干偉東，李延偉，黃　明

(1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所，天津 300456； 2.武漢理工大學(xué) 智能交通工程研究中心，武漢 430063)

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海口港新海港區(qū)分道通航方案分析

干偉東1，李延偉1，黃明2

(1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所，天津 300456； 2.武漢理工大學(xué) 智能交通工程研究中心，武漢 430063)

為滿足?？诟坌潞８蹍^(qū)汽車(chē)客貨滾裝碼頭船舶通航需求及保障新海港區(qū)船舶通航安全，結(jié)合新海港區(qū)通航環(huán)境，考慮規(guī)范要求，在模型計(jì)算的基礎(chǔ)上提出近期與遠(yuǎn)期、分階段分道通航方案，航道通過(guò)能力及船舶操縱模擬試驗(yàn)均表明，兩種方案均可行且各有利弊。

新海港區(qū)；輪渡；航道；分道通航

根據(jù)《海口港總體規(guī)劃》(修編)[1]，新海港區(qū)客貨滾裝碼頭近期將逐漸承接秀英港區(qū)、海甸港區(qū)海峽滾裝運(yùn)輸功能的轉(zhuǎn)移，未來(lái)將發(fā)展成為瓊州海峽客貨滾裝運(yùn)輸?shù)膶I(yè)化、規(guī)模化、集約化及現(xiàn)代化港區(qū)，成為海峽運(yùn)輸?shù)闹魍ǖ馈?/p>

海口港新海港區(qū)汽車(chē)客貨滾裝碼頭工程位于海南省?？谑形鞑俊⒒浐ｈF路輪渡南港碼頭北防波堤的外側(cè)，近期與湛江港海安港區(qū)汽車(chē)客貨滾裝碼頭功能對(duì)接，未來(lái)與規(guī)劃的粵海鐵路輪渡北港碼頭東防波堤外側(cè)南山作業(yè)區(qū)實(shí)現(xiàn)功能對(duì)接。

目前新海港區(qū)進(jìn)出港航道為粵海鐵路輪渡南港航道，航道兩側(cè)水域漁網(wǎng)密布，且在海洋功能上為漁業(yè)捕撈區(qū)。?？诟坌潞８蹍^(qū)汽車(chē)客貨滾裝碼頭船舶近期僅能利用現(xiàn)有粵海鐵路南港碼頭航道，但加之橫風(fēng)橫流較強(qiáng)，通航環(huán)境惡劣，隨著新海港區(qū)汽車(chē)客貨滾裝碼頭的逐步投產(chǎn)及粵海鐵路動(dòng)車(chē)過(guò)海的實(shí)施，船舶通航密度逐漸增加。若兩碼頭船舶混合使用現(xiàn)有航道水域，該水域的通航風(fēng)險(xiǎn)將大大增加。為保障該水域的通航安全，特研究分道通航方案。

1　港口概況

新海港區(qū)碼頭包括粵海鐵路南港火車(chē)輪渡碼頭和新海汽車(chē)客貨滾裝碼頭?；浐ｈF路南港輪渡碼頭擁有2個(gè)客貨滾裝泊位，分別為1#客貨滾裝泊位和2#客貨滾裝泊位，靠泊等級(jí)均為為2萬(wàn)t級(jí)，滾裝車(chē)輛通過(guò)能力合計(jì)177萬(wàn)輛/年，旅客通過(guò)能力為202萬(wàn)人次/年。目前粵海鐵路輪渡每天開(kāi)行16對(duì)航班，其中客貨列車(chē)開(kāi)行12對(duì)。

依據(jù)粵海鐵路輪渡系統(tǒng)綜合規(guī)劃，2035年鐵路運(yùn)輸貨運(yùn)量將達(dá)到1 260萬(wàn)t，客運(yùn)量550萬(wàn)人次，汽車(chē)運(yùn)輸98萬(wàn)輛，貨運(yùn)量2 360萬(wàn)t，客運(yùn)量860萬(wàn)人次，開(kāi)行列車(chē)26對(duì)。新海汽車(chē)客貨滾裝碼頭[2]設(shè)計(jì)通過(guò)能力270萬(wàn)輛/年，旅客通過(guò)能力1 800萬(wàn)人次/年，有總噸位10 000客貨滾裝泊位17個(gè)。工程投入運(yùn)營(yíng)后，平均每天211艘次，考慮1.3的不均衡系數(shù)，船舶日到港數(shù)為274.3艘次。設(shè)計(jì)船型參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　設(shè)計(jì)船型主尺度　m

