港口规划与布置第五章-港口水域及外堤布置课件.ppt

1、港口规划与布置港口规划与布置主讲：宋永军主讲：宋永军 港口水域：港口水域：航道、制动水域、回旋水域、港池码头前水域、锚地。外堤：防波堤、防沙堤、导流堤（功能）突堤、导堤（位置）第五章第五章 港口水域及外堤布置港口水域及外堤布置第五章第五章 港口水域及外堤布置港口水域及外堤布置 港口水深能够满足使用要求，又不必过深。富余水深：1）船舶航行或停泊不致触底所要求的富余水深；指水深误差和因船舶运动导致吃水增加，水深误差与水中障碍：A 水位变化；B 海图、水深测量误差；C 船舶抛锚引起。船舶运动时吃水增加：A航行时船体下沉；B 波浪作用下船体下沉；2）减少船舶操纵困难所需要的富余水深；船舶操纵性要求；保

2、护主机要求（冷凝器进水口避免吸入泥沙堵塞）。5.1 港口水深港口水深某公司SAH轮长261.50M，载重量119500 吨，夏季吃水16.20米。该轮1990年1月2日0811时乘高潮离美国诺福克港开航，吃水F15.24米/A15.11米，1028时航行至THIMBLE SHOAL CHANNEL航道CHESA PEAKE湾大桥隧道附近时，全速航行着的船舶突然自行减慢了速度，片刻之后又恢复了船速，后发现船舶右倾2.5度。船舶继续航行，于1153时在港外抛锚检查，首吃水由15.24米增至16.30米。经潜水员进行水下探摸，发现右NO.1/2下边柜船底板被划开一个长约7米，宽度在1.251.85米

3、的破洞。事后经港口当局声纳探测和潜水查看，发现出事地点有一只带有5节锚链的大锚堆在航道海底，SAH轮正好从其上面通过而将船底触碰损坏，然而海图上没有该锚的任何标示资料。某公司DH轮是一艘总长236.0米的集装箱船，由营口港开航驶往广州新沙港，船舶吃水11.80米，于2007年2月3日1650时全速航行在乌丘屿东南约5海里处，大约2455.3N/11933.2E位置，突然感到船舶震动一下，之后紧接着感到第二次较严重震动、第3次较轻微震动。随后船舶有轻微倾斜，经测量发现船舶进水，意识到船舶触碰不明物体而造成船底损坏，船长立即启动应急程序进行应急处置。该轮使用的中国航海图书出版社于2005年10月出

4、版的最新版海图，海图标示水深均在40M以上，没有任何碍航物或可疑物，无论如何都不应发生船舶触礁或触底之事。但事后经查英版航海通告发现，1993年第32期2773条通告报告：据1993年报告，在中国东海岸台湾海峡的小屿东南，概位 2454.7N 11932.3E 位置有岩石。2.码头前沿水深：泊位水深，由于航速不超过0.2m/s，不考虑船舶航行引起吃水增加。D:码头前沿设计水深；T:设计船型满载吃水；Z1:龙骨下最小富余水深；Z2：波浪富余深度；Z3：船舶配载不均引起的艉吃水；Z4：备淤深度，一般不应小于挖泥船挖土最小厚度0.4mK:系数，顺浪为0.3，横浪取0.5；H4%：码头前允许波高。1%

5、424321ZKHZZZZZTD 估算时 D=kT 有掩护码头k=1.101.15；开敞码头k=1.151.2。海港航道水深D：航道设计水深；Z0：船舶航行船体下沉增加的富余水深；其他符号如前。若不计Z4，则为通航水深。各国根据港口具体情况，对富余水深都有规定。43210ZZZZZTD 确定乘潮水位确定乘潮水位保证船舶安全进出港口；尽量减保证船舶安全进出港口；尽量减少投资少投资 例：我国北方某港口，航道长例：我国北方某港口，航道长3.5km，每天，每天平均有一艘船进港，设计中航行水位取用平均有一艘船进港，设计中航行水位取用4小时小时的潮位的潮位3.09m。实际上，设船舶航速实际上，设船舶航速4

