水運工程規(guī)劃復(fù)習(xí)提綱

1、水運工程規(guī)劃 Gungi Peng 2016.6.161、 緒論1.1水運系統(tǒng)1.交通運輸系統(tǒng)-綜合運輸系統(tǒng)目的任務(wù)：旅客、貨物的空間“移位”子系統(tǒng)：水路、公路、鐵路、航空、管道2. 水運系統(tǒng)優(yōu)勢：成本低、能耗低、環(huán)保1.2港口是交通運輸?shù)臉屑~，由3大部分組成，6個作業(yè)系統(tǒng):1. 三大部分：A.水域：作用：供船舶航行、停泊、錨泊、裝卸轉(zhuǎn)載等。包括：港池(泊位)、航道、錨地、外堤、回旋、導(dǎo)航等。要求：寬廣、平穩(wěn)，并具有足夠水深。（面積、深、平穩(wěn)）B.岸線：水陸交接地帶。作用：靠船、旅客上下船、貨物裝卸等。包括：碼頭建筑物、港池(泊位)。要求：足夠的長度和合適的寬度。C.陸域：作用：布置各種設(shè)施。

2、要求：寬廣、平坦，滿足港口縱深要求 包括：存儲設(shè)施：倉庫、堆場 裝卸設(shè)備：起重機械、運輸機械 交通設(shè)施：道路、鐵路 輔助設(shè)施：給排水、供電、通信、機械庫、機修廠、消防站、辦公樓、商務(wù)中 心以及生活輔助設(shè)施 配套設(shè)施：修造船廠、港作船舶基地等2. 六個作業(yè)系統(tǒng)：航行作業(yè)系統(tǒng)水域各設(shè)施；裝卸作業(yè)系統(tǒng)碼頭、港池、機械等；存儲作業(yè)系統(tǒng)倉庫、堆場；分運集疏運作業(yè)系統(tǒng)鐵路、公路、水路、網(wǎng)、管；信息與商務(wù)系統(tǒng)電子商務(wù)中心-物流中心；環(huán)保與景觀系統(tǒng)污、廢處理，綠化等。1.3港口分類 按功能分：商港、漁港、工業(yè)港、軍港、避風(fēng)港、游艇港 按地理位置分：河港(包括運河港)、海港(海岸港、河口港)1.4港口的運營1.

3、船舶出入港過程：到港®到達錨地®離開錨地®靠碼頭®開始裝卸®裝卸結(jié)束®離港2.港口運營指標(biāo)：碼頭生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)模、生產(chǎn)運輸指標(biāo)、經(jīng)營管理指標(biāo)、技術(shù)管理指標(biāo)3.營運費用：包括貨物費用和船舶營運費用貨物費用：不包括運費、裝卸費等“看得見”的費用，只是貨物價值之利息“看不見”的費用（時間價值） 船舶營運費用：船舶在營運過程中發(fā)生的費用，包括固定費用和航次費用待泊費用-固定費用為主-艘天費2、 港口規(guī)劃調(diào)查與分析2.1 經(jīng)濟社會條件調(diào)查1. 港口腹地：有貨物（或旅客）要經(jīng)某港運輸?shù)牡貐^(qū)叫該港的腹地。2. 腹地劃分：直接腹地：直接為港口所在地服務(wù)，

4、貨物不中轉(zhuǎn)。中轉(zhuǎn)腹地：指貨物的中轉(zhuǎn)聯(lián)運腹地。通過腹地：在港內(nèi)不裝卸，只進行編組，然后運走。3.擴大腹地的措施：地理位置優(yōu)越，距經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的距離近，集疏運條件好；自然條件好運輸成本低，交通條件好，運輸時間短；裝卸成本低，車船周轉(zhuǎn)快；服務(wù)水平高4.社會經(jīng)濟調(diào)查港口、城市調(diào)查：客貨、港口、企業(yè)、經(jīng)濟相關(guān)設(shè)施調(diào)查：土地利用的可能性、價格；集疏運能力及擴展的可能性；水電供應(yīng)；運輸網(wǎng)規(guī)劃、重點項目的建設(shè)規(guī)劃水域調(diào)查：近海漁業(yè)、海濱旅游、港口航道、施工其它社會調(diào)查：沿江、沿海工礦企業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展規(guī)劃，與港口發(fā)展有利害關(guān)系的部門和企業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展規(guī)劃2.2自然條件調(diào)查與分析1. 自然條件調(diào)查內(nèi)容：地形、地質(zhì)

