唐山海監(jiān)基地營運期通航安全評估

郭昆峰，趙明時

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300222）

摘要：海監(jiān)碼頭占用港口水域，將使附近水域的通航環(huán)境發(fā)生一定的變化，投入運營后，船舶會受到自然條件、港口環(huán)境等因素的影響。以唐山海監(jiān)基地為依托，對運營期的錨泊安全、航道通航安全、港池水域通航安全及自然環(huán)境對海監(jiān)船的影響進行了分析，并提出海監(jiān)船進出港的航法，可為類似通航安全的風(fēng)險管理提供參考。

關(guān)鍵詞：通航安全；運營期；進出港；港口；水運；航道

引 言

中國海監(jiān)唐山維權(quán)執(zhí)法基地位于祥云灣漁港碼頭東南側(cè)，京唐港區(qū)五港池西側(cè)，與京唐港區(qū)三期擋沙堤西側(cè)相距約200m，如圖1。

唐山海監(jiān)基地船舶通航水域包括錨地水域、航道水域和港池水域等，船舶在各水域操縱時，受到的影響因素不同，船舶通航的安全性也不盡相同。為了保證海監(jiān)船在不同操縱時段進出港的安全性，需要對唐山海監(jiān)項目運營期通航安全進行評估[1-2]。

圖1 唐山海監(jiān)基地位置示意

1 通航安全分析

1.1 錨泊安全分析

1）錨地規(guī)模分析

海監(jiān)船采用單錨系泊時，考慮風(fēng)力＞7級，每個錨位所占水域為一圓面積，其半徑按下式計算[3]：

式中：R為單錨系泊水域半徑，m；L為設(shè)計船長，海監(jiān)船取98m；h為錨地水深，取14m。

考慮一定的余量，錨泊半徑320m，則單個錨位所占面積為0.102 km2。

基本錨地容量是指在理想情況下，錨地水域剛好被錨泊船全部利用時，理論上錨地所能容納的最大錨泊船數(shù)量。

基本錨地容量=錨地總面積/單船錨泊所需面積

京唐港區(qū) 1#錨地面積 67.68 km2；3#錨地面積92 km2。兩個錨地的錨泊船舶以5萬t級以下的船舶為主，考慮到海監(jiān)船錨泊面積較小，且海建基地涉及的船舶數(shù)量較少，目前的京唐港區(qū)1#錨地和3#錨地容量能夠滿足海監(jiān)船錨泊的要求。

2）錨地水深適應(yīng)性分析

錨地水深的選擇主要與設(shè)計船型的滿載吃水與波浪富裕深度有關(guān)：

式中：D為錨地水深，m；T為海監(jiān)船的滿載吃水，m；DW為波浪富裕深度，m，當(dāng)H4%≤2m時，DW＝0。

京唐港區(qū)10m等深線處的實測波高H1/10最大為5.2m，但20m等深線處無實測波高資料。參考京唐港區(qū)附近的曹妃甸港區(qū)礦石泊位處（水深25m）的實測波高，其 H1/10最大為 6.9m。由于H1/10≈H4%＞2m則需要增加波浪富裕深度。

當(dāng)H4%＞2m時，應(yīng)考慮波浪富裕深度，當(dāng)船舶首向和浪向相同時，波浪富裕深度可取 0.24H4%，本工程錨地附近的 H1/10≈H4%＝6.9m，則波浪富裕深度可取1.67m。

工程水域等深線處低水位的情況下，DW應(yīng)為3.8m，則錨地水域的強浪向的波浪富裕深度至少為3.8m，本工程設(shè)計船型較小，最大吃水約為5.5m，則京唐港區(qū)1#錨地和3#錨地的水深能夠滿足本工程船舶錨泊的要求。