6、节，在航道内的航行节，在航道内的航行时间为：时间为：T=3.5/（1.852*4）=0.47(h)平均每天只有一出一进，间隔平均每天只有一出一进，间隔0.5h，则每天，则每天总的航行时间为：总的航行时间为：t=0.5+2(安全系数安全系数)T 2=2.4（h）即即3小时的乘潮水位已完全可以满足要求，小时的乘潮水位已完全可以满足要求，设计中取设计中取4小时的潮位就过于保守。小时的潮位就过于保守。若取若取3小时小时的潮位的潮位3.37m，差，差0.28m，挖泥量差，挖泥量差26万万m3。5.2 航道天然航道；人工航道；专用航道；公用航道国家航道：构成国家航道网，通航船舶500吨级以上的内河干线航道

7、；跨省市常年通航船舶300吨级以上的内河干线航道；沿海干线航道及主要海港航道；国家指定的重要航道。航道轴线确定、航道尺度、辅助航标志设置一、航道选线一、航道选线注意：1）避免与风力大于七级、频率较高的风向正交；2）避免与流速大于1节的横流正交；3）航道轴线尽量取顺直，避免S型航道，两个连续弯道间应保持5倍船长以上直线距离，转向角在30度以内。4）口门外航道的直线距离不应小于船舶制动距离5）考虑航道回淤。二、航道有效宽度二、航道有效宽度概念：概念：航道有效宽度；航迹带宽度；船吸现象；富余间距 单向航道：W=A+2C 双向航道：W=2A+B+2C 加宽时：单向航道：W=5B 双向航道：W=8B游艇

8、港按照双向航道设计。1.航道轴线航道轴线 风对船体的作用力在前已述，布置航道轴风对船体的作用力在前已述，布置航道轴线时应充分考虑风的影响，另外还应考虑：线时应充分考虑风的影响，另外还应考虑：水深的影响水深的影响浅水中航行，舵向灵敏底浅水中航行，舵向灵敏底低低 岸边的影响岸边的影响沿岸边航行，船有向岸偏沿岸边航行，船有向岸偏向的趋势向的趋势进行航道布置时应遵循以下原则：进行航道布置时应遵循以下原则：避免船体受较大的横风作用避免船体受较大的横风作用 航道应尽量顺直，避免航道应尽量顺直，避免“S”形布置形布置 在防波堤口门外应设不小于掣动距在防波堤口门外应设不小于掣动距离的直线段离的直线段 充分考虑

9、泥沙运动情况，避免严重充分考虑泥沙运动情况，避免严重的航道淤积的航道淤积2、航道宽度、航道宽度 单船航迹带宽度单船航迹带宽度 船在水中航行受到船在水中航行受到各种因素的影响，不各种因素的影响，不可能直线运行，总有可能直线运行，总有一些偏向，称为一些偏向，称为“蛇蛇形运动形运动”。A=n(Lsin+B)n 船舶漂移倍数船舶漂移倍数 风、流压偏角风、流压偏角设计低水位航道宽度航道宽度W W取值除了取值除了A外，两侧还留有富裕外，两侧还留有富裕C，双，双向航道两道间留有安全距离向航道两道间留有安全距离b取一倍船宽。取一倍船宽。比较标准的航道宽度为：单向比较标准的航道宽度为：单向W=5BC，双向双向W

10、=8BC。航道转弯航道转弯 航道转率是不可避免的，设计时注意转航道转率是不可避免的，设计时注意转向角向角 尽量小，转弯半径尽量小，转弯半径R尽量大。尽量大。R的取值与的取值与，LC，以及风、流等因素以及风、流等因素有关，一般弯道上有关，一般弯道上 控制在控制在7-9节，并不受横节，并不受横风（浪）、横流，这时可参考下列数值，风（浪）、横流，这时可参考下列数值，10 30，R=（35）L；30，R=（510）L。3、单双向航道的选取依据、单双向航道的选取依据单双自航道的选择根据港口营运的繁忙程度和航道单双自航道的选择根据港口营运的繁忙程度和航道长度长度LK而定。此外还与航速有关。而定。此外还与航

11、速有关。LK 0.5 t 船在航道内不相会，单向航道。船在航道内不相会，单向航道。LK0.5 t 船在航道内必相会，双向航道船在航道内必相会，双向航道t 最忙时一个方向航行船舶的时间间隔。最忙时一个方向航行船舶的时间间隔。由于由于t的随机性，单向航道常出现船等道的现象。的随机性，单向航道常出现船等道的现象。2015年6月1日约21时28分，一艘从南京驶往重庆的客船在长江中游湖北监利水域沉没。客船长76.5米，型宽11米，型深3.1米。载有458人，其中旅客406人。原因：瞬时12级大风吹翻了东方之星游轮，据称是龙卷风造成。很多人不理解，长江流域还会有龙卷风？为此新浪网从气象部门了解到，在今天早

