廣州港主航道利用邊坡通航優勢探討

陳德和

摘 要：廣州港航道狹長，升級建設成本巨大，建設周期長。本文通過分析廣州港主航道以及航行船舶的特點，分析利用航道邊坡通航的優勢；同時，為如何有效使用航道邊坡通航提出一些建議。希望通過有效使用航道邊坡通航，達到充分利用航道以及毗鄰航道可航水域資源的目的，在節省港口航道投資建設成本的同時航道級別為港口發展提供有力支持。

關鍵詞：港口 航道 航道邊坡 可航水域資源

1.引言

廣州港是中國華南地區最重要的綜合型大港之一。廣東省的海運煤接卸量、油品接卸量、糧食接卸量以及內貿集裝箱吞吐，廣州港的完成份額分別占60%、40%、30%、80%。根據相關分析，廣東省每增加1億元的GDP，廣州港就增加2310噸的能源物資吞吐量。可見廣州港與廣東省以及其腹地的經濟發展具有高度的正相關性，為腹地經濟發展提供有力的服務與支持作用。

廣州港與國內外許多知名的河口港一樣，出海航道彎曲狹長，天然水深淺，航道建設投資大，周期長，維護成本高。廣州港的建設過程就是一個航道的建設過程。建國前，廣州港主航道的水深主要為天然水深，最淺的水深僅為5米左右。1954年，廣州港將蓮花山西航道建設為底寬120M，維護水深7.2M；伶仃航道建設為底寬150M，維護水深-6.9M。工程完成后，萬噸級的船舶可以乘潮進靠黃埔老港。1975年，為了配合黃埔新港的建設需要，廣州港主航道虎門以內航段建設為底寬140M，維護水深-9.0M；虎門以外航段建設為底寬160M，維護水深-8.6M；工程期持續四年。進入20世紀90年代中期，為了適應區域經濟的快速發展，廣州港也加快了航道建設的步伐。廣州港出海航道一期工程：1996年開始預備工程，工程施工標準為桂山至二虎錨地航道底寬160M，維護水深-10.5M，全場80KM；工程于1998年11月正式開工，工期持續兩年，以底寬160M維護水深-11.5M標準建設，并于兩千年年底竣工。廣州港出海航道二期工程：開工于2004年3月份，施工標準為底寬160M，水深-13M（其中蓮花山東航道底質為巖石航段浚深至13.2M）；施工航段從桂山引航錨地至大濠州的D7掉頭區，全長115KM。工程于2006年竣工交付，廣州港出海航道二期工程竣工后，大幅度地提高了廣州港出海航道的航道通過能力，5萬噸級的船舶可以乘潮滿載進靠西基港區。由于要適應南沙港區的發展需要，南沙港區出海航道拓寬工程于2006年3月份動工，并于該年10月份竣工。工程將南沙港區至桂山錨地航段按標準底寬250M水深-13M建設。廣州港出海航道三期工程：廣州港出海航道三期工程分兩步實施；第一部試挖工程按底寬226M，水深-15.5M的標準施工，于2006年12月份正式動工，并于次年十月份完工投入試航；第二步按有效寬度為243M，水深-17M的標準施工；于2009年開工，工程持續三年，于2012年竣工。廣州港出海航道三期工程竣工后，10萬噸級集裝箱船可全天候單向進出南沙港區，12萬噸級散貨船可乘潮進出，5萬噸級船舶可全天候雙向進出。

近年來全球船舶大型化步伐加快，廣州港出海航道的級別開始跟不上到港船舶的要求。據2015年的數據統計，廣州港平均每天有兩次以上的交通管制，交通管制的主要原因是由于有超大型船舶進出港，航道的級別只允許大船單向通航，其他船舶不得與管制船舶于航道內對遇。廣州港出海航道狹長，有時交通管制長達五六小時，過多的交通管制嚴重影響進出港船舶交通流的流暢性，港口的運轉效率也受到影響，從長遠的角度考慮必然影響到港口的持續發展。廣州港出海航道再升級建設是迫在眼前的重要任務，同時合理規劃與協調利用航道的邊坡通航，對提高航道的通過能力和降低航道的建設成本都具有積極的意義。

