《港口水域布置》PPT课件.ppt

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1、第五章 港口水域布置,5.1 港口水深5.2 港内水域5.3 港口航道、锚地5.4 港内泊稳标准及波况估算5.5 防波堤布置5.6防沙、导流堤5.7港口导航,港口水域包括：船舶进出港的航道、转头水域、制动水域，过驳水转水作业和停泊的锚地水域以及港池、码头前水域等。各水域应根据具体情况组合设置，必要时可单独设置。外堤是防波堤、防沙堤、导流堤的总称。防波堤；防御外海波浪侵袭港池、码头前等水域为主要功能的水工建筑物，其所围成的水域水面平稳、水深足够，使船舶能安全进行装卸作业、停泊和进出港口。有时也兼防泥沙、水流及冰凌等对港口的侵袭。外堤除按功能分类外，也常按其所在位置，特别是按其与岸边的相对位置分为

2、突堤和岛堤。突堤是一端与岸连接，一端伸人海中的外堤。岛堤是两端均不与岸相连接的外堤。,第五章 港口水域布置港口水域,第五章 港口水域布置港口水深,5.1 港口水深 港口水深应该既能满足使用要求而又不过大，也就是要确定一个合理的富裕水深。这里只介绍航行水深 h,其中Z0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。其它富裕的意义同前，但注意有的富裕量取值不一样。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，再从潮位历时曲线上确定航行水位乘潮水位。,停泊水域水底高程=设计低水位-泊位水深航行水域水底高程=航行水位-航行水深,影响富裕水深

3、的构成因素,第五章 港口水域布置港口水深,乘潮水位是指船舶乘潮进出港口的某一潮位，并以该潮位作为航道和不包括码头前沿水域、锚地的港内水域的设计通航水位。乘潮水位应根据需要乘潮的船舶航行密度，港口所在地区的潮汐特征和疏浚工程量等因素，经技术经济论证确定。乘潮水位应根据每潮次船舶乘潮进出港所需的持续时间，选取每一个潮峰上与此延时相当的水位，按现行行业标准海港水文规范的有关规定进行统计，可取乘潮累积频率93%一95%的水位。注:当潮位受气象影响季节性变化较大时，对所选用的乘潮水位，应核算低水位月份的航道通过能力及其对港口正常营运的影响;乘潮水位的统计，应有一年以上的实测潮位资料。每潮次船舶乘潮进出港

4、所需的持续时间可按下式确定:,式中：tS每潮次船舶乘潮进出港所需的持续时间(h）;Kt时间富裕系数，取1.1一1.3；tI每潮次船舶通过航道的持续时间(h)，其中包括船舶间追踪航行的间隔时间;t2艘船舶在港内转头的时间(h);t3艘船舶靠离码头的时间(h）。,第五章 港口水域布置港口水深,第五章 港口水域布置港口水深,确定乘潮水位保证船舶安全进出港口；尽量减少投资。,例：我国北方某港口，航道长3.5km，每天平均有一艘船进港，设计中航行水位取用4小时的潮位3.09m。实际上，设船舶航速4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0.5h，则每

5、天总的航行时间为 t=0.5+2(安全系数)T2=2.4（h）即3小时的乘潮水位已完全可以满足要求，设计中取4小时的潮位就过于保守。若取3小时的潮位3.37m，差0.28m，挖泥量差26万m3。,5.2 港内水域 一、港池 1、长度：与泊位适应 2、宽度B（港池）B=设计船型宽度 Bc+适当的富裕量（=2Bc）港池宽度应根据船舶安全进出港池、靠离码头作业要求、岸线的合理利用和疏浚土方量等因素综合比较确定。对回淤严重的港口，根据维护挖泥的需要，此宽度可适当增加。顺岸码头前沿港池，当考虑船舶转头要求时，B1.5L;对多泊位连续布置的顺岸码头，当水域狭窄或疏浚困难时，经技术经济论证，可在码头两端设置

6、回旋水域，但B0.8L。,第五章 港口水域布置港内水域,港池两侧均有泊位且沿港池方向布置两个以上泊位时，B1.5L;当港池两侧为单个泊位或风向对船舶靠离作业有利时，可适当缩窄港池宽度。对有水上过驳作业的港池，应按过驳作业要求相应加宽。港池的设计水深宜与航道设计水深一致。港池和航道间的连接水域，应满足船舶进出港池的操作要求，其尺度可根据港池与航道间的夹角和船舶转弯半径确定。船舶转弯半径，自航为 3倍设计船长；拖船协助作业为 2倍设计船长。当船舶不能在港池内转头时，连接水域的尺度尚应满足船舶转头的要求，其水深宜与航道设计水深一致。顺岸码头端部泊位港池底边线与码头前沿线的夹角，可采用3045。当航道

