港口水域及外堤布置课程培训(ppt 35页)

1、第五章第五章 港口水域及外堤布置港口水域及外堤布置5.1 5.1 港口水深港口水深5.2 5.2 航道航道5.3 5.3 锚地与回旋水域锚地与回旋水域5.4 5.4 港池港池5.5 5.5 港内泊稳标准及波况估算港内泊稳标准及波况估算5.6 5.6 外堤布置外堤布置5.7 5.7 港口导航港口导航 5.1 5.1 港口水深港口水深5.1 5.1 港口水深港口水深 前面已述泊位水深，这里只介绍航行水深前面已述泊位水深，这里只介绍航行水深 h543210ZZZZZZkTh 其中其中Z0 0是船舶航行时船体下沉增加的富裕水深，与船舶是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，参阅

2、教材的大小和航行速度有关，参阅教材118118页图页图5-45-4。其它富裕的。其它富裕的意义同前，但注意有的富裕量取值不一样。意义同前，但注意有的富裕量取值不一样。 停泊水域水底高程停泊水域水底高程=设计低水位设计低水位- -泊位水深泊位水深 航行水域水底高程航行水域水底高程=航行水位航行水位- -航行水深航行水深 航行水位的确定是港口工程界极为关注的问题，通常可航行水位的确定是港口工程界极为关注的问题，通常可根据港口的船流密度确定每天需要的航行时间，再从潮位历根据港口的船流密度确定每天需要的航行时间，再从潮位历时曲线上确定航行水位时曲线上确定航行水位乘潮水位。乘潮水位。 确定乘潮水位确定乘

3、潮水位保证船舶安全进出港口；尽量减少投资保证船舶安全进出港口；尽量减少投资 例：我国某港口，航道长例：我国某港口，航道长3.5km，每天平均有一艘船进港，每天平均有一艘船进港，设计中航行水位取用设计中航行水位取用4小时的潮位小时的潮位3.09m。 实际上，设船舶航速实际上，设船舶航速4节，在航道内的航行时间为节，在航道内的航行时间为 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，则每天总的航行时间为，则每天总的航行时间为 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，设计中取小时的乘

4、潮水位已完全可以满足要求，设计中取4小时的小时的潮位就过于保守。潮位就过于保守。 若取若取3小时的潮位小时的潮位3.37m，差，差0.28m，挖泥量差，挖泥量差260000m3 。 5.1 5.1 港口水深港口水深海上航道轴线海上航道轴线 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：影响，另外还应考虑： 水深的影响水深的影响浅水中航行，舵向灵敏度低浅水中航行，舵向灵敏度低 岸边的影响岸边的影响沿岸边航行，船有向岸偏向的趋势沿岸边航行，船有向岸偏向的趋势5.2 5.2 航道航道进行航道布置时应遵循以下原则：进行航

5、道布置时应遵循以下原则： 避免船体受较大的横风、横流作用避免船体受较大的横风、横流作用 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离的直线段在防波堤口门外应设不小于掣动距离的直线段 充分考虑泥沙运动情况，避免严重的航道淤积充分考虑泥沙运动情况，避免严重的航道淤积 5.2 5.2 航航 道道航道有效宽度航道有效宽度航迹带宽度航迹带宽度A 船在水中航行受到各种因素的影响，不可能直线运行，船在水中航行受到各种因素的影响，不可能直线运行，总有一些偏向，称为总有一些偏向，称为“蛇形运动蛇形运动” 5.2 5.2 航航 道道 A=n (Lsin+ B) n

6、船舶漂移倍数船舶漂移倍数 风、流压偏角风、流压偏角 船舶为了克服风和流的影响，常使实际航向和真航向保船舶为了克服风和流的影响，常使实际航向和真航向保持持风流压偏角风流压偏角 船舶以风流压偏角在导航中线左右摆动前进所占用的水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，称为域宽度，称为航迹带宽度航迹带宽度船舶错船富余间距船舶错船富余间距b 船舶相遇错船时，为防止船吸现象，保证安全，船舶相遇错船时，为防止船吸现象，保证安全，两航迹带间应留有的安全距离两航迹带间应留有的安全距离b，不小于一倍船宽。，不小于一倍船宽。船舶与航道底边间的富余间距船舶与航道底边间的富余间距c 人工开挖的航道，航槽