目前新海港區(qū)進(jìn)出港航道為粵海鐵路輪渡南港航道，走向?yàn)?75°42′～355°42′，航道總長(zhǎng)約為5.5 n mile，寬1 500 m，航道設(shè)浮標(biāo)11座。見(jiàn)圖1。

圖1　粵海鐵路輪渡南港航道

2　通航方案

粵海火車(chē)輪渡及新海汽車(chē)輪渡分道通航關(guān)鍵問(wèn)題是如何確定火車(chē)輪渡及汽車(chē)輪渡的航道寬度。

2.1航道寬度

1)現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算。根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS165-2013)[3]中關(guān)于單線航道及雙線航道寬度的規(guī)定，根據(jù)海域潮流數(shù)據(jù)[8]，粵?；疖?chē)輪渡及新海汽車(chē)輪渡所需航道通航寬度見(jiàn)表2。

2)船舶應(yīng)急回旋所需寬度。船舶旋回初徑是指從操舵開(kāi)始到船舶的航向轉(zhuǎn)過(guò)180°時(shí)重心所移動(dòng)的橫向距離，約為船長(zhǎng)的3～6倍[4]。見(jiàn)圖2。

2.2不同方案所需的航道寬度計(jì)算

1)近期方案航道寬度。近期船舶交通流密度較小，通常情況下(除在港池口門(mén)外)只有1艘火車(chē)輪渡船舶在航道中航行，汽車(chē)輪渡船舶近期只有5～6艘在新海港投入運(yùn)營(yíng)。

表2　所需航道通航寬度規(guī)范計(jì)算

注：橫流流速超過(guò)1.00 m/s的部分通過(guò)線性回歸擬合方式求出。

圖2　船舶旋回圈的尺度與名稱

根據(jù)計(jì)算，橫風(fēng)小于等于七級(jí)情況下，汽車(chē)輪渡船舶在橫流1.50 m/s

新海汽車(chē)輪渡航道考慮在應(yīng)急的情況：假如粵海火車(chē)輪渡航道因故臨時(shí)不能使用，兩港池船舶能同時(shí)使用新海汽車(chē)輪渡航道，二者所需航道寬度之和為282.1 m+214.7 m=496.8 m。另外考慮汽車(chē)輪渡船舶應(yīng)急臨時(shí)掉頭，因汽車(chē)客貨滾裝船舶良好的操縱性，旋回初徑取3倍的船長(zhǎng)，即127 m×3=381 m，同時(shí)假定雙線通航且船舶航行在通行側(cè)航道的中心線上，見(jiàn)圖3，此時(shí)所需航道寬度為127 m×4=508 m。故新海汽車(chē)輪渡航道寬度取500 m。

圖3　航道中船舶掉頭所需的水域

同理，粵?；疖?chē)輪渡航道也考慮應(yīng)急臨時(shí)掉頭的需要，火車(chē)輪渡船舶操縱性更優(yōu)，旋回初徑取3倍的船長(zhǎng)188 m×3=564 m，同時(shí)也假定雙線通航且船舶航行在通行側(cè)航道的中心線上，此時(shí)所需航道寬度為188 m×4=752 m，故粵海火車(chē)輪渡航道寬度取800 m。

參考藤井[5]對(duì)分道通航制寬度的建議：通航分道寬度/分隔帶寬度/通航分道寬度為3.2L/L/3.2L，本工程航行船舶最大長(zhǎng)度為188 m，故隔離帶的寬度應(yīng)為188 m，本工程取200 m。

二者間為200 m的隔離帶，緊急的情況下可起到一定的緩沖作用。

另外根據(jù)2013年、2014年及2015年的船舶航跡統(tǒng)計(jì)，對(duì)粵?；疖?chē)輪渡航跡帶寬度測(cè)算，船舶航跡主要集中725 m左右的寬度內(nèi)。

