對航道設計寬度問題的思考

摘要：隨著全球經濟的持續增長，國際貿易量不斷增加，越來越多的貨物需要通過海運進行運輸。由于全球供應鏈的不斷調整和優化，一些港口已發展成為重要的轉運節點或集散中心，吸引了更多的船舶停靠。為了滿足船舶通航與停靠的需求，需要對航道寬度進行新的設計，以容納更多的大型船舶停靠的需求。基于此，旨在對航道設計寬度問題進行研究，為運輸業的發展提供參考。

關鍵詞：航道設計" 寬度問題" 轉運節點" 集散中心

Thoughts on the Design Width of Navigation Channels

KAN Dongjie" SU Tao

Tianjin Water Transport Engineering Survey and Design Institute Co.， Ltd.， Tianjin， 300456 China

Abstract： With the continuous growth of the global economy and the increasing volume of international trade， more goods need to be transported by sea. Due to the continuous adjustment and optimization of the global supply chain， certain ports have become important transit nodes or distribution centers， attracting more ships to dock. To meet ship navigation and docking needs，a new design of the channel width is needed to accommodate more large ships docking. Therefore， this article aims to study the issue of channel design width and provide reference for the development of the transportation industry.

Key Words： Waterway design; Width issue; Transfer nodes; Entrepot

隨著航道拓寬、深水泊位增加等港口設施的不斷完善，港口能夠接納更大規模、更多數量的船舶，為了降低運輸成本和提高運輸效率，大型集裝箱船、油輪等巨型船舶開始投入使用，港口需要更多的泊位和空間來容納這些船舶。為此許多港口都進行了擴建和升級，通過拓寬航道寬度，增加泊位數量，為更多船舶停靠提供條件。在具體的設計過程中，需要綜合考慮各種因素（包括航道的水深、港口要求、寬度、航道運輸要求等），對航道的尺度、導助航設施等進行設計，以滿足船舶運輸業不斷發展的需求，從而促進我國經濟的發展。

1" 航道設計寬度過程中需要考慮的因素

1.1船舶尺寸與類型

大型集裝箱船、油輪、散貨船等不同類型船舶對港口寬度的需求各不相同，因此，在港口航道設計寬度過程中，必須考慮預期服務船舶的最大尺寸，包括船長、船寬、吃水深度等，以確保港口能夠容納并安全地為這些船舶提供服務[1]。

1.2通航安全與效率

航道寬度直接影響船舶進出港的航行安全，只有足夠的寬度，才可以減少船舶之間的碰撞風險，提高通航效率。并且，還要考慮船舶在港內的掉頭、靠泊、離泊等操作所需要的安全空間，確保這些操作能夠安全、順暢地進行。

1.3潮汐、水流與風浪條件

自然環境會對航道寬度設計產生影響，如強流區域可能需要更寬的航道以減少船舶的漂移和碰撞風險[2]；極端天氣條件下的安全緩沖區域也應納入考慮范圍，以確保港口在惡劣天氣下仍能維持基本的運營功能。

同時，也需要考慮與周邊交通網絡（如公路、鐵路等）的銜接問題，確保港口在未來能夠與其他交通方式高效對接。

2" 航道設計寬度的方法

航道的寬度包括航跡帶的寬度、船舶運行時的富裕寬度，以及船舶和航道底邊的富裕寬度，其中，船舶運行時的富裕跨度可以保證船舶在海上行駛過程中不會出現擁擠、碰撞等現象。而船舶和航道底邊的富裕寬度指的是船舶和航道之間需要保持的最小距離，目的保證船舶運輸中不會出現擱淺的現象[3]。航道包括單向航道和雙向航道，兩種方式有不同的計算方式，在航道設計寬度時需要考慮這三個寬度疊加后的寬度，常用的方法如下。

