港口规划与布置5-水域布置

第五章港口水域布置5.1港口水深5.2港内水域5.3港口航道、锚地5.4港内泊稳标准及波况估算5.5防波堤布置5.6防沙、导流堤5.7港口导航港口水域是指在港界范围所包含的全部水域面积。港口水域包括：船舶进出港的航道、转头水域、制动水域，过驳水转水作业和停泊的锚地水域以及港池、码头前水域等。各水域应根据具体情况组合设置，必要时可单独设置。第五章港口水域布置——港口水域港内水域港外水域•外堤是防波堤、防沙堤、导流堤的总称。•防波堤；防御外海波浪侵袭港池、码头前等水域为主要功能的水工建筑物，其所围成的水域水面平稳、水深足够，使船舶能安全进行装卸作业、停泊和进出港口。有时也兼防泥沙、水流及冰凌等对港口的侵袭。•防沙堤：以防止或减少泥沙侵入港口或航道为主要功能的水工建筑物；•导流堤：以束水导流、维持航道和口门水深为主要功能的水工建筑物。•外堤除按功能分类外，也常按其所在位置，特别是按其与岸边的相对位置分为突堤和岛堤。•突堤是一端与岸连接，一端伸人海•中的外堤。•岛堤是两端均不与•岸相连接的外堤。第五章港口水域布置——港口水深§5.1港口水深港口水深应该既能满足使用要求而又不过大，也就是要确定一个合理的富裕水深。这里只介绍航行水深h543210ZZZZZZkTh其中Z0是船舶航行时船体下沉增加的富裕水深，与船舶的大小和航行速度有关。其它富裕的意义同前，但注意有的富裕量取值不一样。航行水位的确定是港口工程界极为关注的问题，通常可根据港口的船流密度确定每天需要的航行时间，再从潮位历时曲线上确定航行水位——乘潮水位。停泊水域水底高程=设计低水位-泊位水深航行水域水底高程=航行水位-航行水深影响富裕水深的构成因素第五章港口水域布置——港口水深确定富裕水深大小所考虑的条件可区分为两类：1、船舶航行或停泊不致触底所需的富裕水深2、减少船舶操纵困难所要求的富裕水深•一、船舶航行或停泊不致触底所需的富裕水深：水深误差和因船舶运动吃水增加。•1、水深误差及水中障碍：•1）水位变化：实际水位与测量水位间有差异，可能来自潮高测验或预报误差•2）海图、水深图测量误差：浅海测探仪精度一般为：±（0.05＋水深／250）•3）船舶抛锚引起的富裕量：船舶在航行中遇到紧急停船，在倒车的同时抛左右锚使船急速停止，这时锚相当于航道上的障碍物，因此必须有不让锚破坏自己船底的富裕水深第五章港口水域布置——港口水域•2、船舶运动时吃水增加：•1）航行时船体下沉：船舶在浅水中航行时发生船体下沉和纵倾变化•2)船舶在波浪中航行时的下沉：船舶在波浪中航行时，随波高、波周期、波向、船舶吨级和水深不同将产生不同程度的纵倾、横摇、和升沉三种垂直运动•二、减少船舶操纵困难所需的富裕水深，一般包括两个方面：•1、考虑船舶操纵性能所要求的富裕水深•2、保护主机避免冷凝器取水口堵塞所要求的富裕水深第五章港口水域布置——港口水域Z1——龙骨富裕，与水底土质有关，淤泥0.2m，松砂0.3m，夹砂块状土和密砂0.4m，岩石0.6mZ2——波浪富裕，Z2=KH4%-Z1，K是系数，顺浪0.3，横浪0.5；H4%为码头前允许停泊的波高，波列累积频率为4%的的波高，当Z20时，取Z2=0；Z3——船舶因配载不均匀而增加的船尾吃水值，杂货船可不计，散货船和油船取0.15m;Z4——备淤富裕深度，根据回淤强度、维护挖泥间隔期及挖泥设备的性能确定，不小于0.4m三、码头前沿水深：泊位深度DD=设计船型吃水T+适当的富裕量（ΔZ）1.海港码头4321ZZZZTD第四章码头及码头平面设计——码头泊位尺度龙骨下最小富裕深度Z1在可行性研究或方案阶段，当自然资料不足时，码头前沿设计水深可按下式估算:式中k—系数，有掩护码头取1.10一1.15，开敞式码头取1.15一1.20注:对杂货船和集装箱船，根据具体情况可考虑实载率对设计船型吃水的影响;对河口港可考虑咸淡水比重差对设计船型吃水的影响。