徒骇河富国作业区至东风作业区千吨级航道设计研究

刘 臣，李明辉，闫建英，于广年

（1.交通部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室，天津 300456;

2.山东沾化交通局，沾化 256800）

徒骇河发源于河南省，由莘县进入山东省，流经14个县市，在沾化县经套尔河流入渤海，是滨州地区的主要入海通道。徒骇河下游流域属鲁北冲积平原，为京、津、辽、冀联结地带，地理位置优越，经济腹地广阔，货源充足，航运运量发展潜力大。位于出海河口上游79 km的富国原作业区建于1976年，2005年3月威乌高速公路徒骇河大桥开工建设，由于大桥设计净空高度低、宽度窄，船舶进出困难。2007年富国原作业区移建至威乌高速公路下游富国现作业区，规模为1 000 t级泊位2个，泊位长220 m，港口综合通过能力72万t。目前航道开发滞后，阻碍了富国现作业区1 000 t级码头的正常运行。进而影响徒骇河腹地沾化乃至整个滨州地区的经济发展步伐，为此富国现作业区下游1 000 t级航道的开发建设尤为必要。

徒骇河和套尔河平面蜿蜒曲折，支汊较多，同时河床高程沿程变化较大［1-2］。河底高程最低处位于套尔河的潮河入汇口，高程为-15 m（大沽基面，下同），其次为徒骇河出口下游的东风作业区河段，高程为-7 m；富国现作业区附近水深约2.5 m。

徒骇河河道具有明显感潮河段特征，潮汐沿程存在相位差，当外海为高潮位时，富国现作业区河段为低潮位。因此进行港口规划设计时，必须考虑河道特征，同时又要兼顾潮汐变化。

1 设计船型的选定

考虑到徒骇河航道特点、河海联运的模式以及主要货种，选择1 000 t海上杂货运输船作为代表船型［3］，船型尺度为85 m×12.3 m×7.0 m（总长×型宽×型深），满载吃水4.3 m。

2 设计水位的确定

感潮河段港口参数的确定，除与设计船型尺度有关外，还必须考虑船舶乘潮（按乘潮设计）水位、港口通航设计水位和河段极高水位（重现期为50 a的年极高水位）。乘潮水位确定船舶可航行时间，港口通航设计水位确定码头前沿水深，极高水位确定码头前沿高程。根据研究河段实测资料分析，乘潮水位为1.0 m，河段通航设计水位为0.20 m，河段极高水位为4.0 m。

3 航道尺度设计

3.1 航道设计水深与航道设计底标高

根据《海港总平面设计规范》［4］，航道设计水深按下式计算

式中：D1为航道设计水深，m；T为设计船型满载吃水，取4.3 m；Z0为船舶航行时船体下沉值，按照6 kn船速考虑，取0.2 m；Z1为船舶航行时龙骨下最小富裕深度，土质按照松沙考虑，取0.4 m；Z2为波浪富裕深度，不考虑；Z3为船舶装载纵倾富裕深度，m，杂货船不计；Z4为备淤富裕深度，取0.4 m。

将上述数值代入式（1），得到航道设计水深为5.3 m。河段乘潮水位为1.0 m，据此确定航道相应底标高为-4.3 m。

3.2 航道宽度

航道有效宽度由航迹带宽度、船舶间富裕宽度和船舶与航道底边间的富裕宽度组成。徒骇河航道按1 000 t级单向航道设计，单线航道宽度按下式［4］计算

式中：W 为航道有效宽度，m；A 为航迹带宽度，m，A=n（Lsinβ+B）；n 为船漂移倍数；β 为风、流压偏角，取 3°；B为设计船宽，取12.3 m；L为设计船长，取85 m；c为船舶与航道底边间的富裕宽度，取0.5B。

将上述数值带入式（2），可计算得出单线航道宽度。船舶漂移倍数n取值不同，则航道宽度不同；考虑研究河段远离河口（基本为内河），且河道狭窄、实际水流沿河道走向流动等特点，取n为1.0，计算得航道宽度为30 m，符合《内河通航标准》［5］（GB50139-2004）对内河1 000 t级航道单线宽度的要求。

3.3 航道边坡

徒骇河河床质主要由粉砂、砂和粘土组成，其中粉砂、砂约占80%。根据《〈海港总平面设计规范〉（JTJ211-99）局部修订（航道边坡坡度和设计船型尺度部分）》［6］中不同岩土类别航道开挖边坡坡度规定，并参考原徒骇河疏浚断面边坡，边坡取值为1：6。

3.4 航道变向半径

徒骇河为感潮河段，具有海域涨落潮特性；同时河道狭窄蜿蜒，远离海区，水流沿河道走向流动，又具有内河特性。为此在航道平面布置上，必须同时考虑内河与海域布置航道的基本原则。

（1）航道处于河道长弯道河段。

处于河道长弯道段的航道，由于河道蜿蜒，航道不能取直，所以按内河弯道标准设计，该段航道半径称为曲率半径RW。根据《内河通航标准》［5］，内河1 000 t级单线航宽30 m航道规定航道曲率半径为480 m。

