（交通信息工程及控制专业论文）中日港口航道水深设计标准比较研究.pdf

中文摘要 摘要 水路运输是综合运输体系的重要组成部分，是国民经济的基础产业之一。我国 加入w t o 后，航运业将面临前所未有的机遇和挑战。面对这种局面，我国政府和 航运企业不断探索新的发展思路，充分分析利弊所在，了解自身优势与不足，制 定相应的法规与措施，兴利除弊，使我国航运业尽快走上良性发展的轨道。本论 文正是从我国海港总平面设计规范出发，研究探讨我国规范中的航道水深， 结合日本港湾。施毅。技衍上。基毕- 同解巍规范中相应的尺度进行对比，比 较研究两国规范在港口航道设计尺度的差异性。 本文通过研究中日两国海港总平面设计规范和港湾。施毅口) 技衍上刃 基毕- 同解说，对中日两国港口航道设计标准进行探讨，选取中日两国共有的设 计船型，对两国规范中要求的航道水深进行计算，并分析计算结果。充分运用o r i g i n 绘图软件对计算结果进行绘图，对中日两国规范航道水深进行比较研究。论文通 过对中日航道规范设计标准进行对比，分析了不同船型在两国规范的标准下所需 要的航道水深设计尺度，对比分析两国所需尺度的差异，在分析研究的基础上，结 合我国港口航道的实际情况，提出了合理的发展对策和措施建议，以实现我国内 河航运的快速、稳定和可持续发展。 关键词：比较研究；港口航道设计规范；设计水深 英文摘要 c o m p a r a t i v es t u d y o nt h ep o r tw a t e r w a yd e p t hs t a n d a r d s o fc h i n aa n d j a p a n a b s t r a c t s e at r a n s p o r t a t i o ni sa l li m p o r t a n tc o m p o n e n to fc o m p o s i t i v et r a i l s p o r ts y s t e m ，a l s o af u n d a m e n t a li n d u s t r yo fn a t i o n a le c o n o m y a f t e re n t r yo fw t o ，n a v i g a t i o ni n d u s t r y e n c o u n t e r s u n p r e c e d e n t e d c h a n c ea n dc h a n l l e n g e u n d e r t h i sc i r c u m s t a n c e ，o u r g o r v e n m e n ta n de n t e r p r i s ee x p l o r en e wd e v e l o p m e n tt h o u g h t sc o n t i n u o u s l y t h r o u g h a n a l y s i s o ft h ec u r r e n tc o n d i t i o n , t h eg o v e r n m e n ta n d e n t e r p r i s e sm a n i p u l a t e c o r r e s p o n d i n gr e g u l a t i o n sa n dm e t h o d s ，t oe n s u r et h en a t i o n a ln a v i g a t i o ni n d u s t r y d e v e l o ps m o o t h l y t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e st h er e g u l a t i o n so nt h ew a t e r w a yd e p t h , w i d t h a n d t u r n i n gr a d i u si nc h i n e s e b yc o m p a r i s o n w i t hj a p a n e s e c o m p a r i s o ns t u d yi sm a d e b e t w e e nt h e s et w os t a n d a r d so nt h ec o r r e s p o n d i n gw a t e r w a yd e s i g nd i m e n s i o n , a n a l y s i s t h ed e f i c i e n c yo fr e g u l a t i o n so nt h ew a t e r w a yd i m e n s i o n si nc h i n a t h eg o a lo ft h i s p a p e ri st om a k ec o n t r i b u t i o no nt h er e v i s i o na n dp e r f e c t i o no f t h ec u r r e n tr e g u l a t i o n s o nw a t e r w a yf o rg o v e r n m e n ta n dr e s e a r c hi n s t i t u t e k e yw o r d s ：c o m p a r a t i v es t u d y ；p o r tw a t e r w a yd e s i g nc r i t e r i o n ；d e s i g nd e p t h 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下。