（交通信息工程及控制专业论文）中日港口航道宽度设计标准比较研究.pdf

中文摘要 摘要 水路运输是综合运输体系的组成部分，是国民经济的基础产业之一。航道作为 水路运输的枢纽，是港口不可或缺的组成部分。船舶的大型化趋势对港口航道的 宽度和水深提出了新的要求，港口航道的尺度逐渐成为制约港口发展的关键因素， 特别是随着第四、第五代集装箱船舶和大型油轮、散货船的出现，要求港口航道 不断拓宽和加深。 本文是从我国海港总平面设计规范和日本港湾。施没口) 技衍上。基犟 同解说出发，介绍了我国规范和日本规范中的港口航道设计宽度( 单、双向) 的相关算法。根据计算需要，论文选取了世界三大主力船型散货船、油轮和集装 箱船作为研究船型，运用规范中的相关算法，分别对我国和日本港口航道设计宽 度进行计算，得出计算结果，对我国和日本规范港口航道设计宽度进行数值上的 比较；根据计算结果，运用o r i g i n 数学软件绘制对比图，以便从图表上更直观的 对我国规范和日本规范港口航道设计宽度进行比较研究。通过对比研究，找出我 国规范和日本规范在港口航道设计宽度上的差异，得出相关结论，分析结论。对 比分析我国规范和日本规范产生这种差异的相关联的关系量，找出造成这种差异 的影响因素。 论文还从影响我国航道设计宽度的各个因素出发，综合分析比较日本规范和 我国规范在航道设计宽度上的差异，对我国规范在航道宽度设计上的不足提出了 相关建议，从而为我国航道部门和相关海运科研机构在修改和完善规范上提供参 考依据。论文在分析研究的基础上，从我国现阶段港口航道的实际情况和未来新兴 港口的战略目标出发，为我国港口兴建满足大型船舶进出港要求的航道提供决策 依据，以实现我国港口航运的快速、稳定和可持续发展。 关键词：航道规范；设计宽度；比较研究；结论分析； 英文摘要 t h ec o m p a r a t i v es t u d yo nt h ed e s i g ns t a n d a r d sb e t w e e nc h i n a 、sa n d j a p a n 、sc h a n n e lw i d t h a b s t r a c t w a t e r w a yt r a n s p o r t ，a st h ef 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 ，t a k e sav e r y i m p o r t a n tp a r ti nt h ec o m p r e h e n s i v et r a n s p o r t a t i o ns y s t e m t h ef a i r w a ya st h et r a n s p o r t h u bo fn a v i g a t i o nw a t e r w a yi st h ei n d i s p e n s a b l ep a r to fp o r t t h et r e n do fl a r g e s c a l e s h i p sp u t sf o r w a r dn e wr e q u i r e m e n t st oh a r b o rw i d t ha n dd e p t h ，h a r b o rs c a l eg r a d u a l l y b e c o m e st h ek e yf a c t o r so fr e s t r i c t i n gp o r td e v e l o p m e n t w i t ht h ea p p e a r a n c eo ft h e f o u r t ha n df i f t hc o n t a i n e rs h i p sa n dl a r g et a n k e r ，b u l kc a r d e r ，i tr e q u i r e sh a r b o rw i d t h a n d d e p t ht ob ee x p a n d i n g b a s e do nt h ed e s i g nc o d eo fg e n e r a ll a y o u tf o rs e ap o r ta n dt h et e c h n i c a l s t a n d a r d so fh a r b o rf a c i l i t i e sa n de x p l a n a t i o n s ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ea l g o r i t h m so f t h ef a i r w a yd