7、内外水深差形成航槽壁，人工开挖的航道，航槽内外水深差形成航槽壁，船舶航行时为防止擦壁或搁浅船舷，与槽壁保持的船舶航行时为防止擦壁或搁浅船舷，与槽壁保持的距离。距离。 5.2 5.2 航航 道道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=5 5BC，双向，双向W=8 8BC 5.2 5.2 航航 道道航道有效宽度航道有效宽度W单向航道：单向航道：W=A+2c双向航道：双向航道：W=2A+b+2c航道转弯段航道转弯段 航道转弯是不可避免的，设计时应使转向角航道转弯是不可避免的，设计时应使转向角 尽量尽量小，转弯半径小，转弯半径R尽量大。尽量大。 R的取值与的取值与V，LC， 以及风、流

8、等因素有关，一般以及风、流等因素有关，一般弯道上弯道上V控制在控制在7 79 9节，并不受横风（浪）、横流，节，并不受横风（浪）、横流，这时可参考下列数值，这时可参考下列数值， 2525 ，R 3 3LC； =2525 3535 ，R 5 5LC； 3535 ，R 1010LC。 在航道转变处应加宽，加宽值在航道转变处应加宽，加宽值W的确定一般据船头的确定一般据船头到航道对面边缘的距离到航道对面边缘的距离1.51.5LC确定。确定。 5.2 5.2 航航 道道单双向航道的选取依据单双向航道的选取依据 单双向航道的选取根据港口营运的繁忙程度和航道单双向航道的选取根据港口营运的繁忙程度和航道长度长

9、度Lk而定。此外还与航速有关。而定。此外还与航速有关。 Lk 0.50.5vt 船在航道内不相会，单向航道。船在航道内不相会，单向航道。 Lk0.50.5vt 船在航道内必相会，双向航道。船在航道内必相会，双向航道。 v 航速；航速； 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。 5.2 5.2 航航 道道 锚地锚地 专供船舶停泊及进行水上装卸作业的指定专供船舶停泊及进行水上装卸作业的指定水域水域按位置分类：按位置分类：港外锚地港外锚地、港内锚地港内锚地（以防波堤为界）（以防波堤

10、为界）按功能分类：按功能分类： 引航锚地：引航锚地：等候引航员执行引航任务等候引航员执行引航任务 检疫锚地：检疫锚地：供外轮抵港后进行卫生检疫供外轮抵港后进行卫生检疫 停泊锚地：停泊锚地：船舶到离港的锚地，供船舶待泊、候潮船舶到离港的锚地，供船舶待泊、候潮 避风锚地：避风锚地：供船舶躲避风浪供船舶躲避风浪 过驳锚地：过驳锚地：供船舶在水上过驳作业供船舶在水上过驳作业5.3 5.3 锚地与回旋水域锚地与回旋水域 5.3 5.3 锚地与回旋水域锚地与回旋水域 船舶的锚泊方式船舶的锚泊方式 单锚系泊单锚系泊为一圆域为一圆域 优点：船受力小，可随风、流等转动。优点：船受力小，可随风、流等转动。 缺点：

11、占水域面积很大，且各锚泊位之间浪费一定的缺点：占水域面积很大，且各锚泊位之间浪费一定的水域水域 半径半径LC+ 6+ 6水深水深+30+30m 双锚系泊双锚系泊矩形水域矩形水域 占水域面积较小，但船舶受力较差占水域面积较小，但船舶受力较差 5.3 5.3 锚地与回旋水域锚地与回旋水域 单浮筒系泊单浮筒系泊圆域圆域 占水域面积比单锚小得多，万吨级船一般在占水域面积比单锚小得多，万吨级船一般在1515万万m2左右，左右，同样具有船体受力小的优点，但制作、抛放浮筒费用较高同样具有船体受力小的优点，但制作、抛放浮筒费用较高 半径半径LC+2525m 双浮筒系泊双浮筒系泊矩形水域矩形水域 占水域面积小，

12、但船舶受力较差占水域面积小，但船舶受力较差 长长 LC+5050m 宽宽 4 4BC 1 1个万吨级泊位占水域个万吨级泊位占水域2500025000m2左右左右 5.3 5.3 锚地与回旋水域锚地与回旋水域海港锚地多采用单点抛锚海港锚地多采用单点抛锚河港锚地一般采用单锚或单浮筒河港锚地一般采用单锚或单浮筒港内锚地多采用双浮筒港内锚地多采用双浮筒 5.3 5.3 锚地与回旋水域锚地与回旋水域 锚地位置锚地位置 锚地选址要求：锚地选址要求： 尽量临近航道出入口，但锚地边缘距航道边线尽量临近航道出入口，但锚地边缘距航道边线不小于不小于2 23 3倍船长；倍船长； 水深及水域足够；水深及水域足够； 土