独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博士硕士学位论文：生旦港旦舷道盔逯退让拯造比筮班究：。除论文中已经 注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表 或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：红弋刃拜乡月四日 l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、版 权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文 的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密1 3 不保盔必铸在以上方框内打、，) 论文作者签名：罐 导师签名： j ，一 日期：僻年乡夥日 中日港口航道水深设计标准比较研究 第1 章绪论 1 1 课题的来源和背景 2 1 世纪以来，伴随着世界经济的飞速发展，亚洲经济也面临着前所未有的发 展契机。经济的发展促进了航运业的蓬勃发展，中国、日本、韩国等航运大国相 继抓住机遇，发展本国航运。其中，日、韩等发达国家投入先进的技术和大量的 资金，航运业发展较快，尤其是以日本更为突出。据悉，日本邮船在2 0 0 7 年之前 投资7 7 0 0 亿日元建造包括世界最大级的集装箱船等共计1 6 0 艘，加上商船三井， 川崎汽船的投资，投资金额突破1 万亿日元【1 2 3 4 1 。 日本国土交通省港湾局于2 0 0 2 年末公布了本国港口货物吞吐量的预测数如下 表【5 】 表1 1 日本港口货物吞吐量及预测表 t a b 1 1f r e i g h tt h r o u g h p u tt a b l eo f j a p a np o r t sa n dp r e d i c t i o n 年均增长率( ) 2 0 0 0 年 2 0 0 7 年2 0 1 2 年( 预测) 2 0 0 0 2 0 0 72 0 0 7 2 0 1 2 总货物量( 万吨) 3 1 7 7 6 83 3 2 2 2 0 3 412 0 03 3 7 7 0 0 3 5 5 0 0 00 6 1 00 3 o 8 外贸( 万吨) 1 1 3 7 4 0 1 1 6 0 0 01 2 4 4 0 01 2 0 5 0 0 1 3 6 2 0 0 0 3 1 3 0 8 1 8 外贸集装箱个数 1 2 6 21 5 6 0 1 7 1 01 8 7 0 2 1 9 03 1 4 43 7 , - 一5 1 ( 万t e u ) 内贸( 万吨) 2 0 4 0 2 82 1 6 2 0 0 2 1 6 8 0 0 2 1 7 2 0 0 2 1 8 8 0 0 0 8 0 9 0 1 o 2 其中内贸组成货 9 0 5 0 19 6 8 0 0 9 7 8 0 09 7 8 0 0 - - - 1 0 0 1 0 01 0 1 10 2 - 0 5 物( 万吨) 日本最新开发的t s l ( t e c h n os u p e rl i n e r ：优越的适航性能与高装载能力兼 备的、装有自动船舶识别系统的、超大型、浮体式的超高速客货船( 时速4 0 - - - , 5 0 节，7 4 - 9 3 公里川、时) ) 已通过了试航，即将投入使用【6 j 。 从总体上看，日本对港口航运体系的研究已经较为深入，从模型的建立到计 量方法的运用以及研究的视角都比较先进，尤其在腹地竞争机制、港口体系演化 模式等方面都取得了重要的成果。 第1 章绪论 海运在国际贸易和国际贸易运输中占有举足轻重的地位，世界上每年约9 0 的进出口货物( 按吨位计算) 运输是通过海运来完成的【7 1 。随着我国加入w t o ，伴 随着全球经济一体化趋势不断加强和国民经济的快速发展，我国国际地位进一步 提升，已发展为世界航运大国和港口大国。我国已有5 个港口进入世界港口吞吐 量的前十位，上海港成为世界第一大港。中远、中海、长航、招商、中外运集团 等大型骨干航运企业规模化、专业化、集约化水平不断提高，中型航运企业、民 营航运企业迅速崛起【8 j 。 近几年，我国逐步进入工业化进程加快发展的时期，意味着产业结构将有较 大调整，对能源、原材料和工业品等的运输需求巨大。