e s i g nw i d t h ( s i n g l e ，d o u b l e ) i nc h i n as t a n d a r da n dj a p a ns t a n d a r d a c c o r d i n gt ot h ec a l c u l a t i o n ，t h i sp a p e rs e l e c t st h et h r e em a i ns h i pb u l k ，t a n k e ra n d c o n t a i n e rs h i p ，a sr e s e a r c hs h i p ，a n dt a k e sat h e o r yc a l c u l a t i o ni nc h i n aa n dj a p a n f a i r w a yd e s i g nw i d t hb yu s i n gt h er e l a t e da l g o r i t h ma n dc a l c u l a t e sr e s u l t s ，a n dd ot h e n u m e r i c a lc o m p a r i s o n si nc h i n aa n dj a p a ns t a n d a r d sf a i r w a yd e s i g nw i d t h ，a c c o r d i n g t ot h ec a l c u l a t i o nr e s u l t s ，u s et h eo r i g i nm a t h e m a t i c a ls o f t w a r er e n d e r i n gc o n t r a s t f i g u r e s ，s ot h a th a v et h ec o m p a r a t i v es t u d i e sm o r ei n t u i t i v e l yf r o mt h ef i g u r e so fc h i n a a n dj a p a ns t a n d a r d sf a i r w a yd e s i g nw i d t h t h r o u g hc o m p a r a t i v es t u d i e s ，t h i sp a p e r c o n c l u d e st h ed i f f e r e n c e si nf a i r w a yd e s i g nw i d t hb e t w e e nc h i n aa n dj a p a n ，a n dd r a w s t h er e l e v a n tc o n c l u s i o n s ，a n da n a l y s e st h e m a c c o r d i n gt ot h ec o m p a r a t i v ea n a l y s i so f t h er e l a t i o n s h i pq u a n t i t yc a u s i n gs u c hd i f f e r e n c e si nc h i n aa n dj a p a n ，f i n dt h e i n f l u e n c i n gf a c t o r so ft h ed i f f e r e n c e s t h i sp a p e ra l s oc o m p r e h e n s i v e l ya n a l y s i s e sa n dc o m p a r e st h ed i f f e r e n c eo f j a p a n e s es t a n d a r d sa n dc h i n e s es t a n d a r d sf r o me a c hf a c t o ro fa f f e c t t i n go u rc h a n n e l d e s i g nw i d t h ，a n dp u t sf o r w a r dr e l e v a n tr e f e r e n c e st oo u rs h i p p i n gd e p a r t m e n t sa n d r e l e v a n tm a r i t i m er e s e a r c hi n s t i t u t i o n st om o d i f ya n di m p r o v ef a i r w a yr e g u l a t i o n s