12、上(6月2日)的全国天气会商中，湖北省气象局已经确认了龙卷风存在。无论是中央气象台还是湖北省气象局，都对天气无论是中央气象台还是湖北省气象局，都对天气做出了较为准确的预报，也提前发布了暴雨预警做出了较为准确的预报，也提前发布了暴雨预警，唯一没有料到的，就是龙卷风。，唯一没有料到的，就是龙卷风。四、航道通航方式四、航道通航方式国际海事组织公约规定：在特定海域范围实施船国际海事组织公约规定：在特定海域范围实施船舶舶定线制。定线制。即分道通航制、双向航道、推荐航线、避航区、沿岸通航带、环形道、警戒区、深水航路。安全航速：安全航速：欧洲引航协会推荐港内航速6节，港外航速8节，外海航道航速12节。航行规

13、则航行规则：靠右行驶；穿越避让直行；追越保持横距；航道弯曲及交叉处不允许追越；船舶避免在航道内锚泊。5.3 锚地与回旋水域锚地与回旋水域以防波堤为界，以外称港外锚地，以内是港内锚地按照功能分：引航锚地、检疫锚地、停泊锚地、避风锚地、过驳锚地等。系泊方式：抛锚系泊（anchoring）单锚或双锚 浮筒系泊（buoy mooring）单浮筒或双 浮筒。锚地水域半径：单浮筒：R=L+r+l+e 双浮筒：S=L+2(r+l)宽B=4b锚地位置：1、港外锚地应临近航道出入口，锚地边缘距离航道不小于23倍船长；港内不应小于1倍船长。单浮筒系泊单浮筒系泊2、港外锚地水深不应小于船舶满载吃水1.2倍；3、锚地

14、底质具备良好的抓锚力；4、便于船舶寻找及设标；5、避免在横流较大区域设双浮筒锚地。锚地的规模锚地的规模 取决于系泊船数。回旋水域回旋水域转舵阶段、过渡阶段、定常回转阶段回旋水域回旋圆直径的确定（参考教材表参考教材表5-14）至2003 年底，上海港上海港有下列公共锚地可供船舶申请使用:绿华山南锚地绿华山南锚地大型船舶减载、避风、待命;锚地面积2523万平方米，水深20-40米。长江口锚地长江口锚地主要供船舶候潮、待泊、待命、避风，锚地长11000 米，宽7500米，面积8250 万平方米，水深10 14 米。北槽锚地北槽锚地供航行于北槽航道的重载出口船舶候潮或遇雾临时锚泊。横沙锚地横沙锚地供船

15、舶待命、待泊、避风、候潮等使用。鸭窝沙锚地鸭窝沙锚地东部供大型重载船舶候潮抛泊;西部供其他船舶锚泊待命、待泊、避风、候潮等使用。锚地长4500 米，宽1500 米，面积675 万平方米，水深11 15 米。检疫锚地检疫锚地供驶入上海港的国际航行船舶接受检查或检疫锚泊之用。其范围为25、Q2、Q3、Q1 四灯浮联线以内水域，锚地长3600 米，宽1600 米，面积576万平方米，水深11 17.5 米。大型船舶临时锚地大型船舶临时锚地供大型船舶临时锚泊等待、补给燃物料、副食品及防台等;其范围为Q1、Q3、Q4、29 四灯联线以内水域。锚地长3525 米，宽925 米，面积326 万平方米，水深6

16、 20 米。南港航道北侧为No1-No11 锚地，横沙岛南侧为横沙锚地东、西区和油轮危险品船锚地，在宝山北水道北侧设有超大型船舶锚地超大型船舶锚地。5.4 港港 池池泊位水域 港池港池尺度：港池水深、长度、宽度 长度：与泊位适应长度：与泊位适应 宽度：保证船舶方便地靠离码头，与突堤的泊宽度：保证船舶方便地靠离码头，与突堤的泊位数有关位数有关 对于连续布置对于连续布置3个泊位的港池，港池宽度可个泊位的港池，港池宽度可取为：取为：拖轮帮助不掉头拖轮帮助不掉头1.0 船长船长 船舶自航不掉头船舶自航不掉头2.0 船长船长 拖轮帮助掉头拖轮帮助掉头1.5 船长船长5.5 港内泊稳标准及波况估算港内泊稳

