黄骅港20万t级航道设计水位分析

张金中，杨松姗

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）



黄骅港20万t级航道设计水位分析

张金中，杨松姗

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

港口航道通航水位的确定直接影响到港船舶候潮时间和航道疏浚量，从而影响港口通过能力和基础建设投资。本文对黄骅港综合港区、散货港区20万t级航道工程通航水位的选取进行研究分析，采用分段乘潮方法，确定合理的乘潮水位，在满足港口通航作业要求的前提下，节省疏浚投资。希望为沿海港口航道参数确定提供参考。

黄骅港；进港航道；通航水位；分段乘潮

本文对黄骅港综合港区、散货港区20万t级航道工程通航水位进行研究分析，以选取合理的乘潮水位，确定航道设计底高程，在满足港口通航作业要求的前提下，节省工程投资。

1 工程概述

黄骅港综合港区、散货港区20万t级航道是在10万t级航道基础上的扩建工程。20万t级航道轴线在里程3+700～44+000之间，维持10万t级航道轴线不变，航道向两侧拓宽并浚深；里程44+000～60+500段，在44+000处（水深-14.5 m），向北偏转13°，延伸至天然水深-16.4 m，折线段轴线方位为226°30′00″-46°30′00″。20万t级航道采用一、次规划分期实施的方式建设。一期工程实施 20万t级航道部分断面，保证20万t级散货船单向减载乘潮通航；二期工程对20万t级航道一期工程断面进一步浚深，并延长一期工程航道，满足20万t级散货船单向满载乘潮通航。

图1　航道平面布置示意

2 乘潮水位确定方法

根据《海港总体设计规范》，航道设计通航水位应根据各类船型对通航保证率的要求，港口所在地区的潮汐特征和疏浚工程量等因素分析确定。通常情况下可取设计低水位或乘潮累积频率 90 %以上的乘潮水位。单一潮位站的乘潮水位应按照现行《海港水文规范》的有关规定进行统计，根据每潮次船舶乘潮进出港所需的持续时间 ts，选取与此延时相当的水位，取乘潮累积频率P为90 % ～95 %的水位作为乘潮水位。因此，每潮次航道通航持续时间ts是确定乘潮水位的关键。

3 通航水位分析

由于黄骅港20万t级航道长度达到约60 km，受潮波变形的影响，航道沿程当地理论最低潮面在平均海面以下的距离不同。搜集沿20万t级航道轴线附近6个临时验潮站（A’、B、C、D、E’、F’，依次远离港内）的潮位资料，计算相应乘潮水位。

为方便对比航道沿线乘高潮水位变化情况，将各站乘高潮水位订正到平均海面，航道沿线乘高潮水位变化如图2。

与航道沿线均使用黄骅港理论最低潮面相比，航道沿线使用当地理论最低潮面时，航道沿线设计底高程不同，但由于乘潮水位限制，并不能减少航道挖深量。

使用不同理论最低潮面和使用不同乘潮水位时，计算航道底高程不同，对航道需挖深量影响不大，沿航道采用黄骅港理论最低潮面，采用黄骅港乘潮水位，底高程相同，便于应用，因此，本航道工程设计采用黄骅港理论最低潮面，采用黄骅港乘潮水位。

图2　80 %保证率航道沿线乘高潮水位变化

4 航道乘潮水位选择

4.1 乘潮保证率

总体规划对综合港区的预测2020年及2030年时运量分别增加到1.45亿t及1.75亿t，但进出港的船舶的密度仍不算大，2030年时日均进出港船舶35.85艘次/日，其中需要单行7万t及其以上的船舶占10.91 %，而需要侯潮的15万t及其以上的船舶仅占5.59 %，航道通过能力是比较充裕的。由于本航道全长56.8 km，疏浚工程量根据设计高程的增加变化很大，为节省工程量，考虑适当降低乘潮保证率，采用全年乘潮保证率80 %，冬季乘潮保证率约50 %的潮位。

4.2 乘潮水位

本航道长度约为56.8 km，每潮次船舶进出港所需时间按下式计算：

式中：ts为每潮次船舶乘潮进出港所需持续时间（h）；Ks为时间富裕系数，取 1.1；t1为每潮次船舶通过航道时间；t2为船舶在港内调头时间，取0.0 h（港内20万t级散货泊位港池水域按不乘潮设计）；t3为靠离泊码头和解系缆时间，取0.0 h（港内20万t级散货泊位港池水域按不乘潮设计）。