沿海地区可以利用港口优 势形成外向型经济的产业密集带，利用海运优势降低运输成本，提高产品的国际 市场竞争力，这就要求沿海港口能够继续扩大规模、提高效率、完善功能，满足 吞吐量快速增长、国民经济和对外贸易发展的需要，我国的港口建设正面临着历 史性的发展机遇【9 1 0 1 。 我国对外贸易额迅猛增长，经由水路运输的货物量越来越大，经济发展需求 导致的港口吞吐量的增长对各港口的通过能力不断提出新的要求，世界各国都加 大了对港口改建、扩建的步伐，新建港口也都朝着大型化、深水化方向发展f l l 1 2 1 。 港口的发展要求以及与其相适应的航道、锚地，但航道的浚深、加宽和锚地的规 模扩大等因素必然导致各项建设及管理费用的增加。因此，我们不能一味的浚深、 加宽航道和扩建锚地，而应该根据相关规范进行扩建。 从上述相关数据可以看出，日本航运业发展较快，而且航运体系比较成熟完 善。我国作为发展中国家，在航运业发展还有很多需要借鉴的方面，特别是在制 定港口航道设计参数的一些规范标准上，由于地区间差异，我国和日本还存在一 定的差异性。 港口运输作为综合运输体系的基础组分，对经济发展和社会进步有重要意义。 我国的海港总平面设计规范在港口航道设计参数尺度的确定中很多是参考国 外一些标准，很多港口在规划时也考虑国外规范，特别是日本的港口航道设计规 范。但我国港口设计尺度和日本规范中要求的尺度究竟差异程度如何，目前关于 2 中日港口航道水深设计标准比较研究 该领域的研究还寥寥无几。因此，有必要对我国现行的规范和日本现行规范进行 比较研究，系统分析总结我国规范和日本规范的不同之处，通过比较这些标准， 从而为我国海港实践人员提供帮助，为我国修改相关标准提供参考依据，为我国 国民经济的飞速发展奠定基石。本课题正是在这样一个背景下开展的。 1 2 研究目的、思路及意义 1 2 1 研究目的 ( 1 ) 国内港口航道设计部门在对航道参数设计时，专业技术人员在对港口航道 设计参数尺度上存在一定的分歧，通过我国和日本港口航道设计参数进行对比研 究，为理论和实践寻找一个平衡点。 ( 2 ) 通过比较我国和日本规范的港1 2 1 航道设计水深尺度，运用o r i g i n 绘图软件 对计算结果进行数据处理，绘制不同船型所需的航道规范尺度曲线图，为实践提 供理论依据。 ( 3 ) 综合考虑不同船型，不同吨位，运用规范给出的公式进行计算，对计算结 果进行统计分析。 ( 4 ) 通过比较我国和日本港口航道设计参数的相关标准，为海港实践人员使用 这些标准提供帮助，为我国修改标准提供参考依据。 1 2 2 研究思路 本文通过对我国和日本两国港口航道参数设计标准的研究，从航道设计水深 入手，根据选取船型对航道设计水深所要求的尺度的不同，通过理论计算，运用 e x c e l 表格进行数据计算处理，再运用o r i g i n 绘图软件绘制相关对比曲线图进行统 计分析。通过分析曲线图，对两国规范在航道设计水深上的尺度进行比较研究， 得出相关结论，从而为航道规范实践部门提供理论依据，为我国修改相关规范提 供参考。从而使我国港口设计更趋科学化、规范化，提高港口的吞吐能力和竞争 力，促进我国经济的发展。 1 2 3 研究意义 水运交通规划的任务是一方面整合现有的港口、航道和船舶等设施资源的使 第1 章绪论 用，发现、分析现有的问题与不足，通过各种措施，尽可能发挥现有软硬件的效 能；另一方面，通过预测未来城市及区域社会经济的增长，合理预测未来水路运 输系统的运输量，确立有效的水路发展战略，合理解决航道、港口、船舶运行等 子系统的规模、等级、实施序列等问题，为未来区域社会经济发展提供高效、合 理、优质的水路运输服务1 3 1 。 港口合理规划是整个水运交通系统乃至整个城市发展的基础，无论是在宏观 决策还是在微观管理方面，都有着重要的作用。近年来，随着我国港口的兴建不 断增多，新兴港口的通航规范标准是否可以套用原有的标准，在航运界一直存在 一定的争议。 本课题所进行的研究，通过对我国海港总平面设计规范和日本港湾。 施毅口) 技衍上。基革一同解兢分别进行研究。选取设计船型( 散货、油轮、集装 箱) ，对两国规范中要求的航道设计参数( 水深) 进行计算校核。根据设计船型 在规范中要求的航道设计参数尺度的不同，对计算结果进行比较研究。结合计算 结果，运用o r i g i n 绘图软件进行统计分析，回归出关系曲线图，从而可以更直观 的从曲线图上分析我国和日本港口航道设计参数的差异性。通过对比分析我国和 日本港口航道设计参数的差异，为我国新兴港口制定相关标准提供理论依据，为 我国修改相关标准提供参考。 1 3 本文的主要工作及创新点 1 3 1 主要工作 ( 1 ) 查阅整理我国和日本港口航运相关文献，研究分析中日港口航道参数设计 的相关标准； ( 2 ) 研究选取波浪条件，给出合理的计算航道设计水深的波浪条件； ( 3 ) 参考我国和日本的设计船型，选取比较研究的设计船型，并对我国规范和 日本规范航道设计水深的比较计算； ( 4 ) 根据计算结果，运用数学理论，回归出曲线图，综合分析比较中日港口航 道水深设计的差异。 