5、：地形圖、地質(zhì)條件、岸線沖淤、地震氣象：風(fēng)、雨、霧、冰(氣溫)海象：潮、浪、流、泥沙運動河流：流速、流量、流態(tài)季節(jié)性變化2. 自然條件對港口的影響：地形、地質(zhì)：平面布置、港口選址、建筑物結(jié)構(gòu)型式、造價氣象：風(fēng)：平面布置(航道、口門、環(huán)境)、作業(yè)、對船舶的作用力雨：施工、港區(qū)排水、作業(yè)霧：航行、作業(yè)冰：作業(yè)天數(shù)、建筑物強度和耐久性海象：潮：港口各部高程、增減水特征水位、基準(zhǔn)面浪：泊穩(wěn)、平面布置、建筑物強度、泥沙運動特征值、折射、繞射流：航行、泥沙運動河口：潮流界（在漲潮時，海水倒灌至河內(nèi)，理論上存在潮流V1與河水下泄流速V2相抵消（V1V2）的截面）、潮區(qū)界（在潮流界以上雖然潮流不再向上流動，但

6、河水被阻，有壅高現(xiàn)象，潮波繼續(xù)向上傳播，但潮差越來越小，當(dāng)潮波消失后水位不再受潮汐影響）、攔門沙洲（河流搬運泥沙的最終歸宿點）河流：流量、流態(tài)、河道演變：選址、航行、岸線穩(wěn)定2.3吞吐量預(yù)測1.貨物分類：件雜貨(集裝箱)、干散貨、液體貨2.吞吐量：一年間經(jīng)由水運輸出、輸入港區(qū)并經(jīng)過裝卸作業(yè)的貨物總量稱為港口吞吐量，以自然噸計。3.通過能力：一年間在既定的技術(shù)裝備條件下，按合理的操作過程、先進的裝卸工藝和生產(chǎn)組織所允許通過港口的貨物量。4.預(yù)測步驟： 收集有關(guān)數(shù)據(jù)資料； 社會經(jīng)濟發(fā)展水平預(yù)測； 區(qū)域內(nèi)客、貨總運輸量預(yù)測（進、出）； 運輸方式分擔(dān)預(yù)測（公、鐵、水、空、管）； 港口客、貨吞吐量預(yù)測。

7、5. 主要方法： 1.經(jīng)驗法：經(jīng)驗系數(shù)法、趨勢目估法、類比法、特爾裴專家判斷法2.函數(shù)法3. 概率分析法4.時間序列法5因果分析相關(guān)分析法2.4船舶及船型預(yù)測1. 尺度： 船型尺度：是從船殼板內(nèi)側(cè)的表面丈量得到的尺度，主要用于船舶性能的計算和研究全部尺度：是從船體外緣丈量得到的尺度，即全部尺度，用于船舶的制造和運行。 全長Lc：船體首尾兩端間的最大水平距離（沿船縱向） 全寬Bc：船體橫向最大水平距離 全高Hc：龍骨底面的水平切面至船最高點的垂直距離 吃水T：水面線至龍骨底面的垂直高度 通常講的船舶吃水指滿載、夏季吃水線至龍骨底面的垂直距離 連桅高度 h=HC-T 這里的T為空載吃水，h用于設(shè)計

8、橋梁凈空高度。2. 噸位：A.重量噸位 1.排水量噸位：船舶在水中所排開水的噸位 空載排水量：船體和機艙部分重量質(zhì)量之和，是船舶最小限度的重量 滿載排水量：在密度1.025t/m3的海水中，滿載吃水時重量，即船舶最大限度的重量 實際排水量：船舶每個航次載貨后實際的排水量 2.載重噸位：船舶在運營中能夠使用的載重能力 總載重噸：包括貨，燃料，滑油，淡水等儲備消耗物資 凈載重噸：只包括客，貨的重量B.容積噸位：以體積折算的噸位，用于船舶登記，又叫登記噸位 總噸位：指船舶內(nèi)部所有封閉容積 凈噸位：指從總噸位中扣除機艙、船員生活艙室、壓載艙等直接供船舶航行需用部分的噸位后余下的噸位。3. 主要船舶的特