kTDZ0——船舶航行时船体下沉增加的富裕水深Z1——龙骨富裕，与水底土质有关，淤泥0.2m，松砂0.3m，夹砂块状土和密砂0.4m，岩石0.6mZ2——波浪富裕，Z2=KH4%-Z1，K是系数，顺浪0.3，横浪0.5；H4%为码头前允许停泊的波高，波列累积频率为4%的的波高，当Z20时，取Z2=0；Z3——船舶因配载不均匀而增加的船尾吃水值，杂货船可不计，散货船和油船取0.15m;Z4——备淤富裕深度，根据回淤强度、维护挖泥间隔期及挖泥设备的性能确定，不小于0.4m四、海港航道水深D=设计船型吃水T+适当的富裕量（ΔZ）1.海港码头43210ZZZZZTD海港通航航道水深2.河港1）计算公式平原河流、山区河流、运河和潮汐影响不明显的感潮河段的码头前沿设计水深，可按下式计算:2）符号含义Dm——码头前沿设计水深(m)；T——船舶吃水(m)，根据航道条件和运输要求可取船舶设计吃水或枯水期减载时的吃水。设计船型为进江海船时，船舶吃水还应考虑由于咸淡水密度差而增加的吃水值，海水密度按1.025t/m3计；Z——龙骨下最小富裕深度(m)，可按下表选用；△z——其他富裕深度(m)。3210ZZZZTD第五章港口水域布置——港口水深3）富裕深度的确定⑴龙骨下最小富裕深度⑵其他富裕深度，应考虑下列因素取值:①波浪富裕深度，是因波浪作用导致船舶下沉量的富裕深度。对波浪较大的河口、库区、胡区和水域开阔的港口的波浪推算，按现行行业标准《内河航道与港口水文规范》（TJ214)执行；②散货船和油轮码头，因船舶配载不均应增加尾吃水，其值取0.10～0.15m；③码头前沿可能发生回淤时增加备淤的富裕水深。备淤富裕深度根据回淤强度、维护挖泥间隔期及挖泥设备性能确定，其值不小于0.2m。④潮汐影响明显的感潮河段，码头前沿设计水深的确定应符合现行行业标准《海港总平而设计规范》(JTJ211)的有关规定。一、进出港航道1.航道选线的基本要求⑴应结合港口总体规划，适当留有发展余地。必须在满足船舶航行安全的前提下，结合当地自然条件、引航距离、航标设置、挖泥数量、施工条件和维护费用等因素综合分析确定。⑵应全面分析当地自然资料，宜利用天然水深，避免大量开挖岩石、暗礁和底质不稳定的浅滩，并对航道泥沙回淤作出论证。通常情况下应减小强风、强浪和水流主流向与航道轴线的交角。⑶单向或双向航道的选择，应根据船舶航行密度、进出港船型比例、乘潮条件、航道长度、助航设施和交通管理等因素，经技术经济论证确定。第五章港口水域布置——航道、锚地第二节航道2.航道轴线布置考虑的因素⑴风的影响：布置航道轴线时应充分考虑风的影响；⑵水深的影响：浅水中航行，舵向灵敏底低；⑶岸边的影响：沿岸边航行，船有向岸偏向的趋势；3.进行航道布置时应遵循以下原则⑴避免船体受较大的横风作用；⑵航道应尽量顺直，避免避免多次转向（“S”形布置）。当受地形、地质条件限制必需多次转向时，宜采取减小转向角、加长两次转向间距、加大回旋半径或适当加宽航道等措施，使其达到设计要求。⑶在防波堤口门外应设不小于掣动距离的直线段；⑷充分考虑泥沙运动情况，避免严重的航道淤积；⑸对有冰冻的港口，航道选线应注意排冰条件和冰凌对船舶航行的影响。（6）航道轴线宜尽量避免与大于1kn横流正交；（1kn＝1.852km/h=0.514m/s）第五章港口水域布置——航道、锚地4.航道宽度航道有效宽度由航迹带宽度、船舶间富裕宽度和船舶与航道底边间的富裕宽度组成。⑴单船航迹带宽度船在水中航行受到各种因素的影响，不可能直线运行，总有一些偏向，称为“蛇形运动”。船舶为了克服风、流的影响保持航向，常使船舶实际航向与真航向保持一风流压偏角γ。船舶以风、流压偏角在导航中线左右摆动前进所占用的水域宽度称为航迹带宽度。船船航行的S形路线船舶真航向与风流压偏角航道有效宽度第五章港口水域布置——航道、锚地式中：n——船舶漂移倍数γ——风、流压偏角(。)；⑵航道宽度WW取值除了A外，两侧还留有实C，双向航道两道间留有安全距离b取一倍船宽。