張德春

（安徽省港航管理局，安徽 合肥 230011）

1 工程概況

合裕線航道是國家干線航道網(wǎng)之一，是安徽省合肥市通往長江的唯一水上通道，全長139.2 km。合肥港是全國28個內(nèi)河主要港口之一，為省會經(jīng)濟(jì)圈的中心港，2006年合肥港完成吞吐量874萬t，2009年完成1 170萬t[1]，年平均增長11.3%。近年來隨著腹地內(nèi)國民經(jīng)濟(jì)的快速增長和船舶大型化的發(fā)展，合裕線航道已不能滿足腹地內(nèi)運(yùn)輸發(fā)展的要求，急需升級改造。

合裕線航道整治工程是國家“十一五”的重點(diǎn)水運(yùn)工程建設(shè)項目之一，工程建設(shè)內(nèi)容是：按Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)整治航道139.2 km，新建裕溪、巢湖2座2 000噸級復(fù)線船閘（200 m×23 m×4.5 m），以及助航設(shè)施等，工程概算投資9.35億元。目前，裕溪和巢湖2座復(fù)線船閘已開工建設(shè)，航道整治工程在年內(nèi)開工。工程完成后，合裕線航道可常年通航1 000噸級船舶，合肥、巢湖及周邊地區(qū)大量物資可通過水運(yùn)直達(dá)沿江各地，部分可在江海航行的船舶可達(dá)沿海各地，既滿足了腹地內(nèi)經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的需要，又完善了以合肥為中心的鐵路、公路、航空、水運(yùn)綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，同時對改善巢湖水域的生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)巢湖旅游業(yè)發(fā)展都具有重要的意義。

2 航道現(xiàn)狀

合裕線航道自1954年起，水利、交通部門為綜合利用水資源，改善巢湖流域水利和航運(yùn)落后面貌，先后對南淝河、巢湖、裕溪河進(jìn)行了一系列治理，經(jīng)過近50 a治理，合裕線航道已成為國家干線航道網(wǎng)之一。

合裕線航道起點(diǎn)為合肥市當(dāng)涂路橋，終點(diǎn)為裕溪河入長江口，由南淝河、巢湖、裕溪河三段組成，其中南淝河航道24 km，巢湖湖區(qū)（施口～巢湖閘）航道54 km，裕溪河航道61.2 km。1998年底，南淝河航道按限制性Ⅲ級航道標(biāo)準(zhǔn)整治竣工；2000年3月至2004年4月，巢湖湖區(qū)、裕溪河航道按Ⅲ級線型、Ⅳ級斷面標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了整治。

巢湖湖區(qū)航道（施口～巢湖閘）（見圖1）現(xiàn)狀等級為Ⅳ級，可常年通航500噸級船舶，中高水位時可通航1 000噸級船舶；按照一類航標(biāo)配布，設(shè)置鋼筋混凝土樁基、玻璃鋼標(biāo)體固定燈樁22座。

圖1 巢湖湖區(qū)（施口～巢湖閘）航道示意圖

3 影響湖區(qū)航道尺度計算的因素分析

航道尺度是指在設(shè)計通航期內(nèi)，航道能夠保證設(shè)計船型（船隊）安全航行的最小尺度，它包括在設(shè)計最低通航水位下的航道水深、航道寬度、航道最小彎曲半徑。航道尺度的確定主要受運(yùn)輸需求、船舶特征、航道條件、自然條件和投資效益等因素影響。在設(shè)計代表船型（船隊）確定的情況下，湖區(qū)航道尺度的計算應(yīng)考慮以下主要影響因素。

3.1 航道寬度的影響因素

湖區(qū)航道寬度應(yīng)根據(jù)船舶航行密度、航道條件等分析確定。一般情況下，以保證兩個對開船隊安全錯船航行為原則，設(shè)計成雙線航道。當(dāng)船舶（隊）航行密度較大，雙線航道不能滿足運(yùn)輸要求時，應(yīng)采用三線或三線以上航道，其寬度根據(jù)船舶通航要求確定。

湖區(qū)航道寬度由航跡帶寬度、船舶間的安全富余寬度和船舶（隊）外舷與航道邊緣間的安全富余寬度組成。航道寬度的計算公式較多[2]，有理論計算公式，也有以船寬的倍數(shù)表示的經(jīng)驗計算式，如我國直線段航道標(biāo)準(zhǔn)寬度一般采用設(shè)計船型（船隊）寬度的4倍，隨著運(yùn)輸船舶標(biāo)準(zhǔn)化、大型化、專業(yè)化發(fā)展的趨勢，此比值將會加大。在2004年修訂的GB 50139-2004《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》中給出了天然和渠化河流航道寬度的計算公式，其中雙線直線段航道寬度的計算公式如下：

