寧波舟山港條帚門外錨地工程設計

曾建峰，郭天潤

(中交上海航道勘察設計研究院有限公司，上海 200120)

寧波舟山港條帚門外錨地位于我國典型的島礁海區—舟山群島的六橫島東南海域，直接服務于從條帚門航道(核心港區第2條大型通道)進出的六橫港區、梅山港區船舶，以及從象山航道進出的象山港區船舶的引航、候潮、待泊錨地。錨地所在水域通航條件復雜，相關限制設施類型多，錨地建設難度大，且錨地水域面積達32.8 km2,為20萬噸級及以下大型錨地工程。與一般海區的錨地工程相比，島礁海區錨地設計有其特性。本文從錨地功能定位、選址、需求分析、平面布置及容量、交通組織設計等角度，給出島礁海區典型大型錨地工程的設計方法，并對錨地設計中的關鍵技術問題和超規范問題提出解決方案。

1 錨地服務對象及功能定位

隨著寧波舟山港核心港區第2條大型航道—條帚門15萬噸級航道(包括20萬噸級集裝箱)的開通，進出港船舶數量將會增加；同時，隨著象山港的進一步開發建設，對5萬噸級大型船舶錨地的需求也日益增加。為滿足六橫港區、梅山港區從條帚門進出的15萬噸級及以下滿載船舶(包括梅山港區20萬噸級集裝箱船舶)和象山港區5萬噸級及以下散貨船的待泊、引航、候潮等錨泊要求，須在航道口外合適水域布置相應功能的錨地。調研與分析結果表明，條帚門航道、象山港航道之間的水域水深、底質、風浪流條件良好，適宜建設大型錨地。由于擬建錨位位于條帚門口門外，故命名為條帚門外錨地[1](圖1)。

圖1 工程位置及航道錨地規劃

2 錨地選址

2.1 選址制約因素

由前述的錨地服務對象及功能定位，錨地應便于船舶進出以上港區，故選擇在2個港區進港航道之間的條帚門外、六橫島東側水域較為合適。工程區域通航條件見圖2。

圖2 工程區域通航條件

現狀條件下錨地選址的制約因素包括：

1)工程區域現有航線、錨地布置混亂，部分航道無法與外海連接，不利于最大化利用水域資源；

2)工程區域現有船舶無序錨泊，通航秩序混亂，通航安全存在隱患；

3)工程區域制約設施多，包括風電場設施、相關禁止占用水域設施、海圖未爆炸彈、拋泥區等。

以上因素對錨地的選址和可用水域范圍造成制約，須對錨地選址的可行性進一步分析論證，合理確定可錨泊水域是本錨地設計的關鍵技術問題。

2.2 選址解決措施

針對工程海區通航條件混亂、復雜，設施之間排他性、兼容性差等問題，經充分調研并結合工程海域的中長期布局規劃，設計提出“資源整合、優化配置、功能分區”理念，對工程區域航道、錨地進行統一規劃整合(圖1)，提升了工程海域的通航安全性、改善了通航秩序。

通過將規劃的六橫南航道、象山港進港航道口外段向東延伸并與口外習慣航路順接，整合現有的象山港口外候潮錨地功能至條帚門外錨地內，使得航道錨地功能分區合理。整合后的條帚門外錨地水域與航道、相關設施均預留一定的安全距離，且為習慣拋錨區，風浪流條件適宜(一般流速小于1.54 m/s)。選址方案見表1。

表1 錨地選址方案

本設計提出的錨地與風電場邊界安全距離(參考英國“MCA”指南和國內風電場建設經驗)、海圖未爆炸彈區安全距離均大于1 km是適宜的；根據1#拋泥區(落潮流拋泥擴散為主)懸浮物擴散范圍(約4 km)，錨地與其相距5 km時可不受拋泥擴散影響。根據以上整合規劃方案，工程海區可布置錨地總水域面積達32.8 km2。