1.2 航道通航安全分析

1）航道寬度對通航安全的影響

在航道設(shè)計寬度滿足規(guī)范的前提下，船舶通航尺度越大、船舶遭遇的風(fēng)流壓差越大，船舶通航時偏離航道的可能性越大，航道的適應(yīng)性越差。

船舶所需航道有效寬度僅適用于風(fēng)、流壓偏角≤7°（橫流≤0.5m/s）的情況。

為了研究航道的適應(yīng)性，需對航道長度范圍內(nèi)的橫流進行觀察或模擬，本次評估引用對航道潮流的模擬資料進行分析。

根據(jù)對航道沿線的特征流速計算，圖2為航道中心軸線的最大流速、平均流速以及最大橫流的沿程分布。航道里程 0+000～0+361弧形段，在航道里程0+300附近流速最大，漲、落潮期間最大流速分別為 1.87m/s和 1.24m/s，最大橫流分別為0.49m/s和0.12m/s；在航道里程0+200處，漲、落潮期間橫流最大，最大橫流分別為 0.65m/s和0.59m/s，平均橫流為0.24m/s和0.33m/s。由上述分析可見，漲落潮期間，在航道弧形段，由于水流流速相對較大，且航道走向與水流存在一定夾角，橫流也相應(yīng)較大，可能會對船舶進出港產(chǎn)生一定影響。

航道里程0+361以外航道走向為160o～340o直線段。在0+361～1+000段水流受到京唐港區(qū)口門以及五港池西、南兩側(cè)擋沙堤影響，越靠近外海一側(cè)，水流動力越弱，漲潮期間最大流速由在1.76m/s逐漸減小至0.33m/s，落潮期間最大流速由1.50m/s逐漸減小至0.36m/s；該段航道走向與水流流向存在一定角度，漲落潮期間最大橫流普遍在0.25m/s左右。航道里程1+000以外段，水流主要受外海漲落潮控制，越靠近外海一側(cè)，水流流速越大，漲落潮期間最大流速在0.27～0.36m/s之間；該段航道走向與水流基本垂直，航道橫流相對較大，最大橫流速度均在為0.30～0.35m/s。

圖2 航道長度方向上最大橫流模擬結(jié)果

由圖2可見，在航道長度范圍內(nèi)，航道里程在0+000至0+361m段的范圍內(nèi)，船舶橫流較大，其中在航道航道0+090段至0+290段，航道內(nèi)的橫流強度已經(jīng)超過0.5m/s。

海監(jiān)基地航道口門段294m的航道范圍內(nèi)的設(shè)計寬度為98m，可以滿足10°風(fēng)、流壓差條件下（橫風(fēng)小于等于7級、橫流小于0.75m/s）的航道寬度的要求，因此，在駕駛?cè)藛T對航道內(nèi)的潮流特點充分掌握后，航道寬度對安全通航具有較好的適應(yīng)性。

2）制動距離對通航安全的影響

海監(jiān)基地進出港航道軸線為直線，船舶進港時在船舶進入防波堤后利用港池水域進行制動操縱。引航實踐經(jīng)驗表明，船舶制動水域宜呈直線布置。港池口門至回旋水域中心的距離為340m，為設(shè)計船型船長的4.3倍。則制動水域的長度和布置情況均適應(yīng)設(shè)計船型制動的需要。

1.3 港池水域通航安全分析

港池水域?qū)υO(shè)計船型靠離泊及回旋掉頭操縱的適應(yīng)性與該水域的寬度、水深等因素有關(guān)。海監(jiān)基地位于港池北側(cè)岸線，船舶進出港靠離泊利用港池水域進行旋回和靠離泊操縱。

海監(jiān)船船長為98m，按規(guī)范計算所需的回旋水域?qū)挾葢?yīng)為196m，滿足規(guī)范的要求，則港池水域?qū)挾葷M足海監(jiān)船的要求。

