内河挖入式港池集约化用地方式探索

徐志栓，谢成立，王立锋

(江苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017)



内河挖入式港池集约化用地方式探索

徐志栓，谢成立，王立锋

(江苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017)

为解决因岸线长度有限或回旋水域不足的问题，提出一种集约化用地的港池布置方式，即利用牵引系统实现船舶无须调头就可进出港池，取消在码头前沿设置用于船舶调头的回旋水域，将回旋水域集中布置在港池与航道交界处，通过以2 000 t散货船对比，采用集约化用地的港池布置形式后，船舶时积数显著升高，港池占地面积和岸线长度下降，工程造价降低，港口经济效益、社会效益明显.

挖入式港池、回旋水域、集约化、牵引系统

0 前 言

在港口航道建设中，因岸线长度有限或回旋水域不足，经常需要设计挖入式港池[1].按现行规范推荐的港池布置方法，港池平面布置为矩形，港池水域内布置用于船舶调头的回旋水域和航行水域.采用这种布置方法，港池水域的面积较大，占用岸线较长，工程造价较高.而大多沿江沿河地区经济发达，土地资源相当紧缺，临江临河的码头岸线资源更加紧缺[2-6].因此，本文试图探索一种港池集约化布置方式，以降低工程造价，提高土地利用率.

1 现行规范的推荐方式

按现行规范《河港工程总体设计规范》(JTJ212—2006)第3.2.4.2条推荐的挖入式港池布置方式，在港池同一侧布置2个或2个以上泊位时，港池宽度计算为：

Bc=(n-1)B+Bx+Bh

(1)

式中：Bc—挖入式港池宽度，m；

n—在同一侧断面内港池两侧停靠的船舶艘数；

B—设计船型宽度，m；

Bx—船舶在港池内转头的回旋水域宽度(暂按1.5倍设计船型长度取值)，m；

Bh—船舶航行水域宽度(可取2倍设计船型宽度)，m.

以交通运输部发布的2013年版京杭运河运输船舶标准船型主尺度系列为例，取该系列最大货船“京淮货-10”尺度作为计算参照对象，该船BOA为13.8 m，LOA为63-68 m，参考设计吃水深为3.0-3.3 m，参考载货吨级2 000 t.

图1方式单侧布置4个泊位，每侧只停靠一排船，为便于计算，取船宽B=14.0 m，泊位富余长度取10 m，则港池总宽度为：

图1 现行规范推荐方式港池尺度计算图

Bc=(2-1)×14+(1.5×68)+2×14=144 m

(2)

港池单侧长度为：

L=68×4+10×5=322 m

(3)

不计进出港航道连接处的水域面积，港池水域总面积为：

A=144×322=46 368 m2

(4)

按图1的方式布置港池和泊位，港池内因船舶回旋而需要的水域面积占比为：

R=88×322/[(88+28)×322]=61%

(5)

从上式可以看出，用于回旋的水域占比已超过50%.

引入一个参数——单位船舶时积数K，即单位船舶完成装船或卸船作业，并进出港池一次，所占用的水域时间和面积的乘积，K值越大，则表示该水域的时间和面积利用率越低，反之利用率越高.

K=(T+t)×A/N

(6)

式中：K—单位船舶时积数,h·m2/艘;

T—船舶单装或单卸时间,h；

t—船舶靠离泊及进出港一次时间,h；

A—港池内供船舶使用的必要的水域面积,m2；

N—港池总泊位数；

以图1方式布置的港池，总共8个泊位，以2 000 t散货船为例，设T取10小时，t取1 h，则：

K=(10+1)×46 368/8=63 756(h·m2/艘)

(7)

以2 000 t件杂货船为例，设T取20 h，t取1 h，则：

K=(20+1)×46 368/8=121 716 h·m2/艘

(8)

对比(7)、(8)两式看出，件杂货船舶由于装(卸)船耗时长，K值是散货船舶的1.9倍，即水域的利用率是散货船舶的52%.

2 集约化用地方式探索

如果能降低K值，提高水域的利用率，就是提高了港池所占土地的利用效率[7-9].从K值计算参数分析，船舶靠离及进出港时间t值绝对数变化不大，在泊位规模不变的情况下，如能提高装卸效率，缩短装卸船时间，则K值会降低，水域的利用率也将提高.

第二种思路就是减小A值，不仅提高港池利用率，同时也减少了土地占用，有利于可持续发展.从上式(5)分析，用于回旋的水域占比较大，是压缩的重点所在.因此可考虑将船舶回旋水域从码头前沿移至港池与航道的交界处，船舶进出港池采用牵引的方式实现，压缩码头前沿的水域宽度，就压缩了港池宽度，即减少了港池的占地面积和岸线占用长度，从而降低工程造价，提高土地利用率.

本文提出的挖入式港池集约化用地布置方式，即是第二种思路.船舶回旋水域设于港池的一端，位于航道交界处，尺度仍按现行规范计算.船舶进出港池以缆绳牵引的方式实现，同时可以将航行宽度从2B减小至1.5B.

牵引系统包括设于港池端头的前牵引和入口处的后牵引.前牵引包括绞缆机和牵引缆绳，绞缆机固定于港池端头；后牵引包括绞缆机、牵引缆绳和顶端设有导向轮的伸缩杆，绞缆机和伸缩杆固定于港池入口处，伸缩杆可向港池水域方向伸长，非工作状态时，不超出码头前沿(见图2).

船舶进港靠泊流程：船舶从港前连接水域进入回旋水域，完成船位调整，将前牵引的缆绳系于船首，绞缆机收紧缆绳，将船舶牵引到预定泊位，解除牵引缆绳，船舶停靠码头泊位.

