海口港新海港区分道通航方案分析

干伟东，李延伟，黄　明

(1.交通运输部天津水运工程科学研究所，天津 300456； 2.武汉理工大学 智能交通工程研究中心，武汉 430063)



海口港新海港区分道通航方案分析

干伟东1，李延伟1，黄明2

(1.交通运输部天津水运工程科学研究所，天津 300456； 2.武汉理工大学 智能交通工程研究中心，武汉 430063)

为满足海口港新海港区汽车客货滚装码头船舶通航需求及保障新海港区船舶通航安全，结合新海港区通航环境，考虑规范要求，在模型计算的基础上提出近期与远期、分阶段分道通航方案，航道通过能力及船舶操纵模拟试验均表明，两种方案均可行且各有利弊。

新海港区；轮渡；航道；分道通航

根据《海口港总体规划》(修编)[1]，新海港区客货滚装码头近期将逐渐承接秀英港区、海甸港区海峡滚装运输功能的转移，未来将发展成为琼州海峡客货滚装运输的专业化、规模化、集约化及现代化港区，成为海峡运输的主通道。

海口港新海港区汽车客货滚装码头工程位于海南省海口市西部、粤海铁路轮渡南港码头北防波堤的外侧，近期与湛江港海安港区汽车客货滚装码头功能对接，未来与规划的粤海铁路轮渡北港码头东防波堤外侧南山作业区实现功能对接。

目前新海港区进出港航道为粤海铁路轮渡南港航道，航道两侧水域渔网密布，且在海洋功能上为渔业捕捞区。海口港新海港区汽车客货滚装码头船舶近期仅能利用现有粤海铁路南港码头航道，但加之横风横流较强，通航环境恶劣，随着新海港区汽车客货滚装码头的逐步投产及粤海铁路动车过海的实施，船舶通航密度逐渐增加。若两码头船舶混合使用现有航道水域，该水域的通航风险将大大增加。为保障该水域的通航安全，特研究分道通航方案。

1　港口概况

新海港区码头包括粤海铁路南港火车轮渡码头和新海汽车客货滚装码头。粤海铁路南港轮渡码头拥有2个客货滚装泊位，分别为1#客货滚装泊位和2#客货滚装泊位，靠泊等级均为为2万t级，滚装车辆通过能力合计177万辆/年，旅客通过能力为202万人次/年。目前粤海铁路轮渡每天开行16对航班，其中客货列车开行12对。

依据粤海铁路轮渡系统综合规划，2035年铁路运输货运量将达到1 260万t，客运量550万人次，汽车运输98万辆，货运量2 360万t，客运量860万人次，开行列车26对。新海汽车客货滚装码头[2]设计通过能力270万辆/年，旅客通过能力1 800万人次/年，有总吨位10 000客货滚装泊位17个。工程投入运营后，平均每天211艘次，考虑1.3的不均衡系数，船舶日到港数为274.3艘次。设计船型参数见表1。

表1　设计船型主尺度　m

目前新海港区进出港航道为粤海铁路轮渡南港航道，走向为175°42′～355°42′，航道总长约为5.5 n mile，宽1 500 m，航道设浮标11座。见图1。

图1　粤海铁路轮渡南港航道

2　通航方案

粤海火车轮渡及新海汽车轮渡分道通航关键问题是如何确定火车轮渡及汽车轮渡的航道宽度。

2.1航道宽度

1)现行规范计算。根据《海港总体设计规范》(JTS165-2013)[3]中关于单线航道及双线航道宽度的规定，根据海域潮流数据[8]，粤海火车轮渡及新海汽车轮渡所需航道通航宽度见表2。

