定碼頭前沿水深，極高水位確定碼頭前沿高程。根據研究河段實測資料分析，乘潮水位為1.0 m，河段通航設計水位為0.20 m，河段極高水位為4.0 m。

3 航道尺度設計

3.1 航道設計水深與航道設計底標高

根據《海港總平面設計規范》［4］，航道設計水深按下式計算

式中：D1為航道設計水深，m；T為設計船型滿載吃水，取4.3 m；Z0為船舶航行時船體下沉值，按照6 kn船速考慮，取0.2 m；Z1為船舶航行時龍骨下最小富裕深度，土質按照松沙考慮，取0.4 m；Z2為波浪富裕深度，不考慮；Z3為船舶裝載縱傾富裕深度，m，雜貨船不計；Z4為備淤富裕深度，取0.4 m。

將上述數值代入式（1），得到航道設計水深為5.3 m。河段乘潮水位為1.0 m，據此確定航道相應底標高為-4.3 m。

3.2 航道寬度

航道有效寬度由航跡帶寬度、船舶間富裕寬度和船舶與航道底邊間的富裕寬度組成。徒駭河航道按1 000 t級單向航道設計，單線航道寬度按下式［4］計算

式中：W 為航道有效寬度，m；A 為航跡帶寬度，m，A=n（Lsinβ+B）；n 為船漂移倍數；β 為風、流壓偏角，取 3°；B為設計船寬，取12.3 m；L為設計船長，取85 m；c為船舶與航道底邊間的富裕寬度，取0.5B。

將上述數值帶入式（2），可計算得出單線航道寬度。船舶漂移倍數n取值不同，則航道寬度不同；考慮研究河段遠離河口（基本為內河），且河道狹窄、實際水流沿河道走向流動等特點，取n為1.0，計算得航道寬度為30 m，符合《內河通航標準》［5］（GB50139-2004）對內河1 000 t級航道單線寬度的要求。

3.3 航道邊坡

徒駭河河床質主要由粉砂、砂和粘土組成，其中粉砂、砂約占80%。根據《〈海港總平面設計規范〉（JTJ211-99）局部修訂（航道邊坡坡度和設計船型尺度部分）》［6］中不同巖土類別航道開挖邊坡坡度規定，并參考原徒駭河疏浚斷面邊坡，邊坡取值為1：6。

3.4 航道變向半徑

徒駭河為感潮河段，具有海域漲落潮特性；同時河道狹窄蜿蜒，遠離海區，水流沿河道走向流動，又具有內河特性。為此在航道平面布置上，必須同時考慮內河與海域布置航道的基本原則。

（1）航道處于河道長彎道河段。

處于河道長彎道段的航道，由于河道蜿蜒，航道不能取直，所以按內河彎道標準設計，該段航道半徑稱為曲率半徑RW。根據《內河通航標準》［5］，內河1 000 t級單線航寬30 m航道規定航道曲率半徑為480 m。

《航道整治工程技術規范》［7］規定，對于頂推船隊，當彎曲半徑小于等于3倍設計船隊長度時，必須在直線段彎道寬度的基礎上加寬；當彎曲半徑大于3倍設計船隊長度，但小于6倍設計船隊長度時，應根據水流等具體條件確定加寬值。本河道設計船型為1 000 t海上雜貨運輸船，代表船型長85 m，航道曲率半徑為480，是設計船長85 m的5.65倍，同時該河段為感潮河段，河道流速小，水面平緩，為此彎道段航寬按30 m設計，不加寬。圖2為樁號41+000處彎道段航道平面設計。

圖2 樁號41+000處彎道段航道平面設計Fig.2 Layout plan of bend design scheme close to 41+000 of Tuhai River

圖3 樁號26+000處轉彎段航道平面設計Fig.3 Layout plan of turning design scheme closeto 26+000 of Tuhai River