b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h es t a n d a r d s ，t h ep a p e rc o n s i d e r i n gt h ea c t u a ls i t u a t i o no ft h e p o r tc h a n n e la n ds t r a t e g i cg o a l so ff u t u r ee m e r g i n gp o r t ，g i v e sd e c i s i o nm a k i n gf o rt h e f a i r w a yo fm e e t i n gt h er e q u i r e m e n t so fl a r g ev e s s e l sa c c e s st ot h ep o r t s ，t or e a l i z et h e r a p i ds t a b l ea n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fo u rp o r t s h i p p i n gi n d u s t r y k e yw o r d s ：f a i r w a ys t a n d a r d ；d e s i g nw i d t h ；c o m p a r a t i v es t u d y ；c o n c l u s i o n a n a l y s i s 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：虫目鲞旦航道童廑遮盐拯准出越受究：。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：聂编乞9 - , , t 口年否月矽日 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：保密口 不保密回( 请在以上方框内打“ ) 论文作者签名：聂钢匀新签名：斯 日期：却年锄日 中日港口航道宽度设计标准比较研究 第1 章绪论 1 1 课题的来源和背景 新世纪以来，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 1 , 2 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。2 0 0 6 年， 我国的运输船舶的总运力已经超过了1 亿载重吨，港口吞吐量达到5 5 7 亿吨，居 世界前列【3 】：2 0 0 9 年，我国的港口集装箱吞吐量超过了1 1 亿吨，在全球排名第一， 占全球的份额接近3 0 。在对外贸易上，我国进口矿石6 0 3 亿吨，占全球矿石贸 易量的4 7 ，进v i 石油接近2 亿吨，进e l 量仅次于美国【4 i 。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1 5 ，6 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。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【7 ，引。港e l 的发展要求有与其相适应的 航道，但航道的浚深、加宽和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，而应该根据相关港口规范标准进行扩建，使得港口 航道尺度满足船舶大型化趋势。我国的港口建设正面临着历史性的发展机遇。 海运在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【9 1 。战后日本造船的特征是船舶向着巨 型化发展，随着世界经济快速发展，海上运输量大幅增加。其中石油运输量显著 第1 章绪论 增长，运输效率的提高，促进了船舶的大型化发展。在日本相继建立现代化大型 造船厂，标志着日本率先进入船舶大型化发展阶段【1 0 l 。日本对港口航运体系的研 究已经较为深入，是具备雄厚实力的港航强国，船舶大型化进程也相对我国较早， 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、港口体系演化模式以及相应的港口规范标准制定等方面都取得了重要的成果。 从上述相关资料分析可以看出，日本航运业发展迅速，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。 水路运输有着悠久的历史，为综合运输体系的重要组成部分，而航道作为港 口航运的基础，为对经济发展和社会进步有重要意义【1 1 】。