4 中日港口航道水深设计标准比较研究 ( 5 ) 分析产生差异的各因素，为我国航道部门和研究机构提供理论支持。 1 3 2 本文创新点 ( 1 ) 收集查阅中外港口设计规范，进行比较研究，选择日本规范作为比较研究 对象，具有一定的代表性和新颖性； ( 2 ) 通过对中日港口设计规范中的航道水深进行比较，运用规范公式进行计算 分析不同船型( 散货船、油船、集装箱船) 、不同载重吨对港口航道所要求尺度 的不同，对中日港口航道设计参数进行比较研究。 第2 章中日港口航道水深设计标准 第2 章中日港口航道水深设计标准 2 1 中国港口航道水深设计标准 根据我国海港总平面设计规范，航道水深分通航水深和设计水深，分别 按下列公式计算： d o = r + z o + z i + z r 2 + z j d = d o + z 4 ( 2 1 ) ( 2 2 ) 其中： 或航道通航水深( m ) ； d - 航道设计水深( m ) ； 丁设计船型满载吃水( m ) ； z 0 船舶航行时船体下沉值( m ) ，可查图2 1 得到； z 1 - 航行时龙骨下最小富裕深度( m ) ，可查表2 1 得到； 乙波浪富裕深度( m ) ，可查表2 2 得到； 乙船舶装载纵倾富裕深度( m ) ，杂货船和集装箱船可不计，油船和散 货船取o 1 5 m ； z 4 备淤富裕深度( m ) ，取0 4m ； 由此可见，船舶富裕水深可以表示为： u k c = z o + z 1 + z 2 + z 3 + z 4 ( 2 3 ) 我国规范没有对各种船型的富裕水深分别作出规定，而是按照船舶的大小( 吨 位) 进行船舶富裕水深的推算。 6 中日港口航道水深设计标准比较研究 船1 4 体 下1 2 沉 值 1 0 盈o s o 6 0 4 o 2 0 0 恰遗1 1 2：n ，一 ， i 更1 1 0【n ，一 ，一一 _ 一一 j台运8 k i ， _ 一 ，一一 。 特豸：6 k _ _ 一 _ ， 。 _ 一一 册罚4 k 一一 。 123456789l oll1 2 1 31 41 5 1 6 船舶吨级d w t ( 10 4 ) 图2 1 船舶航行时船体下沉曲线 f i g 2 1t h es i n k a g ec u l w eo f t h eh u l lo ns a i l 表2 1 航行时龙骨下最小富裕深度z 1 ( m ) t a b 2 1t h em i n i m u ma f f l u e n c ed e p t hu n d e rk e e lo nt h ev o y a g ez 1 ( m ) 表2 2 船、浪夹角v 与z 2 吼的变化系数值 t a b 2 2t h ec h a n g i n gm o d u l u so fs h i p - w a v ea n g l ewa n dz 2 h 4 7 第2 章中日港口航道水深设计标准 注：1 ) 当d w t 1 0 s 时，应对z 2 值进行专门论证。 2 2 日本港口航道水深设计标准 2 2 1 无法确定对象船型及航行环境时的航道设计水深 根据日本港湾。施彀。技衍上。基辈- 同解说，当无法确定对象船型及航 行环境时，规范f 1 4 】对航道设计水深标准的基本要求为： 没有浪涌影响的港内航道：d = 1 1 0 d 有浪涌影响的港外航道：d = 1 1 5 d 有浪涌影响的外海航道：d = 1 2 0 d d 航道设计水深( m ) d 船舶最大吃水( m ) 2 2 1 可确定对象船型及航行环境时的航道设计水深 根据日本港湾乃施投乃技衍上乃基犟同解藐，可确定对象船型及航行环 境时，航道水深可用式2 4 计算： d = d + d 1 + m a x ( d 2 ，d 3 ) + 日 ( 2 4 ) d 航道水深( m ) d 对象船舶最大吃水( m ) d 1 航行中船首下沉量( m ) 砬纵摇与垂荡引起的船首下沉量( m ) ( 九 0 4 5 l p p 时的追加项) ； 及垂荡和横摇引起的船底舭部下沉量( m ) ( 豫- 珏时的追加项) ； n 富裕水深( m ) 九波长( m ) ； 三刀对象船舶垂线间长( m ) ； 豫船舶固有横摇周期( s ) ； 8 中日港口航道水深设计标准比较研究 弛波浪遭遇周期( s ) ； 船舶航行中船首沉降量d 可利用芳村提出的公式2 5 推算： d l = 0 7 + 1 5 烈南 譬+ 1 5 5 吖i l ：州- b ) 3 了u 2 亿5 ， 式中： d 航道水深( m ) 5 d 船舶的最大吃水( m ) ； l p p 对象船舶垂线间长( m ) ； b 设计船宽( m ) ； g 方形系数g = d r ( l 伊b 由) d 丁船舶排水量( t ) ； 丫海水密度( t m 3 ) ； u 船舶航行速度( m s ) ； g 重力加速度( m s 2 ) ； 方形系数c 。不明的情况下，可参考表2 3 中的值。 