?？诟坌潞８蹍^分道通航方案分析

干偉東，李延偉，黃　明

(1.交通運輸部天津水運工程科學研究所，天津 300456； 2.武漢理工大學 智能交通工程研究中心，武漢 430063)

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?？诟坌潞８蹍^分道通航方案分析

干偉東1，李延偉1，黃明2

(1.交通運輸部天津水運工程科學研究所，天津 300456； 2.武漢理工大學 智能交通工程研究中心，武漢 430063)

為滿足海口港新海港區汽車客貨滾裝碼頭船舶通航需求及保障新海港區船舶通航安全，結合新海港區通航環境，考慮規范要求，在模型計算的基礎上提出近期與遠期、分階段分道通航方案，航道通過能力及船舶操縱模擬試驗均表明，兩種方案均可行且各有利弊。

新海港區；輪渡；航道；分道通航

根據《海口港總體規劃》(修編)[1]，新海港區客貨滾裝碼頭近期將逐漸承接秀英港區、海甸港區海峽滾裝運輸功能的轉移，未來將發展成為瓊州海峽客貨滾裝運輸的專業化、規模化、集約化及現代化港區，成為海峽運輸的主通道。

?？诟坌潞８蹍^汽車客貨滾裝碼頭工程位于海南省海口市西部、粵海鐵路輪渡南港碼頭北防波堤的外側，近期與湛江港海安港區汽車客貨滾裝碼頭功能對接，未來與規劃的粵海鐵路輪渡北港碼頭東防波堤外側南山作業區實現功能對接。

目前新海港區進出港航道為粵海鐵路輪渡南港航道，航道兩側水域漁網密布，且在海洋功能上為漁業捕撈區。?？诟坌潞８蹍^汽車客貨滾裝碼頭船舶近期僅能利用現有粵海鐵路南港碼頭航道，但加之橫風橫流較強，通航環境惡劣，隨著新海港區汽車客貨滾裝碼頭的逐步投產及粵海鐵路動車過海的實施，船舶通航密度逐漸增加。若兩碼頭船舶混合使用現有航道水域，該水域的通航風險將大大增加。為保障該水域的通航安全，特研究分道通航方案。

1　港口概況

新海港區碼頭包括粵海鐵路南港火車輪渡碼頭和新海汽車客貨滾裝碼頭。粵海鐵路南港輪渡碼頭擁有2個客貨滾裝泊位，分別為1#客貨滾裝泊位和2#客貨滾裝泊位，靠泊等級均為為2萬t級，滾裝車輛通過能力合計177萬輛/年，旅客通過能力為202萬人次/年。目前粵海鐵路輪渡每天開行16對航班，其中客貨列車開行12對。

依據粵海鐵路輪渡系統綜合規劃，2035年鐵路運輸貨運量將達到1 260萬t，客運量550萬人次，汽車運輸98萬輛，貨運量2 360萬t，客運量860萬人次，開行列車26對。新海汽車客貨滾裝碼頭[2]設計通過能力270萬輛/年，旅客通過能力1 800萬人次/年，有總噸位10 000客貨滾裝泊位17個。工程投入運營后，平均每天211艘次，考慮1.3的不均衡系數，船舶日到港數為274.3艘次。設計船型參數見表1。

表1　設計船型主尺度　m

目前新海港區進出港航道為粵海鐵路輪渡南港航道，走向為175°42′～355°42′，航道總長約為5.5 n mile，寬1 500 m，航道設浮標11座。見圖1。

圖1　粵海鐵路輪渡南港航道

2　通航方案

粵?；疖囕喍杉靶潞Ｆ囕喍煞值劳ê疥P鍵問題是如何確定火車輪渡及汽車輪渡的航道寬度。

2.1航道寬度

1)現行規范計算。根據《海港總體設計規范》(JTS165-2013)[3]中關于單線航道及雙線航道寬度的規定，根據海域潮流數據[8]，粵?；疖囕喍杉靶潞Ｆ囕喍伤韬降劳ê綄挾纫姳?。

