港口规划与布置课程设计计算书.docx

港口规划与布置课程设计港口规划与布置课程设计学院： 海洋环境与工程学院 专业： 港口航道与海岸工程 姓名： 班级： 学号： 目录第一章：原始资料的整理与分析一、地形、地质资料 . 2二、水文与气象资料. 2三、经济资料. 3四、设计依据. 4第二章：码头总体规模设计一、港址选择. 4二、码头泊位长度. 4三、码头泊位数. 7第三章：港口水域设计一、港池、船舶制动水域、回旋水域和前沿停泊水域设计. 8二、锚地设计. 9三、航道选线和进出港航道宽度计. 11四、码头前沿水深.12五、防波堤和口门布置.14第四章：港口陆域设施设计一、港区陆域分区布置. 15二、码头前沿作业区设计.15三、码头后方作业区设计.16四、码头库（场）面积计算.16第一章：原始资料的整理与分析一、地形、地质资料 本设计采用的地形图如图1所示，其地质情况为软基，年回淤量（厘米/年）为12厘米/年。如图所示，此地区陆域宽广，水域宽阔，水深适宜，足够布置船舶回转、制动、港内航行、停泊作业、锚地和港池等水域。水域有一定的天然掩护，与陆地形成一个小型的港湾，十分适合建港。此外，该地区右侧陆地陆域广阔，岸线充足且较为平整。上部毗邻内陆河道，方便港口与内河水网相连接，可充分利用水运集疏运条件。故拟在该地区右侧陆域建造顺岸式码头。图1 地形图二、水文与气象资料（一）半日潮型平均潮差3.6米（二）潮位历史统计资料 潮位历史统计表 表1潮位间隔出现次数潮位间隔出现次数4.194.0021.791.604863.993.80191.591.404793.793.60861.391.205223.593.401881.191.005273.383.203390.990.805243.193.005150.790.604562.992.806080.590.403552.792.606470.390.202352.592.406090.190.001242.392.205010.010.20572.192.004940.210.40171.991.804960.410.602潮位单位：米故潮位3.383.20m为H4%，在本设计中令H4%=3.38。（二）风况统计资料风况统计资料 表2风向总次数最大风速m/s风向总次数最大风速m/sN46719.2S30911.2NNE52321.0SSW18414.0NE8816.2SW24916.3ENE778.4WSW11712.7E21817.5W11416.9ESE21414.1WNW18517.8SE22212.3NW16918.2SSE23217.3NNW36818.0（四）港口作业天数恶劣天气13/天年营运天：348天三、经济资料（一）吞吐量、集疏运方式吞吐量、集疏运方式统计表 表3货品吞吐量集疏运方式杂货合计201铁路、公路各占50%进口（80%入库、20%入场）111出口（50%入库、50%入场）90适箱货（占杂货合计百分比）25%矿石合计1250入场1250皮带机水水直取（锚地）无驳船煤炭合计290入场210皮带机水水直取（锚地）80驳船钢材合计无公路出口（入场）无 注：未来二十年，杂货吞吐量可能有成倍增长由表3分析可知，本设计中的主要货物品种为杂货和矿石，属于件杂货、散货多用途码头。其中，杂货中有25%的适箱货，即有20125%51万吨货物由集装箱船运输，150万吨货物由杂货船运输。因此拟把杂货泊位设置成箱货两用码头，在码头前沿配备箱货两用起重机（装卸桥）。（二）设计船型 设计船型概况 表4船型吨位杂货1万煤炭2.5万矿石2.5万集装箱1万驳船1000吨，Lc*Bc*Tc62*11*26载重量利用系数0.9（三）营运系数营运系数表 表5 单位杂货矿石煤炭集装箱钢材泊位月通过能力万吨3.436190.8万TEU5堆堆存量吨/平方米22064库堆存量吨/平方米1堆存期天102020510运量月不平衡系数面积利用率0.750.8 注：（1）水水能力为码头能力的20%。（2）除上表所列参数外，其余均有设计人员自行确定。四、设计依据本设计以中华人民共和国行业标准海港总平面设计规范(JTJ 211-99)为主要依据，并按照中华人民共和国行业标准海港水文规范（JTJ 213-98）、人民交通出版社出版的港口规划与布置教材等相关文件的有关规定进行设计。第二章：码头总体规模设计一、港址选择根据海港总平面设计规范(JTJ 211-99)中有关港址选择的相关规定，并结合地形图（见图1）综合考虑。本设计拟在三面陆地环绕而成的天然海湾中建设码头，采用顺岸式布置形式。该地区右侧陆地陆域广阔，岸线充足且较为平整，故港口陆域拟建在右上侧陆域，上部毗邻内陆河道，方便与内河水网相连接，可充分利用水运集疏运条件。