13、壤良好，易着锚，不走锚，不淤锚；土壤良好，易着锚，不走锚，不淤锚； 便于船舶寻找，方便设标；便于船舶寻找，方便设标； 风浪小，流缓。风浪小，流缓。 5.3 5.3 锚地与回旋水域锚地与回旋水域ntstndtPF0, 锚地锚地规模规模 主要影响因素：泊位数、船流密度主要影响因素：泊位数、船流密度 按前述方法计算港口船舶数不多于按前述方法计算港口船舶数不多于n的累计概率的累计概率Fn即分布函数即分布函数 5.3 5.3 锚地与回旋水域锚地与回旋水域 回回旋水域旋水域 供船舶调头或回旋转向所需的水域，一般为一个圆域。供船舶调头或回旋转向所需的水域，一般为一个圆域。 有掩护时回旋水域直径有掩护时回旋水

14、域直径D 为：为： 双拖轮帮助双拖轮帮助D=1.51.5LC 一拖轮帮助一拖轮帮助D= 2 2LC 自航调头自航调头 D= 3 3LC 掩护条件差的港口掩护条件差的港口D适当加大适当加大 河港调头区垂直水流方向的宽度应满足上述要求河港调头区垂直水流方向的宽度应满足上述要求 5.3 5.3 锚地与回旋水域锚地与回旋水域 船舶掣动水域船舶掣动水域 对有防波堤的港口，为了保证船舶进港后掣动，不致发生事对有防波堤的港口，为了保证船舶进港后掣动，不致发生事故，从防波堤口门至建筑物（沿航向）之间要有足够的距离，故，从防波堤口门至建筑物（沿航向）之间要有足够的距离，为掣动水域，长度为掣动水域，长度 L 3

15、34 4 LC ，一般为直线，困难时可设在，一般为直线，困难时可设在 R 3 34 4 LC 的曲线上的曲线上洋山港区航道总平面布置5.4 5.4 港港 池池 5.4 5.4 港港 池池 突堤式码头自岸边伸入水域中，突堤式码头自岸边伸入水域中，突堤码头之间的水域突堤码头之间的水域 顺岸式码头前供船舶靠离作业的水域顺岸式码头前供船舶靠离作业的水域 突堤式码头港池尺度突堤式码头港池尺度 水深：与航道设计水深一致水深：与航道设计水深一致 长度：与泊位适应长度：与泊位适应码头一侧连续布置的泊位数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宽度：保证船舶方便地靠离码头，与突

16、堤的泊位数有关 对于连续布置对于连续布置3 3个泊位的港池，港池宽度可取为：个泊位的港池，港池宽度可取为： 拖轮帮助不掉头拖轮帮助不掉头1.0 1.0 船长船长 船舶自航不掉头船舶自航不掉头2.0 2.0 船长船长 拖轮帮助掉头拖轮帮助掉头1.5 1.5 船长船长5.55.5 港内泊稳标准及波况估算港内泊稳标准及波况估算 5.5 5.5 港内泊稳标准及波况估算港内泊稳标准及波况估算 港内泊稳标准港内泊稳标准 码头装卸作业、上下旅客，都要求船舶平稳，颠码头装卸作业、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簸小，港内泊稳标准实质上就是限制船舶运动量限制船舶运动量 实际中测定和估算船

17、舶运动量有困难，因此都以实际中测定和估算船舶运动量有困难，因此都以码码头前沿允许波高头前沿允许波高为标准来确定是否影响装卸作业为标准来确定是否影响装卸作业 波高与船运动量成正比关系波高与船运动量成正比关系 确定允许波高主要考虑：船大小，作业性质和船的确定允许波高主要考虑：船大小，作业性质和船的受浪条件受浪条件P137P137 波浪绕射波浪绕射 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续向前传播的现象 绕射后的波高绕射后的波高Hd与口门处入射波高与口门处入射波高H之比值叫之比值叫绕射绕射系数系数Kd Hd =KdH1 1、单突堤口门