航道的水深和宽度又是 制约港口发展的瓶颈，我国的海港总平面设计规范对港口航道水深、宽度的 设计尺寸的阐述，很大一部分是参考国外一些相关标准，许多港口在规划时也考 虑国外相应规范，例如：日本港湾口) 施毅。技衍上。基犟同解说。但我国港 口航道水深、宽度设计尺度和日本规范中要求的尺度究竟差异几何，目前关于该 领域的研究还寥寥无几，因此，我们有必要找出其中差异。本论文正是在这样的 背景下产生的，针对我国现行规范的航道设计宽度标准和日本相应标准进行比较， 系统分析总结我国规范航道设计宽度和日本规范的不同之处，通过比较相关标准， 为我国新兴码头的建设、船舶大型化进程提供理论依据，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。 1 2 研究目的、思路及意义 i 2 1 研究目的 ( 1 ) 国内各港口航道设计部在对航道宽度设计时以及港口工作人员在对港e l 航道设计宽度尺寸上存在一定的争议，通过我国和日本港口航道设计宽度进行对 比研究，使理论研究更加符合实际要求。 2 中日港口航道宽度设计标准比较研究 ( 2 ) 通过比较我国和r 本规范的港v 1 航道设计宽度尺寸，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宽度尺寸曲线图，为实践提 供决策依据。 ( 3 ) 通过对比分析我国港口规范和日本港口规范航道设计宽度的相关标准，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设计宽度标准进行比较分析研究，根据 选取船型对航道设计宽度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宽度上的尺度大小进行比较研究，得出相 关结论，从而为航道规范实践部门提供决策依据，为我国修改相关规范提供参考。 1 2 3 研究意义 水运交通规划的任务就是一方面整合现有的港口、航道、船舶等设施资源的 使用，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、优质的水路运输服列1 2 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，船舶大型化的趋势的日益明显，我国海港总平面设计规范所要求的 特定船型的航道设计宽度标准能否满足新形势下的大型船舶进出港所要求的航道 设计宽度，在港航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。基犟- 同解说分别进行研究。选取设计船型( 散货船、油轮、集 装箱船) ，对两国规范中要求的航道设计宽度进行计算。根据设计船型在规范中 第1 章绪论 要求的航道设计宽度尺寸的不同，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宽度的差异。通过对比分析我国和日本港口航 道设计参数的差异，对比分析影响航道设计宽度的相关因素，找出产生这种差异 的因素所在，从而为我国新兴港口制定相关标准提供决策依据，为我国修改相关 标准提供参考。从而使我国港口航道设计更趋科学化、合理化，提高港口的吞吐 能力和竞争力，适应我国经济的发展。 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，并对文献进行分析研究； ( 2 ) 研究分析中日港v i 航道参数设计的相关标准； ( 3 ) 选取比较研究的设计船型，并根据两国规范要求对航道设计宽度进行计 算； ( 4 ) 中日规范选取研究船型单向航道设计宽度的对比研究； ( 5 ) 中r 规范选取研究船型双向航道设计宽度的对比研究； ( 6 ) 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 道参数设计的差异。 ( 7 ) 分析产生差异的各因素，为我国航道部门和研究机构提供决策依据。 1 3 2 本文创新点 ( 1 ) 目前关于中外港口航道规范的比较研究很少，但随着航运业的快速发展， 亟需关于此类的研究。本论文正是基于此应运而生，具有一定的代表性和新颖性； ( 2 ) 随着我国船舶大型化趋势日益明显，原有港口规范标准是否适用船舶大型 化趋势，本文对此初步做探讨。也是本文的一个创新点； ( 3 ) 本文基于选取设计船型对我国港口规范和日本港口规范航道设计宽度定 量计算，并运用图表形式进行比较研究，具有一定的创新性； 4 中日港口航道宽度设计标准比较研究 ( 4 ) 通过综合比较两国规范的差异，提出我国现有航道规范的欠缺之处，从而 为我国制定或修改相关标准提供参考依据。 