式中：B為直線段雙線航道寬度，m；BFd為下行船舶或船隊航跡帶寬度，m；BFu為上行船舶或船隊航跡帶寬度，m；d1為下行船舶或船隊外舷至航道邊緣的安全距離，m；d2為上行船舶或船隊外舷至航道邊緣的安全距離，m；C為船舶或船隊會船時的安全距離，m；Bsd為下行船舶或船隊寬度，m；Ld為下行頂推長度或貨船長度，m；β為船舶或船隊航行漂角，（°）；Bsu為上行船舶或船隊寬度，m；Lu為上行頂推長度或貨船長度，m；d1+d2+C為各項安全距離之和，m。

3.1.1 航行漂角

在設(shè)計代表船型（船隊）確定后，航跡帶寬度主要取決于航行漂角的大小，航行漂角受水流、風(fēng)速、船舶裝載度、船舶操縱性能及駕駛技術(shù)的影響。在彎道中，船舶航行漂角與航道彎曲半徑、船隊長度更是密不可分。由于湖區(qū)航道水面寬闊，且大部分受下游樞紐控制，流速相對較小，水流流速對航行船舶的影響可以不計。因此，若排除船舶操縱性能及駕駛技術(shù)的影響，航行漂角主要與風(fēng)速的大小、方向有關(guān)。

船舶在湖區(qū)航道航行時，風(fēng)浪對船舶航行產(chǎn)生較大影響，當(dāng)航行船舶受橫向風(fēng)壓力時，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩使船舶順著風(fēng)向橫移和旋轉(zhuǎn)，致使船舶偏航和漂移。為使船舶航向穩(wěn)定，駕駛員采用舵力使船舶向偏航和漂移的反向旋轉(zhuǎn)，隨著舵角的增加，船舶所受合力的作用點(diǎn)逐漸向重心移動，轉(zhuǎn)動力矩相應(yīng)減少，直至船舶處于新的平衡狀態(tài)。此時，船舶以一平衡風(fēng)壓偏角沿導(dǎo)航線前進(jìn)。橫向風(fēng)速越大，使船舶產(chǎn)生的偏航和漂移運(yùn)動越大，相應(yīng)的航行漂角就越大。一般情況下，航行漂角取3°～5°，航道標(biāo)準(zhǔn)高，取值較大；航道標(biāo)準(zhǔn)低，取值較小[3]。由于湖區(qū)航道水面寬闊，風(fēng)速較大，航行漂角宜取上限值。

3.1.2 船舶（隊）外舷至航道邊緣的安全富余寬度d

船舶距離設(shè)計航道邊緣的安全富余寬度與通航水流條件、船舶航速、航道條件和船舶大小等因素有關(guān)。對于平原地區(qū)直線航道富余寬度可由下式計算[4]：

式中：d為船舶（隊）至航道邊緣距離，m；B為設(shè)計代表船型（船隊）寬度，m。

對于水流平順的順直航道，也可參考表1數(shù)據(jù)，并結(jié)合航道條件、船舶大小分析確定[5]。

表1 順直航道d值表m

3.1.3 船舶（隊）與船舶（隊）之間的安全富余寬度C

船舶（隊）間的安全富余寬度是為了保障船舶航行安全，克服船吸現(xiàn)象的最小富余尺度。船舶在湖區(qū)航道航行交會時，船隊兩側(cè)存在流速差和水位差，從而產(chǎn)生壓力差互相吸引，主要受船舶航速、船舶尺度和航道水流條件影響。對于平原地區(qū)航道，船舶（隊）交會時的安全富余寬度可參考下式計算[5]：

式中：C為船舶（隊）間的安全富余寬度，m；B為設(shè)計代表船舶（隊）寬度，m。

對于水流平順的順直航道，也可參考表2數(shù)據(jù)，并結(jié)合航道條件、交會方式分析確定[6]。

3.2 航道水深的影響因素

航道水深是航道尺度中非常重要的指標(biāo)，決定著船舶航行的速度和載重量，若水深不足，船舶只能減速減載航行。影響航道水深的主要因素有設(shè)計代表船型（船隊）標(biāo)準(zhǔn)吃水、船舶航行下沉量、船舶龍骨下最小富余深度、波浪影響的富余深度、船舶裝載縱傾富余深度等[6]。

表2 順直航道C值表m

GB 50139-2004《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》和其它有關(guān)規(guī)范中提出的航道設(shè)計水深計算公式如下：