由此可見，海監(jiān)船適應(yīng)本海監(jiān)基地的港池水域?qū)挾鹊囊蟆?/p>

1.4 自然條件對通航安全的影響

1）風(fēng)的影響

影響本海區(qū)的強風(fēng)向為NE，次強風(fēng)向為ENE；常風(fēng)向為SSW，次常風(fēng)向為WSW。海監(jiān)基地航道的方位為340°～160°，與強風(fēng)向和次強風(fēng)向交角分別約65°和87.5°；與常風(fēng)向、次常風(fēng)向交角分別約為82.5°?？梢?，強風(fēng)向和常風(fēng)向與主航道方位交角均較大，處于橫風(fēng)范圍，這種風(fēng)向?qū)Υ斑M出港操縱安全極為不利，尤其船舶吃水較小進出港時，由于其水面以上受風(fēng)面積較大，其影響更加明顯。受橫風(fēng)的影響船舶可能造成較大漂移，嚴(yán)重時使船舶失去控制，甚至引起擱淺事故[4-6]。

除了航道通航船舶會受到風(fēng)的影響外，港池內(nèi)部通航和靠離泊船舶也會受到風(fēng)的不利影響。本工程泊位的方向為 70°～250°。就船舶進港而言，船首向為 250°，則 220°～280°風(fēng)向為頂風(fēng)；130°～190°（吹攏風(fēng)）和 310°～10°（吹開風(fēng)）風(fēng)向為橫風(fēng)；40°～100°風(fēng)向為順風(fēng)，見圖3。

對于靠離泊的船舶而言，橫風(fēng)的影響大于頂風(fēng)或順風(fēng)，本港常風(fēng)向和強風(fēng)向為順風(fēng)和頂風(fēng)，對船舶靠離泊的影響相對較小，但船舶在港池內(nèi)操縱時，由于航速較低，受到風(fēng)的影響，由于海監(jiān)船的操縱性能略好于一般商船，有利于船舶的靠泊安全[7]，因此，在對進出港期間的風(fēng)力進行限制的情況下，風(fēng)對船舶安全靠離泊的影響處于可控范圍。

圖3 風(fēng)對通航安全的影響

2）潮流的影響

海監(jiān)基地所在水域為祥云島和五港池之間水域，該水域存在潮流，且潮流需流經(jīng)本海監(jiān)基地港池水域，模擬的潮流場見圖4和圖5。

圖4 局部漲急流場分布

圖5 局部落急流場分布

由圖4可見，船舶在港池內(nèi)部和航道操縱時，均會受到潮流的作用，在不同階段通航時，受到潮流的影響也不盡相同。在漲潮期間，對于進港船舶而言，潮流對船舶運動的影響為順流的影響，流的作用使船舶的航速有所增加，同時也增加了船舶減速制動的難度，對船舶減速制動不利；對于出港船舶而言，潮流的影響表現(xiàn)為頂流，船舶可以通過加車來抵消潮流的影響，出港船舶受潮流的影響相對進港船舶較弱。

由圖5可見，在落潮流期間，對于進港船舶而言，潮流對船舶運動的影響為頂流的影響，流的作用使船舶的航速有所降低，有利于船舶減速制動。

3）浪的影響

本港常波向SE向，出現(xiàn)頻率為11.57%；次常波向ESE向，出現(xiàn)頻率為9.20%；強波向ENE向。港區(qū)防波堤的建設(shè)，對各港池的泊位均有較強的遮擋作用。船舶在港池內(nèi)部操縱時，受波浪的影響較小。船舶在港池外部操縱時，容易受波浪的影響，本工程船舶總長為79.9m，接近于海上的波浪長度，受到波浪的影響較為明顯。