二、码头泊位长度根据海港总平面设计规范(JTJ 211-99)中相关规定：4.3.7：当在同一码头线上（如图2）连续布置多个泊位时，其码头总长度宜根据到港船型尺度的概率分布模拟确定，也可按下式确定：端部泊位：Lb=L+1.5d中间泊位：Lb=L+d式中 Lb-码头泊位长度（m）； L-设计船长（m）； d-富裕长度（m）（见表6）图2 连续布置多泊位长度富裕长度d 表6L(m)230D(m)58-1012-1518-2022-2530根据海港总平面设计规范JTJ291-98附录A 设计船型尺度及典型船舶尺度中的有关规定（见表7、表8、表9）及原始资料（见表4）中相关数据可确定设计船型大小。杂货船设计船型尺度 表7 船舶吨级 DWT（t）设计船型尺度（m）总长L型宽B型深H满载吃水T1000（10001500）65115.34.42000（15012500）75126.85.23000（25014500）97157.96.15000（45017500）112179.27.010000（750111500）1532011.88.815000（1150116500）1622213.39.820000（1650122000）1752414.410.4注：DWT系指船舶载重吨（t）散货船设计船型尺度 表8船舶吨级 DWT（t）设计船型尺度（m）总长L型宽B型深H满载吃水T10000（750112500）1502011.08.515000（1250117500）1572112.39.320000（1750122500）1702313.410.030000（2250135000）1902614.610.840000（3500145000）2052916.211.850000（4500165000）2303217.512.770000（6500175000）2533519.313.8100000（75001105000）2603921.415.2120000（105001135000）2694224.217.0集装箱船设计船型尺度 表9船舶吨级 DWT（t）设计船型尺度（m）载箱数（TEU）总长L型宽B型深H满载吃水T4000（10005000）105168.05.820010000（500112000）1522212.88.820150015000（1200117500）1972515.89.850190025000（1750127500）2173018.910.7901150030000（2750132500）2373120.011.51501180035000（3250137500）2603221.012.01801210040000（3750145000）2703321.212.52101300050000（4500165000）2943521.813.330014800由表4，本设计船型吨位为：杂货船10000吨，散货船25000吨，集装箱船10000吨，驳船1000吨，故：设计船长：L杂货船=153m，L散货船=190m，L集装箱=152m ，L驳船=65m富裕长度：d杂货船=18m，d散货船=20m，d集装箱=18m，d驳船=9m由于两个相邻泊位的船型不同时，d值取较大船型的，即为d=d散货船=20m，故： 杂货船泊位：端部泊位：Lb=L+1.5d=153+1.520=183m中间泊位：Lb=L+d=153+20=173m散货船泊位：端部泊位：Lb=L+1.5d=190+1.520=220m中间泊位：Lb=L+d=190+20=210m集装箱船泊位：端部泊位：Lb=L+1.5d=152+1.520=182m中间泊位：Lb=L+d=152+20=172m驳船泊位：端部泊位：Lb=L+1.5d=65+1.520=95m中间泊位：Lb=L+d=65+20=85m三、码头泊位数船舶到港是随机的，每艘船在港装卸服务的时间也是随机的，这种随机服务系统可以用排队论方法进行计算。船舶到港，加入此时所有泊位都已停满，到港船舶依次排队待泊，泊位一空闲，立刻依次靠泊作业，作业结束即离开泊位。假设货源充足且船舶不断到达。通过泊位能力估算法估算泊位数，按下式计算：N=QPt式中，N泊位数；Q码头年作业量（t），根据设计吞吐量确定；Pt单个泊位的年通过能力（t）由原始数据分析得（见表3）：本港年杂货吞吐量150万吨，集装箱吞吐量51万吨，矿石吞吐量1250万吨，煤炭290万吨。杂货泊位年通过能力Pt杂货=3.412=40.8万吨，矿石泊位年通过能力Pt矿石=3612=432万吨，煤炭泊位年通过能力Pt煤炭=1912=228万吨，集装箱泊位年通过能力Pt集装箱=1012=120万吨。 