式中：H為航道水深，m；T為設(shè)計代表船型（船隊）標(biāo)準(zhǔn)吃水，m；ΔH為富余水深，m，可按表3中選用。

表3 航道富余水深值

船舶在風(fēng)浪中航行，隨著波高、波向、波周期、水深、船舶噸級和航速的不同，將產(chǎn)生縱傾、橫搖和升沉三種垂直運(yùn)動，波浪使船舶產(chǎn)生的這些垂直運(yùn)動是一個復(fù)雜的隨機(jī)過程。由于湖區(qū)航道水面寬闊，風(fēng)大浪高，船舶航行速度較快，航道富余水深主要考慮船舶航行下沉量和波浪影響的富余深度。船舶航行下沉量隨著航速的增大而增加；風(fēng)速、波高值越大時，波浪影響的富余深度應(yīng)隨之增大，因此，湖區(qū)航道富余水深應(yīng)在表3中上限值的基礎(chǔ)上適當(dāng)加大。

3.3 航道最小彎曲半徑的影響因素

航道最小彎曲半徑是保證設(shè)計代表船舶（隊）安全航行通過彎道的最小彎曲半徑。從便利航行的角度考慮，航道彎曲半徑越大越好。它主要與船舶（船隊）長度和船舶操縱性能有關(guān)，還與彎道寬度、航速、流速、流態(tài)以及通視條件密切相關(guān)。湖區(qū)航道水域?qū)掗?，流速較小，流態(tài)不復(fù)雜，通視條件良好，因此，在湖區(qū)航道彎曲半徑計算時，應(yīng)主要考慮設(shè)計代表船型（船隊）長度、航速、航道轉(zhuǎn)向角等因素。設(shè)計代表船型（船隊）長度越大、航速越快，航道轉(zhuǎn)向角越大，對應(yīng)的彎曲半徑也越大。

湖區(qū)航道最小彎曲半徑可參考以下公式確定[7]。

1）φ≤10°（不考慮轉(zhuǎn)彎段圓滑過渡，航道內(nèi)外邊線直接相交）

2）10°≤φ≤30°（R=3L ～ 5L）

3）φ ＞30°（R=3L～10L）

式中：R為航道最小彎曲半徑，m；φ為航道轉(zhuǎn)向角，（°）；L為設(shè)計代表船型（船隊）長度，m。

4 設(shè)計代表船型（船隊）論證

4.1 船舶現(xiàn)狀

根據(jù)安徽省有關(guān)船舶資料統(tǒng)計分析，長江干流礦建運(yùn)輸以500～2 000 t船舶為主，油船以200～500 t的機(jī)動船為主，集裝箱運(yùn)輸船舶裝載能力一般在100 TEU左右。目前，長江中上游約60%以上的船舶，載重噸位在2 000 t左右，合裕線航道航行船舶多為500～1 000噸級船舶，最大有2 000 t級，也有1拖4×1 500噸船隊。

4.2 設(shè)計代表船型（船隊）

目前，合裕線航道裕溪復(fù)線船閘（200 m×23 m×4.5 m）和巢湖復(fù)線船閘（2 000噸級）正在建設(shè)，合肥港綜合碼頭3個1 000噸級泊位正在建設(shè)中，4月底可建成投產(chǎn)，設(shè)計年吞吐能力100萬t，集裝箱7萬TEU。

安徽省港航投資集團(tuán)公司正在進(jìn)行南淝河綜合碼頭建設(shè)，通過船舶營運(yùn)組織分析后認(rèn)為：近期推薦1 000～2 000 t機(jī)動駁和1 000～2 000噸級拖帶船隊，遠(yuǎn)期發(fā)展為一頂2×1 000噸級頂推船隊。

根據(jù)合裕線航道發(fā)展和船舶標(biāo)準(zhǔn)化、大型化、專業(yè)化發(fā)展趨勢，經(jīng)分析論證，其設(shè)計代表船型[8]如表4：

表4 設(shè)計代表船型（船隊）及營運(yùn)組織方式表

5 巢湖湖區(qū)航道尺度計算

5.1 航道寬度計算

合裕線巢湖湖區(qū)航道按照Ⅲ級航道雙線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。按公式（1）計算，船隊長度Ld、Lu取194.0 m，船隊寬度Bsd、Bsu取10.8 m，航行漂角β取上限值5°。