2)船舶应急回旋所需宽度。船舶旋回初径是指从操舵开始到船舶的航向转过180°时重心所移动的横向距离，约为船长的3～6倍[4]。见图2。

2.2不同方案所需的航道宽度计算

1)近期方案航道宽度。近期船舶交通流密度较小，通常情况下(除在港池口门外)只有1艘火车轮渡船舶在航道中航行，汽车轮渡船舶近期只有5～6艘在新海港投入运营。

表2　所需航道通航宽度规范计算

注：横流流速超过1.00 m/s的部分通过线性回归拟合方式求出。

图2　船舶旋回圈的尺度与名称

根据计算，横风小于等于七级情况下，汽车轮渡船舶在横流1.50 m/s

新海汽车轮渡航道考虑在应急的情况：假如粤海火车轮渡航道因故临时不能使用，两港池船舶能同时使用新海汽车轮渡航道，二者所需航道宽度之和为282.1 m+214.7 m=496.8 m。另外考虑汽车轮渡船舶应急临时掉头，因汽车客货滚装船舶良好的操纵性，旋回初径取3倍的船长，即127 m×3=381 m，同时假定双线通航且船舶航行在通行侧航道的中心线上，见图3，此时所需航道宽度为127 m×4=508 m。故新海汽车轮渡航道宽度取500 m。

图3　航道中船舶掉头所需的水域

同理，粤海火车轮渡航道也考虑应急临时掉头的需要，火车轮渡船舶操纵性更优，旋回初径取3倍的船长188 m×3=564 m，同时也假定双线通航且船舶航行在通行侧航道的中心线上，此时所需航道宽度为188 m×4=752 m，故粤海火车轮渡航道宽度取800 m。

参考藤井[5]对分道通航制宽度的建议：通航分道宽度/分隔带宽度/通航分道宽度为3.2L/L/3.2L，本工程航行船舶最大长度为188 m，故隔离带的宽度应为188 m，本工程取200 m。

二者间为200 m的隔离带，紧急的情况下可起到一定的缓冲作用。

另外根据2013年、2014年及2015年的船舶航迹统计，对粤海火车轮渡航迹带宽度测算，船舶航迹主要集中725 m左右的宽度内。

2)远期方案航道宽度。远期粤海铁路轮渡规划开通动车过海，火车轮渡船舶也将相应提速至25 kn(目前最高航速通常在15 kn以下)，且班次也相应增加；新海港汽车客货滚装码头上正式运营后，大约有50艘船舶投入生产，通航班次也将大幅度增加。

粤海火车轮渡航道考虑应急临时掉头的需要，而动车轮渡船舶航速较快，故旋回初径取6倍船长188 m×6=1 128 m，同时也假定双线通航且船舶航行在通行侧航道的中心线上，此时所需航道宽度为188 m×8=1 504 m，故粤海火车轮渡航道宽度取1 500 m；汽车轮渡航道通航密度增加，所需应急回旋水域应更广，同理旋回初径按6倍的船长考虑，所需航道宽度为127 m×8=1 016 m，故新海港汽车轮渡航道宽度取1 000 m。二者之间隔离带为200 m。

3　航道通过能力

航道通过能力[6]的计算以日本学者藤井提出的船舶领域[7]为基础，该模型是以船舶为中心、长半轴沿船首尾线方向、短半轴沿船舶正横方向的一个椭圆。

(1)

式中：C——通过能力；

W——单向航道宽度；

ρmax——最大船舶密度，ρmax=1/(r·s),

其中：r，s——船舶领域的长短轴半径，当领域为椭圆形且最大限度排列时，ρmax≈1.15/(r·s)；

v——船舶速度；

t——通航时间，全天通航，t=24 h。

分别考虑采用粤海铁3#、4#及新海港区总吨位10 000 t汽车客货滚装船作为计算航道通过能力船型，计算见表3。

表3　各方案航道单向通过能力计算表

4　船舶操纵模拟试验

在选取本区域常风向(NE)及最不利风向(W)八级风下，与涨落急潮[8]流进行组合不同试验工况。试验结果见图4。

图4　汽车轮渡与火车轮渡跨海峡航道水域航迹叠加图

对船舶在跨海峡航道水域的航迹带进行叠加，可以得出航迹汇总图，汽车轮渡与火车轮渡航道内航迹带宽度分别为300 m和410 m，均远小于近期及远期的设计航宽，且航迹带均在设计航道内。

