宁波舟山港条帚门外锚地工程设计

曾建峰，郭天润

(中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海 200120)

宁波舟山港条帚门外锚地位于我国典型的岛礁海区—舟山群岛的六横岛东南海域，直接服务于从条帚门航道(核心港区第2条大型通道)进出的六横港区、梅山港区船舶，以及从象山航道进出的象山港区船舶的引航、候潮、待泊锚地。锚地所在水域通航条件复杂，相关限制设施类型多，锚地建设难度大，且锚地水域面积达32.8 km2,为20万吨级及以下大型锚地工程。与一般海区的锚地工程相比，岛礁海区锚地设计有其特性。本文从锚地功能定位、选址、需求分析、平面布置及容量、交通组织设计等角度，给出岛礁海区典型大型锚地工程的设计方法，并对锚地设计中的关键技术问题和超规范问题提出解决方案。

1 锚地服务对象及功能定位

随着宁波舟山港核心港区第2条大型航道—条帚门15万吨级航道(包括20万吨级集装箱)的开通，进出港船舶数量将会增加；同时，随着象山港的进一步开发建设，对5万吨级大型船舶锚地的需求也日益增加。为满足六横港区、梅山港区从条帚门进出的15万吨级及以下满载船舶(包括梅山港区20万吨级集装箱船舶)和象山港区5万吨级及以下散货船的待泊、引航、候潮等锚泊要求，须在航道口外合适水域布置相应功能的锚地。调研与分析结果表明，条帚门航道、象山港航道之间的水域水深、底质、风浪流条件良好，适宜建设大型锚地。由于拟建锚位位于条帚门口门外，故命名为条帚门外锚地[1](图1)。

图1 工程位置及航道锚地规划

2 锚地选址

2.1 选址制约因素

由前述的锚地服务对象及功能定位，锚地应便于船舶进出以上港区，故选择在2个港区进港航道之间的条帚门外、六横岛东侧水域较为合适。工程区域通航条件见图2。

图2 工程区域通航条件

现状条件下锚地选址的制约因素包括：

1)工程区域现有航线、锚地布置混乱，部分航道无法与外海连接，不利于最大化利用水域资源；

2)工程区域现有船舶无序锚泊，通航秩序混乱，通航安全存在隐患；

3)工程区域制约设施多，包括风电场设施、相关禁止占用水域设施、海图未爆炸弹、抛泥区等。

以上因素对锚地的选址和可用水域范围造成制约，须对锚地选址的可行性进一步分析论证，合理确定可锚泊水域是本锚地设计的关键技术问题。

2.2 选址解决措施

针对工程海区通航条件混乱、复杂，设施之间排他性、兼容性差等问题，经充分调研并结合工程海域的中长期布局规划，设计提出“资源整合、优化配置、功能分区”理念，对工程区域航道、锚地进行统一规划整合(图1)，提升了工程海域的通航安全性、改善了通航秩序。

通过将规划的六横南航道、象山港进港航道口外段向东延伸并与口外习惯航路顺接，整合现有的象山港口外候潮锚地功能至条帚门外锚地内，使得航道锚地功能分区合理。整合后的条帚门外锚地水域与航道、相关设施均预留一定的安全距离，且为习惯抛锚区，风浪流条件适宜(一般流速小于1.54 m/s)。选址方案见表1。

表1 锚地选址方案

本设计提出的锚地与风电场边界安全距离(参考英国“MCA”指南和国内风电场建设经验)、海图未爆炸弹区安全距离均大于1 km是适宜的；根据1#抛泥区(落潮流抛泥扩散为主)悬浮物扩散范围(约4 km)，锚地与其相距5 km时可不受抛泥扩散影响。根据以上整合规划方案，工程海区可布置锚地总水域面积达32.8 km2。