图2 集约化用地港池尺度计算图

为提高牵引过程的平稳，可在牵引过程中，当船尾已完全进入港池后，将伸缩杆伸长，后牵引缆绳经伸缩杆顶端滑轮导向后系于船尾，后牵引绞缆机放松缆绳，船舶到达预定泊位后，解除缆绳.在此过程中，前牵引绞缆机为主动牵引源，后牵引绞缆机为被动牵引源，要求二者收放协调.

船舶离泊出港流程：与进港流程顺序相反.后牵引绞缆机为主动牵引源，前牵引绞缆机为被动牵引源.当船舶尾部接近伸缩杆时，解除牵引缆绳，将伸缩杆收缩至非工作状态，船舶倒退至回旋水域，完成船舶调头，进入港前连接水域离港.

在船舶进出港流程中，主动牵引是必须的，被动牵引不是必须的，在保证安全和平稳的情况下，可以不使用被动牵引.缆绳的送出可以采用遥控小船实现.

按以上集约化布置的思路，进一步深化，从装卸工艺的角度，将码头和港池做一下整合，即将码头平台合而为一，港池一分为二，形成类似窄突堤式码头(见图3).虽然港池面积较前一方式有所增加，但仍比现行规范推荐方式小.码头两侧靠船，装卸设备采用双小车、双伸臂龙门吊，即一台龙门吊兼顾两侧码头的装货或卸货.从装卸设备和基础的投入而言，较单侧工艺两套设备节省很多，具有很好的经济性(见图4).

图3 集约化港池工艺布置平面示意图

3 参数对比

两种集约化布置的回旋水域基本相同，可计算为：

A0=102×102=10 404 m2

(9)

靠泊和通行水域面积分别为：

A1=325×50=16 250 m2

(10)

A2=325×36×2=23 400 m2

(11)

仍以2 000 t散货船为例，单位船舶时积数K：

K1=(10+1)×(10 404+16 250)/8 =36 649 h·m2/艘

(12)

K2=(10+1)×(10 404+23 400)/8 =46 480 h·m2/艘

(13)

在以上码头泊位规模、相关时长等参数不变的情况下，不同布置方式的港池面积和单位船舶时积数对比(见图5).

图4 集约化港池工艺布置断面示意图

从对比图可以看出，两种集约化布置方式的用地面积和时积数，都较现行规范推荐方式有大幅度的减少，因此，挖入式港池集约化布置有很好的经济效益和社会效益.

再核算一下回旋水域共用以后，以散货船假定的作业、回旋时间，会不会造成船舶等待或拥堵.设所有船舶以合理的时间间隔依次进港，码头满负荷作业，则每艘船对回旋水域的需求为1/10，回旋水域的供给能力是1/8，供给大于需求，正常情况下不会发生等待或拥堵.理论上，供给等于需求最为经济，因此集约化布置方式也不是泊位数越多越好，还应考虑船舶作业、靠离泊及回旋时长等因素，使供给接近于需求并留有一定的余量，才不至于造成船舶因回旋水域不足而等待或拥堵.

4 结 论

根据以上对比分析，挖入式港池集约化布置方式具有很好的经济效益，特别是对东南沿海等经济发达、用地紧张的区域，提高土地利用率，具有明显的社会效益.但在具体布置时，还应充分考虑相关因素，使回旋水域的供给能力大于船舶的需求水平，保障船舶进出顺畅.

[1] JTJ 212—2006.河港工程总体设计规范[S].北京:人民交通出版社,2006.

[2] 吴海根,徐志栓.一种挖入式港池：203755246U[P].2014-08-06.

[3] 谢 龙.三峡变动回水区末端段复合水动力条件分析及对泥沙输移的影响[D].重庆：重庆交通大学,2013.

[4] ENGELUND F, FREDSOE J.A Sediment Transport Model for Straight Alluvial Channels[J].Nordic Hydrology，1976 (7)：293-306.

[5] COLEBROOK V.F.Turbulent Flow in Pipes with Particular Reference to the Transition Region between the Smooth and Rough Pipe Laws[J].Inst.of Civ.Engrs.，1938(11)：133-156.

[6] 李双江，谢 龙.长江上游塘土坝河段水流特性及河床演变分析[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2013,32(4):673-676.

[7] 张 伟.多波束测深系统在水下地形测量中的应用研究[D].北京:中国地质大学，2008.

[8] PETER GOODWIN. Analytical Solutions for Estimating Effective Discharge [ J].Journal of Hydrau lic Engineering,2004,130(8):729-738.

[9] 陈彬彬.水下地形测量系统关键技术研究[D].南京：河海大学，2010.

Exploration on Intensive Use of Land for Inland Excavated Basin

XU Zhi-shuan, XIE Cheng-li, WANG Li-feng

(JiangSu Transportation Institute, NanJing 210017, China)

In order to solve the problem of insufficient coastline length or limited turning basin, a harbor basin layout aiming at the intensive use of land is put forward in this paper, by using traction system for ships to go inward and outward the basin without switching, which helps to save the turning water area in wharf apron for ships to turn around, and concentrate the turning water area to the junction of the basin and the channel. Compared with 2000t bulk carrier, after the adoption of new basin layout for intensive use of land, the accumulation of ships per hour increases, the harbor basin area and the coastline length decrease, while the project cost is reduced, offering better economic and social benefit.

excavated basin; turning basin; intensification; traction system

2015-07-01

徐志栓(1972-)，男，安徽六安人，高级工程师，从事港口航道工程设计.

TV131.4

A

1008-536X(2015)09-0050-04