9、點：雜貨船:噸位小、機動靈活,艙口艙內(nèi)空間大集裝箱船:干舷高、船體窄、航速快、裝卸效率高散貨船：噸位大、吃水深、倉口大、單層甲板油船:噸位大、吃水深、裝卸效率高河船、海船3、 港口裝卸工藝3.1貨物在港內(nèi)的作業(yè)方式1.換裝(裝卸過程)：貨物從進港運輸工具上卸下到裝上出港運輸工具的全過程，也叫換裝過程2.操作過程：根據(jù)一定的裝卸工藝完成一次貨物的搬運過程3.直取作業(yè)：只經(jīng)一次操作（一個操作過程）即可完成全部裝卸過程的作業(yè)方式，也叫直取作業(yè)4.裝卸工藝：貨物在港內(nèi)裝卸、搬運的方法和程序5.作業(yè)線：按一定裝卸工藝完成一定的操作過程的勞動力和裝卸機具的組合3.3裝卸工藝設(shè)計件雜貨：門機+拖掛車+叉車/

10、起重機集裝箱：裝卸橋+集拖車+龍門吊干散貨：裝/卸船機+皮帶機+堆/取料機液體貨：泵+管道4、 碼頭及碼頭平面設(shè)計4.1港口規(guī)模確定1. 泊位數(shù)優(yōu)化貨物在港口換裝總費用的組成港、船、貨三部分泊位數(shù)優(yōu)化：考慮港、船、客貨各方面的因素，使得客貨在港口轉(zhuǎn)運的總費用最省。目標(biāo)函數(shù)條件泊位數(shù)優(yōu)化的基本方法與步驟：。泊位數(shù) S 不同就導(dǎo)致 Cs 的變化，泊位數(shù)優(yōu)化就是取 S 值使得 Cs 最小。調(diào)整 S 值使上式得到滿足試算2. 港口泊位利用率：s就是泊位利用的天數(shù)與泊位總天數(shù)的比值。合適利用率的取值方法：設(shè)有n艘船在港則： nS 時，泊位利用的天數(shù)即為船天數(shù) nFn,有空泊位,無船待泊 nS 時，泊位全

11、部被占用，泊位利用天數(shù)為SFn，有船待泊3. 船舶到達分布：隨機性、規(guī)律性泊松流：相繼到達的兩艘船舶的間隔時間 T服從指數(shù)分布4. 船舶占泊時間分布：從靠泊到離開的總時間 T ，一般服從指數(shù)分布或者2階愛爾蘭分布5. 港口服務(wù)系統(tǒng)的排隊模型到達分布/占泊時間分布/泊位數(shù)/排隊長度的限制M/M/S/排隊模型的條件 第一，船舶按泊松流到達港口； 第二，船在港裝卸占泊時間服從指數(shù)分布； 第三，船一到港，只要有空閑泊位就必須?？?，不得等待特定泊位，并按先到先靠的原則進行排隊，不得插隊； 第四，當(dāng)船舶足夠多時，不論排隊多長，船舶不得中途離港。4.2 減少船舶在港時間措施增建泊位投資新建碼頭泊位。增建碼頭

12、泊位、提高泊位裝卸效率提高裝卸效率非常有效的措施，尤其適用于老港口改造泊位組營運調(diào)度、生產(chǎn)管理。把可以統(tǒng)一進行裝卸的一些泊位組織在一起統(tǒng)一調(diào)度管理，稱為泊位組。速遣不增加任何設(shè)施部分船舶可迅速離港。將幾個泊位的設(shè)備集中使用，使某些船只迅速離港的調(diào)度方式 各種措施的特點、效果4.3 碼頭布置型式 1.按貿(mào)易、用途、貨種、平面布置等分類方法 按貿(mào)易：內(nèi)貿(mào)、外貿(mào) 按用途：客運、貨運、客貨兼用、工作船碼頭 按貨種：件雜貨、集裝箱、油、干散貨、漁碼頭 2.按平面布置分類：順岸式、突堤式、挖入式、島式及棧橋式、堤內(nèi)式特點 3.突堤式：碼頭岸線與自然岸線成較大角度或垂直。 優(yōu)：占岸線短，需建防波堤時，堤的長