2)遠(yuǎn)期方案航道寬度。遠(yuǎn)期粵海鐵路輪渡規(guī)劃開(kāi)通動(dòng)車(chē)過(guò)海，火車(chē)輪渡船舶也將相應(yīng)提速至25 kn(目前最高航速通常在15 kn以下)，且班次也相應(yīng)增加；新海港汽車(chē)客貨滾裝碼頭上正式運(yùn)營(yíng)后，大約有50艘船舶投入生產(chǎn)，通航班次也將大幅度增加。

粵海火車(chē)輪渡航道考慮應(yīng)急臨時(shí)掉頭的需要，而動(dòng)車(chē)輪渡船舶航速較快，故旋回初徑取6倍船長(zhǎng)188 m×6=1 128 m，同時(shí)也假定雙線通航且船舶航行在通行側(cè)航道的中心線上，此時(shí)所需航道寬度為188 m×8=1 504 m，故粵?；疖?chē)輪渡航道寬度取1 500 m；汽車(chē)輪渡航道通航密度增加，所需應(yīng)急回旋水域應(yīng)更廣，同理旋回初徑按6倍的船長(zhǎng)考慮，所需航道寬度為127 m×8=1 016 m，故新海港汽車(chē)輪渡航道寬度取1 000 m。二者之間隔離帶為200 m。

3　航道通過(guò)能力

航道通過(guò)能力[6]的計(jì)算以日本學(xué)者藤井提出的船舶領(lǐng)域[7]為基礎(chǔ)，該模型是以船舶為中心、長(zhǎng)半軸沿船首尾線方向、短半軸沿船舶正橫方向的一個(gè)橢圓。

(1)

式中：C——通過(guò)能力；

W——單向航道寬度；

ρmax——最大船舶密度，ρmax=1/(r·s),

其中：r，s——船舶領(lǐng)域的長(zhǎng)短軸半徑，當(dāng)領(lǐng)域?yàn)闄E圓形且最大限度排列時(shí)，ρmax≈1.15/(r·s)；

v——船舶速度；

t——通航時(shí)間，全天通航，t=24 h。

分別考慮采用粵海鐵3#、4#及新海港區(qū)總噸位10 000 t汽車(chē)客貨滾裝船作為計(jì)算航道通過(guò)能力船型，計(jì)算見(jiàn)表3。

表3　各方案航道單向通過(guò)能力計(jì)算表

4　船舶操縱模擬試驗(yàn)

在選取本區(qū)域常風(fēng)向(NE)及最不利風(fēng)向(W)八級(jí)風(fēng)下，與漲落急潮[8]流進(jìn)行組合不同試驗(yàn)工況。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4　汽車(chē)輪渡與火車(chē)輪渡跨海峽航道水域航跡疊加圖

對(duì)船舶在跨海峽航道水域的航跡帶進(jìn)行疊加，可以得出航跡匯總圖，汽車(chē)輪渡與火車(chē)輪渡航道內(nèi)航跡帶寬度分別為300 m和410 m，均遠(yuǎn)小于近期及遠(yuǎn)期的設(shè)計(jì)航寬，且航跡帶均在設(shè)計(jì)航道內(nèi)。

5　利弊分析

1)由于新海汽車(chē)輪渡碼頭開(kāi)港的迫切性，提出了近期方案，該方案可快速實(shí)施，海域使用功能不需調(diào)整，也不需要與航道附近漁民就漁柵等漁業(yè)設(shè)施拆除進(jìn)行協(xié)調(diào)，調(diào)整設(shè)置航標(biāo)數(shù)量均最小。新海汽車(chē)輪渡航道與粵?；疖?chē)輪渡航道之間利用隔離帶進(jìn)行隔離，交通組織形式更為簡(jiǎn)單，且隔離帶有一定的緩沖作用，有利于緊急情況下應(yīng)急。