2.廣州港主航道地質與邊坡特點2.1廣州港主航道地質特點

廣州港是河口港，水域地區地層形成受到海陸交互影響，土層可分為三層：淤泥及淤泥混沙層、粘性土層以及沙層。航道各航段都分布有淤泥及淤泥混沙層；沙層夾層狀分布于淤泥土中，主要由中沙及細沙組成；黏土性土層主要分布于虎門大橋以內航段，可分為泥質粘土、粉質粘土以及粉土；蓮花山東航道有約7KM為風化巖底質，底質結構較為復雜，其余航段都為淤泥、沙以及黏土。伶仃航道含沙量低，長年平均含沙量約0.06～0.10kg/m3；即使在大風天，最大含沙量約0.13kg/m3，是含沙量低的海區。再加上伶仃洋水動力較強，因此伶仃航道泥沙淤積較少。虎門以內航道淤積甚少，每年淤積都少于70萬m3。廣州港位于臺風區，每年都受到數次臺風的影響。從數十年對廣州港主航道的持續觀測，即使經歷強臺風的天氣影響，廣州港從來沒出現過驟淤的情況。從分析可以知道，廣州港航道地質穩定，航道開挖后回淤少，有利于保持航道邊坡的穩定以及足夠的可行水深。

2.2廣州港主航道的邊坡特點

廣州港航道狹長，各航段間的地質結構有所差異，在設計航道邊坡時，應根據不同航段的地質結構、邊坡底質的物理指標和通航安全等因素決定。例如在蓮花山東航道的設計建設中，考慮到該航段復雜的地質結構，采用了復式邊坡①的結構，即以沙土結構為主的上層以1：5的邊坡比建設，以風化巖為主的下層采用1：2的邊坡比。底質為砂的大虎航段，按有關規定邊坡取1：5已符合安全規定，但考慮到該航段自然水深好，開挖量小，邊坡比取1：10。該航段取更平緩的邊坡比，在小量增加投資成本的前提下，極大地提高了船舶的航行安全及最大地利用了天然水深資源。伶仃航段三期試挖工程出于各方面的綜合考慮邊坡必由原來的1：10改為1：5的設計方案。在試挖工程竣工后，于2008年的1月4月和9月對伶仃航段，分28個斷面邊進行測量計算，得出邊坡數據如下表2-1。從測量數據可以看出，伶仃航道東西兩側平均邊坡比基本相同，航道兩側坡形對稱。從28個斷面測量數據得出，西側最陡邊坡的邊坡比為1：5.7，位于伶仃航道20號浮筒附近；東側最陡邊坡的邊坡比為1：5.1，位于伶仃航道11號浮筒附近。對比2008年4月份與2008年9月份的測量數據，數據變化不大，邊坡趨向穩定。航道的設計建設方案盡量結合該航段的具體實際情況進行，既可以降低建設成本，航道建成后維護成本低，船舶航行安全也得到保障。

3.廣州港到港船舶類型及特點

廣州港是一個功能齊全的綜合型大港，主要貨類包括煤炭、油品、金屬礦石、鋼鐵、糧食、集裝箱以及滾裝汽車運輸。其中包括煤炭糧食鋼鐵金屬礦石等干貨占總吞吐量的29%，集裝箱占總吞吐量的49%。2014年全年完成進口貨物量28033萬噸，出口貨物量20184萬噸，進口貨物比出口貨物要多，主要原因是廣州港是煤炭和糧食的進口大港。從上面貨類可以得知，廣州港到港船舶類型多樣，出口船的空載率比進口船要高。根據廣州港多年來對大型船舶的統計，空船出口的占比約80.7%～96.4%，少數載貨出口的大型船舶的實載率也只有26.4%～40.0%，大型重載船在航道上對遇概率小。

根據2014年的統計數據，廣州港全年到港船舶為40988艘此（3000噸以上），比上年增長2.02%，詳細見下表3-1。從表中統計數據可以看出，廣州港到港船舶正往大型化方向發展，七萬噸級及以上的船舶到港船數占比比上年增長8.53%。2萬噸級及以下的船舶到港船數占比雖略有下降，但占比達66.2%，是進出廣州港的主力船型。根據《海港總平面設計規范》的船舶尺度如下表3-2。從表中數據得知，2萬噸級船舶中，集裝箱船的設計滿載吃水最大，為10.2米。按廣州港航行要求，進出港船舶保留10%該船吃水以上的富余水深。那么2萬噸級的滿載集裝箱船在廣州港航行的最少可行水深為11.22米。

