水运工程规划复习提纲

1、水运工程规划 Gungi Peng 2016.6.161、 绪论1.1水运系统1.交通运输系统-综合运输系统目的任务：旅客、货物的空间“移位”子系统：水路、公路、铁路、航空、管道2. 水运系统优势：成本低、能耗低、环保1.2港口是交通运输的枢纽，由3大部分组成，6个作业系统:1. 三大部分：A.水域：作用：供船舶航行、停泊、锚泊、装卸转载等。包括：港池(泊位)、航道、锚地、外堤、回旋、导航等。要求：宽广、平稳，并具有足够水深。（面积、深、平稳）B.岸线：水陆交接地带。作用：靠船、旅客上下船、货物装卸等。包括：码头建筑物、港池(泊位)。要求：足够的长度和合适的宽度。C.陆域：作用：布置各种设施。

2、要求：宽广、平坦，满足港口纵深要求 包括：存储设施：仓库、堆场 装卸设备：起重机械、运输机械 交通设施：道路、铁路 辅助设施：给排水、供电、通信、机械库、机修厂、消防站、办公楼、商务中 心以及生活辅助设施 配套设施：修造船厂、港作船舶基地等2. 六个作业系统：航行作业系统水域各设施；装卸作业系统码头、港池、机械等；存储作业系统仓库、堆场；分运集疏运作业系统铁路、公路、水路、网、管；信息与商务系统电子商务中心-物流中心；环保与景观系统污、废处理，绿化等。1.3港口分类 按功能分：商港、渔港、工业港、军港、避风港、游艇港 按地理位置分：河港(包括运河港)、海港(海岸港、河口港)1.4港口的运营1.

3、船舶出入港过程：到港到达锚地离开锚地靠码头开始装卸装卸结束离港2.港口运营指标：码头生产经营规模、生产运输指标、经营管理指标、技术管理指标3.营运费用：包括货物费用和船舶营运费用货物费用：不包括运费、装卸费等“看得见”的费用，只是货物价值之利息“看不见”的费用（时间价值） 船舶营运费用：船舶在营运过程中发生的费用，包括固定费用和航次费用待泊费用-固定费用为主-艘天费2、 港口规划调查与分析2.1 经济社会条件调查1. 港口腹地：有货物（或旅客）要经某港运输的地区叫该港的腹地。2. 腹地划分：直接腹地：直接为港口所在地服务，货物不中转。中转腹地：指货物的中转联运腹地。通过腹地：在港内不装卸，只进

4、行编组，然后运走。3.扩大腹地的措施：地理位置优越，距经济发达地区的距离近，集疏运条件好；自然条件好运输成本低，交通条件好，运输时间短；装卸成本低，车船周转快；服务水平高4.社会经济调查港口、城市调查：客货、港口、企业、经济相关设施调查：土地利用的可能性、价格；集疏运能力及扩展的可能性；水电供应；运输网规划、重点项目的建设规划水域调查：近海渔业、海滨旅游、港口航道、施工其它社会调查：沿江、沿海工矿企业的现状与发展规划，与港口发展有利害关系的部门和企业的现状与发展规划2.2自然条件调查与分析1. 自然条件调查内容：地形、地质：地形图、地质条件、岸线冲淤、地震气象：风、雨、雾、冰(气温)海象：潮、

5、浪、流、泥沙运动河流：流速、流量、流态季节性变化2. 自然条件对港口的影响：地形、地质：平面布置、港口选址、建筑物结构型式、造价气象：风：平面布置(航道、口门、环境)、作业、对船舶的作用力雨：施工、港区排水、作业雾：航行、作业冰：作业天数、建筑物强度和耐久性海象：潮：港口各部高程、增减水特征水位、基准面浪：泊稳、平面布置、建筑物强度、泥沙运动特征值、折射、绕射流：航行、泥沙运动河口：潮流界（在涨潮时，海水倒灌至河内，理论上存在潮流V1与河水下泄流速V2相抵消（V1V2）的截面）、潮区界（在潮流界以上虽然潮流不再向上流动，但河水被阻，有壅高现象，潮波继续向上传播，但潮差越来越小，当潮波消失后水位

6、不再受潮汐影响）、拦门沙洲（河流搬运泥沙的最终归宿点）河流：流量、流态、河道演变：选址、航行、岸线稳定2.3吞吐量预测1.货物分类：件杂货(集装箱)、干散货、液体货2.吞吐量：一年间经由水运输出、输入港区并经过装卸作业的货物总量称为港口吞吐量，以自然吨计。3.通过能力：一年间在既定的技术装备条件下，按合理的操作过程、先进的装卸工艺和生产组织所允许通过港口的货物量。4.预测步骤： 收集有关数据资料； 社会经济发展水平预测； 区域内客、货总运输量预测（进、出）； 运输方式分担预测（公、铁、水、空、管）； 港口客、货吞吐量预测。5. 主要方法： 1.经验法：经验系数法、趋势目估法、类比法、特尔裴专家