3 锚位需求测算

根据条帚门外锚地的待泊、候潮、引航功能，以及直接服务的六横港区、梅山港区和象山港区现状及规划吞吐量，结合到港船型及泊松分布规律进行锚位需求分析。

1)待泊锚位：采用设计手册[2]中的M/M/S排队模型，取98%船舶在港保证率进行锚位计算，其中不同等级到港船舶艘次根据港区吞吐量、规划泊位等级及数量和锚泊船型进行预测；

2)候潮锚位：结合条帚门航道(≤10万吨级船舶及20万吨级集装箱全潮通航，15万吨级油船乘潮通航)、象山港区进港航道(5万吨级船舶乘潮通航)的通航方式，根据预测的乘潮到港船舶流量(> 10万吨级为3艘/d、5万吨级为2艘/d)，须配置5个候潮锚位。

3)引航锚位：由于仅外籍船、大型船须引航，且引航与待泊常常为同一连续的过程，而待泊锚位设置的保证率取98%的较大值，可不单独设置引航锚位，与待泊锚位、候潮锚位共用。

危险品、非危险品锚位需求如表2所示。

表2 工程区域不同等级船型锚位需求

4 锚地计算

4.1 锚地设计船型分析

锚地设计船型的选择应与其服务的梅山、象山和六横港区到港船型相配套，并与周边航道建设规模相匹配。根据各港区到港船型预测及周边航道建设规模，锚地设计船型见表3。

表3 锚地设计船型

4.2 锚地设计水深

根据规范[3]，锚地水深H不小于设计船型满载吃水的1.2倍，当波高(H4%)超过2 m时，应增加波浪富裕深度，但规范中未给出增加的波浪富裕深度计算及取值方法，是确定锚地设计水深的关键技术难题。

本次设计中增加的波浪富裕深度参考了规范中航道尺寸计算时波浪富裕深度Z2的取值方法。根据锚地的波浪使用条件，船浪夹角90°时Z2/H4%取值0.52，假定H4%取值为2 m，则波浪富裕深度Z2≈1 m。因此，增加的波浪富裕深度取1 m时，相当于H4%为2 m；同时，由于锚地设计水深(1.2 t)20%的富裕中已包含H4%< 2 m的波高，在增加的波浪富裕深度取1 m时，可认为锚地的使用波高H4%< 4 m。

为进一步复核该参数的合理性，开展了工程区域波浪要素推算[4]。条帚门外锚地东侧无岛屿掩护，波高较大，但由于锚地东侧、北侧、南侧水深为18 m左右，所以波高相对外海有一定的减弱。根据锚地的使用标准，计算2 a一遇H4%波高最大值为3.78 m(表4)，方向为ESE(图3)，小于设计拟使用H4%波高4 m的要求。因此增加的波浪富裕深度取值1 m，可满足本海区船舶锚泊波浪条件、并有少量富裕。

表4 条帚门外锚地2 a一遇H4%波高

图3 锚地区域ESE向2 a一遇设计波高分布

4.3 锚位半径

本锚地位于外海开阔水域，船舶采用单锚系泊方式。根据相关规范，系泊工况按大于7级风考虑，系泊半径R=L+4h+145 m(L为设计船长、h为锚地水深)，其中锚地内锚位采用深水深用、浅水浅用的原则进行布置。不同等级锚位半径计算见表5。

表5 锚地设计尺寸

5 平面布置

5.1 锚地布置关键技术问题

本锚地选址区域受制约因素限制多、存在唯一性。根据锚位需求分析，锚地内须同时布置危险品和非危险品锚位，为保证锚泊安全，不同货种之间应预留一定的安全距离。如何根据锚区水域的实际水深条件，以深水深用、浅水浅用的原则合理划分锚区、布置锚位，并能满足不同船型进出锚地的通航需求，是锚地平面布置的关键技术问题。