7、离码头较远，并有拖船配合作业时，值可适当加大。港池顶端泊位的可不受上述规定限制。,第五章 港口水域布置港内水域,二、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L（34）LC，一般为直线，困难时可设在 R（34）LC 的曲线上。当进港条件较差时，对50000t以上的重载船舶，其制动距离可适当加大，但不宜超过5 倍设计船长。三、回旋水域 船舶回旋水域应设置在进出港口或方便船舶靠离码头的地点。其尺度应考虑当地风、浪、水流等条件和港作拖船配备、定位标志等因素，可按下表确定。回旋水域的设计水深可取航道设计水深。

8、对货物流向单一的专业码头，经论证后，其部分回旋水域可按船舶压载吃水计算。,第五章 港口水域布置港内水域,船舶自行操作掉头,5.3 港口航道、锚地一、进出港航道 1.航道选线的基本要求 应结合港口总体规划，适当留有发展余地。必须在满足船舶航行安全的前提下，结合当地自然条件、引航距离、航标设置、挖泥数量、施工条件和维护费用等因素综合分析确定。应全面分析当地自然资料，宜利用天然水深，避免大量开挖岩石、暗礁和底质不稳定的浅滩，并对航道泥沙回淤作出论证。通常情况下应减小强风、强浪和水流主流向与航道轴线的交角。单向或双向航道的选择，应根据船舶航行密度、进出港船型比例、乘潮条件、航道长度、助航设施和交通管理

9、等因素，经技术经济论证确定。,第五章 港口水域布置航道、锚地,2.航道轴线布置考虑的因素 风的影响：布置航道轴线时应充分考虑风的影响；水深的影响：浅水中航行，舵向灵敏底低；岸边的影响：沿岸边航行，船有向岸偏向的趋势；3.进行航道布置时应遵循以下原则 避免船体受较大的横风作用；航道应尽量顺直，避免避免多次转向（“S”形布置）。当受地形、地质条件限制必需多次转向时，宜采取减小转向角、加长两次转向间距、加大回旋半径或适当加宽航道等措施，使其达到设计要求。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；对有冰冻的港口，航道选线应注意排冰条件和冰凌对船舶航行的影响。,

10、第五章 港口水域布置航道、锚地,4.航道宽度 航道有效宽度由航迹带宽度、船舶间富裕宽度和船舶与航道底边间的富裕宽度组成。单船航迹带宽度 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“蛇形运动”。船舶为了克服风、流的影响保持航向，常使船舶实际航向与真航向保持一风流压偏角。船舶以风、流压偏角在导航中线左右摆动前进所占用的水域宽度称为航迹带宽度。,船船航行的S形路线,船舶真航向与风流压偏角,航道有效宽度,第五章 港口水域布置航道、锚地,式中：n船舶漂移倍数 风、流压偏角(。)；航道宽度W W 取值除了A外，两侧还留有实C，双向航道两道间留有安全距离 b取一倍船宽。比较标准的航道

11、宽度为：单向W=5B，双向W=8B。,第五章 港口水域布置航道、锚地,航道转弯 航道转弯是不可避免的。船舶在航道弯曲段航行，由于船舶在转向时的漂动和必须以投影宽度通过弯道，要求的宽度比电线段大。需要加宽的数值与转向角和转弯半径R 有关。航道转弯半径R 和加宽方式应根据转向角和设计船长确定。当1030，R=（35）L宜采用切角法加宽；当水域狭窄，切角困难时，经论证可采用折线切割法加宽;当30，R=（510）L，可采用折线切割法加宽。,航道转弯段加宽示意（a）切角法;(b)切割法n一航道转弯处采用折线切割法加宽的等分折线段数,第五章 港口水域布置航道、锚地,5.单双向航道的选取依据 单双自航道的选

