天津港高沙岭港区口门及内航道方案研究

孟照意，池 海，廉立虎

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）



天津港高沙岭港区口门及内航道方案研究

孟照意，池 海，廉立虎

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

摘要：基于船舶操纵模拟试验，对天津港高沙岭港区口门内航道布置方案进行研究。在分析风、浪、流等因素对船舶通航安全产生影响的基础上给出航道选线的合理化建议，为航道实际实施提供了理论依据和有力指导。

关键词：高沙岭港区；口门内；航道选线；船舶操纵；通航安全

引 言

高沙岭港区是天津港规划八大港区之一，拥有自然岸线5.9 km，规划形成码头岸线30.3 km，全部为深水岸线。高沙岭港区的开发可拓展天津港向南部发展的空间，为临港工业发展和聚集提供所需的深水岸线和配套陆域，为天津港可持续性发展提供丰富的岸线储备。港区近期主要服务于装备制造业等临港工业的发展，以杂货运输为主，远期兼顾临港工业和腹地物资运输。根据港区发展需要，高沙岭港区已经开始了航道等港口公共基础设施的建设。高沙岭港区通航水域主要包括口门外航道和口门内航道两部分，口门外航道为5万t级单向航道，目前已在实施当中；口门内航道建设成为制约港区发展的关键部分，但口门内水域条件复杂，需对口门内航道建设方案进行详细研究，以便为下一步航道实施提供技术支持。

1 主要研究问题和研究思路

1.1 主要研究问题

高沙岭港区规划码头岸线总长30.3 km，陆域总面积50.8 km2，规划形成一港池和二港池两个港池。一港池岸线规划泊位为5 000～50 000 t级，为装备制造业岸线。二港池岸线规划泊位为5万～10万t级，为通用泊位区岸线。

由于港内两个港池为平行布置，船舶要进入北侧一港池，需多次连续转向，船舶航行航路复杂。且受防波堤及码头岸线布置影响，水域航路布置也受到相应的制约，若航路布置不合理，则可能给船舶航行带来安全风险，故需对港内水域进行通航专项研究。

图1 港区布置示意

本次研究的主要目的是经过船舶操纵模拟试验得出能够保证通航安全的港内水域布置最佳设计方案。主要方法是通过船舶操纵模拟试验验证内航道布置的可行性和安全性，并根据试验结论对航道转弯段设计和转弯段加宽方案进行调整优化。

1.2 研究思路

根据港内水域的特点及当地自然条件，考虑船舶安全通航需要，按照《海港总体设计规范》的要求，确定初步设计方案。并针对初步方案，进行第一阶段模拟试验。主要目的是验证方案的可行性，并提出优化的建议。如果初步方案通航安全存在问题，可考虑采取加大转弯半径和局部加大通航水域尺度的方式调整优化，如何加大通航水域需要结合模拟试验的成果确定。在此基础上形成优化方案，并对优化方案进行仿真模拟实验，以验证其可行性。

研究分两个阶段，第一阶段由研究单位模拟试验验证初步方案的可行性及存在问题，设计单位分析第一步模拟试验当中提出的问题，并有针对性的调整设计方案。第二阶段再由研究单位模拟试验优化方案的可行性，并根据需要提出修改意见，形成最终实施方案。

2 航道布置方案及模拟研究

2.1 初步设计方案

第一阶段初步方案包括2个方案。

设计方案1：工况为口门防波堤建成，口门内航道起始点位于现有南北向防波堤位置，与口门外航道顺接。进入二港池航道与口门外航道夹角约4°，进入一港池航道与口门外航道夹角约54°。航道转向点轴线半径为5倍设计船长1 115 m，航道有效宽度165 m。

设计方案2：航道转向点轴线半径取10倍设计船长2 230 m，其余布置与方案1相同。

图2 口门内航路示意

图3 口门内航道布置（设计方案1）

图4 口门内航道布置（设计方案2）

影响船舶航行的主要因素为风、流和操船等因素。研究单位根据以上方案设计进行了港内水域船舶操纵模拟试验研究，得到结论如下。

1）设计方案1

风的影响：

①不同的风向对船舶产生不同的作用，S风对船舶在第二次转向时影响较大，船舶操纵不当易越出航道；NE风对进港船舶在第一次转向时影响较大，尤其与涨潮流叠加时，船舶易越出航道；NW风主要影响船舶的航速，船舶航行风险较低。

图5 S风向航迹叠加

图6 NE风向航迹叠加

流的影响：

①进入一港池航道与主航道交汇水域为港内流速最大水域，最大流速为0.64 m/s。港内其它水域的流速较小、流向较为稳定。

模拟试验中，船舶在流场的作用下，存在越出航道的工况，航迹带宽度最大为160 m。

图7 流场作用下进港航迹叠加

操船影响：船舶在第二转向点转向时需打大舵角方可顺利通过该水域，存在一定的风险。

2）设计方案2

风流对船舶通航造成的影响基本一致，由于方案2转弯半径加大，船舶航行和操船风险较方案1小。

3）船舶通航风险分析结论

①进出一港池航道需转向两次，船舶在第一转向点和第二转向点存在一定的安全风险。由于方案二转弯半径较方案一大，经模拟试验可知，方案1在转向位置航行的通航风险较方案2高。