3 錨位需求測算

根據條帚門外錨地的待泊、候潮、引航功能，以及直接服務的六橫港區、梅山港區和象山港區現狀及規劃吞吐量，結合到港船型及泊松分布規律進行錨位需求分析。

1)待泊錨位：采用設計手冊[2]中的M/M/S排隊模型，取98%船舶在港保證率進行錨位計算，其中不同等級到港船舶艘次根據港區吞吐量、規劃泊位等級及數量和錨泊船型進行預測；

2)候潮錨位：結合條帚門航道(≤10萬噸級船舶及20萬噸級集裝箱全潮通航，15萬噸級油船乘潮通航)、象山港區進港航道(5萬噸級船舶乘潮通航)的通航方式，根據預測的乘潮到港船舶流量(> 10萬噸級為3艘/d、5萬噸級為2艘/d)，須配置5個候潮錨位。

3)引航錨位：由于僅外籍船、大型船須引航，且引航與待泊常常為同一連續的過程，而待泊錨位設置的保證率取98%的較大值，可不單獨設置引航錨位，與待泊錨位、候潮錨位共用。

危險品、非危險品錨位需求如表2所示。

表2 工程區域不同等級船型錨位需求

4 錨地計算

4.1 錨地設計船型分析

錨地設計船型的選擇應與其服務的梅山、象山和六橫港區到港船型相配套，并與周邊航道建設規模相匹配。根據各港區到港船型預測及周邊航道建設規模，錨地設計船型見表3。

表3 錨地設計船型

4.2 錨地設計水深

根據規范[3]，錨地水深H不小于設計船型滿載吃水的1.2倍，當波高(H4%)超過2 m時，應增加波浪富裕深度，但規范中未給出增加的波浪富裕深度計算及取值方法，是確定錨地設計水深的關鍵技術難題。

本次設計中增加的波浪富裕深度參考了規范中航道尺寸計算時波浪富裕深度Z2的取值方法。根據錨地的波浪使用條件，船浪夾角90°時Z2/H4%取值0.52，假定H4%取值為2 m，則波浪富裕深度Z2≈1 m。因此，增加的波浪富裕深度取1 m時，相當于H4%為2 m；同時，由于錨地設計水深(1.2 t)20%的富裕中已包含H4%< 2 m的波高，在增加的波浪富裕深度取1 m時，可認為錨地的使用波高H4%< 4 m。

為進一步復核該參數的合理性，開展了工程區域波浪要素推算[4]。條帚門外錨地東側無島嶼掩護，波高較大，但由于錨地東側、北側、南側水深為18 m左右，所以波高相對外海有一定的減弱。根據錨地的使用標準，計算2 a一遇H4%波高最大值為3.78 m(表4)，方向為ESE(圖3)，小于設計擬使用H4%波高4 m的要求。因此增加的波浪富裕深度取值1 m，可滿足本海區船舶錨泊波浪條件、并有少量富裕。

表4 條帚門外錨地2 a一遇H4%波高

圖3 錨地區域ESE向2 a一遇設計波高分布

4.3 錨位半徑

本錨地位于外海開闊水域，船舶采用單錨系泊方式。根據相關規范，系泊工況按大于7級風考慮，系泊半徑R=L+4h+145 m(L為設計船長、h為錨地水深)，其中錨地內錨位采用深水深用、淺水淺用的原則進行布置。不同等級錨位半徑計算見表5。

表5 錨地設計尺寸

5 平面布置

5.1 錨地布置關鍵技術問題

本錨地選址區域受制約因素限制多、存在唯一性。根據錨位需求分析，錨地內須同時布置危險品和非危險品錨位，為保證錨泊安全，不同貨種之間應預留一定的安全距離。如何根據錨區水域的實際水深條件，以深水深用、淺水淺用的原則合理劃分錨區、布置錨位，并能滿足不同船型進出錨地的通航需求，是錨地平面布置的關鍵技術問題。