12、聚根据港口营运的繁忙程度和航道长度LK而定。此外还与航速有关。图 LK0.5t 船在航道内不相会，单向航道。LK0.5t 船在航道内必相会，双向航道。t 最忙时一个方向航行船舶的时间间隔。由于t的随机性，单向航道常出现船等道的现象。6.航道水深 分通航水深和设计水深，应分别按下列公式计算：,第五章 港口水域布置航道、锚地,二、锚地 1.锚地规模 锚地的规模可根据排队论的理论和数学模拟的方法推算。对新建港口的锚地，其锚位数可根据港口的重要性，按在港船舶保证率90%95%相应推算锚位数;对扩建的港口，可近似地将扩建部分视为新建港口推算锚位数。2.锚地位置 应选在靠近港口、天然水深适宜、海底平坦、锚

13、抓力好、水域开阔、风、浪和水流较小，便于船舶进出航道，并远离礁石、浅滩以及具有良好定位条件的水域。必要时应进行扫海测量及底质取样等工作。锚地位置的选择应符合下列规定。锚地的边缘距航道边线的安全距离:港外锚地不应小于2-3倍设计船长;港内锚地采用单锚或单浮筒系泊时不应小于1 倍设计船长，采用双浮筒系泊时不应小于2倍设计船宽。,第五章 港口水域布置航道、锚地,港外锚地水深不应小于设计船型满载吃水的1.2 倍。当波高(H4%)超过2m时，尚应增加波浪富裕深度。港内锚地水深应与码头前沿设计水深相同。锚地底质以泥质及泥沙质为好，沙泥质次之。应避免在硬粘土、硬砂土、多礁石与抛石地区设置锚地。应避免在横流较

14、大的地区设置双浮筒锚地。2.锚地面积 锚地面积主要取决于锚泊位数量和系锚方式，单个锚泊位在各种系泊方式下所占面积不同。单锚系泊为一圆域（海港锚地）优点：船受力小，可随风、流等转动。常用于外海锚地 缺点：占水域面积很大，且各锚地间浪费一定的水域。,单锚系泊水域尺度,R单锚水域系泊半径(m);L设计船长(m);h锚地水深(m）。,第五章 港口水域布置航道、锚地,式中：R单浮筒水域系泊半径(m）;r由潮差引起的浮筒水平偏位(rn)，每米潮差可按lm计算;l系缆的水平投影长度(m),DWT10000t，取20m,10000tDWT30000t，取25m，DWT30000t可适当增大;e船尾与水域边界的

15、富裕距离(m），取0.1L。,单浮筒系泊圆域。占水域面积比单锚小得多，万吨级船一般在16万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。该系泊方式常用于港内锚地。,第五章 港口水域布置航道、锚地,双浮筒系泊矩形水域 长：s=Lc+2(r+)宽：a=4B,备注：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港内锚地多采用双浮筒,河港锚地布置图,第五章 港口水域布置航道、锚地,5.4 港内泊稳标准及波况估算一、泊稳标准 码头装卸作业，上下旅客，都要求船舶平衡，颠簸小，作业泊稳标准限制船体运动量，实际中有困难，因此都以码头前沿允许波高为标准。波高与船运动量成正比关系。确定允许波主

16、要考虑：船大小，作业性质和船的受浪条件。二、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。绕射后的波高H与口门处入射波高H之比值叫绕射系数Kd。H=KH 1.单突堤口门的Kd 2.双突堤口门的Kd 3.多口门的Kd：先求出各口门的Kd，然后进行矢量迭加。,第五章 港口水域布置泊稳标准与波况估算,船舶装卸作业的允许波高和风力,第五章 港口水域布置泊稳标准与波况估算,第五章 港口水域布置防波堤布置,5.5 防波堤布置一、防波堤布置原则 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.充分利用当地地形，防波堤尽量布置在浅水区，减少投资；5.留有发展余地，便于港

17、口扩建。二、防波堤布置的基本要求 1.防波堤的设置：应根据港口的使用要求、规模、船型和当地自然条件，经技术经济论证确定。2.防波堤的布置：应从港口总体布局出发，充分分析当地的风、浪、水流、泥沙、地质、地形、冰凌等自然资料，并应考虑建筑物对海岸的影响和航行条件以及对环境的影响因素确定。防波堤的建设应根据港口近期建设规模和水、陆域布置拟定分期建设程序。,4.防波堤轴线的线形：宜采用直线、向海方向的平顺凸曲线或折线。当必须布置成向海方向的凹曲线或折线时，应作必要的论证，并宜减小转折角度。5.防波堤的轴线位置：宜选在地质条件好、水深较浅的地方，有条件时可利用礁石、浅滩及岛屿。防波堤的接岸点宜利用湾口衅