13、度短，便于管理 缺：阻礙水流，占水域大突堤式碼頭廣泛用于海港中 4.挖入式：碼頭港池在向岸的陸地一側(cè)開挖而成。以往多用于河港或河口港，60年代以來也見于海港。小河船集疏，但不占深水岸線，海船運輸。 5.島式及棧橋式：一般為開敞式碼頭，不設(shè)防波堤，用于大型散貨船、油船、液體化工船，解決船舶的吃水問題。碼頭遠(yuǎn)離岸邊，與岸邊無陸域連接 油碼頭 輸油管埋在水底 6.堤內(nèi)式布置：沿防波堤內(nèi)側(cè)布置碼頭 一般可節(jié)省投資，尤其是斜坡式防波堤更為明顯4.4 港口陸域尺度 1.碼頭泊位三要素：長、寬、深 L=設(shè)計船型長度 Lc+適當(dāng)?shù)母辉Ａ?B=設(shè)計船型寬度 Bc+適當(dāng)?shù)母辉Ａ?D=設(shè)計船型吃水 T + 適當(dāng)?shù)母?/p>

14、裕量 k 水體密度影響系數(shù)：海水k=1，淡水k=1.03(海船) Z1龍骨富裕，與水底土質(zhì)有關(guān)，淤泥0.2m，松砂0.3m， 夾砂塊狀土和密砂0.4m，巖石0.6m Z2波浪富裕 Z3吃水富裕，配載不均勻引起 Z4備淤富裕，不淤積的港口取0，淤積的港口不小于0.4m Z5浚深富裕，一般取0.30.5m 2.碼頭前沿高程：考慮因素：碼頭性質(zhì)、船型、水位、陸域地形、波浪情況 上水控制標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)碼頭的重要性、作業(yè)特點等要求，在一定的潮位和波浪組合下，按碼頭面上水可接受的程度設(shè)定的碼頭前沿頂高程控制標(biāo)準(zhǔn) 受力控制標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)碼頭結(jié)構(gòu)（尤其是透空式碼頭上部結(jié)構(gòu)）在波浪作用下受力安全要求設(shè)定的碼頭前沿頂高程

15、控制標(biāo)準(zhǔn)海港（有掩護、無掩護）、河港4.5 碼頭陸域布置1.件雜貨碼頭：種類繁雜、裝卸機械類型多集裝箱碼頭 ：專業(yè)化程度高、通過能力大干散貨碼頭：進、出口的裝卸工藝與平面布置差別大；對環(huán)境影響大2. 前方作業(yè)地帶：作用、要求、常規(guī)尺度倉庫、堆場 一線：保證船舶裝卸連續(xù)不斷地進行容量、面積 二線：面積由總?cè)萘?、面積控制 布置：長方形、按泊位布置縱深：一般由土地利用條件決定。在條件允許情況下盡量大，以方便作業(yè)生產(chǎn)輔助區(qū)：靠近生產(chǎn)區(qū)生活輔助區(qū)：靠后方布置，與生產(chǎn)區(qū)分開環(huán)境、干擾5、 港口水域布置5.1 港口水深1. 停泊水深：2. 航行水深： Z0船舶航行時船體下沉增加的富裕水深，與船舶的大小和航行

16、速度有關(guān) 3.港池水底高程=設(shè)計低水位-停泊水深 航行水域水底高程=航行水位(乘潮水位)-航行水深5.2 航道1.軸線：布置原則風(fēng)、浪、流(海港)：布置航道軸線時應(yīng)充分考慮風(fēng)的影響，水深的影響、岸邊的影響。2.通航寬度：航跡帶（船舶以風(fēng)流壓偏角在導(dǎo)航中線左右擺動前進所占用的水域?qū)挾?，稱為航跡帶寬度）、富裕5.3 錨地與回旋水域1.港口錨地：專供船舶停泊及進行水上裝卸作業(yè)的指定水域2.按功能分類：引航、檢疫、停泊、避風(fēng)、過駁 按位置分類：港外、港內(nèi)3.錨泊方式：各系泊方式的特點、單個錨泊位面積海港、河港 a單錨系泊為一圓域 優(yōu)點：船受力小，可隨風(fēng)、流等轉(zhuǎn)動。 缺點：占水域面積很大，且各錨泊位之間