2)船舶應急回旋所需寬度。船舶旋回初徑是指從操舵開始到船舶的航向轉過180°時重心所移動的橫向距離，約為船長的3～6倍[4]。見圖2。

2.2不同方案所需的航道寬度計算

1)近期方案航道寬度。近期船舶交通流密度較小，通常情況下(除在港池口門外)只有1艘火車輪渡船舶在航道中航行，汽車輪渡船舶近期只有5～6艘在新海港投入運營。

表2　所需航道通航寬度規范計算

注：橫流流速超過1.00 m/s的部分通過線性回歸擬合方式求出。

圖2　船舶旋回圈的尺度與名稱

根據計算，橫風小于等于七級情況下，汽車輪渡船舶在橫流1.50 m/s

新海汽車輪渡航道考慮在應急的情況：假如粵?；疖囕喍珊降酪蚬逝R時不能使用，兩港池船舶能同時使用新海汽車輪渡航道，二者所需航道寬度之和為282.1 m+214.7 m=496.8 m。另外考慮汽車輪渡船舶應急臨時掉頭，因汽車客貨滾裝船舶良好的操縱性，旋回初徑取3倍的船長，即127 m×3=381 m，同時假定雙線通航且船舶航行在通行側航道的中心線上，見圖3，此時所需航道寬度為127 m×4=508 m。故新海汽車輪渡航道寬度取500 m。

圖3　航道中船舶掉頭所需的水域

同理，粵海火車輪渡航道也考慮應急臨時掉頭的需要，火車輪渡船舶操縱性更優，旋回初徑取3倍的船長188 m×3=564 m，同時也假定雙線通航且船舶航行在通行側航道的中心線上，此時所需航道寬度為188 m×4=752 m，故粵?；疖囕喍珊降缹挾热?00 m。

參考藤井[5]對分道通航制寬度的建議：通航分道寬度/分隔帶寬度/通航分道寬度為3.2L/L/3.2L，本工程航行船舶最大長度為188 m，故隔離帶的寬度應為188 m，本工程取200 m。

二者間為200 m的隔離帶，緊急的情況下可起到一定的緩沖作用。

另外根據2013年、2014年及2015年的船舶航跡統計，對粵?；疖囕喍珊桔E帶寬度測算，船舶航跡主要集中725 m左右的寬度內。

2)遠期方案航道寬度。遠期粵海鐵路輪渡規劃開通動車過海，火車輪渡船舶也將相應提速至25 kn(目前最高航速通常在15 kn以下)，且班次也相應增加；新海港汽車客貨滾裝碼頭上正式運營后，大約有50艘船舶投入生產，通航班次也將大幅度增加。

粵?；疖囕喍珊降揽紤]應急臨時掉頭的需要，而動車輪渡船舶航速較快，故旋回初徑取6倍船長188 m×6=1 128 m，同時也假定雙線通航且船舶航行在通行側航道的中心線上，此時所需航道寬度為188 m×8=1 504 m，故粵海火車輪渡航道寬度取1 500 m；汽車輪渡航道通航密度增加，所需應急回旋水域應更廣，同理旋回初徑按6倍的船長考慮，所需航道寬度為127 m×8=1 016 m，故新海港汽車輪渡航道寬度取1 000 m。二者之間隔離帶為200 m。

3　航道通過能力

航道通過能力[6]的計算以日本學者藤井提出的船舶領域[7]為基礎，該模型是以船舶為中心、長半軸沿船首尾線方向、短半軸沿船舶正橫方向的一個橢圓。

(1)

式中：C——通過能力；

W——單向航道寬度；

ρmax——最大船舶密度，ρmax=1/(r·s),

其中：r，s——船舶領域的長短軸半徑，當領域為橢圓形且最大限度排列時，ρmax≈1.15/(r·s)；

v——船舶速度；

t——通航時間，全天通航，t=24 h。

分別考慮采用粵海鐵3#、4#及新海港區總噸位10 000 t汽車客貨滾裝船作為計算航道通過能力船型，計算見表3。

表3　各方案航道單向通過能力計算表

4　船舶操縱模擬試驗

在選取本區域常風向(NE)及最不利風向(W)八級風下，與漲落急潮[8]流進行組合不同試驗工況。試驗結果見圖4。

圖4　汽車輪渡與火車輪渡跨海峽航道水域航跡疊加圖

對船舶在跨海峽航道水域的航跡帶進行疊加，可以得出航跡匯總圖，汽車輪渡與火車輪渡航道內航跡帶寬度分別為300 m和410 m，均遠小于近期及遠期的設計航寬，且航跡帶均在設計航道內。

