港口水域及外堤布置課程培訓(xùn)

1、第五章 港口水域及外堤布置5.1 港口水深5.2 航道5.3 錨地與回旋水域5.4 港池5.5 港內(nèi)泊穩(wěn)標準及波況估算5.6 外堤布置5.7 港口導(dǎo)航 5.1 港口水深5.1 港口水深 前面已述泊位水深，這里只介紹航行水深 h 其中Z0是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速度有關(guān)，參閱教材118頁圖5-4。其它富裕的意義同前，但注意有的富裕量取值不一樣。 停泊水域水底高程=設(shè)計低水位-泊位水深 航行水域水底高程=航行水位-航行水深 航行水位的確定是港口工程界極為關(guān)注的問題，通常可根據(jù)港口的船流密度確定每天需要的航行時間，再從潮位歷時曲線上確定航行水位乘潮水位。 確定乘潮水位保

2、證船舶安全進出港口；盡量減少投資 例：我國某港口，航道長3.5km，每天平均有一艘船進港，設(shè)計中航行水位取用4小時的潮位3.09m。 實際上，設(shè)船舶航速4節(jié)，在航道內(nèi)的航行時間為 T=3.5/1.852/4=0.47(h)平均每天只有一出一進，間隔0.5h，則每天總的航行時間為 t =0.5+2(安全系數(shù)) T2=2.4（h） 即3小時的乘潮水位已完全可以滿足要求，設(shè)計中取4小時的潮位就過于保守。 若取3小時的潮位3.37m，差0.28m，挖泥量差260000m3 。 5.1 港口水深海上航道軸線 風(fēng)對船體的作用力在前已述，布置航道軸線時應(yīng)充分考慮風(fēng)的影響，另外還應(yīng)考慮： 水深的影響淺水中航行

3、，舵向靈敏度低 岸邊的影響沿岸邊航行，船有向岸偏向的趨勢5.2 航道進行航道布置時應(yīng)遵循以下原則： 避免船體受較大的橫風(fēng)、橫流作用 航道應(yīng)盡量順直，避免“S”形布置 在防波堤口門外應(yīng)設(shè)不小于掣動距離的直線段 充分考慮泥沙運動情況，避免嚴重的航道淤積 5.2 航 道航道有效寬度航跡帶寬度A 船在水中航行受到各種因素的影響，不可能直線運行，總有一些偏向，稱為“蛇形運動” 5.2 航 道 A=n (Lsin+ B) n 船舶漂移倍數(shù) 風(fēng)、流壓偏角 船舶為了克服風(fēng)和流的影響，常使實際航向和真航向保持風(fēng)流壓偏角 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?，稱為航跡帶寬度船舶錯船富余間距b 船

4、舶相遇錯船時，為防止船吸現(xiàn)象，保證安全，兩航跡帶間應(yīng)留有的安全距離b，不小于一倍船寬。船舶與航道底邊間的富余間距c 人工開挖的航道，航槽內(nèi)外水深差形成航槽壁，船舶航行時為防止擦壁或擱淺船舷，與槽壁保持的距離。 5.2 航 道比較標準的航道寬度為：單向W=5BC，雙向W=8BC 5.2 航 道航道有效寬度W單向航道：W=A+2c雙向航道：W=2A+b+2c航道轉(zhuǎn)彎段 航道轉(zhuǎn)彎是不可避免的，設(shè)計時應(yīng)使轉(zhuǎn)向角盡量小，轉(zhuǎn)彎半徑R盡量大。 R的取值與V，LC，以及風(fēng)、流等因素有關(guān)，一般彎道上V控制在79節(jié)，并不受橫風(fēng)（浪）、橫流，這時可參考下列數(shù)值，25，R3LC；=2535，R5LC； 35 ，R10

5、LC。 在航道轉(zhuǎn)變處應(yīng)加寬，加寬值W的確定一般據(jù)船頭到航道對面邊緣的距離1.5LC確定。 5.2 航 道單雙向航道的選取依據(jù) 單雙向航道的選取根據(jù)港口營運的繁忙程度和航道長度Lk而定。此外還與航速有關(guān)。 Lk0.5vt 船在航道內(nèi)不相會，單向航道。 Lk0.5vt 船在航道內(nèi)必相會，雙向航道。 v 航速； t 最忙時一個方向航行船舶的時間間隔。 由于t的隨機性，單向航道常出現(xiàn)船等道的現(xiàn)象。 5.2 航 道 錨地 專供船舶停泊及進行水上裝卸作業(yè)的指定水域按位置分類：港外錨地、港內(nèi)錨地（以防波堤為界）按功能分類： 引航錨地：等候引航員執(zhí)行引航任務(wù) 檢疫錨地：供外輪抵港后進行衛(wèi)生檢疫 停泊錨地：船舶

6、到離港的錨地，供船舶待泊、候潮 避風(fēng)錨地：供船舶躲避風(fēng)浪 過駁錨地：供船舶在水上過駁作業(yè)5.3 錨地與回旋水域 5.3 錨地與回旋水域 船舶的錨泊方式 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，且各錨泊位之間浪費一定的水域 半徑LC+ 6水深+30m 雙錨系泊矩形水域 占水域面積較小，但船舶受力較差 5.3 錨地與回旋水域 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 半徑LC+25m 雙浮筒系泊矩形水域 占水域面積小，但船舶受力較差 長 LC+50m 寬 4BC 1個萬噸級泊位占水域

