贛江港口深水航道主要設(shè)計(jì)參數(shù)研究

周剛

（江西省港航設(shè)計(jì)院有限公司，江西 南昌 330008）

1 航道概況

贛江是國(guó)家內(nèi)河航道水路運(yùn)輸系統(tǒng)規(guī)劃中的骨干性航道，2013 年贛江已經(jīng)建成設(shè)計(jì)長(zhǎng)度175km 的Ⅱ級(jí)內(nèi)河運(yùn)輸航道，船舶通行能力為2000 噸級(jí)，成為地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展及經(jīng)濟(jì)往來(lái)的重要通道之一。航道等級(jí)提升后船舶向大型化發(fā)展，臨河、跨河、攔河等建筑物也持續(xù)增多，對(duì)航道運(yùn)輸服務(wù)能力也不斷提出較高要求。但是近年來(lái)流域水位下降明顯，航道運(yùn)行參數(shù)設(shè)計(jì)及運(yùn)輸管理面臨十分嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

2 航道水深

將港口在特定自然條件下達(dá)到設(shè)計(jì)船型滿(mǎn)載吃水航行要求所對(duì)應(yīng)的安全深度最小值稱(chēng)為航道水深，一般情況下，該參數(shù)受到水位、航道、波浪、船舶裝載、航道底質(zhì)等因素的影響。根據(jù)《航道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 181-2016）及相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)，深水航道設(shè)計(jì)水深主要包括通航水深和富裕水深兩部分組成，通航水深由船舶吃水、下沉量、富裕水深、船舶縱向傾斜、修正水深等項(xiàng)目組成，具體見(jiàn)圖1。我國(guó)現(xiàn)有規(guī)范在規(guī)定船舶航道水深及下沉量時(shí)，僅考慮航行速度和船舶噸位兩個(gè)因素，并未考慮航道類(lèi)型等其余因素。通過(guò)比較不同規(guī)范下船舶航行下沉量發(fā)現(xiàn)，根據(jù)加拿大《航道設(shè)計(jì)參數(shù)》和美國(guó)陸軍工程師兵團(tuán)規(guī)定所得到的結(jié)果十分相近，而我國(guó)規(guī)范只進(jìn)行了非限制性航道情況的規(guī)定，限制性航道所得到的船舶航行下沉量取值偏小。根據(jù)吃水比取1.2 時(shí)不同規(guī)范計(jì)算得不同航行速度下6 萬(wàn)噸散貨船在非限制性航道中的航行下沉量看出，應(yīng)用我國(guó)規(guī)范所得到的結(jié)果在航行速度較小的情況下取值偏小，隨著航行速度增大后取值居中，這說(shuō)明我國(guó)規(guī)范所規(guī)定的結(jié)果對(duì)于大型散貨船航行過(guò)程偏安全。

圖1 航道水深構(gòu)成情況

我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范及國(guó)外典型設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)龍骨下富裕水深的規(guī)定基本一致，僅對(duì)于硬底質(zhì)航道，我國(guó)規(guī)范給出的值為0.8m，比其余規(guī)范小。按照我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范，對(duì)于有掩護(hù)航道內(nèi)的散貨船和游輪，船舶裝載縱向傾斜量應(yīng)取0.15m；對(duì)于不同的設(shè)計(jì)船型應(yīng)按照船長(zhǎng)0.25%進(jìn)行其縱向傾斜富裕深度的確定。而國(guó)外僅加拿大《航道設(shè)計(jì)參數(shù)》中規(guī)定有航道設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮0.31m 的縱向傾斜富裕深度，其余國(guó)家并無(wú)相關(guān)規(guī)定。該航道根據(jù)加拿大《航道設(shè)計(jì)參數(shù)》，按照船舶在海水中實(shí)際吃水的2%～3%確定其淡水修正水深。

最后，超深富裕水深確定時(shí)必須考慮疏浚允許誤差，我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范、加拿大《航道設(shè)計(jì)參數(shù)》以及負(fù)責(zé)美國(guó)內(nèi)河航道港口規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)維管理的美國(guó)陸軍工程師兵團(tuán)所規(guī)定的該誤差值分別為0.3～0.8m、0.3m、0.3～0.9m，取值十分接近；同時(shí)，備淤深度主要根據(jù)疏浚時(shí)間間隔和回淤情況等進(jìn)行確定，本文在分析贛江港口深水航道設(shè)計(jì)中超深富裕水深問(wèn)題時(shí)針對(duì)驟淤?lài)?yán)重的情況，提出驟淤備淤深度的概念，并結(jié)合驟淤分布頻率進(jìn)行內(nèi)河航道備淤深度[1]的分段確定，確保驟淤出現(xiàn)后不影響航道的正常運(yùn)行。

3 航道寬度

3.1 直線(xiàn)段航道寬度

贛江港口深水航道直線(xiàn)段寬度通常包括航跡帶、船舶間距及船岸間距等部分，具體見(jiàn)圖2 所示，一般用船舶長(zhǎng)度的倍數(shù)或船舶設(shè)計(jì)寬度的倍數(shù)表示。