1 4 文献综述 论文通过大量查找国内外相关文献，目前，关于中、日航道规范的对比研究 比较少，特别是关于相关规范的对比研究，在航运界少之又少。关于对比研究的 方法，国内外研究都比较成熟，它作为科学研究的几个基本探索方法之一，是把 一组具有一定相似因素的不同性质物体或对象，安排在一起，进行对照比较。通 过综合比较它们的差异性，从中找出造成这种差异性的相关影响因素，从而得出 相关结论。这种研究方法运用于生物科学研究( 观察植物的生长) 较多。本文也 是在探讨研究我国和日本航道规范的基础上，尝试性的运用对比研究的方法去探 索，从而得出相关结论。 第2 章中日港口航道宽度设计标准 第2 章中日港口航道宽度设计标准 2 1 中国港口航道宽度设计标准 航道宽度通常是从边坡或按安全航行所需的设计水深来测定的。航道设计宽 度取决于设计船舶船宽和操纵特性以及富裕水深、船舶相对于航道底部的航速、 交通流密度、航道中相遇船舶的特性、属于限制性航道还是开敞性航道、水流和 风浪作用。船舶与航道近岸之间的距离取决于平衡舵角、航道宽度和深度以及船 舶航行速度。这里的平衡舵角是指能使船舶航迹向( 非船舶的纵向中心线) 与航 道岸线保持平行所需的舵角。在给定的舵角下，较大船速是需要较大的岸边富裕 宽度的。此外，浚深航道的水深在给定舵角、航道宽度和船速可降低岸边的富裕 宽度。其它一些需要考虑的因素包括强水流、水流与航道的夹角、风浪以及由于 淤积原因靠岸的航道水深是否小于接近航道中心线处的水深。 我国海港总平面设计规范j t j 2 11 9 9 规定，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。计算公式如下： w = a + 2 c ( 单向航道)( 2 1 ) w = 2 a + 6 + 2 c ( 双向航道)( 2 2 ) 式中： 航道有效宽度( m ) ； 彳航迹带宽度( m ) ； b 船舶间富裕宽度( m ) ，取设计船宽曰； c 船舶与航道底边问的富裕宽度( m ) 。 6 中日港口航道宽度设计标准比较研究 图2 1 航道有效宽度计算 f i g 2 1t h ec a c u l a t i o no f c h a n n e lv a l i dw i d t h ( 1 ) 航迹带宽度4 在航道上行驶的船舶，受风、流的影响，其航迹很难与航道轴线平行，即使 在无风流状态下行驶，由于螺旋桨产生的横向力矩，也迫使船舶偏转，船舶常需 不断地操纵舵角才能保持航向，故其航迹是在导航中线左右摆动而形成的蛇形路 线。船舶为了克服风流的影响，保持航向，常使船舶实际航向与其航向保持一风 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面宽度称为航 迹带宽度( 彳) ，经验公式如下： 彳= n ( l s i n f l + b ) 其中： 船舶漂移倍数，采用表2 1 中的数值； 风、流压偏角( 。) ，采用表2 1 中的数值； 三设计船长； b 设计船宽。 表2 1 满载船舶漂移倍数刀和风、流压偏角值表 t a b 2 1t h ef u l l l o a d e ds h i ps h i f tm u l t i p l e a n dt h ew i n d - f l o wa n g l ef l ( 2 3 ) 风力 横风7 级 横流v ( m s ) v 0 2 50 2 5 v 、 0 5 0 0 5 0 v 。 o 7 50 7 5 v i 0 0 7 第2 章中日港口航道宽度设计标准 以 ( 。) 1 8 l 3 1 6 7 1 5 9 1 0 1 4 5 1 4 注：当斜向风、流作用时，可近似取其横向投影值查表。 ( 2 ) 船舶间的富裕宽度( b 或船间距离) 船舶之间的富裕宽度b ，是指分道通航的双向航道中，船舶相遇错船时，为防 止发生船吸现象而保持两航迹带间的内侧横向距离【l 酬。根据我国一些港口和国外 有关资料，建议b 值取为最大设计船宽j 6 f 。 ( 3 ) 船舶与航道底边间的富裕宽度( c 或称离岸距离) 船舶与航道底边间的富裕宽度c ，是船舶在航道中以蛇形前进时，船体外侧与 边坡底边线的最小距离。由于航道内外水深差形成航道壁，船舶在这样狭窄的航 道内航行，为了防止擦壁或搁船舷或操纵上的影响所需的距离称船舶与航道底边 间的富裕宽度。采取表2 2 中数值( 一般取o 5 - 一一1 5b1 1 6 1 ) 。 表2 2 船舶与航道底边间富裕宽度( c ) t a b 2 2t h ea f f l u e n c ew i d t hb e t w e e ns h i pa n dc h a n n e lh e m l i n e ( c ) 2 2 日本港口航道宽度设计标准 2 2 1 船型及航行环境不能确定时的航道设计宽度 根据日本港湾。