表2 3 不同船舶的方形系数c 6 值 t a b 2 3b l o c kc o e f f i c i e n tv a l u ec 6o fd i f f e r e n ts h i p s 船舶种类5 0 值 标准偏差 货船 集装箱船 油轮 滚装船 汽车专用船 l p g 船 l n g 船 9 坦 佗 引 剪 酷 加 穆 叮 凹 o o o 0 0 o o 4 8 4 7 4 7 6 踮 的 跎 的 钞 乃 刀 o o o 0 o o 0 第2 章中日港口航道水深设计标准 船舶垂荡和纵摇引起的船首沉降量d 2 ，九 0 4 5 l 刀情况下的追加项，可利 用图2 2 查取。 瓜可 图2 2垂荡和纵摇引起的船首沉降量 f i g 2 2b o ws e d i m e n t a t i o nc a u s e db yh e a v ea n dp i t c h 图中：九波浪的波长( m ) ； - 波浪的振幅( h 0 = u 2 ) ( m ) ； 日设浪的波高( h = 0 7 h l ，3 ) ( m ) ； 日，3 波浪的有义波高( m ) ； 三印垂线间长( m ) ； 、l ，船舶首尾向与波浪方向的夹角( o ) ； 1 0 vvq簧d罄照避埘馨蜷b蕊二l叫枉舔 中日港口航道水深设计标准比较研究 船舶垂荡和横摇引起的船底舭部沉降量d ，：船舶固有横摇周期与波浪遭遇 周期近似相等( t r t e ) 的情况下的追加项，可用式2 6 计算： 图2 3 舭部沉降量 f i g 2 3s e d i m e n t a t i o no fb i l g e 删7 份洫 o = w q ：3 6 0 ( 0 3 5 h l 3 九) s i i l v 式中：日1 3 波浪的有义波高( m ) ； b 设计船宽( m ) ； 设计船舶的最大横摇角( o ) ； p - 横摇倍率系数； 丫有效波的倾斜系数； 西最大波面角o ) ； 九波长( m ) ； 、l ，船舶首尾向与波浪的夹角( o ) ； ( 2 6 ) 第2 章中日港口航道水深设计标准 日本港湾口) 施毅。技衍上。基犟一同解说中的d 。为考虑操舵后船体倾斜引 起船舶下沉时的富裕值； 对于设计船型，利用公式2 7 计算： 卟n 5 ( m ) 、d _ 1 0 m l 一 式中：仍富裕水深( m ) ； d 设计船型的最大吃水( m ) ； 2 3 比较研究船型选取概述 2 3 1 中国规范中的设计船型的尺度概述 各种类型和不同吨级的设计船型尺度，各国的规定基本类似，我国交通部新修 订的海港总平面设计规范( j t 2 l1 - 9 9 ) 局部修订，在设计船型尺度部分对杂货 船、散货船、油船、集装箱船、货物滚装船、汽车滚装船、客货滚装船、散装水 泥船、化学品船、液化气( l p g 或l n g ) 船、客船和渡船的设计船型尺度可分别 按规范表中确定【1 5 1 。 本课题通过研究探讨，选取了散货船、集装箱和油轮三种代表性船型作为研 究对象。三种船型在新修订的规范中设计尺度如下表： 表2 4 散货船设计船型尺度 t a b 2 4t h ed e s i g nd i m e n s i o no fb u l kc a r r i e r s 设计船型尺度( m ) 船舶吨级d w t ( t ) 总长工 型宽b 型深日满载吃水丁 2 0 0 0 ( 1 5 0 1 2 5 0 0 ) 3 0 0 0 ( 2 5 01 4 5 0 0 ) 5 0 0 0 ( 4 5 01 7 5 0 0 ) 1 0 0 0 0 ( 7 5 0 1 1 2 5 0 0 ) 1 5 0 0 0 ( 1 2 5 0 1 - 1 7 5 0 0 ) 7 8 9 6 1 1 5 1 3 5 1 5 0 1 2 1 4 3 1 6 6 1 8 8 2 0 5 2 3 o 6 2 7 8 9 0 1 1 4 1 2 5 5 o 5 8 7 0 8 5 9 1 中日港口航道水深设计标准比较研究 注：3 5 0 0 0 0 t 散货船的船型尺度为实船资料( 实船载重吨为3 6 4 7 6 7 t ) ，供参照使用。 表2 5 集装箱船设计船型尺度 t a b 2 5t h ed e s i g nd i m e n s i o no fc o n t a i n e rs h i p s 注：1 ) t e u 系指2 0 英尺国际标准集装箱； 2 ) 集装箱码头设计标准以船舶吨级( d w t ) 对应的设计船型尺度为控制标准，其载箱量 为参考值； 3 ) 1 5 0 0 0 0 t 集装箱船的船型尺度和载箱量为实船资料( 实船载重吨为1 5 7 5 1 5 t ) ，供参照 使用。 1 3 第2 章中日港口航道水深设计标准 1 0 0 0 ( 1 0 0 0 1 5 0 0 ) 2 0 0 0 ( 1 5 0 1 - 2 5 0 0 ) 3 0 0 0 ( 2 5 01 - - - 4 5 0 0 ) 5 0 0 0 ( 4 5 01 - - - 7 5 0 0 ) 1 0 0 0 0 ( 7 5 0 1 1 2 5 0 0 ) 2 0 0 0 0 ( 1 2 5 0 1 2 7 5 0 0 ) 3 0 0 0 0 ( 2 7 5 01 4 5 0 0 0 1 5 0 0 0 0 ( 4 5 0 01 - 6 5 0 0 0 ) 8 0 0 0 0 ( 6 5 0 0 1 。