2 通航方案

2.1 自然條件限制

船舶通航期間的自然條件限制主要為風(fēng)、潮流、浪的限制。

1）風(fēng)的限制：船舶進出港操縱期間，實測風(fēng)力不得超過6級。

2）潮流的限制：船舶進出港期間，潮流的流速不宜超過1.5 kn。

3）波浪的限制：船舶進出港期間，遭遇的有義波高不宜超過1.5m。

2.2 進出港航法

1）進港船舶的航法

海監(jiān)船進港的航行區(qū)間為錨地至泊位前沿水域的范圍，在此期間，船舶需要進行的操縱有起錨加速階段、航行階段、減速制動階段、旋回調(diào)頭階段和靠泊階段。船舶航法如下[8]：

①根據(jù)港口潮流資料及碼頭情況確定船舶起錨時間；

②調(diào)整船舶在航道中線線方向的延長線上，保持船舶的航跡向為340°，確定風(fēng)、流壓差；

③船舶接近口門時對風(fēng)、流壓差進行微調(diào)，若風(fēng)、流壓差較大，船舶應(yīng)適當(dāng)加速；

④船舶通過口門后減速，調(diào)整航向使船舶接近泊位；

⑤擺好船位，靠泊。

2）出港船舶的航法

海監(jiān)船出港的航行區(qū)間為碼頭前沿水域、港池、航道等水域，在此期間，船舶需要進行的操縱有離泊階段、加速制動階段、航行階段等幾部分：

①根據(jù)港口潮汐資料確定船舶離泊時間，提前備車；

②進行離泊操縱，在船舶離開泊位一定距離后動車，利用拖輪調(diào)整航向；

③操縱船舶向口門靠近，在保持船舶在航道中心線方位上；

④加速出港。

3 結(jié) 語

1）唐山海監(jiān)基地船舶通航安全的定量和定性分析結(jié)果表明，海監(jiān)船滿足本海監(jiān)基地的錨泊安全、航道通航安全及港池水域通航安全的要求。

2）海監(jiān)船進出港航行時，要充分考慮自然條件對通航安全的影響，在風(fēng)力不超過6級、流速不超過1.5 kn且波高不超過1.5m時，海監(jiān)船方可安全進出本海建基地。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國交通運輸部.2011年第5號令：中華人民共和國水上水下活動通航安全管理規(guī)定[S].2011.

[2] 中華人民共和國海事局.中華人民共和國海事局水上水下活動通航安全影響評估及通航安全評估管理辦法[S].2011.

[3] JTS165-2013 海港總體設(shè)計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社,2014.

[4] 張潤濤.船舶風(fēng)流壓差的仿真研究[D].大連海事大學(xué),2008.

[5] Isherwood R M.Wind resistence of merchant ship.RINA Transactions,1972.

[6] T Yamano,Y Saito.An estimation method of wind forces acting on ships.Journal of the Kansai Society of Naval Architects of Japan,1997.

[7] 吳秀恒,劉祖源,施生達,等.船舶操縱性[M].北京：國防工業(yè)出版社,2005.

[8] 高玉德.航海學(xué)[M].大連：大連海事大學(xué)出版社,2003.

Navigation Safety Assessment of Tangshan Maritime Surveillance Base During Operating Period

Guo Kunfeng,Zhao Mingshi
(CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.,Tianjin 300222,China)

Abstract:The occupation of port waters by marine surveillance terminal will produce a certain change on the navigable environment nearby.Ships will be affected by such factors as natural conditions and port circumstance after the terminal is put into operation.Based on Tangshan maritime surveillance base,some key points are analyzed,which include the mooring safety,the navigation safety of harbor basin and channel,the influence of natural environment on marine surveillance ship during the operating period.The sailing way of marine surveillance ship approaching and leaving the port is proposed,which may serve as a reference for the risk management of navigation safety.

Key words:navigation safety; operating period; ship approaching and leaving port; harbor; water carriage;channel

中圖分類號：U697

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1004-9592（2017）05-0062-04

DOI：10.16403/j.cnki.ggjs20170516

收稿日期：2017-02-15

作者簡介：郭昆峰（1983-），男，工程師，主要從事港口工程技術(shù)管理工作。