式（1）、式（2）、式（3）中：W表示航道的寬度；A表示航跡帶的寬度；n表示船舶在航行過程中漂移的倍數；表示風向和水流的偏角；B表示船舶間富裕的寬度；L表示船長；c表示船舶與航道底邊間的富裕寬度；c一般為一部的船寬（如表1所示），以散貨船為例，當航速小于等于6時，c為0.75B，當大于6時，c為B。

以上公式為《海港總體設計規范》（JTS 165—2013）港口航道設計寬中常用的公式，從公式來看，雖然只需要了解這些參數就能確定寬度，但是在實際操作中，受各種因素的影響會存在著定義上和測量上的差距。

3" 港口航道設計寬度存在的問題

3.1" "設計參數的確定問題

在設計航道寬度時，以單向航道為例，常常只會關注航跡帶寬度和船舶與航道底邊線的富裕寬度2個影響參數，而在確認航跡帶的寬度時也只會考慮船舶漂移倍數n和風流壓偏角，但是在實際中，這2個值都會受到橫風和橫流的影響，導致設計的寬度值跟實際值存在差距。而船舶與航道底邊間的富裕寬度一般都取決于船舶的類型、航行的速度等，但是上述取值未考慮船長L，吃水深度、自然環境、航道的直線段、曲線段、交匯點等，這些都會影響寬度設計的實際值[4]。

3.2" 設計計算方法的局限性

傳統的航道寬度設計方法主要基于經驗公式和統計數據，這些方法可能無法準確反映船舶在復雜環境下的實際航行情況。例如：船舶在受到強風、急流等自然條件影響時，其航行軌跡和所需要的寬度可能會發生變化。并且，設計過程中往往難以準確預測未來船舶大型化趨勢和港口吞吐量的增長情況，如果設計參數缺乏前瞻性，可能導致航道在短時間內無法滿足實際需求，航道過窄可能導致船舶擁堵和安全隱患；航道過寬則增加建設和后期維護成本。

3.3" 設計考慮因素不全面

港口航道設計需要綜合考慮多種自然因素，但是在實際設計中，水流、風速、潮汐、波浪等因素往往被忽視，導致設計結果無法充分反映實際情況。在設計過程中，過于追求經濟性或美觀性，往往缺乏對船舶發展趨勢的預測，導致最終的設計結果無法滿足未來船舶通航的需求，如航道寬度設計過窄可能導致船舶在航行過程中發生碰撞或擱淺事故；航道寬度設計過寬則可能增加建設成本，浪費土地資源等。

4" 航道設計寬度的優化對策

4.1" 遵守設計原則

設計航道寬度時，需要全面考慮影響因素，如船舶的尺寸、類型、自然環境、航道布局等，這些因素都會影響航道寬度的設計，也會影響實際船舶的航行情況。并且，在設計航道寬度時，還需要通過科學的預測和研究，確保設計參數的合理性和前瞻性。在以往的寬度設計中常常會忽略船舶的航行速度、船舶的性能，這些都會對漂移的倍數和風壓、風流偏值產生影響，因此，還需要將其考慮在內。此外，加強國際間和地區間的合作與交流，推動形成統一的設計標準與規范，同時及時更新和完善現有規范，以適應新的發展需求。

4.2" 改進儀器設備

首先，在航道設計寬度之前，需要對港口的通航習慣，導助航設施的既有布置情況進行調研。其次，在設計過程中，引入先進的計算方法和模型來提高設計的精度和可靠性。例如：將A的計算方式修改如下。

式（4）中：為航跡帶附加寬度，， 為附加系數，即風、流、航速、吃水深度等。當風力小于7級時，橫流在1.0～1.5m/s之間時，航速在6.0～8.0km時，附加系數為0.7～2.0。按著“航速低時取大值，反之則取小值”的原則，附加系數平均值為1.4[5]。以某港口為例，擬建設一條可以承載10萬t級散貨船的單向航道，該航道最大的橫流流速在1.25～1.5 m/s之間，根據《海港總體設計規范》（JTS 165—2013）中的相關公式計算其航跡帶寬度計算結果：L為250 m、B為43 m、為14、n為1.45、A為150 m。根據改進后的方法來進行計算，得出A為188～210 m，則意味著航道需要加寬40～60m，詳見表2。