5.2 锚地平面功能分区设计

根据锚地水域东北深、西南浅的水深特性(图4)，并考虑大型船舶均从北侧条帚门航道进出、小型船舶从六横南航道进出的实际需求，将大型锚位布置在北部、小型锚位布置在南侧较为合理。经计算，危险品锚位总需求11个，其中小于万吨级的小型锚位有7个。为使锚区水深资源合理利用，将危险品锚区分为2块，即锚地北侧的深水区划为大型危险品区、西南侧浅水区划为万吨级以下危险品锚区。同时，锚地中间区域设为非危险品锚区，可兼顾多数(非危险品锚位需求27个)大型船舶从南侧和北侧同时进出的需求。故本锚地划分为Ⅰ锚区(非危险品锚区)、Ⅱ锚区(危险品锚区)和Ⅲ锚区(危险品锚区)，并在危险品锚区与非危险品锚区间设置安全间距区，解决了水深资源最大化利用、分区锚泊的技术难题(图4)。

图4 锚地水域水深分布及锚区平面布置

5.3 锚位间距

由于设计锚地面积较大、布置的锚位达38个，考虑到锚地内有船舶通行的需求，根据规范要求，各锚位间的安全距离按照2倍设计船宽，取50～100 m。

5.4 不同锚区安全间距

为保障船舶锚泊安全，非危险品锚区和危险品锚区之间应保持一定的安全距离(图5)。鉴于规范未对安全距离取值进行明确，本次设计中参考锚地与航道边线安全距离的相关规定，即安全距离取2倍设计船长(锚区两侧锚泊船长之和)。各安全间距取值如表6所示。

图5 锚地锚位及进出航线布置

表6 锚区间安全间距取值

6 锚地设计容量

根据锚位设计尺度、锚位间安全间距和各锚区的实际水深条件，采用深水深用、浅水浅用的原则，在各锚区内共布置不同等级锚位38个，其中危险品锚位11个(Ⅰ锚区5个、Ⅲ锚区6个)、非危险品锚位27个，锚地容量满足服务港区所需的锚位数量。

7 进出锚地交通组织设计

鉴于拟建锚地面积大、服务的港区分散、周边航道复杂，须对进出锚地的交通组织进行设计。以锚区内不同等级锚位分布前提，结合周边已有的条帚门航道、六横南航道的通航条件，针对本锚地布置了4条进出锚地航线，可满足不同目的港船舶进出锚地通航需求。交通组织设计见表7、图5。

表7 各锚区设计锚位容量及进出交通流组织方案

续表7

8 结语

1)复杂岛礁海区大型锚地选址时可根据“资源整合、优化配置、功能分区、改善通航环境”等理念，开展航道锚地的统一规划整合，划出可能的锚地水域。锚地选址时应充分协调好与周边港口、航道等设施的相互关系，并与之预留一定的安全距离，特别应协调好与禁止抛锚等排他性设施的相互关系。

2)大型锚地的建设规模(锚位数量和等级)应根据服务港区的吞吐量、到港船型等确定，锚位需求可采用在港船舶的98%保证率进行测算，必要时候潮、引航锚地可与待泊锚地共用。

3)锚地设计水深计算时，在未开展物理模型计算的情况下，可结合锚地风浪使用条件和推算的设计波要素，参考航道尺度的波浪富裕深度参数的计算方法，合理确定增加的波浪富裕深度值。

4)对设计船型中同时有危险品和非危险品的大型锚地，锚地平面布局时应将危险品和非危险品锚区分开设置、并预留一定的安全间距，安全间距可取其两侧最大锚泊船型的船长之和。

5)针对岛礁海区大型锚地的设计锚位多、服务港区分散、周边航道复杂等特点，除锚位间预留安全间距外，还须对不同目的港船舶进出锚地的交通组织进行设计，确保船舶的进出安全。

6)岛礁海区一般利用自然水深因地制宜地设置大型锚地，在与周边设施预留一定安全距离的情况下，可不设助航标志，经扫海、清障后即可投入使用。