N杂货=Q杂货Pt杂货=15040.8=3.68，为满足吞吐量任务要求，取N杂货=4（个泊位）N矿石=Q矿石Pt矿石=1250432=2.89，为满足吞吐量任务要求，取N矿石=3（个泊位）N煤炭=Q煤炭Pt煤炭=210228=0.92，为满足吞吐量任务要求，取N煤炭=1（个泊位）N集装箱=Q集装箱Pt集装箱=51120=0.425，为满足吞吐量任务要求，取N集装箱=1（个泊位）N驳船=Q煤炭水-水Pt煤炭水-水=8022820%=1.75，为满足吞吐量任务要求，取N驳船=2（个泊位）因此，本设计拟取11个泊位，分为多用途、矿石、煤炭三个港区。其中，集装箱泊位与杂货泊位一同构成多用途港区，码头前沿配有箱货两用起重机等相关装卸设备。由于未来二十年，杂货吞吐量可能有成倍增长，故而需在箱货两用港区预留4个泊位长度的陆域岸线和陆域面积，以便未来二十年内扩建码头所用。第三章：港口水域设计一、港池、船舶制动水域、回旋水域和前沿停泊水域设计根据海港总平面设计规范(JTJ 211-99)中相关规定：4.2.1 港内水域包括港池、船舶制动水域（口门外）、回旋水域、码头前沿停泊水域等。各水域应根据具体情况组合设置，必要时可单独设置。4.2.2 船舶制动水域宜设在进港方向的直线上，布置有困难时，可设在半径不小于34倍设计船长的曲线上。船舶制动距离可取34倍设计船长。当进港条件较差时，对50000t级以上的重载船，制动距离可以适当加大，但不宜超过5倍设计船长。4.2.3 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、定位标志灯因素，可按表10确定。回旋水域的设计水深可取航道设计水深。船舶回旋水域尺度 表10适 用 范 围回旋圆直径（m）有掩护的水域，港作拖船条件较好，可借岸标定位2.0L无掩护的开敞水域或缺乏港作拖船的港口2.5L允许借码头或转头墩协助转头的水域1.5L受水流影响较大的港口，垂直水流方向的回旋水域宽度为（1.52.0）L；沿水流方向的长度为（2.53.0）L4.2.4码头前沿停泊水域为码头前2倍设计船宽B的水域范围（见图3）。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。停泊水域的设计水深按码头前沿设计水深确定。图3 码头前沿停泊水域4.2.5、4.2.810 顺岸码头前沿港池，当考虑船舶转头要求时，其宽度不应小于1.5倍设计船长。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放量等因素综合比较确定。当港池两侧均有泊位且沿港池方向布置两个以上泊位时，港池宽度不宜小于1.5倍设计船长；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（见图4），可采用3045。当航道离码头较远，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。图4 顺岸码头端部泊位港池底边线与码头前沿线的夹角故根据原始资料（见表4）可得:船舶制动水域长度=4L散货船=4190=760（m）回旋水域回旋圆直径=2.0L散货船=2.0190=380m则回旋水域面积按下式计算：S回旋水域=R2=3.141902=113354（m2）前沿停泊水域=2B散货船=226=52（m）前沿港池宽度=1.5 L散货船=1.5190=285（m）二、锚地设计土壤良好，易着锚，不走锚，不淤锚。锚地地质以软硬适度的亚沙土和亚粘土较好，其次是淤泥质沙土。应避免在硬粘土、硬砂土、多礁石与抛石地区设置锚地；水深及水域足够。港外锚地水深不应小于船舶满载吃水的1.2倍，波高超过2m,增加波浪富裕水深；风浪小，流缓，尽量避免在横流较大地区设置双浮筒锚地；港外锚池边缘距航道边线不应小于23倍船长；单锚或单浮筒系泊的港内锚地距航道边缘不应小于1倍船长，而双浮筒系泊时不应小于2倍船宽。 采用单锚系泊时，每个锚位所占水域为圆面积如图5所示，其半径可按下式计算：图5 单锚系泊水域尺度风力7级时， 风力7级时，式中，R单锚水域系泊半径（m）；L设计船长（m）h锚地水深（m） 单浮筒系泊水域的系泊半径（图6）可按下式计算： 图6单浮筒系泊水域尺度式中，R单浮筒水域系泊半径（m）；r由潮差引起的浮筒水平偏位（m），每米潮差可按1m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船尾与水域边界的富裕距离（m），取0.1L。锚地的锚位数取决于同时系泊的船数，可根据排队论的理论和数学模拟的方法推算。可按下式计算锚位数：An=n-S式中，n在港船舶艘数（包括港内和锚地）；S码头泊位数。