5　利弊分析

1)由于新海汽車輪渡碼頭開港的迫切性，提出了近期方案，該方案可快速實施，海域使用功能不需調整，也不需要與航道附近漁民就漁柵等漁業設施拆除進行協調，調整設置航標數量均最小。新海汽車輪渡航道與粵?；疖囕喍珊降乐g利用隔離帶進行隔離，交通組織形式更為簡單，且隔離帶有一定的緩沖作用，有利于緊急情況下應急。

弊端在于：航道分隔的初期，因航道寬度變窄，粵?；疖囕喍纱榜{駛員可能不適應，存在一定的風險；分隔后相對現狀，粵?；疖囕喍纱霸谀细鄯啦ǖ炭陂T外等待進港時可漂移的水域面積變小，需頻繁進行船舶動車保持在航道水域內。

2)遠期方案可恢復粵?；疖囕喍珊降缹挾戎? 500 m，并向西移，其進出南港防波堤口門段航道較現狀更開闊，有利于船舶調整航向進出口門，能夠提高船舶通航安全性；遠期新海港汽車輪渡航道寬度東拓500 m，寬度為1 000 m，通航寬度增加，可一定程度上滿足汽車輪渡船舶通航密度增加的需要。

弊端在于：需調整海洋功能區劃，并對西移700 m和東移500 m范圍內的漁業設施進行拆除和賠償，另外增加了粵?；疖囕喍纱昂叫械木嚯x，運營成本增加，若近期按該方案實施新海港區汽車客貨滾裝碼頭一期工程將不能按計劃投產運營。

考慮到“十三五”期動車過海，船速快，航次增加，以及秀英港滾裝運輸功能整體搬遷，新海港汽車輪渡船舶通航艘次增加，為確保粵?；疖囕喍纱凹靶潞Ｆ囕喍纱巴ê桨踩裕瑢砜稍诮诜桨傅幕A上開展遠期方案建設，以滿足未來通航需求。

[1] 海南省交通運輸廳,?？谑腥嗣裾??？诟劭傮w規劃(修編)[Z].海口:海南省交通廳,海口市人民政府,2008.

[2] 鐘大鵬.新海港汽車客貨滾裝碼頭試運行圓滿成功[EB/OL].[2015-12-04][2016-02-24].http://www.haikou.gov.cn/hkgzw/gzyw/201601/t20160115_917462.html.

[3] 海港總體設計規范：JTS165-2013[S].北京:人民交通出版社,2014.

[4] 洪碧光.船舶操縱原理與技術[M].4版.大連:大連海事大學出版社,2007.

[5] 初立輝.連云港港附近水域船舶定線制的研究[D].大連:大連海事大學,2009.

[6] 張則浩,于祖杰,劉強,等.龍口港航道飽和度研究[J].大連海事大學學報,2014,40(1):33-36.

[7] 張寶華.基于船舶領域理論的水道通過能力研究[D].大連:大連理工大學,2009.

[8] 劉臣,李少年,馬殿光.瓊州海峽新海汽車輪渡碼頭通航水流條件分析[J].海岸工程,2014,33(2):12-19.

Preliminary Study on Navigation Separation Scheme of Vessels Traffic at Xinhai Port in Haikou

GAN Wei-dong1, LI Yan-wei1, HUANG Ming2

(1.Tianjin Research Institute of Water Transport Engineering, Ministry of Communications, Tianjin 300456, China;2.Intelligent Transportation System Research Center, Wuhan University of Technology, Wuhan 430063,China)

To meet the navigation requirements of vessels of Xinhai ferry dock in Haikou, and safeguard navigation safety, the shot-term and long-term navigation separation schemes are proposed in light of the code requirements and model calculation under navigation environment. The calculation results of channel traffic capacity and ship maneuvering simulation show that the schemes are feasible and each scheme had its advantages and disadvantages.

Xinhai port; ferry; channel; traffic separation scheme

2016-02-26

2016-03-23

中央級公益性科研院所基本科研業務費專項資金項目(TKS140203；TKS150212)

干偉東(1987—)，男，碩士，助理工程師

U612.1

A

1671-7953(2016)04-0162-04

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.04.038

研究方向:水上交通安全規劃與管理

E-mail:493286641@qq.com