②当风力在7级及以下时，两种方案情况下，船舶均能安全进出一港池航道；当风力在8级条件下，方案一越出航道的风险较高，方案2越出航道的风险相对于方案1小。

4）推荐安全保障措施

①船舶进出港前，首先应了解航道及码头的情况。包括：风、流、波浪、水深、助航设施、泊位情况等。根据船舶自身的性能，制定船舶进出港、安排靠离泊的操作计划。

②船舶在进入一港池水域时需进行转向，船舶需根据风流状况及泊位的位置合理选择转向时机，当船舶右舷受风时，需提前转向，当船舶左舷受风时，需滞后转向，风力较大时，需借助拖轮协助转向。

③船舶在内航道中根据本船特性使用安全航速航行，在转向点水域航行时应保持一定的航速。

④由于第一转向点船舶越出航道的风险较大，建议加宽转向水域。

2.2 优化设计方案

分析第一阶段船舶操纵模拟试验结果可知，船舶在口门内航行时，受到风的影响作用最大。特别是在航道转向点处，受S向风和NE风影响，船舶宜越出航道。同时航道转弯半径大小对船舶航行影响较大。因此，拟对航道转向点处尺度进行调整，并对转弯半径进行优化，满足船舶航行需要。

优化方案1在初步方案1基础上，对转弯半径加大至1 670 m，约为7.5倍船长，同时对港内航道转向点处尺度进行了局部加宽。

优化方案2在初步方案2基础上，在两个转弯段船舶宜漂出航道边线位置对航道进行了局部加宽。转弯半径不变仍为10倍船长2 230 m。

图8 口门内航道布置（优化方案1）

图9 口门内航道布置（优化方案2）

1）优化方案1

风的影响：

①不同的风向对船舶产生不同的作用，NE风对进港船舶在第一次转向时影响较大，第一转向水域的航迹带宽度为187 m；NW风主要影响船舶的航速，船舶航行风险较低，第一转向水域的航迹带宽度为145 m。

图10 进港航迹叠加

图11 出港航迹叠加

流的影响：

①模拟试验中，船舶受口门防波堤未建流场的作用下，船舶可安全通过第一转向水域，航迹带宽度最大为186 m；船舶受口门防波堤建成流场的作用下，航迹带宽度最大为164 m。

图12 流场进港航迹叠加

操船影响：船舶从口门驶入一港池需转向两次，存在一定的通航风险。

2）优化方案2

优化方案2船舶航行风险与优化方案1基本一致，船舶操纵风险整体小于优化方案1。

2.3 模拟试验主要结论

1）从自然环境分析：设计方案1、设计方案2、优化方案1和优化方案2受风、流、浪的影响较为一致，因此从自然环境角度分析，四个方案通航风险相当。

2）从交通环境分析：设计方案1、设计方案2、优化方案1和优化方案2都存在交汇水域，存在同样的通航风险，四个方案的转弯半径和转弯水域宽度不同，因此四个方案的交通风险为：设计方案1>设计方案2>优化方案1>优化方案2；

3）经模拟实验表明：二港池航道四个方案的航行风险均较小；一港池航道模拟试验中，优化方案的操纵风险较设计方案小，优化方案1的操纵风险相对于优化方案2略大，但两种优化方案风险均处于可控范围之内。

3 结 语

高沙岭港区是天津港规划八大港区之一，其建设对天津港发展有着积极的作用。目前口门内航道的建设成为高沙岭港区基础设施建设的关键点，对下一步开港和港内码头投产起着至关重要的作用。本研究通过船舶操纵模拟试验，针对不同航道布置方案，对船舶航行安全性进行了研究，并对风、浪、流等条件对船舶通航安全的影响进行了研究，给出了实施建议，对下一步航道实施提供了理论支持，具有很好的指导意义。

参考文献：

[1] 交通运输部天津水运工程科学研究所. 天津港高沙岭港区港内水域船舶操纵模拟试验研究报告[R]. 2015, 2.

[2] 交通运输部天津水运工程科学研究所. 天津港高沙岭港区波浪物理模型试验研究报告[R]. 2008, 10.

[3] 交通运输部天津水运工程科学研究所. 天津高沙岭港区潮流物理模型试验研究报告[R]. 2008, 10.

Research on Entrance and Inner Channel Plan of Tianjin Port Gaoshaling Harbor

Meng Zhaoyi, Chi Hai, Lian Lihu
（CCCC First Harbor Consultants Co., Ltd., Tianjin 300222, China）

Abstract:Vessel maneuvering simulation test has been adopted to study layout of the channel inside the entrance of Tianjin Port Gaoshaling Harbor. An optimum advice on selecting channel is put forward by analyzing the effect of wind, wave and current on the navigation safety, which will provide a theoretical basis and effective guidance for the implementation of channel project.

Key words:Gaoshaling harbor; inside harbor entrance; channel selecting; vessel maneuvering; navigation safety

作者简介：孟照意（1983-），男，高级工程师，主要从事港口规划与总体设计工作。

收稿日期：2015-07-08

DOI:10.16403/j.cnki.ggjs20160103

中图分类号：U651+.3

文献标识码：A

文章编号：1004-9592（2016）01-0016-05