施毅。技衍上。基掌- 同解说中航道设计宽度的计算方法， 在不能确定对象船型及航行环境时，航道宽度可用如下方法计算： 单向航道：航道宽度要求在o 5 。以上； 双向航道：航道宽度要求在1 0 。以上； 距离较长航道：w = 1 5 l 。； 8 中日港口航道宽度设计标准比较研究 船舶频繁交汇航道：= 1 5 l 。； 船舶频繁交汇且距离较长航道：形= 2 0 l 。； 2 2 2 船型及航行环境确定时的航道设计宽度 根据日本港湾。施放。技衍上。基辈- 同解说中航道宽度的计算方法，可 确定对象船型及航行环境时，航道设计宽度算法如下i 单向航道：形= l + 既o + 呒2 ( 2 4 ) 双向航道：w = l + i + 形+ 2 + 2 ( 2 5 ) 式中i 形航道宽度( m ) ； 既，基本操船宽度( m ) ； 距岸壁的富裕宽度( m ) ； 形会船船舶间富裕宽度( m ) 。 图2 2 单向航道 f i g 2 2o n e w a yc h a n n e l 9 i 图2 3 双向航道 f i g 2 3t w o - w a yc h a n n e l 第2 章中日港口航道宽度设计标准 ( 1 ) 基本操船宽度既，可由下式计算： ，= 2 既p ) + 既够，y ) ( 2 6 ) 既，y ) 风、流、首摇影响导致的操船宽度( m ) ； 既心) 辨识横向偏位所需航道宽度( m ) ； 图2 4 基本操船宽度示意图 f i g 2 4t h es c h e m a t i cd i a g r a mo fb a s i cs h i pm a n e u v e r i n gw i d t h 式中： 既，y ) - - 形) + 2 w ( y ) ( 2 7 ) w ) 风、流影响导致的操船宽度( m ) ； 矽( y ) 船舶首摇影响导致的操船宽度( m ) 。 风、流以及船舶首摇影响下导致的操船宽度p ，少) 值的计算 ( a ) 流体力系数的计算 1 0 中日港口航道宽度设计标准比较研究 1 铲 ，1 v 图2 5 风和潮流作用下产生漂角示意图 f i g 2 5t h ed r i f ta n g l ee f f e c t e db yt h ew i n da n dt i d e 巧。i乏；：隔k + 1 4 c 6 兰一0 4 巧 和一2 旦七+ j 堕c 。r 型1 1 2 3 h 一三u 制占 2 d 【2 dl 2 d j ”2 一k ( o 4 功 七：一2 d 鬻6 1 3 3 , a 扩a r 访j 孵= 一o 5 巧j 式中： 巧船舶以漂角斜航时所受横向水动力系数的无因次值； 船舶以漂角斜航时所受水动力转船力矩系数n p 的无因次值； d 航道设计水深( m ) ； d 设计船型的最大吃水( m ) ； ( 2 8 ) ( 2 9 ) 第2 章中日港口航道宽度设计标准 三船舶垂线间长( = 三印) ( m ) ； b 设计船宽( m ) ； c 6 方形系数g = d r ( l 即b a r ) ； d r 船舶排水量； y 海水密度( t m 3 ) ； 巧舵角万时横向舵力系数坛的无因次值； m 舵角艿时舵力转船力矩系数虬的无因次值； 丸舵的高宽比，舵的有效高宽比九多用1 4 1 9 ； 4 舵面积( m 2 ) ； 4 d ) 舵面积比； 舵的干扰系数。 在船舶的舵面积比如亿刀d ) 不明的情况下，下列值可作为参考： 高速货轮：1 3 5 1 4 0 ；普通货轮：1 4 5 - 1 6 0 ；油船：1 6 0 - - 1 7 5 。 舵的干扰系数a h 不明时，可参考小濑等的图2 6 推算。 o 厶：w i t i t o i wp r o p e i i j f r ：f i l t hp r o p e l l e r ( m o d e l p r o p p o i r t i c 0 50 60 70 1 0 9 1 0 图2 6a 随g 的变化情况 i g 2 6a hl o n gw i t ht h ec h a n g e so fc b 1 2 、 f t 中日港口航道宽度设计标准比较研究 ( b ) 风力系数、风力转船力矩系数的计算 e = e o + c l c o s 巩+ c 2 c o s 2 e + q 3 c o s 3 0 + q 4 c o s 4 0 + e 5 c o s 5 0 i q = q ls i n o w + q 2s i n 2 0 + q 3 s i n 3 0 ( 2 1 0 ) 巴= o 1 ( c 。1s i n 0 , , + c 卅2s i n 2 0 w + c 埘3s i n 3 0 。) j 式中： e 纵向风力系数； q 横向风力系数； c 卅风力转船力矩系数； 乱船舶风向角； 以上系数可利用a , i、x o t 、t 8 、4 4 值和表2 3 中的系数计算求取。 