本设计港内采用单浮筒系泊，则：杂货船锚地半径：散货船锚地半径：集装箱锚地半径：三、航道选线和进出港航道宽度设计航道选线应注意：避免船体受较大的横风作用；航道轴线应尽量避免与流速大于1kn的水流成较大夹角(1kn=1.852km/h=0.514m/s)；航道应尽量顺直，避免“S”形布置；在防波堤口门外应设不小于制动距离的直线段；充分考虑泥沙运动情况，避免严重的航道淤积4.8.7 航道由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（见图7）。由于本次设计中为单口门设置，故而航道选择双向航道设置，其宽度按下式确定。图7 航道有效宽度式中，W航道有效宽度（m）；A航迹带宽度（m）；n船舶漂移倍数，采用表11中数值；风流压偏角（），采用表11中数值；b船舶间富裕间距（m），取设计船宽B；c船舶与航道底边间的富裕宽度（m），采用表12中数值。满载船舶漂移倍数n和风、流压偏角值 表11风力横风7级横流V（m/s）V0.250.25V0.500.50V0.750.75V1.00n1.811.691.591.45371014船舶与航道底边间的富裕宽度c 表12项目杂货船或集装箱船散货船油船或其他危险品船航速（kn）666666c（m）0.50B0.75B0.75BBB1.50B由于设计资料缺少海流和航速相关数据，根据需要设横流V满足0.25V0.50，取n=1.69，=7。杂货船航速满足6kn，取c=0.50B，散货船航速满足6，取c=0.75B。设计中，考虑最大船型散货船，取B=26（m），L=190m。则有，A=n（Lsin+B）=1.69（190sin7+26）=83.07（m）W=2A+b+2c=283.07+26+20.7526=231.14（m）四、码头前沿水深根据海港总平面设计规范JTJ 211-99中规定，4.3.5 码头前沿设计水深，是指在设计低水位以下的保证设计船型在满载吃水情况下安全停靠的水深。其深度可按下式确定：D=T+Z1+Z2+Z3+Z4其中Z1采用表13的数值；龙骨下最小富裕深度Z1 表13海 底 底 质Z1（m）淤泥质0.20含淤泥的砂、含粘土的砂和松砂土0.30含砂或含粘土的块状土0.40岩石土0.60因为该地区水底为淤泥质土，故Z1取0.2其中Z2 以下式确定：Z2=KH4%-Z1由原始数据（见表1）得H4%=3.38由原始数据（见表2）计算16个风向的频率（%），同时列出最大风速（见表14）：风况频率统计表 表14风向NNNENEENEEESESESSES频率（%）12.5142.362.065.845.735.946.218.27最大风速（m/s）19.221.016.28.417.514.112.317.311.2风向SSWSWWSWWWNWNWNNW频率（%）4.936.663.133.054.964.529.85最大风速（m/s）14.016.312.716.917.818.218.0以此根据上表绘制该地区各风向风玫瑰图（见图8）：图8 各向风玫瑰图由风玫瑰图可知，从频率上来看，北风（N）和北北东风（NNE）在该选址占主导地位；从最大风速上来看，北风（N）、北北东风（NNE）和东风（E）的最大风速在该选址同样占主导地位。由此推断该地区波浪以顺浪为主，K=0.3故，Z2=KH4%-Z1=0.33.38-0.2=0.814（m）由于设计时只考虑最大船型满载吃水，所以T=10.8（m），散货船Z3=0.15（m），备淤富裕水深Z4=0.4（m）D=T+Z1+Z2+Z3+Z4=10.8+0.2+0.814+0.15+0.4=12.36（m）五、防波堤和口门布置根据海港总平面设计规范(JTJ 211-99)中相关规定：4.5.3 防波堤的布置，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（图9）。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。图9 防波堤布置的基本形式（a）单堤；（b）双堤；（c）多堤4.5.47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时，需要特别论证。同时，轴线位置应选择地质条件好、水深较浅的地方，有条件的可利用礁石、浅滩及岛屿等。防波堤的接岸点宜利用湾口岬角或海岸的突出部位。根据港口规划与布置教材相关规定：口门的航道中心线应与强风向和强浪向夹角设置为3035；口门宽度一般为11.5设计船长。一般设两个口门，其有以下优点：进出港可分口门，干扰少； 增强港内水域自净能力综上所述，根据本设计的实际情况，拟定采用双口门布置形式，并使防波堤的口门航道中心线与本设计强风向成约30夹角（见图10）。