航跡帶寬度為：

BFd=Bsd+Ldsin β =10.8+194 × sin 5°=26.0 m

由于船舶在湖區(qū)航道航行，岸吸現(xiàn)象不明顯，船舶距離設(shè)計航道底邊緣的富余寬度2d值按表1選取12 m。

船舶（隊）間的安全富余寬度C值按表2選取20 m。所以湖區(qū)航道計算寬度為：

巢湖湖區(qū)由于受季風(fēng)氣候的影響，風(fēng)向有顯著的季節(jié)變化，春冬季以偏北風(fēng)為主，夏秋季以偏南風(fēng)為主，年平均風(fēng)速為3.3 m/s左右，春季最大 （3—5月）平均風(fēng)速3.4～3.8 m/s，秋季最大（9—11月）平均風(fēng)速為2.8～3.1 m/s，常風(fēng)向為南偏東。由于巢湖湖區(qū)航道中廟至巢湖閘近40 km航道大致呈東西走向，常風(fēng)向為南偏東，船舶航行受常風(fēng)向影響發(fā)生偏航和漂移較大，同時考慮到船舶操縱性能及駕駛技術(shù)的影響，巢湖湖區(qū)航道寬度實際選取B=90 m。

5.2 航道水深

根據(jù)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》第3.0.5條“天然和渠化河流航道水深應(yīng)根據(jù)航道條件和運(yùn)輸要求通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證確定”的要求，巢湖湖區(qū)航道設(shè)計水深可考慮兩個方案：

1）按設(shè)計代表船型計算：合裕線航道整治工程設(shè)計代表船型（船隊）標(biāo)準(zhǔn)吃水為2.1 m，富余水深在《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》航道富裕水深值的基礎(chǔ)上適當(dāng)加大，選取0.5 m，則湖區(qū)航道水深為：

2）按運(yùn)輸要求選?。汉显＞€腹地出口貨物主要目的地是長江三角洲地區(qū)，該地區(qū)航道網(wǎng)航道條件已大為改善，大部分干線航道已達(dá)到Ⅲ、Ⅳ級航道標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)統(tǒng)計資料，目前，巢湖湖區(qū)航行船舶載重量多為500～1 000 t，一般吃水在2.2～3.0 m，富裕水深為0.5 m，則湖區(qū)航道水深為：

綜合考慮巢湖湖區(qū)通航船舶現(xiàn)狀，為實現(xiàn)江河干支直達(dá)，減少很多中間環(huán)節(jié)和運(yùn)輸成本，提高運(yùn)輸效益，全面發(fā)揮長江“黃金水道”作用，充分考慮運(yùn)輸船舶大型化、專業(yè)化發(fā)展的趨勢，巢湖湖區(qū)航道水深宜選取3.5 m。

5.3 最小彎曲半徑

巢湖湖區(qū)航道設(shè)計代表船型（船隊）按分節(jié)駁頂推248 kW+2×1 000 t考慮，總長90 m，在中廟附近，航道轉(zhuǎn)向角大于30°，湖區(qū)航道最小彎曲半徑取R=10L=900 m。

6 結(jié)語

航道尺度是航道整治工程規(guī)劃、設(shè)計、施工、維護(hù)和管理的關(guān)鍵技術(shù)，與設(shè)計代表船型（船隊）的確定和通航水域條件、貨運(yùn)量的大小等密切相關(guān)。鑒于湖區(qū)航道水面寬闊，風(fēng)浪較大，流速較小，船舶航速較快的特點(diǎn)，在設(shè)計代表船型（船隊）確定后，湖區(qū)航道寬度應(yīng)著重考慮船舶因風(fēng)壓力產(chǎn)生的偏航和漂移而導(dǎo)致航行漂角變化的因素，以及兩船隊交會時產(chǎn)生的船吸現(xiàn)象；湖區(qū)航道水深應(yīng)著重考慮船舶航行下沉量和波浪影響因素；由于湖區(qū)航道受航道線型及邊界條件的影響較小，航道最小彎曲半徑應(yīng)盡可能選取較大的數(shù)值?？傊诤^(qū)航道尺度計算時，應(yīng)以《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》為依據(jù)，充分考慮各種主要影響因素，進(jìn)行分析計算確定。

[1]安徽省水運(yùn)統(tǒng)計資料[G]，2006-2009.

[2]周連有.有關(guān)內(nèi)河航道尺度計算公式的匯總[J].港工技術(shù)，2004（4）：7-10.

[3]陳德春，何蘅.風(fēng)浪對洪澤湖區(qū)航行安全的影響[J].上海海事大學(xué)學(xué)報，2006（4）：36-39.

[4]劉永繡，等.注冊土木工程師（港口與航道）執(zhí)業(yè)資格考試輔導(dǎo)材料[M].人民交通出版社，2003，94-95.

[5]長江航道局，航道工程手冊[M].人民交通出版社，2004，84.

[6]JTJ312-2003，航道整治工程技術(shù)規(guī)范[S].

[7]JTJ212-2006，海港工程總體設(shè)計規(guī)范[S].

[8]合裕線航道升級改造工程預(yù)可行性研究報告[R].安徽：安徽省交通勘察設(shè)計院，2009.