18、角或海岸的突出部位。6.在近岸带流速较强的地区布置防波堤时，其位置及线型宜减少对水流的影响，避免在口门处形成强流或旋涡。,3.防波堤的组成：可根据自然条件和建设规模采用单堤、双堤或多堤组成的形态和防护系统。设计防波堤时，应对沿岸流及泥沙运动的强度进行详细分析，避免堤后水域发生严重淤积或冲刷，必要时应通过模拟试验验证。,防波堤布置的基本形式,第五章 港口水域布置防波堤布置,第五章 港口水域布置防波堤布置,三、防波堤口门 1.位置：布置在水深较大处，便于进出，减少淤积；2.口门数量：应根据船舶通航密度、自然条件和总体布置要求等因素确定。一般设两个口门，其有以下优点：进出港可分口门，干扰少；不同风、

19、浪向时从不同的口门进出；增强港内水域自净能力；可减轻港内淤积。3.口门方向 应与进港航道相协调，航道中心线与强浪向之间的夹角宜为3035；此外，应使强浪进港的主轴线不直射码头的主要部位或反射性较强的直立式岸壁。与强风、强浪向最好有一夹角，3060。=90时，船受横风，不安全，但对港内水域平衡有利；=0时，港内水域平衡不利，且船受尾追浪也不安全。,口门有效宽度,第五章 港口水域布置防波堤布置,4.口门平面布置的形式 可根据当地自然条件和航行特点采用正向口门或侧向口门。,5.口门宽度 在口门处不允船舶锚船或超船，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11.5L。口门不宜太宽

20、，宽了对港内泊稳不利，也不宜太窄（任何时候不小于设计船长），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。,第五章 港口水域布置防波堤布置,各种结构型式的口门有效宽度,第五章 港口水域布置防波堤布置,四、防波堤轴线布置 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一小，一般60，在转变处用弧线连接。尽量避免向外转弯，否则产生波能集中。3.主波向（强波向）与堤轴避免正交，病尽量缩短与当地最大波向正交的长度，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。,第五章 港口水域布置防波堤布置

21、,四、防波堤优化 1.优化概念 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。设:L堤长；n 港区各泊位工作天数之和。显然，nL 但n=f(L)不是一个简单的函数。记建堤前后港口各泊位增加了工作天数之和为n 则有：L长n增大收入增加，记为P L长投资增大，以D表示建堤费用。净收益：=P-D 0 建堤是有益的。当L达到某一长度时，达到max，这时的L值最合理，也就是最优的堤长。,第五章 港口水域布置防波堤布置,2.n计算 n为建堤前后码头工作天数之差。设建堤前码头处波

22、高分布为：H3m，10%；1H3m，50%；H1m，40%。若码头作业允许波高为1m，则：建堤前：n1=N40%=0.4N 又建堤L 米后码头处绕射系数，Kd=1/3，则这时码头处的波浪分布为：Hd 1m，10%；Hd1m，90%。n2=0.9N n=0.5N=182.5（天/年）3.P计算 P=nBR(D,O)S 式中：B装卸一吨货收益（纯收益），元/t；R装卸能力，吨/泊一天。,第五章 港口水域布置防波堤布置,4.计算 设防波堤总投资为C，使用年限为m，现金年利率为i。有了以上P和，可得=P-D 实际中，0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，货流加快，

23、对社会和国民经济是有益的，因此，尽管有时0，国家适当拨款建设。,第五章 港口水域布置防波堤布置,第五章 港口水域布置防沙、导流堤与港口导航,5.6防沙、导流堤 对受径流影响较小的河口港、泻湖内港口以及挖入式港口，当在其出海口附近海岸，波浪和海流等动力作用较强、沿岸输沙量较大或入海径流及潮流不足以维持拦门沙段的航道尺度时，经技术经济论证后可设置防沙、导流堤。具体布置（略）5.7港口导航（略）1.浮标 2.导标 3.灯塔 4.船舶通航服务站,防沙、导流堤平面布置的主要形式,思考题1.港口水域包括那些？2.何为乘潮水位？确定的原则？3.进出港航道的布设要求与原则？4.航道宽度如何确定？5.锚地的规模、位置和水域面积大小怎么确定？6.防波堤布置原则、要求？口门的设置？,第五章 港口水域布置思考题,