17、浪費一定的水域 b雙錨系泊矩形水域 占水域面積較小，但船舶受力較差 c單浮筒系泊圓域 占水域面積比單錨小得多，萬噸級船一般在15萬m2左右，同樣具有船體受力小的優(yōu)點，但制作、拋放浮筒費用較高 d雙浮筒系泊矩形水域 占水域面積小，但船舶受力較差 4.選址要求：土質(zhì)、水深、面積、風(fēng)、浪、流、建筑物的影響 盡量臨近航道出入口，但錨地邊緣距航道邊線不小于23倍船長； 水深及水域足夠； 土壤良好，易著錨，不走錨，不淤錨； 便于船舶尋找，方便設(shè)標(biāo)； 風(fēng)浪小，流緩。5. 回旋水域和制動水域的確定回旋水域：供船舶調(diào)頭或回旋轉(zhuǎn)向所需的水域，一般為一個圓域.（掩護條件、水流條件、借助碼頭或轉(zhuǎn)頭墩）制動水域：對有防

18、波堤的港口，為了保證船舶進港后制動，不致發(fā)生事故，從防波堤口門至建筑物（沿航向）之間要有足夠的距離（船舶初速度、裝載狀況）5.4 港池突堤式碼頭港池尺度（長度、寬度、水深）水深：與航道設(shè)計水深一致長度：與泊位適應(yīng)碼頭一側(cè)連續(xù)布置的泊位數(shù)寬度：保證船舶方便地靠離碼頭，與突堤的泊位數(shù)有關(guān) 對于連續(xù)布置3個泊位的港池，港池寬度可取為： 拖輪幫助不掉頭1.0 船長 船舶自航不掉頭2.0 船長 拖輪幫助掉頭1.5 船長5.5 港內(nèi)泊穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)及波況估算1.泊穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)：限制船舶運動量(實質(zhì))限制碼頭前沿允許波高(實際)碼頭裝卸作業(yè)、上下旅客，都要求船舶平穩(wěn)，顛簸小，港內(nèi)泊穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)實質(zhì)上就是限制船舶運動量。實際中測

19、定和估算船舶運動量有困難，因此都以碼頭前沿允許波高為標(biāo)準(zhǔn)來確定是否影響裝卸作業(yè)。波高與船運動量成正比關(guān)系。確定允許波高主要考慮：船大小，作業(yè)性質(zhì)和船的受浪條件2. 波浪繞射：波浪遇建筑物后一部分反射，一部分繞過建筑物繼續(xù)向前傳播的現(xiàn)象 算法單口門、多口門：繞射后的波高Hd與口門處入射波高H之比值叫繞射系數(shù)Kd Hd =KdH3.港內(nèi)折射：港內(nèi)水深變化大的情況下考慮 口門處的波浪分布繞射、折射計算點的波浪分布5.6 外堤（防波堤）布置1.布置原則：波穩(wěn)、水域面積、淤積、造價、發(fā)展 1、滿足港內(nèi)泊穩(wěn)條件 2、港內(nèi)水域足夠 3、防止或減少港內(nèi)淤積 4、留有發(fā)展余地，便于港口發(fā)展 5、充分利用當(dāng)?shù)氐匦?/p>

20、，防波堤盡量布置在淺水區(qū)，減少投資2. 口門：位置、數(shù)量、方向、寬度 位置：布置在水深較大處，便于進出，減少淤積 數(shù)量：一般設(shè)兩個口門 方向：與強風(fēng)、強浪向最好有一夾角，30度60度 寬度：在口門處不允船舶錨泊或超船，只能單船進、出?？陂T在垂直航道軸線方向的 寬度（有效寬度）一般為11.5LC。口門不宜太寬，寬了對港內(nèi)泊穩(wěn)不利，也不宜太窄 ，尤其是不透水防波堤（或透水性差），還要將漲落潮流速控制在3節(jié)之內(nèi)3. 軸線：直線、方向、位置、轉(zhuǎn)彎時的凹凸方向風(fēng)、浪、流、泥沙 1、盡量布置成擴散或使波浪一進入口門立即減弱 2、盡量采用直線，便于施工，必須轉(zhuǎn)彎時轉(zhuǎn)向角盡量小，一般60度，在轉(zhuǎn)彎處用弧線連接