8 5 0 0 0 ) 10 0 0 0 0 ( 8 5 0 0 1 10 5 0 0 0 ) 1 2 0 0 0 0 ( 10 5 0 0 17 。1 3 5 0 0 0 ) 15 0 0 0 0 ( 1 3 5 0 0 1 、18 5 0 0 0 ) 2 5 0 0 0 0 ( 1 8 5 0 0 1 - - 。2 7 5 0 0 0 ) 3 0 0 0 0 0 ( 2 7 5 0 0 1 - 3 7 5 0 0 0 ) 4 5 0 0 0 0 7 0 8 6 9 7 1 2 5 1 4 1 1 6 4 1 8 5 2 2 9 2 4 3 2 4 6 2 6 5 2 7 4 3 3 3 3 3 4 3 8 0 1 3 0 1 3 6 1 5 2 1 7 5 2 0 4 2 6 0 3 1 5 3 2 2 4 2 o 4 3 0 4 5 0 5 0 0 6 0 0 6 0 o 6 8 o 5 2 6 1 7 2 8 6 1 0 7 1 3 4 1 7 3 1 9 1 2 0 8 2 1 4 2 3 o 2 4 2 2 9 7 3 1 2 3 4 0 4 3 5 1 5 9 7 o 8 3 1 0 0 1 2 o 1 2 8 1 4 3 1 4 8 1 6 o 1 7 1 1 9 9 2 2 5 2 4 5 注：4 5 0 0 0 0 t 油船的船型尺度为实船资料( 实船载重吨为4 4 】8 9 3 t ) ，供参照使用。 2 。3 2 日本规范中的设计船型的尺度概述 根据日本港湾。施毅口) 技衍上。基毕同解就规范中的相关规范，货船、 集装箱船、油轮的主要尺度如下表： 1 4 中日港口航道水深设计标准比较研究 表2 8 集装箱船设计船型尺度 t a b 2 8t h ed e s i g nd i m e n s i o no fc o n t a i n e rs h i p s 1 5 表2 9 油轮设计船型尺度 t a b 2 9t h ed e s i g nd i m e n s i o no ft a n k e r s 2 3 3 比较研究设计船型尺度选取 根据中日规范中对对选取的三种船型( 散货船、油轮、集装箱船) 描述的设 计船型载重吨以及尺度的不同，为了本课题研究比较的方便，综合考虑中日规范 中给出的船型尺度，现将本课题的研究船型选取如下： 三种船型的垂线间长和船长的关系取：上刀= 0 9 5 1 , 。 1 6 t a b 2 10t h ed e s i g nd i m e m i o no fb u l kc 硎e r s 船舶吨级d w t ( t ) - _ = 左= 艺二二= 一： 总长工 垂线间长l p p ( m ) 型宽b型深万_ 磊夏丽 3 0 0 0 ( 2 5 0 1 4 5 0 0 ) 9 6 9 1 1 6 6 7 8 5 8 5 0 0 0 ( 4 5 0 14 - 7 5 0 0 )11 5 1 0 9 1 8 8 9 0 7 1 0 0 485000(7501 1 2 5 0 0 ) 1 3 5 1 2 8 2 05 1 1 7 0 0 0 0 ( 6 5 0 0 1 8 5 0 0 0 ) 2 2 8 2 1 7 3 2 3 1 9 6 1 4 2 1 2 0 0 0 0 ( 1 0 5 0 0 1 1 3 5 0 0 0 ) 2 6 6 2 5 3 4 3 0 2 3 5 1 6 7 15 0 0 0 0 ( 13 5 0 0 1 17 5 0 0 0 ) 2 8 9 2 7 5 4 5 0 2 4 3 17 9 t a b 2 11t h ed e s i g nd i m e n s i o no f t a n k e r s 船舶吨级d w t ( t ) 二- 丁_ = 五= i - _ 二二二；二二二二= 一 总长上 垂线间长伊( m ) 型宽召 型深万一1 磊磊万 3 0 0 0 ( 2 5 01 4 5 0 0 ) 9 7 9 2 15 2 7 2 5 9 5 0 吡4 5 0 1 7 5 0 0 ) 12 5 119 1 7 5 8 6 7 0 1 0 0 0 0 ( 7 5 0 1 1 2 5 0 0 )1 4 1 1 3 4 2 0 4 1 0 7 8 3 2 0 0 0 0 ( 1 2 5 0 1 2 7 5 0 0 ) 1 6 4 1 5 6 2 6 0 1 3 4 1 0 0 3 0 0 0 0 ( 2 7 5 0 1 4 5 0 0 0 ) 1 8 5 1 7 6 3 1 5 1 7 3 1 2 0 5 0 0 0 0 ( 4 5 0 0 1 6 5 0 0 0 ) 2 2 9 2 1 8 3 2 。