图10 防波堤布置示意图第四章、港口陆域设施设计一、港区陆域分区布置根据海港总平面设计规范(JTJ 211-99)中相关规定：4.10.1 港区陆域应按生产区、辅助区和生活区等使用功能分区布置。生产性建筑物及主要辅助生产建筑物宜布置在陆域前方的生产区，其他辅助生产建筑物及港区内的辅助生活建筑物宜布置在陆域后方的辅助区，使用功能相近的辅助生产建筑物和辅助生活建筑物宜集中组合布置。二、码头前沿作业区设计根据规定，件杂货码头生产纵深不宜小于250m，分别由以下三部分组成：（1）码头前沿作业地带，范围为自码头前沿至前方库（场），包括前沿通道及门机、货物接卸操作场以及库（场）前道路，其总宽度宜为4050m。码头前沿的装卸船作业可选用门机或船上吊机，矿石码头选用斗轮式卸船机。布置门机时，这一宽度为1415m；（2）前方库（场）区，包括库（场）及铁路（或公路）装卸作业带。考虑到道路及引道的占用，前方库（场）的长度一般为泊位长度减2030m，宽度取4060m，且在布置上尽可能与泊位对应；（3）矿石码头与件杂货码头基本相同，库（场）与生活、生产辅助区之间设置防护林。本设计中，前沿作业地带总宽度取50m，码头前沿设置门机，宽度为15m，前方库场根据泊位类型的区别减去20m，宽度取60m。三、码头后方作业区设计4.10.4 码头的陆域纵深应根据泊位性质、货种、货运量、装卸工艺及集疏运条件等综合分析确定。对杂货码头生产区纵深不宜小于250m，大中型集装箱码头生产区纵深不宜小于500m。有条件时，应预留发展余地，杂货港区一般在250600m。4.11.23 港区内生活和生产辅助设置应包括如综合办公室、前方办公室、码头水手间、食堂、医务室等一系列设施，然而本设计并不做具体考虑，故仅在码头后方设置生活和生产辅助建筑物及码头前沿的部分必要设施。四、码头库（场）面积计算由上述规定即可计算出本设计需要的库场面积，具体计算过程如下：根据海港总平面设计规范(JTJ 211-99)相关规定，件杂货、散货库（场）所需容量按下式确定： 式中，E库（场）所需容量（t）；Qh年货运量（t）；KBK库（场）不平衡系数；Kr货物最大入库（场）百分比（%），本设计取98%；Tyk库（场）年运营天数，取350365d；K堆场容积利用系数，对件杂货取1.0；对散货取0.70.9，本设计取0.8;tdc货物平均堆存期（d），可取715d，码头前方库（场）不宜超过10d；Hmax月最大货物堆存吨天；月平均货物堆存吨天。库场总面积利用率库 场 类 型Kk（%）大批量货物小批量货物单层库65756065双层库55655060堆场7080本设计取Kk=80%杂货单位有效面积的货物堆存量货物名称包装形式q（t/m2）库场杂货12矿石20（一）矿石港区堆场计算根据原始资料（见表5）：KBK=1.2前后方堆场面积计算过程如下：E=QhKBKKrTykktdc=12501041.298%3480.820=1056034.483（t）A=EqKk=1056034.483200.8=66002.16（m2）前方堆场：A前=（L b矿石-20）60=（210-20）60=11400（m2）所以，码头前方拟设置长度为190m，宽度为60m的堆场3个，共114003=34200（m2）。后方堆场：A后=A-A前3=66002.16-34200=31802（m2）318023190=55.79（m）所以，码头后方拟设置长度为190m，宽度为56m的堆场3个，每个10640（m2）。综上所述，拟在矿石港区码头前方设置3个面积为11400m2的堆场，码头后方设置3个面积为10640m2的堆场。（二）多用途（箱货两用）港区库（场）计算1 杂货码头仓库面积计算根据原始资料（见表5）：KBK=1.3前后方仓库面积计算过程如下：E=QhKBKKrTykktdc=（11180%+9050%）1041.398%348110=48983.10（t）A=EqKk=48983.1010.8=61228.88（m2）前方仓库：A前=（L b杂货-20）50=（173-20）50=7650（m2）所以，码头前方拟设置长度为153m，宽度为50m的仓库4个，共76504=30600（m2）。后方仓库：A后=A-A前4=61228.88-30600=30628.88（m2）30628.881534=50.04（m）所以，码头后方拟设置长度为153m，宽度为51m的仓库4个，每个7803（m2）2 杂货码头堆场面积计算根据原始资料（见表5）：KBK=1.3前后方堆场面积计算过程如下：E=QhKBKKrTykktdc=（11120%+9050%）1041.398%348110=24601.38（t）A=EqKk=24601.3820.8=15375.8