7、判断法2.函数法3. 概率分析法4.时间序列法5因果分析相关分析法2.4船舶及船型预测1. 尺度： 船型尺度：是从船壳板内侧的表面丈量得到的尺度，主要用于船舶性能的计算和研究全部尺度：是从船体外缘丈量得到的尺度，即全部尺度，用于船舶的制造和运行。 全长Lc：船体首尾两端间的最大水平距离（沿船纵向） 全宽Bc：船体横向最大水平距离 全高Hc：龙骨底面的水平切面至船最高点的垂直距离 吃水T：水面线至龙骨底面的垂直高度 通常讲的船舶吃水指满载、夏季吃水线至龙骨底面的垂直距离 连桅高度 h=HC-T 这里的T为空载吃水，h用于设计桥梁净空高度。2. 吨位：A.重量吨位 1.排水量吨位：船舶在水中所排开

8、水的吨位 空载排水量：船体和机舱部分重量质量之和，是船舶最小限度的重量 满载排水量：在密度1.025t/m3的海水中，满载吃水时重量，即船舶最大限度的重量 实际排水量：船舶每个航次载货后实际的排水量 2.载重吨位：船舶在运营中能够使用的载重能力 总载重吨：包括货，燃料，滑油，淡水等储备消耗物资 净载重吨：只包括客，货的重量B.容积吨位：以体积折算的吨位，用于船舶登记，又叫登记吨位 总吨位：指船舶内部所有封闭容积 净吨位：指从总吨位中扣除机舱、船员生活舱室、压载舱等直接供船舶航行需用部分的吨位后余下的吨位。3. 主要船舶的特点：杂货船:吨位小、机动灵活,舱口舱内空间大集装箱船:干舷高、船体窄、航

9、速快、装卸效率高散货船：吨位大、吃水深、仓口大、单层甲板油船:吨位大、吃水深、装卸效率高河船、海船3、 港口装卸工艺3.1货物在港内的作业方式1.换装(装卸过程)：货物从进港运输工具上卸下到装上出港运输工具的全过程，也叫换装过程2.操作过程：根据一定的装卸工艺完成一次货物的搬运过程3.直取作业：只经一次操作（一个操作过程）即可完成全部装卸过程的作业方式，也叫直取作业4.装卸工艺：货物在港内装卸、搬运的方法和程序5.作业线：按一定装卸工艺完成一定的操作过程的劳动力和装卸机具的组合3.3装卸工艺设计件杂货：门机+拖挂车+叉车/起重机集装箱：装卸桥+集拖车+龙门吊干散货：装/卸船机+皮带机+堆/取料

10、机液体货：泵+管道4、 码头及码头平面设计4.1港口规模确定1. 泊位数优化货物在港口换装总费用的组成港、船、货三部分泊位数优化：考虑港、船、客货各方面的因素，使得客货在港口转运的总费用最省。目标函数条件泊位数优化的基本方法与步骤：。泊位数 S 不同就导致 Cs 的变化，泊位数优化就是取 S 值使得 Cs 最小。调整 S 值使上式得到满足试算2. 港口泊位利用率：s就是泊位利用的天数与泊位总天数的比值。合适利用率的取值方法：设有n艘船在港则： nS 时，泊位利用的天数即为船天数 nFn,有空泊位,无船待泊 nS 时，泊位全部被占用，泊位利用天数为SFn，有船待泊3. 船舶到达分布：随机性、规律

11、性泊松流：相继到达的两艘船舶的间隔时间 T服从指数分布4. 船舶占泊时间分布：从靠泊到离开的总时间 T ，一般服从指数分布或者2阶爱尔兰分布5. 港口服务系统的排队模型到达分布/占泊时间分布/泊位数/排队长度的限制M/M/S/排队模型的条件 第一，船舶按泊松流到达港口； 第二，船在港装卸占泊时间服从指数分布； 第三，船一到港，只要有空闲泊位就必须停靠，不得等待特定泊位，并按先到先靠的原则进行排队，不得插队； 第四，当船舶足够多时，不论排队多长，船舶不得中途离港。4.2 减少船舶在港时间措施增建泊位投资新建码头泊位。增建码头泊位、提高泊位装卸效率提高装卸效率非常有效的措施，尤其适用于老港口改造泊

