港口与航道工程中的港口设计与航道布局优化研究

港口与航道工程中的港口设计与航道布局优化研究

牛雨霞

天津中海工程管理咨询有限公司   天津  300450

摘要：港口航道规划与设计的优化需要综合考虑诸多因素，船舶特性、水文条件、浪涌影响、环境保护等。通过运用先进的技术和优化方法，可以最大限度地提高航道的通航能力和安全性，减少事故风险和运行成本。港口航道规划与设计优化的研究将为港口运营和发展提供重要支撑，推动港口行业的可持续发展。

关键词：港口与航道工程；港口设计；航道布局；优化

前言：港口设计与航道布局优化研究是港口与航道工程领域的重要课题。在进行港口设计及航道布置时，要从我国经济发展需要、交通运输需要以及环保等方面来考虑，以保证港口及航道的安全高效运行。面对日益增长的国际贸易与航运需求，如何科学、高效地进行港口规划与航道布置，是提升港口运行效率、保障船舶安全和促进经济发展的关键。

1、港口航道规划与设计的重要性

1.1保障海上交通的安全性

良好的航道规划和设计可以确保船舶在进出港口时安全航行，减少事故和碰撞的风险。考虑到船舶的尺寸、水深、潮汐和水文条件等因素，优化航道设计可以提高船舶的航行安全性，减少交通事故造成的人身伤害和财产损失。

1.2提升港口的运营效率

航道规划与设计的优化可以提高港口的通航能力和装卸效率。通过合理规划航道，最大限度地利用水域资源，增加船舶进出港的通航能力，减少排队等待时间，提高港口货物吞吐量和作业效率。这对于加强港口竞争力和提高物流效益具有重要意义。

1.3降低运营成本和环境影响

合理的航道规划与设计可以降低港口的运营成本和对环境的影响。通过优化航道布局和水深设计，可以减少疏浚频次和疏浚量，降低港口维护和运营的成本。在环境保护方面，科学规划航道可以减少沉积物堆积、水质污染和生态系统破坏，保护海洋生态环境。

1.4促进港口可持续发展

良好的航道规划与设计是港口可持续发展的基础。适应快速变化的船舶尺寸和技术发展趋势，合理规划和设计航道，能够满足未来的需求和挑战，提高港口的适应性和竞争力。

2、港口前期规划

2.1港口规划原则

港口建设需要遵循一定的原则，以下是对港口规划原则的简要介绍：

(1) 港口公用码头的建设，应符合国家关于经济建设的法律法规，对港口建设的各项政策、技术、经济、资源的合理利用，节约土地，节约能源；二是节约用水，强化环保、劳动安全、卫生等相关法规。

(2) 港口通用泊位的建设，宜选用先进成熟的装卸工艺及装备，以提高工人的劳动效率，改善工人的劳动环境，提高经济效益。

(3) 港口通用泊位建设要按照港口总体布置规划，统筹安排，分期建设，妥善处理近、远关系，给发展留出一定的空间。

(4)港口布局规划，要做到对水域和岸线的有效利用，码头前沿、库场、集疏运等各个环节的吞吐量要相互匹配，协同发展，根据实际情况，灵活运用不同的集疏运模式，尽早建成一个具有高装卸效率、集疏运畅通、配套设施较为完备的综合生产运输系统。

(5) 港口通用泊位的建设规模，须以预测年吞吐量为依据，以设计船型及货品种类为依据，统筹考虑资金状况、企业的经济效益等方面因素。

3、港口与航道设计与规划的优化方法

3.1航道轴线的平面布置

为保证船舶在航道中安全方便进出港口，满足良好的操船作业条件，提高航道通过能力，航道轴线的平面布置应符合以下要求：1）航道的轴线应该尽量顺直，避免反向连续转向。2）航道需要转向时，转向角应尽量控制在30°以内，超过30°时可根据具体条件适当加大转弯半径，加宽航道，减少航速或使用拖轮助航。3）在航道较长，且地形复杂的情况下，要经过数次转向时，要根据船舶性能、吨级、尺度、航道断面规模、导助航设备及自然状况等因素，在减少转向角度的同时，两个反向连续转弯段之间的直线段长度不宜小于5倍设计船长。4) 口门处的航道为一条直线，如因地势所限有弯曲时，可依前一段两个转折之间的直线距离来确定。5）航道选线应满足船舶航行安全要求，结合港口总体规划、当地自然条件、交通流、引航条件、工程量和维护费用等因素综合确定，并适当留有发展余地。6）口门有效宽度应根据航道近远期发展规模、当地波浪条件、水流条件、港内泊稳条件、航行安全等因素综合确定，不宜小于1倍设计船长，口门有效宽度底边线至防波堤的距离应满足防波堤稳定的要求。

3.2港口航道选择

港口航道的选择要根据港口地区的自然条件，然后选择最佳的位置，从而让港口航道适合船只通行，维持船只适合通行的水深。港口的航道也要满足相应的通行条件：第一，港口上游槽定线要建立在原来水里状态的基础以上，顺着河道主流刷出来的槽深度进行布线，同时还要在河道的弯度基础以上，根据自然的水流趋势设计；第二，建立通航的保障机制，采取相应的措施，维持航道水深在安全水平；第三，选择航道的轴线时，要考虑涨落潮流向，保证航槽的稳定性；第四，在港口航道选择中，先要了解具体港口冬季封港的时间，岸冰和浮冰出现和消失的时间等。

3.3船只与航道底边的间距

港口的航道通常由人工开凿，航道内外的深度差构成了航道，当船舶通过狭小的航道时，必须设置一段距离，以避免因船舶靠岸而造成的搁浅。在大量的数据调研和多年的实践中，我们发现，岸边吸附现象与河道宽度、船舶速度、水深等因素有关，因此，应依据上述因素，对码头间距进行合理的设计，以确保港口航道的安全。海岸吸附的特征是：近河床侧壁的边壁受到最大的力，使得船舶的航向控制变得困难。河道过窄时，也极易产生岸边吸附。船舶通过时，若速度太快，便极易出现岸边吸附现象。另外，如果船比较大的话，对海岸的吸力也会很大，通常情况下，船与船之间、船与航道底边线之间富裕距离根据船舶航速、船舶类型确定，通常取0.5~1.5倍设计船宽。

3.4航迹带宽度

由于受到流和风等影响，船舶的航迹要与航道保持平行是较为困难的，就算在无流和风的情况下航行，船舶也会在螺旋桨的致偏作用影响下产生船舶首向右或左偏转的现象，这时需要对舵角进行操纵才能够保持航向，因此，船舶在航道中的航迹是在导航中线左右摆动的蛇行路线，航迹带宽度根据横风风力、横流流速、船舶尺度综合计算确定，根据长期的经验总结得出：航迹带宽度一般取2.0~4.5倍设计船宽。

结束语：港口航道规划与设计的优化是一个复杂而又关键的课题，需要综合考虑众多因素，并运用科学技术的手段进行分析和决策。通过持续的研究和创新，在港口航道规划与设计的优化中能够不断提升效率、安全性和环保性。这将为港口行业的可持续发展和海上交通的畅通作出重要贡献。

参考文献

[1]姚令燕.港口水域航道合理规划的具体设计实施分析[J].科技资讯,2019,17(16):54+56.

[2]罗红苗.港口水域航道合理规划设计研究[J].珠江水运，2014，12：31-32.

[3]魏龙飞.关于港口水域航道合理规划设计探究[J].农业科技与信息,2017(16):116-117.