比较标准的航道宽度为：单向W=5B，双向W=8B。第五章港口水域布置——航道、锚地船舶与航道底边的富裕间距C按表中规定取值⑶航道转弯航道转弯是不可避免的。船舶在航道弯曲段航行，由于船舶在转向时的漂动和必须以投影宽度通过弯道，要求的宽度比电线段大。需要加宽的数值与转向角φ和转弯半径R有关。航道转弯半径R和加宽方式应根据转向角φ和设计船长确定。当10°＜φ≤30°，R=（3～5）L宜采用切角法加宽；当水域狭窄，切角困难时，经论证可采用折线切割法加宽;当φ＞30°，R=（5～10）L，可采用折线切割法加宽。航道转弯段加宽示意（a）切角法;(b)切割法n一航道转弯处采用折线切割法加宽的等分折线段数第五章港口水域布置——航道、锚地5.单双向航道的选取依据单双自航道的选聚根据港口营运的繁忙程度和航道长度LK而定。此外还与航速有关。图LK0.5t——船在航道内不相会，单向航道。LK≥0.5t——船在航道内必相会，双向航道。t——最忙时一个方向航行船舶的时间间隔。由于t的随机性，单向航道常出现船等道的现象。6.航道水深分通航水深和设计水深，应分别按下列公式计算：第五章港口水域布置——航道、锚地乘潮水位是指船舶乘潮进出港口的某一潮位，并以该潮位作为航道和不包括码头前沿水域、锚地的港内水域的设计通航水位。乘潮水位应根据需要乘潮的船舶航行密度，港口所在地区的潮汐特征和疏浚工程量等因素，经技术经济论证确定。乘潮水位应根据每潮次船舶乘潮进出港所需的持续时间，选取每一个潮峰上与此延时相当的水位，按现行行业标准《海港水文规范》的有关规定进行统计，可取乘潮累积频率93%一95%的水位。注:①当潮位受气象影响季节性变化较大时，对所选用的乘潮水位，应核算低水位月份的航道通过能力及其对港口正常营运的影响;②乘潮水位的统计，应有一年以上的实测潮位资料。每潮次船舶乘潮进出港所需的持续时间可按下式确定:式中：tS——每潮次船舶乘潮进出港所需的持续时间(h）;Kt——时间富裕系数，取1.1一1.3；tI——每潮次船舶通过航道的持续时间(h)，其中包括船舶间追踪航行的间隔时间;t2——艘船舶在港内转头的时间(h);t3——艘船舶靠离码头的时间(h）。第五章港口水域布置——港口水深第五章港口水域布置——港口水深确定乘潮水位——保证船舶安全进出港口；尽量减少投资。例：我国北方某港口，航道长3.5km，每天平均有一艘船进港，设计中航行水位取用4小时的潮位3.09m。实际上，设船舶航速4节，在航道内的航行时间为T=3.5/1.852/4=0.47(h)平均每天只有一出一进，间隔0.5h，则每天总的航行时间为t=0.5+2(安全系数)T2=2.4（h）即3小时的乘潮水位已完全可以满足要求，设计中取4小时的潮位就过于保守。若取3小时的潮位3.37m，差0.28m，挖泥量差26万m3。•在水域中指定地点专供船舶停泊及供船舶进行水上装卸作业的水域称为锚地。按功能和位置分为港外锚地和港内锚地。•港外锚地：供船舶候潮、待泊、联检及避风使用；•港内锚地：供待泊或水上装卸作业使用。第三节锚地与回旋水域1.锚地规模锚地的规模可根据排队论的理论和数学模拟的方法推算。对新建港口的锚地，其锚位数可根据港口的重要性，按在港船舶保证率90%——95%相应推算锚位数;对扩建的港口，可近似地将扩建部分视为新建港口推算锚位数。2.锚地位置应选在靠近港口、天然水深适宜、海底平坦、锚抓力好、水域开阔、风、浪和水流较小，便于船舶进出航道，并远离礁石、浅滩以及具有良好定位条件的水域。必要时应进行扫海测量及底质取样等工作。锚地位置的选择应符合下列规定。⑴锚地的边缘距航道边线的安全距离:港外锚地不应小于2--3倍设计船长;港内锚地采用单锚或单浮筒系泊时不应小于1倍设计船长，采用双浮筒系泊时不应小于2倍设计船宽。第五章港口水域布置——航道、锚地第三节锚地与回旋水域吴淞口2号锚地⑵港外锚地水深不应小于设计船型满载吃水的1.2倍。当波高(H4%)超过2m时，尚应增加波浪富裕深度。港内