单向航道实现双向通航研究

1. 单向航道实现双向通航研究 航海模拟器教研室 张锡海

2. 研究的目的与意义 • 单向航道港口随着船舶到港量的增加，由于航道的限制，使得船舶在锚地、泊位滞留情况严重。船舶进出港占用很多时间，导致了港口泊位、门机空闲等船的现象严重，泊位利用率不高，极大的影响了港口正常生产作业，使航道成为港口发展的瓶颈。 • 利用技术规范进行理论计算，使单向航道在不改变现有航道工程和导助航设施布置前提下，实现双向通航，既节省了国家和企业建设资金，又提高了港口营运能力，解决了较大现实问题，提高整个社会效益。

3. 研究的内容 • 依据理论计算确定单向航道实现双向通航的可能性； • 通过航海模拟器实验验证其可行性； • 预评价实施风险； • 制定有效的监管措施和应急保障预案； • 实施效果评估机制不断完善监管措施和应急保障预案，以实现现有航道对部分船舶有条件的实施双向通航措施，节省港口建设资金，提高航道利用率，全面提升港口总体运营效益和港口功能。

4. 研究的总体思路 • 研究的关键在于不改变现有航道工程和导助航实施布置的情况下，利用港口现有建设基础和船舶监管手段，实现双向通航，并保证航行安全。 • 主要思路是首先按照现行技术规范、标准计算利用现有航道水深、宽度、边坡等资源来实施双向通航的理论可能性。 • 其次根据来港船舶的特点确定双向通航船舶的适用范围，利用航海模拟器技术针对不同风流条件、船速等情况进行多次不同吨位间的双向通航模拟试验，以验证其理论可行性，并预先评价其实施的风险性。 • 在实施应用阶段，制定有效的监管措施和应急保障预案。

5. 航道的有效宽度 根据《海港总平面设计规范》规定： 单向航道：W = A + 2C 双向航道：W = 2A + b + 2C 其中：A—航迹带的宽度； b—船舶富裕宽度； C—船舶与航道底边间的富裕宽度。

6. 航道的有效宽度 在不同风流条件下，航迹带宽度A计算如下： A =n·（L sin + B） 式中：n—船舶漂移倍数，可查表求得数值； —风流压偏角 ，可查表求得数值； L—船长（m）； B—船宽（m）。

7. 以京唐港为例论证 京唐港现有航道为7万吨级单向航道，全长9350m，底宽180m，底标高-15m，航道边坡比为1：5，底质为沙质。于2006年10月建成投产使用。 根据港区实际统计：2006年、2007年来港船舶中1万吨级以下船舶数量为2511艘和2944艘，分别占各自全年来港总数的69.6%和69%。 这些船舶占用航道时间与大吨位船舶在航道航行时间差不多，使得航道水域不能充分利用，浪费了资源。

8. 以京唐港为例论证 据统计，单向通航时日平均进出港船舶为29.8艘，平均进出港时间为48.3min。 按照目前进出港船舶用时计算，进出港船舶密度已经处于满负荷状态，没有再提升的空间，这对于正在高速发展的京唐港来说，将受到非常大的限制。 单向航道的通航能力不足，导致船舶在锚地、泊位滞留情况严重，港口泊位、门机空闲等船现象时有发生，极大的影响了港口正常生产作业。

9. 以京唐港为例论证 双向航道：W = 2A + b + 2C A =n·（L sin + B） 上述公式为两船船型和大小相同情况下双向通航的计算方法，考虑到京唐港到港船舶的实际情况，我们将大船取散货船型，小船分别取京唐港通航数量较大的散货船和杂货船两种船型。

10. 京唐港7万吨级航道原设计为单向航道，当采用双向通航时，航道宽度和航迹带推算如下：京唐港7万吨级航道原设计为单向航道，当采用双向通航时，航道宽度和航迹带推算如下： W = A1 + C1 + b + A2 + C2 A1=n（L1 sin + B1）A2=n（L2 sin + B2） 上述公式中，下标“1”表示大船，下标“2”表示小船， b按照大船设计船宽取值。船舶漂移倍数n，查表本港取1.69；风流压偏角 ，查表本港取7°； 采取双向通航后，由于小船吃水较小，故可利用航道边坡来增加航道可航宽度。

11. 推导出小船船宽计算公式： A2 + C2 B2 = —————————————— n (L2 sin/B2+1) + C2/B2 该式右端虽然含有未知量B2，但长宽比L2/B2作为已知数输入， C2/B2也是已知数，在《海港总平面设计规范》中查取（例如0.5、0.75、1.0等）。

12. A2 + C2 可以根据航道通航水深、两船吃水、富余水深等参数求出。 通航水深： D0=DC + Tide 式中：DC为航道海图水深（本港取15m）；Tide为乘潮2小时90%保证率的潮高1.21m。 然后可以得到小船的船长： L2 = B2· (L2/B2)

13. 对于京唐港7万吨级航道（有效宽度180m），如果大船为5万吨级及以下，利用航道边坡以扩大航道可航宽度： WS1=5 X (D0-T1-UKC1) 则 W1=(b+A1+C1)-WS1 W2=W- W1=180- W1 小船一侧航道可利用边坡宽度为： WS2=5 X (D0-T2-UKC2) 至此得到： A2 + C2 =W2+WS2 富余水深UKC1和UKC2均按照各自吃水的10%取值。

14. 以京唐港为例论证 计算时的步骤： 1.首先选定大船吨级，按7万、5万、3.5万和2万吨级散货船四种情况计算，在《规范》附录中查出其设计船长L1、船宽B1和载重吃水T1的大小； 2.大船按重载状态计，分别算出大船的航迹带宽度A1及其与航道底边的富余宽度C1； 3.预先估计小船吃水T1，然后计算小船的航迹带宽度及其与底边的富余宽度和A2 + C2 ； 4.计算小船船宽B2，再计算出小船船长L1； 5.如果预估小船吃水T2不合理，则重新选择小船吃水T2，重复步骤3和步骤4，直到合理为止； 6.查《规范》附录，确定小船吨位。 7.根据上述计算步骤，编制计算机程序。

15. 以京唐港为例论证 • 通过计算得出：理论上在京唐港航道利用航道边坡情况下，2万吨级散货船在风、流压偏角不超过7°时，可以与2万及以下散货船或杂货船、集装箱船实施双向通航且风险较小。 • 在理论计算的基础上，充分考虑当地的自然条件、航道情况、通航环境、船舶载货等情况，利用大型船舶操纵模拟器进行多次不同吨级船舶间的实验，以验证双向通航理论在不同情况下的通航风险。 • 实验结果表明:在各种条件下，2万吨级船舶与2万吨级以下船舶双向通航时风险较小，在流速1kn，风力6级，船速不超过8kn情况下，只要驾引人员谨慎操纵，基本可以安全进行。

16. 以京唐港为例论证 • 实践应用中的成效： 2008年，京唐港单向航道实施双向通航后，船舶日进出量由29.8艘次提升到39.9艘次，船舶进出港效率提高33.9%，进出港船舶中68%实现了双向通航，没有发生任何安全事故。这使得京唐港在没有增加泊位、没有改造航道基础工程的情况下，2008年吞吐量完成7645万吨，同比07年的4725万吨增加了61.8%，港口获得了巨大的经济效益，同时也为船方、货方减少了船舶压港、货物滞留的损失。 • 本课题的研究在国内其他单向航道的港口都具有普遍的借鉴意义。