12、位组营运调度、生产管理。把可以统一进行装卸的一些泊位组织在一起统一调度管理，称为泊位组。速遣不增加任何设施部分船舶可迅速离港。将几个泊位的设备集中使用，使某些船只迅速离港的调度方式 各种措施的特点、效果4.3 码头布置型式 1.按贸易、用途、货种、平面布置等分类方法 按贸易：内贸、外贸 按用途：客运、货运、客货兼用、工作船码头 按货种：件杂货、集装箱、油、干散货、渔码头 2.按平面布置分类：顺岸式、突堤式、挖入式、岛式及栈桥式、堤内式特点 3.突堤式：码头岸线与自然岸线成较大角度或垂直。 优：占岸线短，需建防波堤时，堤的长度短，便于管理 缺：阻碍水流，占水域大突堤式码头广泛用于海港中 4.挖入

13、式：码头港池在向岸的陆地一侧开挖而成。以往多用于河港或河口港，60年代以来也见于海港。小河船集疏，但不占深水岸线，海船运输。 5.岛式及栈桥式：一般为开敞式码头，不设防波堤，用于大型散货船、油船、液体化工船，解决船舶的吃水问题。码头远离岸边，与岸边无陆域连接 油码头 输油管埋在水底 6.堤内式布置：沿防波堤内侧布置码头 一般可节省投资，尤其是斜坡式防波堤更为明显4.4 港口陆域尺度 1.码头泊位三要素：长、宽、深 L=设计船型长度 Lc+适当的富裕量 B=设计船型宽度 Bc+适当的富裕量 D=设计船型吃水 T + 适当的富裕量 k 水体密度影响系数：海水k=1，淡水k=1.03(海船) Z1龙

14、骨富裕，与水底土质有关，淤泥0.2m，松砂0.3m， 夹砂块状土和密砂0.4m，岩石0.6m Z2波浪富裕 Z3吃水富裕，配载不均匀引起 Z4备淤富裕，不淤积的港口取0，淤积的港口不小于0.4m Z5浚深富裕，一般取0.30.5m 2.码头前沿高程：考虑因素：码头性质、船型、水位、陆域地形、波浪情况 上水控制标准：根据码头的重要性、作业特点等要求，在一定的潮位和波浪组合下，按码头面上水可接受的程度设定的码头前沿顶高程控制标准 受力控制标准：根据码头结构（尤其是透空式码头上部结构）在波浪作用下受力安全要求设定的码头前沿顶高程控制标准海港（有掩护、无掩护）、河港4.5 码头陆域布置1.件杂货码头：

15、种类繁杂、装卸机械类型多集装箱码头 ：专业化程度高、通过能力大干散货码头：进、出口的装卸工艺与平面布置差别大；对环境影响大2. 前方作业地带：作用、要求、常规尺度仓库、堆场 一线：保证船舶装卸连续不断地进行容量、面积 二线：面积由总容量、面积控制 布置：长方形、按泊位布置纵深：一般由土地利用条件决定。在条件允许情况下尽量大，以方便作业生产辅助区：靠近生产区生活辅助区：靠后方布置，与生产区分开环境、干扰5、 港口水域布置5.1 港口水深1. 停泊水深：2. 航行水深： Z0船舶航行时船体下沉增加的富裕水深，与船舶的大小和航行速度有关 3.港池水底高程=设计低水位-停泊水深 航行水域水底高程=航行

16、水位(乘潮水位)-航行水深5.2 航道1.轴线：布置原则风、浪、流(海港)：布置航道轴线时应充分考虑风的影响，水深的影响、岸边的影响。2.通航宽度：航迹带（船舶以风流压偏角在导航中线左右摆动前进所占用的水域宽度，称为航迹带宽度）、富裕5.3 锚地与回旋水域1.港口锚地：专供船舶停泊及进行水上装卸作业的指定水域2.按功能分类：引航、检疫、停泊、避风、过驳 按位置分类：港外、港内3.锚泊方式：各系泊方式的特点、单个锚泊位面积海港、河港 a单锚系泊为一圆域 优点：船受力小，可随风、流等转动。 缺点：占水域面积很大，且各锚泊位之间浪费一定的水域 b双锚系泊矩形水域 占水域面积较小，但船舶受力较差 c单

17、浮筒系泊圆域 占水域面积比单锚小得多，万吨级船一般在15万m2左右，同样具有船体受力小的优点，但制作、抛放浮筒费用较高 d双浮筒系泊矩形水域 占水域面积小，但船舶受力较差 4.选址要求：土质、水深、面积、风、浪、流、建筑物的影响 尽量临近航道出入口，但锚地边缘距航道边线不小于23倍船长； 水深及水域足够； 土壤良好，易着锚，不走锚，不淤锚； 便于船舶寻找，方便设标； 风浪小，流缓。5. 回旋水域和制动水域的确定回旋水域：供船舶调头或回旋转向所需的水域，一般为一个圆域.（掩护条件、水流条件、借助码头或转头墩）制动水域：对有防波堤的港口，为了保证船舶进港后制动，不致发生事故，从防波堤口门至建筑物（