5　利弊分析

1)由于新海汽车轮渡码头开港的迫切性，提出了近期方案，该方案可快速实施，海域使用功能不需调整，也不需要与航道附近渔民就渔栅等渔业设施拆除进行协调，调整设置航标数量均最小。新海汽车轮渡航道与粤海火车轮渡航道之间利用隔离带进行隔离，交通组织形式更为简单，且隔离带有一定的缓冲作用，有利于紧急情况下应急。

弊端在于：航道分隔的初期，因航道宽度变窄，粤海火车轮渡船舶驾驶员可能不适应，存在一定的风险；分隔后相对现状，粤海火车轮渡船舶在南港防波堤口门外等待进港时可漂移的水域面积变小，需频繁进行船舶动车保持在航道水域内。

2)远期方案可恢复粤海火车轮渡航道宽度至1 500 m，并向西移，其进出南港防波堤口门段航道较现状更开阔，有利于船舶调整航向进出口门，能够提高船舶通航安全性；远期新海港汽车轮渡航道宽度东拓500 m，宽度为1 000 m，通航宽度增加，可一定程度上满足汽车轮渡船舶通航密度增加的需要。

弊端在于：需调整海洋功能区划，并对西移700 m和东移500 m范围内的渔业设施进行拆除和赔偿，另外增加了粤海火车轮渡船舶航行的距离，运营成本增加，若近期按该方案实施新海港区汽车客货滚装码头一期工程将不能按计划投产运营。

考虑到“十三五”期动车过海，船速快，航次增加，以及秀英港滚装运输功能整体搬迁，新海港汽车轮渡船舶通航艘次增加，为确保粤海火车轮渡船舶及新海汽车轮渡船舶通航安全性，将来可在近期方案的基础上开展远期方案建设，以满足未来通航需求。

[1] 海南省交通运输厅,海口市人民政府.海口港总体规划(修编)[Z].海口:海南省交通厅,海口市人民政府,2008.

[2] 钟大鹏.新海港汽车客货滚装码头试运行圆满成功[EB/OL].[2015-12-04][2016-02-24].http://www.haikou.gov.cn/hkgzw/gzyw/201601/t20160115_917462.html.

[3] 海港总体设计规范：JTS165-2013[S].北京:人民交通出版社,2014.

[4] 洪碧光.船舶操纵原理与技术[M].4版.大连:大连海事大学出版社,2007.

[5] 初立辉.连云港港附近水域船舶定线制的研究[D].大连:大连海事大学,2009.

[6] 张则浩,于祖杰,刘强,等.龙口港航道饱和度研究[J].大连海事大学学报,2014,40(1):33-36.

[7] 张宝华.基于船舶领域理论的水道通过能力研究[D].大连:大连理工大学,2009.

[8] 刘臣,李少年,马殿光.琼州海峡新海汽车轮渡码头通航水流条件分析[J].海岸工程,2014,33(2):12-19.

Preliminary Study on Navigation Separation Scheme of Vessels Traffic at Xinhai Port in Haikou

GAN Wei-dong1, LI Yan-wei1, HUANG Ming2

(1.Tianjin Research Institute of Water Transport Engineering, Ministry of Communications, Tianjin 300456, China;2.Intelligent Transportation System Research Center, Wuhan University of Technology, Wuhan 430063,China)

To meet the navigation requirements of vessels of Xinhai ferry dock in Haikou, and safeguard navigation safety, the shot-term and long-term navigation separation schemes are proposed in light of the code requirements and model calculation under navigation environment. The calculation results of channel traffic capacity and ship maneuvering simulation show that the schemes are feasible and each scheme had its advantages and disadvantages.

Xinhai port; ferry; channel; traffic separation scheme

2016-02-26

2016-03-23

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(TKS140203；TKS150212)

干伟东(1987—)，男，硕士，助理工程师

U612.1

A

1671-7953(2016)04-0162-04

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.04.038

研究方向:水上交通安全规划与管理

E-mail:493286641@qq.com