三垂线间长( = 三印) ( m ) ； 么。水线上正面投影面积( m 2 ) ； 么。水线上侧面投影面积( m 2 ) ； 侧面积中心距船首的距离( m ) 。 表2 3 回归系数表( 表中l = l 刀) f i g 2 3r e g r e s s i o nc o e f f i c i e n tt a b l e ( i nt h et a b l e 三= l p p ) 第2 章中日港口航道宽度设计标准 巴3 0 6 1 6- 1 4 7 40 0 1 6 l 4 、彳，可利用式2 1 1 计算： l o g ( y ) = a 。+ 风l o g 伍) 式中： l ，彳，或a 。； x 船舶的d w t 或g t ； 口。，尾系数( 查表2 4 ) 。 表2 4 彳，a y 推算用系数 t a b 2 4 a x ，a y c a l c u l a t e du s i n gc o e f f i c i e n t ( 2 1 1 ) ( c ) 平衡状态下舵角与漂角的计算 定常风时，平衡状态下船舶运动方程为2 1 2 1 4 ( 2 1 2 ) 、_、r， 剀膀 九一、叫u 、i7一a 僦临，卜v、叫 、，羔，w烈唔 风 柏 搿 中日港口航道宽度设计标准比较研究 一= 二二二= _ 一 式中： 船舶以漂角p 斜航时所受横向水动力系数； 船舶以漂角p 斜航时所受水动力转船力矩系数； 舵角艿时横向舵力系数； 虬舵角万时舵力转船力矩系数； u 船舶速度( m s ) ： 虬风速( m s ) i 几海水密度( t m 3 ) ； 成空气密度( t m 3 ) ； d 设计船型的最大吃水( m ) ： 三垂线问长( = l 刀) ( m ) ； a y 水线上侧面投影面积( m 2 ) ： q 横向风力系数； q 风力转船力矩系数。 求解方程，可得： 舵角：万= 一f ，k 丝p w 丫a 丝u ) 、1 2 ( 寺) ( 鞣 溉= 幽p j k 丝u ) 2 甓 - _ 郴c y n j 一) 这里：巧- - v 户( o 5 p l d u 2 ) n 名= nb b 5 p w l d u 2 、 巧= y , ( o 5 p w l d u 2 ) n ：= n 6 b 5 p l d u 2 、 ( 2 1 3 ) ( 2 1 4 ) 第2 章中日港口航道宽度设计标准 式中： 髟船舶以漂角卢斜航时所受横向水动力系数的无因次值； 嵋船舶以漂角夕斜航时所受水动力转船力矩系数n p 的无因次值； 巧舵角占时横向舵力系数的无因次值； 孵舵角万时舵力转船力矩系数虬的无因次值； d 设计船型的最大吃水( m ) ： 三垂线间长( _ 三印) ( m ) ； a y 水线上侧面投影面积( m 2 ) ： c 。横向风力系数； c 臃风力转船力矩系数； 成海水密度( t m 3 ) ； 见空气密度( t m 3 ) 。 ( d ) 流压差角属的计算如下式 屐= a r c t a n ( u c u ) 式中： 殷流压差角( 。) ； u 船舶速度( m s ) ； 饥航道正横方向上的流速分量( m s ) 。 ( e ) 风、流影响导致的操船宽度) 值的计算 参器l 尾o s i nf l + b c o s f l )够) =j 其中： 缈够) 风流和压差导致的操船宽度( m ) ； 1 6 ( 2 1 5 ) ( 2 1 6 ) 中日港口航道宽度设计标准比较研究 。船舶全长( m ) ； b 设计船宽( m ) ； 风流和压差角( 。) ； 届风压差角( 。) ； 殷流压差角( 。) 。 ( d 首摇影响导致的操船宽度) 用下式计算 形) = u r 4 s i n o ( t ) d t = 丢s i n 缈( ，) = s i n ( 2 州弓) 式中： 形) 船舶首摇影响导致操船宽度( m ) ； u 船舶速度( 州s ) ； 瓦首摇周期( s ) ； 最大首摇角( 。) 。 ( g ) 暇，少) 的计算： ，j ，) = ) + 2 ) = ks i i l + b c o s + o 5 u t ys i n 萌。 式中： 既，j ，) 风、流以及船舶首摇影响下导致的操船宽度( m ) ； w ( p ) 风、流影响导致的操船宽度( m ) ； 缈) 船舶首摇影响导致的操船宽度( m ) 。 辨识横向偏位所需航道宽度既 ) 的计算： ( a ) 目测浮标定位辨识横向偏位所需航道宽度既 ) 的计算 1 7 ( 2 1 7 ) ( 2 1 8 ) ( 2 1 9 ) 第2 章中日港口航道宽度设计标准 ( 警 i2 l fj 口，= 0 0 0 0 4 4 0 2 + 0 0 0 0 2 0 + 0 5 5 3 4 3 口。