圖2 航道寬度構(gòu)成情況

航跡帶寬度主要根據(jù)船舶長(zhǎng)度、寬度及橫流速度等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)深水航道橫風(fēng)不超過(guò)7 級(jí)的情況下，船舶受到橫流和斜向風(fēng)的影響較大，應(yīng)按照船舶橫向投影值近似取值，具體公式如下：

式中：A—直線(xiàn)段航道航跡帶寬度（m）；n—贛江港口深水航道船舶漂移倍數(shù)，按照表1 取值；L—船長(zhǎng)（m）；γ—風(fēng)壓偏角（°）；B—船寬（m）。根據(jù)參數(shù)取值，贛江港口直線(xiàn)段深水航道航跡帶寬度最小取船舶寬度的2.45 倍，而當(dāng)橫流速度接近1.0m/s 時(shí)，航跡帶寬度達(dá)到船舶寬度的3.78 倍。

表1 贛江港口直線(xiàn)段深水航道航跡帶寬度參數(shù)取值（橫風(fēng)≤7 級(jí)）

船船間距主要指雙向航道情況下兩條相鄰航跡帶之間的寬度，主要目的在于克服兩艘行駛船舶間較強(qiáng)的作用力，確保船舶不偏離航線(xiàn)，并防止船舶經(jīng)過(guò)后動(dòng)力擾動(dòng)與岸坡效應(yīng)疊加而引發(fā)船體擺動(dòng)偏離運(yùn)動(dòng)[2]。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，船船間距應(yīng)按照船舶寬度確定。

船岸間距指航跡帶和航道臨近側(cè)緣之間的距離，該距離的確定必須充分考慮并避免岸吸效應(yīng)。岸吸效應(yīng)的大小主要與船舶和岸坡間距、橫向力及吃水比、船舶航行速度、岸坡高度等因素有關(guān)，一般情況下岸吸效應(yīng)與船岸距離的立方成正比，并隨船舶航行速度的增大而增大，隨岸坡高度的減小而減小。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，船岸間距應(yīng)當(dāng)按照船舶寬度的0.75～1.25 倍確定，而國(guó)內(nèi)外規(guī)范在船岸間距方面存在細(xì)微差異，具體見(jiàn)表2。

表2 國(guó)內(nèi)外規(guī)范在船岸間距方面的細(xì)微差異

結(jié)合以上分析，當(dāng)橫向流速在0.2～0.5m/s 時(shí)雜貨船和集裝箱船單向航道總寬應(yīng)為設(shè)計(jì)船寬的3.4 倍，散貨船為設(shè)計(jì)船寬的3.9 倍；當(dāng)橫向流速在0.5m/s 以上時(shí)，雜貨船和集裝箱船單向航道總寬應(yīng)為設(shè)計(jì)船寬的4.8 倍，散貨船為設(shè)計(jì)船寬的5.3 倍。當(dāng)橫向流速在0.2～0.5m/s 時(shí)雜貨船和集裝箱船雙向航道總寬應(yīng)為設(shè)計(jì)船寬的6.8倍，散貨船為設(shè)計(jì)船寬的7.3 倍；當(dāng)橫向流速在0.5m/s以上時(shí)，雜貨船和集裝箱船單向航道總寬應(yīng)為設(shè)計(jì)船寬的9.6 倍，散貨船為設(shè)計(jì)船寬的10.1 倍。

3.2 轉(zhuǎn)彎段航道寬度

按照現(xiàn)行規(guī)范，應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)計(jì)船舶長(zhǎng)度及轉(zhuǎn)向角Φ 進(jìn)行內(nèi)河航道轉(zhuǎn)彎半徑R和加寬方式的確定，當(dāng)轉(zhuǎn)向角Φ 取值在10～30°之間，轉(zhuǎn)彎半徑R取值為船舶設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的3.0～5.0 倍時(shí)，應(yīng)當(dāng)通過(guò)切角法加寬處理，若航道較窄，存在一定切角難度時(shí)，也可采用折線(xiàn)切割法進(jìn)行加寬設(shè)計(jì)[3]；相反，當(dāng)轉(zhuǎn)向角Φ 取值在30°以上，轉(zhuǎn)彎半徑 取值為船舶設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的5.0～10.0 倍時(shí)，應(yīng)通過(guò)折現(xiàn)切割法的方式加寬設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

綜上所述，我國(guó)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范中有關(guān)內(nèi)河深水航道主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定方法簡(jiǎn)便實(shí)用，且據(jù)此所得出的參數(shù)結(jié)果與國(guó)外其他規(guī)范基本吻合，但是在船舶航行下沉量、船舶受波浪影響下的垂向運(yùn)動(dòng)量、航道寬度、轉(zhuǎn)彎半徑、彎道間直線(xiàn)段航道長(zhǎng)度等參數(shù)方面，國(guó)內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范的考慮仍不夠全面?，F(xiàn)行航道工程設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)規(guī)定能基本滿(mǎn)足內(nèi)河航道船舶大型化、高速化的發(fā)展趨勢(shì)，而考慮到贛江內(nèi)河深水航道大型船舶安全高效運(yùn)行，必須在相關(guān)參數(shù)細(xì)節(jié)上進(jìn)行必要的修改和完善。