4.利用航道邊坡通航的優勢

4.1利用邊坡通航能提高航道的通過能力

航道的通過能力也就是船舶的交通容量，是指航道處理船舶交通的能力，可以用單位時間內允許通過航道的最大船舶艘數表示。理想條件下的船舶交通容量稱為基本交通容量，據日本學者藤井彌平等，基本交通容量可用下面公式4-1表示：

其中，Cb為基本交通容量；V為交通速度；W為航路寬度；橢圓面積指的是日本學者藤井彌平于1967年提出的船舶領域模型，該模型為橢圓形，在廣州港航道的狹窄水域內，橢圓形的長軸取船舶的3倍船長，短軸取船舶的1.5倍船長。

從公式可知，當船舶交通速度和橢圓面積一定時，Cb與W呈正比關系。考慮到廣州港66.2%的到港船舶為2萬噸級以下，考慮到各級別船舶的載重能力，本節討論航道通過能力時，取2萬噸級集裝箱船為標準船。綜合廣州港航道相關的限速規定以及船舶機動性因素，交通速度取10節。由于廣州港從桂山引航錨地至黃埔港區航道長，各航段的航道等級有異。考慮到南沙之馬友石的伶仃航段是廣州港、虎門港、中山港的唯一出海航道，在內伶仃島以南與深圳西部港區的銅鼓航道交匯，并匯入大量交通流，因此伶仃航道有著交通流大，交通流復雜，位置重要的特點，本文取廣州港南沙港區至馬友石航段的航道等級數據計算利用邊坡通航前后的航道通過能力。利用上面的參數以及公式4-1可以計算出，有效寬度為243米的伶仃航段的本航道通過能力為271艘次/天。利用伶仃航道平均邊坡比1：8，標準船2萬噸級集裝箱滿載進港水深要求11.22米計算；伶仃航道東、西兩側可用于通航的邊坡水平寬度為46.26米，航道可通航寬度提高到335.52米，對應的航道通過能力為374艘次/天，可見利用邊坡通航后大幅度提高了航道的通過能力。

利用公式計算航道的通過能力，存在著一定的局限性。實際航道上影響船舶航行因素包括：潮汐、天氣、駕駛員素質等。公式計算時需要加入大量的經驗系數進行修正，經驗系數是在特定航區經過大量數據觀測或經驗總結所得，因此也不能通用。大型船舶在航道行駛時占用更多的航道資源，簡單用標準船轉換也會存在一定的誤差。但公式計算結果對航道處理船舶的能力具有一定的查考意義，其結果是在理想條件下體現航道的處理船舶能力的等級。從計算結果可以看出，廣州港主航道利用邊坡通航后，航道的基本通過能力有了大幅度的提高。

4.2利用邊坡通航能降低航道建設工程施工成本

廣州港航道狹長，從桂山引航錨地至黃埔港區西基碼頭對外掉頭區航道長115公里，航道建設工程疏浚量大。在航道附近很少有適合的大容量水下拋泥區，工程投資成本高。在航道一期工程建設中，航道開挖是采用耙吸式挖泥船，挖泥船需要拋泥時，通過臨時航道到達事先挖好的指定蓄泥池拋泥；利用絞吸式挖泥船進行二次吹填，造陸為南沙港區奠定基礎。采用該方案大量縮短了挖泥船的拋泥航程，降低了施工成本，同時變廢為寶，將航道疏浚出來的淤泥變成港口建設的有用材料。

但是，在航道建設過程中，要建設更深更寬等級更高的航道，需要大量增加投資成本是不可避免的。以航道三期工程的建設標準為例，航道三期工程的建設標準為水深-17M，航道的有效寬度為243米，設計的邊坡比為1：5。南沙港區至馬友石航段長度約44KM，以航道外自然水深為7M計算，航道向兩側各拓寬一米，將多產生448.8萬立方米的土方工程。按廣東交通集團的有關統計數據，在伶仃航道施工區施工，處理每立方米的土方需要14.40元；航道向兩側各拓寬一米將多產生6462.72萬元的投資成本。

在航道規劃建設過程中，綜合考慮航道周邊水域的條件狀況、航道航行船舶的特點，科學合理地使用航道的邊坡通航，將航道的建設等級定位于合理的級別上，可以大量節省航道的建設成本。