21 9 1 1 2 8 1 0 0 0 0 0 ( 8 5 0 0 1 1 0 5 0 0 0 ) 2 4 6 2 3 4 4 3 02 1 4 1 4 8 1 5 0 0 0 0 ( 1 3 5 0 0 1 1 8 5 0 0 0 ) 2 7 4 2 6 0 5 0 02 4 2 1 7 1 3 0 0 0 0 0 ( 2 7 5 0 0 1 3 7 5 0 0 0 ) 3 3 4 317 6 0 031 2 2 2 5 1 7 第2 章中日港口航道水深设计标准 1 0 0 0 0 ( 7 5 0 17 、1 2 5 0 0 ) 1 4 11 3 4 2 0 0 0 0 ( 1 2 5 01 2 7 5 0 0 ) 18 317 4 3 0 0 0 0 ( 2 7 5 01 4 5 0 0 0 ) 2 412 2 9 5 0 0 0 0 ( 4 5 0 01 - - 6 5 0 0 0 ) 2 9 3 2 7 8 10 0 0 0 0 ( 8 5 0 0 17 115 0 0 0 )3 4 63 2 9 2 2 6 1 1 - 3 8 37 0 l 1 0 5 0 2 7 61 4 4l o 51 0 5 l 1 9 0 0 3 2 31 9 01 2 01 9 0 l 3 5 0 0 3 2 3 2 1 81 3 0 3 5 0 l 5 6 5 0 4 5 62 4 8 14 5 6 6 31 一9 5 0 0 注：1 ) t e u 系指2 0 英尺国际标准集装箱； 2 ) 集装箱码头设计标准以船舶吨级( d w t ) 对应的设计船型尺度为控制标准，其载箱量 为参考值； 3 ) 1 5 0 0 0 0 t 集装箱船的船型尺度和载箱量为实船资料( 实船载重吨为1 5 7 5 1 5 t ) ，供参照使 用。 2 4 基于0 ri g i n 绘图软件的研究方法概述 o r i g i n 是美国m i c r o c a l 公司推出的一敦优秀的数据分析和绘图软件，可用于 w i n d o w s9 5 、9 8 或n t 平台。o r i g i n 功能强大，在各国科技工作者中使用较为普 遍，当前全世界有数以万计的科学和工程技术人员使用o r i g i n 软件，公认“o r i g i n 是最快、最灵活、使用最容易的工程绘图软件”。 o r i g i n 最突出的特点就是使用简单，它采用直观的、图形化的、面向对象的窗 口菜单和工具栏操作，全面支持鼠标右键操作、支持拖放式绘图等等，且其典型 应用不需要用户编写任何一行程序代码。o r i g i n 带给用户的是最直观、最简单的数 学分析和绘图环境。o r i g i n 和m i c r o s o f tw o r d 、e x c e l 一样，是一个拥有多文档界 面( m u l t i p l ed o c u m e n ti n t e r a c e ，m d i ) 的应用程序。它将用户的所有工作都保存在 后缀为o p j 的项目文件( p r o j e c t ) 中，这点与v i s u a l b a s i c 等软件很类似。保存项目 文件时，各子窗口也随之一起存盘；另外各子窗口也可以单独保存，以便别的项 中日港口航道水深设计标准比较研究 目文件调用。一个项目文件可以包括多个子窗口，可以是工作表窗( w o r k s h e e t ) 、 绘图窗i ( g r a p h ) 、函数图窗1 3 ( f u n c t i o ng r a p h ) 、矩阵窗e l ( m a t r i x ) 和版面设计窗 e l ( l a y o u t p a g e ) 等。一个项目文件中的各窗口相互关联，可以实现数据实时更新， 即如果工作表中的数据被改动之后，其变化能立即反映到其他各窗口，比如绘图 窗口中所绘数据点可以立即得到更新。然而，正因为它功能强大，其菜单界面也 就较为繁复，且当前激活的子窗口类型不一样时，主菜单、工具栏结构也不一样。 o r i g i n 包括两大类功能：数据分析和绘图。o r i g i n 的数据分析包括数据的排序、 调整、计算、统计、频谱变换、曲线拟合等各种完善的数学分析功能。准备好数 据后进行数据分析时，只需选择所要分析的数据，然后再选择相应的菜单命令即 可。o r i g i n 的绘图是基于模板的，o r i g i n 本身提供了几十种二维和三维绘图模板。 绘图时，只需选择所要绘图的数据，然后再单击相应的工具栏按钮即可。另外， 为了用户扩展功能和二次开发的需要，o r i g i n 提供了广泛的定制功能和各种接口， 用户可以自定义数学函数、图形样式和绘图模板等；可以和各种数据库软件、办 公软件、图像处理软件等方便地连接；可以用c 等高级语言编写数据分析程序； 还可以使用o r i g i n 内置的l a b t a l k 语言编程等等。 1 9 第3 章中日港口航道水深设计标准计算 第3 章中日港口航道水深设计标准计算 3 1 波浪条件选取研究 3 1 1 航道设计水深算定的波浪条件研究 中日航道规范设计标准中对水深的算定都考虑了波浪的影响因素，中国海 港总平面设计规范中对航道设计水深的计算对波浪的要求体现在z ：风上，日 本港湾。施毅。技衍上。