21、 注意：盡量避免向外轉(zhuǎn)彎，否則產(chǎn)生波能集中 3、主波向（強波向）與堤軸線避免正交，以減少堤受的波壓力 4、避免港內(nèi)波浪的反射波射向碼頭 5、遵循防波堤總布置原則，降低投資4.優(yōu)化設(shè)計：在海灣內(nèi)建港總選擇有一定自然掩護，波浪較小的地點，但總是有發(fā)生概率不大的強浪侵入港區(qū)，使港口停業(yè)。建防波堤后，掩護條件改善，增加了碼頭工作天，一般來說建堤越長其掩護效果就越好建堤增加港口作業(yè)時間增加效益設(shè)=建堤增加的效益-建堤投資，不同的防波堤布置方案有不同的值，對應(yīng)于最大的值即為最佳方案。7、 港口總體規(guī)劃7.1 港口規(guī)劃及其層次1.港口分代： 第一代：活動相對獨立、功能相對單一 第二代：各部門聯(lián)系逐步密切、協(xié)

22、調(diào)發(fā)展 第三代：功能齊全，成為國際貿(mào)易的綜合運輸中心和后勤基地 第四代：綠色港口、科技港口、面向供應(yīng)鏈體系的服務(wù)型港口、港口之間的協(xié)同關(guān)系成為主流 2.港口規(guī)劃的層次： 布局規(guī)劃：貨流分配、各類港口的數(shù)量與布局、集疏運國家級 港口總體規(guī)劃：一個港口的具體發(fā)展規(guī)劃主要規(guī)劃內(nèi)容港區(qū)（詳細(xì)）規(guī)劃：一個港區(qū)的具體發(fā)展規(guī)劃 （1）現(xiàn)狀分析與評價：港口及建港條件； （2）預(yù)測/論證運量、船型； （3）論證港區(qū)的功能、定位和發(fā)展方向； （4）集輸運規(guī)劃，裝卸工藝確定； （5）提出恰當(dāng)?shù)乃?、陸域布置方案?（6）提出環(huán)保、配套設(shè)施規(guī)劃； （7）論述與相關(guān)規(guī)劃的關(guān)系； （8）提出規(guī)劃實施意見與建議。7.2 港

23、口建設(shè)項目可行性研究 港口建設(shè)的程序 （一）開展工程預(yù)可行性研究，編制項目建議書；（二）根據(jù)批準(zhǔn)的項目建議書，進行工程可行性研究，編制可行性研究報告；（三）根據(jù)批準(zhǔn)的可行性研究報告，編制初步設(shè)計文件；（四）根據(jù)批準(zhǔn)的初步設(shè)計，編制施工圖設(shè)計文件；（五）根據(jù)批準(zhǔn)的施工圖設(shè)計，組織項目監(jiān)理、施工招標(biāo)；（六）根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定，進行施工前準(zhǔn)備工作，并向港口行政管理部門辦理開工備案手續(xù)；（七）備案后組織工程實施；（八）工程完工后，編制竣工材料，進行工程竣工驗收的各項準(zhǔn)備工作；（九）港口行政管理部門按權(quán)限組織竣工驗收。前期工作階段：預(yù)可行性研究、項目建議書、規(guī)劃，地質(zhì)初探、工可設(shè)計施工階段：初步設(shè)計、地質(zhì)詳探、施工圖設(shè)計、施工試投產(chǎn)階段：竣工驗收、試運行7.3 港址選擇1. 基本要求： 總體布局要求：先決條件 發(fā)展要求：利于起步、便于發(fā)展 航運、停泊要求：水域、水深、沖淤、風(fēng)、浪、流、地質(zhì) 岸線、陸域要求：長度、面積、地形 集疏運要求：與腹地的連接 施工條件：建材供應(yīng)、三通條件、