港内水域

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什么是港内水域

  港内水域是指防波堤所掩护的水域,包括港内航道、回旋水域、港内锚地和码头前水域(或港池)。港内水域要求流速小,水面平稳。在天然掩护不足的地点修建海港,需建造防波堤,以满足泊稳要求。[1]

港内水域的组成及其功能[2]

  港口总平面布置由于水深、掩护、陆域条件和规模的不同,港内水域布置形式也是多种多样的。海港港内水域按其功能可划分为船舶制动水域、船舶回转水域、泊位前停泊和码头前船舶靠离岸的操作水域、港池航道的连接水域以及港内装卸锚地等,见图。

港内水域功能划分图

  上图并非是实际港内水域的布置形式,而是为说明港内水域功能的例图,规划设计时应将不同功能的水域集中设置,以充分利用港内水域降低工程造价

  (一)船舶制动水域

  船舶进港时为克服横向风、流的影响,必须保持一定的航速以维持舵效,见图。

船舶航速与舵效关系图

  船体承受横向风、流合力为P,按船舶静力学原理,作用在船舶重心处可简化成横向力Pv及回转力矩Mp,为保持船舶航向就必须保持一定的船速V(以相对水流速度V来表示)以维持一定的舵效。当采用平衡舵角α时,在舵叶上产生水平舵力R及垂直舵力F,此时在船舶重心G处产生抵卸回转力矩的稳定力矩MF。按船舶静力学对10000~100000吨级船舶进行受力分析,得到的结果是:要使船舶进港时保持10°的风、流偏角,舵角α采用10°~15°,在6级横风1.0kn横流作用下,进港船舶应保持6kn-8kn的航速,这也符合驾驶人员关于船舶一般按低速进港,在困难条件下也要考虑中速进港的经验。

  船舶以航速V进港后,为停靠泊位或转向必须减低船速乃至静止,这个过程是船舶的制动过程,这段水域称作制动水域,港内最小的制动水域是指船舶进港后采用全速倒车克服船舶前进惯性时所需的水域长度,其宽度要满足船舶制动过程中随舵效减弱横向风影响加大和螺旋桨侧压力所引起船舶横向漂移的距离。

  (二)船舶回旋水域

  是指船舶转头出港或回旋转向所需的水域。其尺度与回转性能有关,图表示船舶回转运动的轨迹及其特征。船舶回转可分为三个阶段:

船舶回旋水域图

  1.转舵阶段(1~2)——从开始转舵1至规定的舵角2,由于船体惯性很大,转舵时间很短,船体尚未及产生侧向速度和回转角速度,因此船舶基本仍沿原航向运动。

  2.过渡阶段(2~3)——是船舶结束转舵进入定常回转运动的过程。此阶段由于舵力的影响,在船体重心处侧向速度和回转角速度发生作用,开始克服船舶沿原航向运动的惯性力,此时船舶出现向转舵相反方向运动的趋势,其反横距为L3当船舶转向至90°后(3的位置)为定常运动,其正横距为L2

  3.定常回转阶段(3~4)——此时作用在船体上的力和力矩达到新的平衡,船舶以一定的侧向速度V^\prime和回转角速度ω绕固定点作圆周运动,其定常回转直径为DC,与原航向距离为回转直径Dr

  对于少数具有天然水深水域开阔的港口,船舶可自航转头,但大多数的人工港是借拖船协助转头,个别中小港口当缺乏拖船时也有利用当时的风、流条件运用船舶的车、舵、锚配合作业的方式进行船舶转头。船舶回转水域习惯用数倍设计船长为直径的内接图来表示。

  (三)泊位前停泊和船舶靠离岸的操作水域

  一般人工开挖的港口,为节省疏浚量多按使用功能将泊位前水域分为船舶停泊和操作两部分。

  1.泊位前停泊水域:其深度应保证在设计低水位船舶满载时能安全停靠,并备有各项富余水深。其宽度一般选用2倍设计船宽,但对回淤强度较大的泊位,尤其对淤泥海岸有浮泥运动的港口,泊位前的停泊水域宽度要适当加大以利维护挖泥。

  2.泊位前船舶靠离岸操作水域:其深度应保证在乘潮水位时船舶能安全靠离岸作业,并备有各项富裕水深。其宽度按港作拖船配备的情况和不同操作方式来确定,如当地横向风较强时为保证船舶靠离岸作业的安全,应尽量考虑船舶可调头靠离岸作业,其宽度B不宜小于1.5倍的设计船长。

  (四)港池与航道的连接水域

  系指顺岸码头和突堤码头港池与航道连接段的水域。其功能是保证船舶安全的进出港池,一般情况下考虑船舶自航转向进出港池,在困难情况下也可按用拖船协助转向进出港池考虑。对突堤码头前港池的连接水域多兼顾出港船舶在此转头的需要

  (五)港内装卸锚地

  为利用港内良好的掩护条件,为提高港口吞吐能力和调节泊位不足的问题,有些港口利用港内空闲水域设置港内装卸锚地。为节约占用水域,多采用单、双浮筒锚地的形式。设计中应注意锚地解系时的作业条件和锚地距航道和码头的安全距离。

参考文献

  1. 周素真.港口航道工程学.中国水利水电出版社,2000.05
  2. 海港工程设计手册 (上册).人民交通出版社,2001年04月第1版
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