基革- 同解说中对航道设计水深的计算，波浪的影响 在d ，、d ：上表现出来。因此，为了计算的需要以及比较研究的基准的相同，我们 有必要对波浪相关条件进行研究。 表3 1 建议的航行船舶水文气象作业条件【1 6 】 t a b 3 1s u g g e s t i o n so f h y d r o l o g i c a la n dm e t e o r o l o g i c a lc o n d i t i o n so f s h i po p e r a t i o n s 1 6 】 中日港口航道水深设计标准比较研究 表3 2 不同风速下的纽曼波能谱波浪统计特征数据【1 7 】 t a b 3 2n e w m a n t sw a v es p e c t r u ms t a t i s t i c a lc h a r a c t e r i s t i c sd a t au n d e rd i f f e r e n tw i n d 1 7 】 注：1 ) 风程，二或风区间距，表不从风开始作用于海面上的海区沿风向到观测波浪的海区的 距离。在此区间内认为波浪是处处稳定的。 2 ) 风时厶是表示风作用的时间。 3 1 2 航道设计水深比较研究选取的波浪条件 根据上述波浪研究条件，结合规范制定条件和各港口的实际情况，本论文对 比研究选取的波浪条件，取表3 1 中的建议值：日。1 。= 2 m ：由于波长的取值跟风 的作用时间、海域尺度等因素有直接关系，因此，考虑到港内2 m 的日。】。波高，取 波长九的值为6 0 m 、1 2 0 m 和1 8 0 m 分别进行计算比较。 查阅相关文献，给出如下波高的转换关系式，几种常用的波高换算公式【1 5 】。 对于深水波，设计标准中规定的波高可按下列关系式转换： h 1 = 2 4 2 h ；h 5 ；1 9 5 h ；月1 3 = 1 6 1 h 对于深水波，常见的1 p 大波的平均波高和均方根波高可按下列关系式转换： h l 脚= 2 6 6 h ；日l l o = 2 0 3 h ：h l 3 = 1 6 0 h 2 l 第3 章中日港口航道水深设计标准计算 在不同驯d 情况下，h l l h o 觞，h 1 1 0 日4 ，日1 3 。 3 2 中国港口航道水深设计标准计算 根据第二章阐述的我国海港总平面设计规范中航道水深的相关知识，把 选取的研究船型代入到规范中，根据需要，不同船型选取不同航速：散货船取8 k n ， 油轮8 k n ，集装箱1 0 k n ，我们计算出不同船浪夹角( 本论文选取了3 0 0 、6 0 。和9 0 0 ) 下不同船型所需的航道设计水深如下： 表3 3 中国规范不同船型航道设计水深( m ) t a b 3 3t h ef a i r w a yd e s i g nd e p t ho fd i f f e r e n tv e s s e li nc h i n e s es t a n d a r d 集装箱 10 0 0 00 5 5o 4 5o 8 4 8 40 9 6 9 61 0 5 0 400 410 5 510 6 710 7 5 2 0 0 0 0 0 60 4 50 8 4 8 40 9 6 9 6 1 0 5 0 4o 0 4 1 2 8 0 1 2 9 21 3 0 0 3 0 0 0 0 0 6 3 0 4 5 0 8 4 8 40 9 6 9 6 1 0 5 0 400 4 l4 3 314 4 514 5 3 5 0 0 0 00 6 80 5 50 8 4 8 40 9 6 9 61 0 5 0 4 0 0 41 5 4 81 5 6 01 5 6 8 中日港口航道水深设计标准比较研究 1 0 0 0 0 00 7 6o 60 8 4 8 40 9 6 9 61 0 5 0 400 41 7 1 11 7 2 31 7 3 1 3 3 日本港口航道水深设计标准计算 3 3 1 不同波长条件下航道设计水深的研究 ( 1 ) 当波长九= 6 0 m ，且满足九 0 4 5 l 印时，根据日本港湾。施毅。技衍 上。基军- 同解就对航道设计水深要求，以d 2 作为设计水深的参考项，选取船型 满足九 0 4 5 l 伊条件的航道设计水深如下： 表3 4 日本规范不同船型航道设计水深( m ) t a b 3 4t h ef a i r w a yd e s i g nd e p t ho fd i f f e r e n tv e s s e li nj a p a n e s es t a n d a r d ( 2 ) 当波长九= 1 2 0 m ，且满足九 0 4 5 l 刀时，根据日本港湾。施毅。技 街上口) 基辈同解说对航道设计水深要求，以d ：作为设计水深的参考项，选取 船型满足九 0 4 5 l 印条件的航道设计水深如下： 第3 章中日港口航道水深设计标准计算 ( 3 ) 当波长九= 1 8 0 m ，且满足九 0 4 5 l 刀时，根据日本港湾乃施彀。技 衍上口) 基辈同解税对航道设计水深要求，以d ：作为设计水深的参考项，