5.2 錨地平面功能分區設計

根據錨地水域東北深、西南淺的水深特性(圖4)，并考慮大型船舶均從北側條帚門航道進出、小型船舶從六橫南航道進出的實際需求，將大型錨位布置在北部、小型錨位布置在南側較為合理。經計算，危險品錨位總需求11個，其中小于萬噸級的小型錨位有7個。為使錨區水深資源合理利用，將危險品錨區分為2塊，即錨地北側的深水區劃為大型危險品區、西南側淺水區劃為萬噸級以下危險品錨區。同時，錨地中間區域設為非危險品錨區，可兼顧多數(非危險品錨位需求27個)大型船舶從南側和北側同時進出的需求。故本錨地劃分為Ⅰ錨區(非危險品錨區)、Ⅱ錨區(危險品錨區)和Ⅲ錨區(危險品錨區)，并在危險品錨區與非危險品錨區間設置安全間距區，解決了水深資源最大化利用、分區錨泊的技術難題(圖4)。

圖4 錨地水域水深分布及錨區平面布置

5.3 錨位間距

由于設計錨地面積較大、布置的錨位達38個，考慮到錨地內有船舶通行的需求，根據規范要求，各錨位間的安全距離按照2倍設計船寬，取50～100 m。

5.4 不同錨區安全間距

為保障船舶錨泊安全，非危險品錨區和危險品錨區之間應保持一定的安全距離(圖5)。鑒于規范未對安全距離取值進行明確，本次設計中參考錨地與航道邊線安全距離的相關規定，即安全距離取2倍設計船長(錨區兩側錨泊船長之和)。各安全間距取值如表6所示。

圖5 錨地錨位及進出航線布置

表6 錨區間安全間距取值

6 錨地設計容量

根據錨位設計尺度、錨位間安全間距和各錨區的實際水深條件，采用深水深用、淺水淺用的原則，在各錨區內共布置不同等級錨位38個，其中危險品錨位11個(Ⅰ錨區5個、Ⅲ錨區6個)、非危險品錨位27個，錨地容量滿足服務港區所需的錨位數量。

7 進出錨地交通組織設計

鑒于擬建錨地面積大、服務的港區分散、周邊航道復雜，須對進出錨地的交通組織進行設計。以錨區內不同等級錨位分布前提，結合周邊已有的條帚門航道、六橫南航道的通航條件，針對本錨地布置了4條進出錨地航線，可滿足不同目的港船舶進出錨地通航需求。交通組織設計見表7、圖5。

表7 各錨區設計錨位容量及進出交通流組織方案

續表7

8 結語

1)復雜島礁海區大型錨地選址時可根據“資源整合、優化配置、功能分區、改善通航環境”等理念，開展航道錨地的統一規劃整合，劃出可能的錨地水域。錨地選址時應充分協調好與周邊港口、航道等設施的相互關系，并與之預留一定的安全距離，特別應協調好與禁止拋錨等排他性設施的相互關系。

2)大型錨地的建設規模(錨位數量和等級)應根據服務港區的吞吐量、到港船型等確定，錨位需求可采用在港船舶的98%保證率進行測算，必要時候潮、引航錨地可與待泊錨地共用。

3)錨地設計水深計算時，在未開展物理模型計算的情況下，可結合錨地風浪使用條件和推算的設計波要素，參考航道尺度的波浪富裕深度參數的計算方法，合理確定增加的波浪富裕深度值。

4)對設計船型中同時有危險品和非危險品的大型錨地，錨地平面布局時應將危險品和非危險品錨區分開設置、并預留一定的安全間距，安全間距可取其兩側最大錨泊船型的船長之和。

5)針對島礁海區大型錨地的設計錨位多、服務港區分散、周邊航道復雜等特點，除錨位間預留安全間距外，還須對不同目的港船舶進出錨地的交通組織進行設計，確保船舶的進出安全。

6)島礁海區一般利用自然水深因地制宜地設置大型錨地，在與周邊設施預留一定安全距離的情況下，可不設助航標志，經掃海、清障后即可投入使用。