本工程根据船舶进港航速规律分为三段：航道里程19+000～60+500：此段船舶全速航行，平均航速按 10 kn设计，航时 ts′=2.468 h；航道里程8+700～19+000：此段船舶适当减速，但仍需保持一定速度，保证通过防沙堤口门段，平均航速按8 kn考虑，航时ts=0.766 h；航道里程3+700～8+700：此段船舶已进入港内有掩护区域，减速，准备进入港池水域，平均航速按6 kn考虑，在航道中航时ts′′′= 0.5 h；ts=ts′′′+ts″+ts′=3.734 h，取为4 h，即20万t级散货船进港乘潮历时4 h。

根据船舶进港航速规律，采用了分段乘潮的方式，乘潮延时与潮位关系示意见图3。

航道里程19+000～60+500，按乘潮3 h，无掩护设计，平均航速按10 kn设计；8+700～19+000，按乘潮 4 h，无掩护设计，平均航速按 8 kn设计；3+700～8+700按乘潮5 h，有掩护设计，平均航速按6 kn考虑。

图3　分段乘潮示意

表1　乘潮水位选取及航道设计参数

由以上计算，20万t级航道工程航道设计底高程取为-18.3 m，I、II、III段航道分别采用乘潮3 h（航时3 h），乘潮4 h（航时0.5 h），乘潮5 h潮位（航时0.5 h）。船舶在高潮前约1.5 h抵达航道起点，4 h后处于落潮期间，潮位为2.29 m，高潮前1.5 h至高潮后1 h期间的潮位满足20万t级船舶满载进港靠泊的乘潮要求，船舶乘潮进港理论上是可行的，较采用全航道乘潮4 h水位减少了0.26 m挖深，节省了航道疏浚工程量。

5 结 语

本文结合实际通航要求，对黄骅港综合港区、散货港区20万t级航道工程通航水位进行分析，提出适当降低乘潮保证率，采用分段乘潮，选取合适的乘潮水位用以计算航道参数，在满足设计船型通航要求的前提下，节省航道疏浚量，使船舶候潮、泊位闲置的损失与航道疏浚量增加达到平衡。对提高港口航道服务水平，沿海港口航道参数确定提供了参考。

［1]中交水运规划设计院有限公司， 中交第一航务工程勘察设计院有限公司. JTS165-2013 海港总体设计规范［S］. 北京: 人民交通出版社， 2014.

［2]黄骅港综合港区、散货港区20万t级航道二期工程初步设计报告［R］. 天津: 中交第一航务工程勘察设计院有限公司， 2013， 7.

［3]中交第一航务工程勘察设计院有限公司. 海港工程设计手册（中）［M］. 北京: 人民交通出版社， 2001: 276-279.

［4]黄骅港综合港区、散货港区20万t级航道工程通航安全评估报告［R］. 大连: 大连海事大学， 2011， 7.

Analysis of Design Water Level for Huanghua Port 200 000 DWT Channel

Zhang Jinzhong， Yang Songshan
（CCCC First Harbor Consultants Co.， Ltd.， Tianjin 300222， China）

The navigable water level determines the tide-waiting time for the arriving vessels and the channel’s dredging volume， which will affect the throughput capacity and infrastructure investment on the port. The analysis and study have been made for the selection of navigable water level applying to 200000DWT channel project at Huanghua comprehensive harbor and bulk cargo harbor. It is proposed to adopt the subsection navigation by tide，determine reasonable navigable water level and reduce the dredging engineering cost subject to the satisfaction of navigation requirements. The above study may provide

for determining relevant parameters of China coastal channels.

Huanghua Port； approach channel； navigable water level； subsection navigation by tide

U653.1

A

1004-9592（2016）03-0014-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160304

引 言

2016-01-04

张金中（1980-），男，工程师，主要从事港口、航道工程规划、设计工作。

港口航道的通航水位是满足设计船型在航道中通航的最低水位，通航水位取值过高，会增加船舶候潮等待时间，造成船舶压港，影响港口作业能力；通航水位选取过低，则会增加航道疏浚量，增加基础建设投资。因此，港口航道通航水位的选择是航道设计的关键问题之一。乘潮水位应根据需要、乘潮的设计船舶航行密度，航行时间结合所在地、区的潮汐特征航道沿程潮位过程和工程量确定的。