《航道整治工程技术规范》［7］规定，对于顶推船队，当弯曲半径小于等于3倍设计船队长度时，必须在直线段弯道宽度的基础上加宽；当弯曲半径大于3倍设计船队长度，但小于6倍设计船队长度时，应根据水流等具体条件确定加宽值。本河道设计船型为1 000 t海上杂货运输船，代表船型长85 m，航道曲率半径为480，是设计船长85 m的5.65倍，同时该河段为感潮河段，河道流速小，水面平缓，为此弯道段航宽按30 m设计，不加宽。图2为桩号41+000处弯道段航道平面设计。

图2 桩号41+000处弯道段航道平面设计Fig.2 Layout plan of bend design scheme close to 41+000 of Tuhai River

图3 桩号26+000处转弯段航道平面设计Fig.3 Layout plan of turning design scheme closeto 26+000 of Tuhai River

（2）航道处于河道上下游顺直的急弯段。

对于上下游航道走向有较长直线段的急弯航道段，按海域航道转弯半径设计。考虑航道设计的统一性，航道的转弯半径与曲率半径一致，统一为480 m。

根据《海港总平面设计规范》［4］，航道转弯半径RZ和加宽方式应根据航道转向角φ和设计船长L确定。10°＜φ≤30°，RZ=（3～5）L，宜采用切角法加宽，当水域狭窄，切角困难时，经论证可采用折现切割法加宽；φ＞30°，RZ=（5～10）L，可采用折线切割法加宽。

代表船型长85 m，航道曲率半径为480 m，RZ=5.65 L。根据上述转弯半径加宽原则，航道转弯半径按航道转向角 φ 确定。φ＜10°，采用切角法加宽；φ＞15°，采用折线切割法加宽；10°＜φ＜15°，可采用切角法加宽，也可采用折线切割法加宽。图3为桩号26+000处转弯段航道平面设计。

4 候潮区设计

徒骇河富国作业区至东风作业区段千吨级航道建设方案的航道设计为单向，总长40 km。船舶航行采用乘潮水位1.0 m，因此需设置候潮区，解决船舶候潮和上、下船舶错航时待航问题。标的河段河道狭窄，船舶停锚采用双浮筒系泊方式设计［4］。候潮区布置2处，分别位于原秦口河河口和徒骇河河口，其中秦口河河口锚地由2个3锚位分锚地组成。

图4 徒骇河河口候潮区平面设计Fig.4 Layout plan of area waiting for tide

4.1 设计底高程

设计水深指在设计低水位下保证设计船型在满载吃水情况下的安全停泊水深，按码头前沿设计水深［4］

式中参数与式（1）一致，其中Z4为备淤富裕深度，由于码头前沿水深深于航道，故取0.5 m。将上述值代入，得到候潮区设计水深5.2 m，根据水文计算结果，设计低水位0.2 m，因此候潮区疏浚底高程为-5.0 m。

4.2 双浮筒系泊候潮区水域宽度

式中：Bh为候潮区宽度；B为设计船宽，取12.3 m。代入式（4）得Bh=49.2 m，取Bh=50.0 m。

4.3 双浮筒系泊候潮区水域长度

式中：e为由潮差引起的浮筒水平偏位，每米潮差按1 m计算，设计取5.0 m；l为系缆的水平投影长度，设计取20 m。

据此计算，单锚长度S=135 m。秦口河河口2个分候潮区锚地为3个泊位，长405 m；徒骇河河口候潮区锚地为6个泊位，长810 m。徒骇河河口候潮区平面设计见图4。

5 结语

富国现作业区泊位位于远离河口的感潮河段，通航河道蜿蜒狭窄，从设计船型的选择到航道和候潮区的设计，都充分考虑了徒骇河地形、地质和水流特点，按此设计建设，能最大限度地减少投资，同时又可满足港口货运与船舶安全通航要求。

［1］刘臣，平克军.徒骇河坝上闸下游通航研究［J］.水道港口，2008，29（5）：323-327.

LIU C，PING K J.Study on channel regulation downstream reach of Bashang-floodgate in Tuhaihe river［J］.Journal of Waterway and Harbor，2008，29（5）：323-327.

［2］刘臣，刘哲，平克军.滨州港大堡泊位扩建工程潮流分析［J］.水道港口，2007，28（4）：240-244.

LIU C，LIU Z，PING K J.Tidal current analysis for Dapu berth extension project of Binzhou Harbor［J］.Journal of Waterway and Harbor，2007，28（4）：240-244.

［3］JTJ211-99，海港总平面设计规范：局部修订（设计船型尺度部分2008版）［S］.

［4］JTJ211-99，海港总平面设计规范［S］.

［5］GB50139-2004，内河通航标准［S］.

［6］JTJ211-99，海港总平面设计规范：局部修订（航道边坡坡度和设计船型尺度部分2003版）［S］.

［7］JTJ285-90，航道整治工程技术规范［S］.