17、标准及波况估算一、泊稳标准一、泊稳标准 码头装卸作业，上下旅客，都要求船舶平码头装卸作业，上下旅客，都要求船舶平衡，颠簸小，衡，颠簸小，作业泊稳标准作业泊稳标准限制船体运动量，实际中限制船体运动量，实际中有困难，因此都以码头前沿允许波高为标准有困难，因此都以码头前沿允许波高为标准 波高与船运动量成正比关系。波高与船运动量成正比关系。确定允许波主要考虑：船大小，作业性质确定允许波主要考虑：船大小，作业性质和船的受浪条件和船的受浪条件 船吨位（万吨）顺浪H4%横浪H4%油散杂油散杂123510151.01.21.21.51.52.01.01.21.21.51.52.01.01.01.0/0.81.

18、01.01.21.21.50.81.01.01.21.21.50.80.8/二、波浪绕射二、波浪绕射波浪遇建筑物后一部分反射，一部分绕过建筑物波浪遇建筑物后一部分反射，一部分绕过建筑物继续向前传播。继续向前传播。绕射后的波高绕射后的波高H 与口门处入射波高与口门处入射波高H之比值叫绕之比值叫绕射系数射系数K 。H =K H 1、单突堤口门的、单突堤口门的K 2、双突堤口门的、双突堤口门的K 3、多口门的、多口门的K ：先求出各口门的：先求出各口门的Kdi，然后进，然后进行矢量迭加。行矢量迭加。5.6 外堤布置外堤布置防波堤布置原则防波堤布置原则1、满足港内泊稳条件、满足港内泊稳条件2、港内水域

19、足够，面积与水深条件。、港内水域足够，面积与水深条件。3、防止或减少港内淤积、防止或减少港内淤积4、充分利用当地地形，防波堤尽量布置在浅、充分利用当地地形，防波堤尽量布置在浅 水区，减少投资水区，减少投资5、留有发展余地，便于港口扩建。、留有发展余地，便于港口扩建。二、防波堤口门二、防波堤口门 1、位置：布置在水深较大处，、位置：布置在水深较大处，便于进出，减少淤积；便于进出，减少淤积；2、口门数量：一般设两个口门，其有以下、口门数量：一般设两个口门，其有以下优点：优点：进出港可分口门，干扰少；进出港可分口门，干扰少；不同风、浪向时从不同的口门进出；不同风、浪向时从不同的口门进出；增强港内水域

20、自净能力；增强港内水域自净能力；可减轻港内淤积可减轻港内淤积3、口门方向、口门方向 与强风、强浪向最好有一夹角与强风、强浪向最好有一夹角，30 60 =90 时，船受横风，不安全，但对港时，船受横风，不安全，但对港内水域平衡有利内水域平衡有利.=0 时，港内水域平衡不利，且船受尾时，港内水域平衡不利，且船受尾追浪也不安全。追浪也不安全。4、口门宽度、口门宽度 在口门处不允船舶锚船或超船，只能单船在口门处不允船舶锚船或超船，只能单船进、出。口门在垂直航道轴线方向的宽度（进、出。口门在垂直航道轴线方向的宽度（有效宽度）一般为有效宽度）一般为11.5Lc。口门不宜太宽，宽了对港内泊稳不利，也口门不宜

21、太宽，宽了对港内泊稳不利，也不宜太窄不宜太窄，尤其是不透水防波堤（或透水性，尤其是不透水防波堤（或透水性差），还要将涨落潮流速控制在差），还要将涨落潮流速控制在3节之内。节之内。三、防波堤轴线布置三、防波堤轴线布置 1、尽量布置成扩散或使波浪一进入口门立即减、尽量布置成扩散或使波浪一进入口门立即减弱。弱。2、尽量采用直线，便于施工，必须转弯时转向、尽量采用直线，便于施工，必须转弯时转向角角 尽一小，一般尽一小，一般60，在转变处用弧线连接。，在转变处用弧线连接。注意：尽量避免向外转弯，否则产生波能集中。注意：尽量避免向外转弯，否则产生波能集中。3、主波向（强波向）与堤轴避免正交，以减少、主波向