4.3" 實驗船舶的仿真實驗

首先，制定電子海圖，利用數字化技術將需要實驗水域的碼頭、航道等資料，通過數字化的技術進行生成，形成模擬實驗要求的數字化平面圖，顯示模擬的船舶和航行的環境[6]。其次，利用建模工具，如3D Max來建設三維模型，形成海域的視景數據庫，顯示船舶與視景仿真圖。最后，結合水域、氣象、航道的尺度等，利用操縱模擬器對通航環境進行電子海圖顯示與信息系統（Electronic Chart Display and Information System，?ECDIS）建模，顯示前后、側移、船首向變化、縱搖、橫搖，以及垂蕩的船舶數學模型。以10萬t級的單向航道為例，通過建模顯示數據詳見表3，航道設計寬度值為170 m/174.6 m能夠滿足滿載船型在風力7級及以下試驗條件下的出港要求。

4.4" 借鑒國外航道設計寬度方式

目前，國外航道設計寬度中屬西班牙的設計方式考慮最全面，因此，在設計過程中可以借鑒國際航運協會（PIANC-COPEDEC，PIANC）的設計方式，該方法目前最公認為是最規范的設計方式。其有兩種階段的設計方法，即概念設計階段和詳細設計階段，其中在概念設計階段，其會快速地評估一個航道的寬度，這種方式比較保守，評估完后就需要進行詳細設計。其會通過物理模型、數值模型與仿真模擬模型的方式，來對船舶的操縱、交通流量和風險進行分析，來計算最終的航道寬度。PIANC針對單向航道和雙向航道有不同的計算方式，公式如下。

式（5）、式（6）中，WBM為航跡帶寬度，由于不同操縱性能的船舶其航跡帶寬度值不一樣，所以PIACN制定了相應的規范，規范中明確地給出了不同操縱性能的船舶航跡帶寬度的參考值；Wi為增加值，即PIACN考慮了船速、風速、流水、海浪等因素的影響，給出的一個增加值的參考值；WBR和WBG為船舶與航道岸坡之間的富裕寬度，由于不同的船岸其岸坡不同，PIACN也給出了不同船岸的參考值；Wp為雙向航道雙船間的富裕寬度，PIACN也給出了錯船情況下，富裕寬度的參考值。

5" 結語

綜上所述，航道設計寬度的確定是一個復雜而精細的過程，需要綜合考慮多個因素并采用科學的方法進行計算和評估。現階段的計算方法存在局限性，影響了參數的確定，因此，就需要通過合理確定設計寬度參數，改進儀器設備，并進行模擬試驗，綜合考慮船舶的長度、船寬、吃水深度、船舶的類型、自然環境條件等各種影響因素，確保港口航道的安全性、效率性和經濟性，為港口的長期發展和繁榮奠定堅實基礎。

參考文獻

[1]于志安.基于數值仿真的拖輪拖帶沉管浮運航道寬度設計[J].水運工程，2022（2）：125-128.

[2]吳傳站.港口航道設計中寬度的確定及相關問題研討[J].城市建設理論研究（電子版），2020（14）：125.

[3]肖烈兵，阮偉.感潮河段整治線寬度確定方法[J].水道港口，2021，42（4）：492-497.

[4]陳永佳.港口航道通過能力建模仿真研究[J].珠江水運，2024（13）：153-155.

[5]劉永華.港口航道與海岸工程專業英語教學策略探究[J].河海大學學報（自然科學版）， 2021（10）：13-14.

[6]汪原也.基于國際航運協會（PIANC）規范的港池及航道平面尺度探討[J].水運工程， 2019（8）：106-110，116.