（2）航道處于河道上下游順直的急彎段。

對于上下游航道走向有較長直線段的急彎航道段，按海域航道轉彎半徑設計。考慮航道設計的統一性，航道的轉彎半徑與曲率半徑一致，統一為480 m。

根據《海港總平面設計規范》［4］，航道轉彎半徑RZ和加寬方式應根據航道轉向角φ和設計船長L確定。10°＜φ≤30°，RZ=（3～5）L，宜采用切角法加寬，當水域狹窄，切角困難時，經論證可采用折現切割法加寬；φ＞30°，RZ=（5～10）L，可采用折線切割法加寬。

代表船型長85 m，航道曲率半徑為480 m，RZ=5.65 L。根據上述轉彎半徑加寬原則，航道轉彎半徑按航道轉向角 φ 確定。φ＜10°，采用切角法加寬；φ＞15°，采用折線切割法加寬；10°＜φ＜15°，可采用切角法加寬，也可采用折線切割法加寬。圖3為樁號26+000處轉彎段航道平面設計。

4 候潮區設計

徒駭河富國作業區至東風作業區段千噸級航道建設方案的航道設計為單向，總長40 km。船舶航行采用乘潮水位1.0 m，因此需設置候潮區，解決船舶候潮和上、下船舶錯航時待航問題。標的河段河道狹窄，船舶停錨采用雙浮筒系泊方式設計［4］。候潮區布置2處，分別位于原秦口河河口和徒駭河河口，其中秦口河河口錨地由2個3錨位分錨地組成。

圖4 徒駭河河口候潮區平面設計Fig.4 Layout plan of area waiting for tide

4.1 設計底高程

設計水深指在設計低水位下保證設計船型在滿載吃水情況下的安全停泊水深，按碼頭前沿設計水深［4］

式中參數與式（1）一致，其中Z4為備淤富裕深度，由于碼頭前沿水深深于航道，故取0.5 m。將上述值代入，得到候潮區設計水深5.2 m，根據水文計算結果，設計低水位0.2 m，因此候潮區疏浚底高程為-5.0 m。

4.2 雙浮筒系泊候潮區水域寬度

式中：Bh為候潮區寬度；B為設計船寬，取12.3 m。代入式（4）得Bh=49.2 m，取Bh=50.0 m。

4.3 雙浮筒系泊候潮區水域長度

式中：e為由潮差引起的浮筒水平偏位，每米潮差按1 m計算，設計取5.0 m；l為系纜的水平投影長度，設計取20 m。

據此計算，單錨長度S=135 m。秦口河河口2個分候潮區錨地為3個泊位，長405 m；徒駭河河口候潮區錨地為6個泊位，長810 m。徒駭河河口候潮區平面設計見圖4。

5 結語

富國現作業區泊位位于遠離河口的感潮河段，通航河道蜿蜒狹窄，從設計船型的選擇到航道和候潮區的設計，都充分考慮了徒駭河地形、地質和水流特點，按此設計建設，能最大限度地減少投資，同時又可滿足港口貨運與船舶安全通航要求。

［1］劉臣，平克軍.徒駭河壩上閘下游通航研究［J］.水道港口，2008，29（5）：323-327.

LIU C，PING K J.Study on channel regulation downstream reach of Bashang-floodgate in Tuhaihe river［J］.Journal of Waterway and Harbor，2008，29（5）：323-327.

［2］劉臣，劉哲，平克軍.濱州港大堡泊位擴建工程潮流分析［J］.水道港口，2007，28（4）：240-244.

LIU C，LIU Z，PING K J.Tidal current analysis for Dapu berth extension project of Binzhou Harbor［J］.Journal of Waterway and Harbor，2007，28（4）：240-244.

［3］JTJ211-99，海港總平面設計規范：局部修訂（設計船型尺度部分2008版）［S］.

［4］JTJ211-99，海港總平面設計規范［S］.

［5］GB50139-2004，內河通航標準［S］.

［6］JTJ211-99，海港總平面設計規范：局部修訂（航道邊坡坡度和設計船型尺度部分2003版）［S］.

［7］JTJ285-90，航道整治工程技術規范［S］.