弊端在于：航道分隔的初期，因航道寬度變窄，粵?；疖?chē)輪渡船舶駕駛員可能不適應(yīng)，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)；分隔后相對(duì)現(xiàn)狀，粵海火車(chē)輪渡船舶在南港防波堤口門(mén)外等待進(jìn)港時(shí)可漂移的水域面積變小，需頻繁進(jìn)行船舶動(dòng)車(chē)保持在航道水域內(nèi)。

2)遠(yuǎn)期方案可恢復(fù)粵?；疖?chē)輪渡航道寬度至1 500 m，并向西移，其進(jìn)出南港防波堤口門(mén)段航道較現(xiàn)狀更開(kāi)闊，有利于船舶調(diào)整航向進(jìn)出口門(mén)，能夠提高船舶通航安全性；遠(yuǎn)期新海港汽車(chē)輪渡航道寬度東拓500 m，寬度為1 000 m，通航寬度增加，可一定程度上滿足汽車(chē)輪渡船舶通航密度增加的需要。

弊端在于：需調(diào)整海洋功能區(qū)劃，并對(duì)西移700 m和東移500 m范圍內(nèi)的漁業(yè)設(shè)施進(jìn)行拆除和賠償，另外增加了粵?；疖?chē)輪渡船舶航行的距離，運(yùn)營(yíng)成本增加，若近期按該方案實(shí)施新海港區(qū)汽車(chē)客貨滾裝碼頭一期工程將不能按計(jì)劃投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。

考慮到“十三五”期動(dòng)車(chē)過(guò)海，船速快，航次增加，以及秀英港滾裝運(yùn)輸功能整體搬遷，新海港汽車(chē)輪渡船舶通航艘次增加，為確?；浐；疖?chē)輪渡船舶及新海汽車(chē)輪渡船舶通航安全性，將來(lái)可在近期方案的基礎(chǔ)上開(kāi)展遠(yuǎn)期方案建設(shè)，以滿足未來(lái)通航需求。

[1] 海南省交通運(yùn)輸廳,?？谑腥嗣裾??？诟劭傮w規(guī)劃(修編)[Z].?？?海南省交通廳,海口市人民政府,2008.

[2] 鐘大鵬.新海港汽車(chē)客貨滾裝碼頭試運(yùn)行圓滿成功[EB/OL].[2015-12-04][2016-02-24].http://www.haikou.gov.cn/hkgzw/gzyw/201601/t20160115_917462.html.

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

[4] 洪碧光.船舶操縱原理與技術(shù)[M].4版.大連:大連海事大學(xué)出版社,2007.

[5] 初立輝.連云港港附近水域船舶定線制的研究[D].大連:大連海事大學(xué),2009.

[6] 張則浩,于祖杰,劉強(qiáng),等.龍口港航道飽和度研究[J].大連海事大學(xué)學(xué)報(bào),2014,40(1):33-36.

[7] 張寶華.基于船舶領(lǐng)域理論的水道通過(guò)能力研究[D].大連:大連理工大學(xué),2009.

[8] 劉臣,李少年,馬殿光.瓊州海峽新海汽車(chē)輪渡碼頭通航水流條件分析[J].海岸工程,2014,33(2):12-19.

Preliminary Study on Navigation Separation Scheme of Vessels Traffic at Xinhai Port in Haikou

GAN Wei-dong1, LI Yan-wei1, HUANG Ming2

(1.Tianjin Research Institute of Water Transport Engineering, Ministry of Communications, Tianjin 300456, China;2.Intelligent Transportation System Research Center, Wuhan University of Technology, Wuhan 430063,China)

To meet the navigation requirements of vessels of Xinhai ferry dock in Haikou, and safeguard navigation safety, the shot-term and long-term navigation separation schemes are proposed in light of the code requirements and model calculation under navigation environment. The calculation results of channel traffic capacity and ship maneuvering simulation show that the schemes are feasible and each scheme had its advantages and disadvantages.

Xinhai port; ferry; channel; traffic separation scheme

2016-02-26

2016-03-23

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(TKS140203；TKS150212)

干偉東(1987—)，男，碩士，助理工程師

U612.1

A

1671-7953(2016)04-0162-04

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2016.04.038

研究方向:水上交通安全規(guī)劃與管理

E-mail:493286641@qq.com