7、25000m2左右 5.3 錨地與回旋水域海港錨地多采用單點拋錨河港錨地一般采用單錨或單浮筒港內(nèi)錨地多采用雙浮筒 5.3 錨地與回旋水域 錨地位置 錨地選址要求： 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； 風(fēng)浪小，流緩。 5.3 錨地與回旋水域 錨地規(guī)模 主要影響因素：泊位數(shù)、船流密度 按前述方法計算港口船舶數(shù)不多于n的累計概率Fn即分布函數(shù) 5.3 錨地與回旋水域 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。 有掩護時回旋水域直徑D 為： 雙拖輪幫助D=1.5LC 一拖輪幫助D=

8、2LC 自航調(diào)頭 D= 3LC 掩護條件差的港口D適當(dāng)加大 河港調(diào)頭區(qū)垂直水流方向的寬度應(yīng)滿足上述要求 5.3 錨地與回旋水域 船舶掣動水域 對有防波堤的港口，為了保證船舶進港后掣動，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，為掣動水域，長度 L 34 LC ，一般為直線，困難時可設(shè)在 R 34 LC 的曲線上洋山港區(qū)航道總平面布置5.4 港 池 5.4 港 池 突堤式碼頭自岸邊伸入水域中，突堤碼頭之間的水域 順岸式碼頭前供船舶靠離作業(yè)的水域 突堤式碼頭港池尺度 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

9、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)標準及波況估算 5.5 港內(nèi)泊穩(wěn)標準及波況估算 港內(nèi)泊穩(wěn)標準 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)標準實質(zhì)上就是限制船舶運動量 實際中測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準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P137 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 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

10、 Hd =KdH1、單突堤口門的Kd 附錄五2、雙突堤口門的Kd 附錄五3、多口門的Kd：先求出各口門的Kdi，然后進行矢量迭加 5.5 港內(nèi)泊穩(wěn)標準及波況估算5.6 外堤布置 5.6 外堤布置 防波堤布置原則 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?，防波堤盡量布置在淺水區(qū)，減少投資 5.6 外堤布置 防波堤軸線布置 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，在轉(zhuǎn)彎處用弧線連接 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

11、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 5.6 外堤布置 口門布置及尺度 口門數(shù)量 一般設(shè)兩個口門，其有以下優(yōu)點： 進出港可分口門，干擾少 不同風(fēng)、浪向時從不同的口門進出 增強港內(nèi)水域自凈能力 可減輕港內(nèi)淤積 口門布置 布置在水深較大處，便于進出，減少淤積 5.6 外堤布置 口門方向 與強風(fēng)、強浪向最好有一夾角，3060 =90時，船受橫風(fēng)，不安全，但對港內(nèi)水域平穩(wěn)有利 =0時，對港內(nèi)水域平穩(wěn)不利，且船受尾追風(fēng)浪也不安全 5.6 外堤布置 口門寬度 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

12、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) 防波堤優(yōu)化 優(yōu)化概念 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。 5.6 外堤布置設(shè) L堤長 n 港區(qū)各泊位工作天數(shù)之和 顯然，n L 但n = f (L)不是一個簡單的函數(shù)。 記建堤前后港口各泊位增加工作天數(shù)之和為n 則有：L長n增大收入增加，記為P L長投資增大，以D表示建堤費用 凈收益： = P - D 0 建堤是有益的 當(dāng)L達

13、到某一長度時， 達到max，這時的L值（包括布置形式）最合理，也就是最優(yōu)的堤長 5.6 外堤布置 n計算 n為建堤前后碼頭工作天數(shù)之差例：設(shè)建堤前碼頭處波高分布為：H3m，10%；1mH3m，50%；H1m，40%。 若碼頭作業(yè)允許波高為1m，則： 建堤前：n1 = N40%= 0.4N 設(shè)建堤L米后碼頭處繞射系數(shù)Kd = 1/3，則這時碼頭處的波浪分布為： Hd 1m，10%；Hd 0可能較難滿足，尤其泊位少時更是如此。直觀上看建堤無益，但加快了車、船周轉(zhuǎn)，貨流加快，對社會和國民經(jīng)濟是有益的，因此，盡管有時 0，國家還是適當(dāng)撥款建設(shè)。 5.6 外堤布置 圖示海灣建有2個碼頭泊位，E向為常風(fēng)浪方向，波高分布如圖。碼頭作業(yè)時允許波高為1.0m，若從A點沿S30oW建設(shè)斜坡式防波堤，欲使1#泊位停止作業(yè)的概率不大于10%，問防波堤應(yīng)建多長？這時兩個泊位每年共增加多少工作天？取N=365天，波長L=60m。第五章 港口水域及外堤布置 作 業(yè)作業(yè)3(可以習(xí)題5.9代替)5.7 港口導(dǎo)航 浮標：浮