5.如何安全有效地實施邊坡通航

5.1浮筒的合理布置

浮筒設置在航道兩側，隨時都受到外界風流的影響，會造成浮筒的位置有所變化，因而浮筒的位處水深也會有所變化.船舶在航行過程中必須要與浮筒保持的最少正橫距離稱為最少安全航行距離。即使規定了浮筒的最少安全距離，浮筒的標位處也應要求有足夠的維護水深。以廣州港主航道伶仃航道為例，浮筒設置為雙側表，每對浮筒之間的距離約1海里，航道邊坡以外的自然水深為5-7米，因此一般萬噸級的重載船舶以及部分大型空載船在浮筒連線上借用部分航道邊坡航行是符合安全要求的。

伶仃航道的浮筒設置是雙側對稱的布置方法，每對浮筒之間的距離約1海里，船舶在航道航行會遇，會遇點經常會在兩浮筒之間，或非常接近某對紅綠浮的連線。對于符合使用航道邊坡航行的船舶，為了保持與浮筒有足夠的安全距離，難以充分利用邊坡水域資源通航。建議將每對紅綠浮筒前后沿航道走向錯開一段距離；該設置方法的好處是：①減少船舶在兩浮筒間的會遇概率。②減少浮筒對使用邊坡水域航行船舶的妨礙。伶仃航道的11號與12號浮筒就是采用浮筒錯開的設置方法。考慮到11號、12號浮筒所處航段水流急，流向與航道走向夾角大，船舶航行至該航段流至漂移明顯，船位把握困難，在退水時更為明顯。當兩艘船舶在11號、12號浮筒航段會遇時，經常造成船舶觸碰浮筒的海事事故發生。近兩年，有關部門將伶仃航道12號浮筒，沿航道方向往下游移動約400米，使兩浮筒錯開分布。自伶仃航道11號、12號浮筒錯開分布后，大幅度降低了該航段船舶觸碰浮筒的事故發生率。同時在浮筒改變設置方法后，也沒有發生因為浮筒設置改變而造成的擱淺事故。伶仃航道的其他航段也可以借鑒11號、12號浮筒的設置方法，以提高航道邊坡的使用率，使在航船舶能更充分地利用可航水域資源，從而提高整個主航道的通過能力，為港航系統高效運轉提供更有力的保障。

5.2相關的職能部門加強監督和組織協調

5.2.1加強對船舶AIS數據的監督

國家海事局規定200總噸以上的沿海航行船舶于2010年年底前完成裝備符合有關規定的AIS設備。航行在廣州港水域的船舶，有相當部分船舶即使配備了AIS設備，但沒有輸入本船的相關數據，或胡亂輸入了之。在這些船舶的AIS數據上根本不能得到該船舶的船長、船名、類型、吃水、航向、航速等相關動靜態信息，由于缺乏數據的支持，對該類船舶進行交通組織或避讓建議就比較困難了。

有關部門應該積極對AIS數據不顯示或輸入不規范的船舶進行監督，并督促其及時改正。交管部門應對沒有規范顯示AIS數據的船舶進行監督改正，對于部分由于設備原因不能及時改正的船舶，可以利用VHF詢問其最新的相關數據，做好記錄，以備為附近航行的船舶提供信息，以制定合理的避讓方案。

5.2.2交管部門提供建議及通航組織

一般情況下交管部門掌握的航道信息及船舶動態大局上會比大部分在航道上通航的船舶全面。對于一些時隔較長沒來廣州港的自引船舶，對廣州港的航道狀況不夠熟悉，也不知道在特定水域的一些航行習慣；交管部門應該向此類船舶提供航行建議，充分利用航道資源。對于一些動態異常，例如：不正常慢車、到達轉向點遲遲不轉向、過分靠近非安全水域等情況，交管部門應及時詢問，了解相關狀況并提供建議。對于長時間沒來過廣州港的船舶應嚴格做好進港準備或按相關規定強制申請引水。

對于有特殊船舶或超大型船舶進出港時，有關部門做好進出港方案，實施有效的交通管制。交管部門組織符合避讓條件的船舶有序通航，最大化利用可航水域資源。

6.結語

隨著今年來港口的發展以及船舶大型化步伐加快，廣州港的主航道的級別開始跟不上港口發展的要求。但航道的升級建設從提案到竣工投產最少也需要幾年的時間。國際航運環境多變，國內港口競爭激烈，港口必須不斷加強自身競爭力，以保持穩定的發展。因此，在主航道沒有得到建設升級之前，最大化使用已具備的通航資源，將是港口保持競爭力的有效方法。合理使用航道的邊坡通航，是有效提高可通航資源使用率的有效方法之一。

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