18、的、单突堤口门的Kd 附录五附录五2 2、双突堤口门的、双突堤口门的Kd 附录五附录五3 3、多口门的、多口门的Kd：先求出各口门的：先求出各口门的Kdi，然后进行矢量迭加，然后进行矢量迭加 5.5 5.5 港内泊稳标准及波况估算港内泊稳标准及波况估算5.6 5.6 外堤布置外堤布置 5.6 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 1、满足港内泊稳条件、满足港内泊稳条件 2 2、港内水域足够、港内水域足够 3 3、防止或减少港内淤积、防止或减少港内淤积 4 4、留有发展余地，便于港口发展、留有发展余地，便于港口发展 5 5、充分利用当地地形，防波堤尽量布置在浅水区，减充分利

19、用当地地形，防波堤尽量布置在浅水区，减少投资少投资 5.6 5.6 外堤布置外堤布置 防波堤轴线布置防波堤轴线布置 1 1、尽量布置成扩散或使波浪一进入口门立即减弱、尽量布置成扩散或使波浪一进入口门立即减弱 2 2、尽量采用直线，便于施工，必须转弯时转向角、尽量采用直线，便于施工，必须转弯时转向角 尽尽量小，一般量小，一般6060 ，在转弯处用弧线连接，在转弯处用弧线连接 注意：尽量避免向外转弯，否则产生波能集中注意：尽量避免向外转弯，否则产生波能集中 3 3、主波向（强波向）与堤轴线避免正交，以减少堤、主波向（强波向）与堤轴线避免正交，以减少堤受的波压力受的波压力 4 4、避免港内波浪的反射

20、波射向码头、避免港内波浪的反射波射向码头 5 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 5.6 5.6 外堤布置外堤布置 口门布置及尺度口门布置及尺度 口门数量口门数量 一般设两个口门，其有以下优点：一般设两个口门，其有以下优点： 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 口门布置口门布置 布置在水深较大处，便于进出，减少淤积布置在水深较大处，便于进出，减少淤积 5.6 5.6 外堤布置外堤布置 口门方向口门方向 与强风、强浪向最好

21、有一夹角与强风、强浪向最好有一夹角 ，3030 6060 =9090 时，船受横风，不安全，但对港内水域平稳有利时，船受横风，不安全，但对港内水域平稳有利 =0 0 时，对港内水域平稳不利，且船受尾追风浪也不安全时，对港内水域平稳不利，且船受尾追风浪也不安全 5.6 5.6 外堤布置外堤布置 口门宽度口门宽度 在口门处不允船舶锚泊或超船，只能单船进、出。口门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）一般为在垂直航道轴线方向的宽度（有效宽度）一般为1 11.51.5LC 口门不宜太宽，宽了对港内泊稳不利，也不宜太窄口门不宜太宽，宽了对港内泊稳不利，也不宜

22、太窄 ，尤，尤其是不透水防波堤（或透水性差），还要将涨落潮流速控制其是不透水防波堤（或透水性差），还要将涨落潮流速控制在在3 3节节之内之内 防波堤优化防波堤优化 优化概念优化概念 在海湾内建港总选择有一定自然掩护，波浪较小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，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。使港口停业。 建防波堤后，掩护条件改善，增加了码头工作天，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。一般来说建堤越长其掩护效果就越好。 5.6 5.6 外堤布置外堤布置设设 L堤长堤长 n 港区各泊

23、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工作天数之和为记建堤前后港口各泊位增加工作天数之和为 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（包括值（包括布置形式）最合理，也就是最优的堤长布置形式）最合理，也就是最优的堤长 5.6 5.6 外堤布置外堤布置 n计算计算 n为

24、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例：例：设建堤前码头处波高分布为：设建堤前码头处波高分布为：H3 3m，1010%；1 1mH3 3m，5050%；H1 1m，4040%。 若码头作业允许波高为若码头作业允许波高为1 1m，则：，则： 建堤前：建堤前：n1 = N4040%= 0.40.4N 设建堤设建堤L米后码头处绕射系数米后码头处绕射系数Kd = 1/31/3，则这时码头处的，则这时码头处的波浪分布为：波浪分布为： Hd 1 1m，1010%；Hd 0可能较难满足，尤其泊位少时更是如可能较难满足，尤其泊位少时更是如此。直观上看建堤无益，但加快了车、船周转，货流此。直观上看建堤无益，但加快了车、船周转，货流加快，对社会和国民经济是有益的，因此，尽管有时加快，对社会和国民经济是有益的，因此，尽管有时 0，国家