22、（强波向）与堤轴避免正交，以减少堤受的波压力堤受的波压力 4、避免港内波浪的反射波射向码头、避免港内波浪的反射波射向码头 5、遵循防波堤总布置原则，降低投资。、遵循防波堤总布置原则，降低投资。第五章第五章 港口水域布置港口水域布置防波防波堤布置堤布置教材教材88页页四、防波堤优化四、防波堤优化 1、优化概念、优化概念 在海湾内建港总选择有一定自然掩护，波在海湾内建港总选择有一定自然掩护，波浪较小的地点，但总是有发生概率不大的强浪较小的地点，但总是有发生概率不大的强浪侵入港区，使港口停业。浪侵入港区，使港口停业。建防波堤后，掩护条件改善，增加了码头建防波堤后，掩护条件改善，增加了码头工作天，一般

23、来说建堤越长其掩护效果就越工作天，一般来说建堤越长其掩护效果就越好。好。设设 L堤长；堤长；n 港区各泊位工作天数之和。港区各泊位工作天数之和。显然，显然，n L 但但n=f(L)不是一个简单的函数。不是一个简单的函数。记建堤前后港口各泊位增加了工作天数之和为记建堤前后港口各泊位增加了工作天数之和为 n 则有：则有：L长长 n增大增大收入增加，记为收入增加，记为 P L长长投资增大，以投资增大，以D表示建堤费用。表示建堤费用。净收益：净收益：=P D。0 建堤是有益的。建堤是有益的。当当L达到某一长度时，达到某一长度时，达到达到 max，这时的，这时的L值最值最 合理。也就是最优的堤长。合理。

24、也就是最优的堤长。2、n计算计算 n为建堤前后码头工作天数之差。为建堤前后码头工作天数之差。设建堤前码头处波高分布为：设建堤前码头处波高分布为：H3m，10%；1H3m，50%；H1m，40%。若码头作业允许波高为若码头作业允许波高为1m，则：，则：建堤前：建堤前：n1=N40%=0.4N 又建堤又建堤L米后码头处绕射系数，米后码头处绕射系数，K =1/3，则这，则这时码头处的波浪分布为：时码头处的波浪分布为：Hd 1m，10%；Hd 0可能较难满足，尤其泊位少时更可能较难满足，尤其泊位少时更是如此。直观上看建堤无益，但加快了车、船周是如此。直观上看建堤无益，但加快了车、船周转，货流加快，对社

25、会和国民经济是有益的，因转，货流加快，对社会和国民经济是有益的，因此，尽管有时此，尽管有时 0，国家适当拨款建设。，国家适当拨款建设。五、五、防波堤布置举例防波堤布置举例教材教材介绍了砂质、淤泥质海岸防波堤布置特点。介绍了砂质、淤泥质海岸防波堤布置特点。5.7港口导航港口导航导航分类：常规助航标志（航标）；船舶通航服务站导航分类：常规助航标志（航标）；船舶通航服务站（VTS）作用：标明航道界限，指明暗礁、浅滩、拦门沙、航道弯作用：标明航道界限，指明暗礁、浅滩、拦门沙、航道弯段等。段等。形式：浮标、固定标、导标、灯塔、灯标、灯船等。形式：浮标、固定标、导标、灯塔、灯标、灯船等。1、浮标 飘浮在水

26、面上的标志，用锚固定，分有光、无光两种。外部按照海上A系统制造。有一定的颜色和标志。常用的浮标装有灯光设备。光型分为闪光和间歇光两类。海上用灯浮标外径2.12.8米，自重56吨。2、导标 引导船舶安全通过狭窄或曲折的航道或口门，导标是单向的。成对设置在航道中心线或口门中心或延长线上。前后标有一定的距离，且后标比前标高。3、灯塔 高塔型建筑，塔顶装有灯光设备。注意造型。4、船舶通航服务站（VTS vessel traffic services）法洛斯灯塔：世界七大奇迹之一，埃及金字塔、罗德斯岛巨像、奥林匹亚宙斯神像、法洛斯灯塔、巴比伦空中花园、以弗所阿提密斯神庙以及毛索罗斯王陵墓。（环地中海）它不带有任何宗教色彩，纯粹为人民实际生活而建。亚历山大灯塔的烛光在晚上照耀着整个亚历山大港，保护着海上的船只，另外，它亦是当时世上最高的建筑物。122米高，据说其亮度可照耀56公里外。