18、沿航向）之间要有足够的距离（船舶初速度、装载状况）5.4 港池突堤式码头港池尺度（长度、宽度、水深）水深：与航道设计水深一致长度：与泊位适应码头一侧连续布置的泊位数宽度：保证船舶方便地靠离码头，与突堤的泊位数有关 对于连续布置3个泊位的港池，港池宽度可取为： 拖轮帮助不掉头1.0 船长 船舶自航不掉头2.0 船长 拖轮帮助掉头1.5 船长5.5 港内泊稳标准及波况估算1.泊稳标准：限制船舶运动量(实质)限制码头前沿允许波高(实际)码头装卸作业、上下旅客，都要求船舶平稳，颠簸小，港内泊稳标准实质上就是限制船舶运动量。实际中测定和估算船舶运动量有困难，因此都以码头前沿允许波高为标准来确定是否影响装

19、卸作业。波高与船运动量成正比关系。确定允许波高主要考虑：船大小，作业性质和船的受浪条件2. 波浪绕射：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的现象 算法单口门、多口门：绕射后的波高Hd与口门处入射波高H之比值叫绕射系数Kd Hd =KdH3.港内折射：港内水深变化大的情况下考虑 口门处的波浪分布绕射、折射计算点的波浪分布5.6 外堤（防波堤）布置1.布置原则：波稳、水域面积、淤积、造价、发展 1、满足港内泊稳条件 2、港内水域足够 3、防止或减少港内淤积 4、留有发展余地，便于港口发展 5、充分利用当地地形，防波堤尽量布置在浅水区，减少投资2. 口门：位置、数量、方向、宽度 位

20、置：布置在水深较大处，便于进出，减少淤积 数量：一般设两个口门 方向：与强风、强浪向最好有一夹角，30度60度 宽度：在口门处不允船舶锚泊或超船，只能单船进、出。口门在垂直航道轴线方向的 宽度（有效宽度）一般为11.5LC。口门不宜太宽，宽了对港内泊稳不利，也不宜太窄 ，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3节之内3. 轴线：直线、方向、位置、转弯时的凹凸方向风、浪、流、泥沙 1、尽量布置成扩散或使波浪一进入口门立即减弱 2、尽量采用直线，便于施工，必须转弯时转向角尽量小，一般60度，在转弯处用弧线连接 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）与堤轴线

21、避免正交，以减少堤受的波压力 4、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4.优化设计：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，增加了码头工作天，一般来说建堤越长其掩护效果就越好建堤增加港口作业时间增加效益设=建堤增加的效益-建堤投资，不同的防波堤布置方案有不同的值，对应于最大的值即为最佳方案。7、 港口总体规划7.1 港口规划及其层次1.港口分代： 第一代：活动相对独立、功能相对单一 第二代：各部门联系逐步密切、协调发展 第三代：功能齐全，成为国际贸易的综合运输中心和后勤基地 第四代：

22、绿色港口、科技港口、面向供应链体系的服务型港口、港口之间的协同关系成为主流 2.港口规划的层次： 布局规划：货流分配、各类港口的数量与布局、集疏运国家级 港口总体规划：一个港口的具体发展规划主要规划内容港区（详细）规划：一个港区的具体发展规划 （1）现状分析与评价：港口及建港条件； （2）预测/论证运量、船型； （3）论证港区的功能、定位和发展方向； （4）集输运规划，装卸工艺确定； （5）提出恰当的水域、陆域布置方案； （6）提出环保、配套设施规划； （7）论述与相关规划的关系； （8）提出规划实施意见与建议。7.2 港口建设项目可行性研究 港口建设的程序 （一）开展工程预可行性研究，编制项

23、目建议书；（二）根据批准的项目建议书，进行工程可行性研究，编制可行性研究报告；（三）根据批准的可行性研究报告，编制初步设计文件；（四）根据批准的初步设计，编制施工图设计文件；（五）根据批准的施工图设计，组织项目监理、施工招标；（六）根据国家有关规定，进行施工前准备工作，并向港口行政管理部门办理开工备案手续；（七）备案后组织工程实施；（八）工程完工后，编制竣工材料，进行工程竣工验收的各项准备工作；（九）港口行政管理部门按权限组织竣工验收。前期工作阶段：预可行性研究、项目建议书、规划，地质初探、工可设计施工阶段：初步设计、地质详探、施工图设计、施工试投产阶段：竣工验收、试运行7.3 港址选择1. 基本要求： 总体布局要求：先决条件 发展要求：利于起步、便于发展 航运、停泊要求：水域、水深、冲淤、风、浪、流、地质 岸线、陆域要求：长度、面积、地形 集疏运要求：与腹地的连接 施工条件：建材供应、三通条件、施工难度