= 4 a ， 既 ) = l f t a n ( c t , 。) 式中： 口本船和前方航路两侧浮标的夹角( 。) ； 删航路两侧浮标间距离( m ) ； 三f 本船距前方浮标的距离( m ) ； 口，中点目测误差( 。) ； 口一中点目测最大误差( 。) 。 单向航道：三f = 7 k 双向航道：l f = 3 5 k 7 k 这里： k 设计船长。 1 8 ( 2 2 0 ) ( 2 2 1 ) ( 2 2 2 ) 中日港口航道宽度设计标准比较研究 ( a ) = l f t 叩( q m a x ) 图2 7 辨识横向偏位所需航道宽度既q ) 的方法 f i g 2 7i d e n t i f i c a t i o no fl a t e r a ld e v i a t i o nm e t h o df o rc h a n n e lw i d t h 既q ) ( b ) 运用雷达浮标定位辨识横向偏位所需航道宽度既( 尺) 图2 8 辨识横向偏位所需航道宽度既俅) 的方法 f i g 2 8i d e n t i f i c a t i o no fl a t e r a ld e v i a t i o nm e t h o df o rc h a n n e lw i d t h 既俄) 1 9 第2 章中日港口航道宽度设计标准 雷达的方位误差为1o 时： 僻) = 0 0 1 7 5 w s l n b u 。万y l f = 7 k l f = 3 5 6 7 k 这里：k 设计船长。 ( 2 ) 岸壁影响所需富裕宽度呒 回转力矩 图2 9 岸壁影响所需富裕宽度考虑方法 f i g 2 9t h eq u a y w a l li n f l u e n c en e e d st h ew e a l t h yw i d t hc o n s i d e r a t i o nm e t h o d ( 2 2 3 ) ( 2 2 4 ) ( 2 2 5 ) 皓南 泣2 6 ， = 硒g bj 。 中日港口航道宽度设计标准比较研究 三船舶垂线间长l i p ( m ) ； e 靠近岸壁航行时船体所受横向力( n ) ； c f 6 靠近岸壁航行时船体所受横向力的无因次值； 心靠近岸壁航行时船体所受转船力矩； 靠近岸壁航行时船体所受转船力矩的无因次值； u 船舶航行速度( m s ) ； d 设计船舶最大吃水( m ) ； a 海水密度( k g m 3 ) 。 ( b ) 基于平衡状态时的船舶操纵运动方程计算压舵角 运动方程为： 一+ 攀? 鼍：o ) 一c 协+ n 。b 9 + n = o l 、( 2 2 7 0 式中： c f b 靠近岸壁航行时船体所受横向力的无因次值； c 胁靠近岸壁航行时船体所受转船力矩的无因次值； 巧船舶以漂角斜航时所受横向水动力系数的无因次值； 睇船舶以漂角斜航时所受水动力转船力矩系数芦的无因次值； 巧舵角万时横向舵力系数坛的无因次值； m 舵角万时舵力转船力矩系数儿的无因次值； 可求得： 万：兽垒刍丝 y ；n l s y ；n j b 肛黼 2 l ( 2 2 8 ) 第2 章中日港口航道宽度设计标准 式中： 万舵角( r a d ) ； 漂角( r a d ) 。 、i ，f 搿 r，ru l 一 ，l s t s p 、， 一 0勿黝 图2 1 0 船体中心线距岸壁的距离 f i g 2 10t h ed i s t a n c ef r o mh u l lc e n t e r l i n et oq u a y w a l l 童h $ 0 ，f ，i - s t ，工骨 t ” 图2 1 1 靠近岸壁航行时船体所受吸引力以及排斥力力矩( 图中s p = ) f i g 2 1 lw h e nn a v i g a t i o na p p r o a c h e st h eq u a y w a l lt h eh u l lr e c e i v e st h ea t t r a c t i o na n dr e p u l s i o n t o r q u e ( i n t h ef i g s p = ) ( c ) 压舵角5 。时岸壁影响所需富裕宽度m 的计算 利用s p b l 与压舵角万之间的对应关系，求出艿= 5 。时对应的s p b l ，再利用 式2 3 1 计算呒，。 中日港口航道宽度设计标准比较研究 呒。= s v b 一0 5 b 式中： 。岸壁效应影响所需航道富裕宽度( m ) ； 船体中心线距侧壁的距离( m ) ； 口设计船宽( m ) 。 ( 2 2 9 ) 表2 5 直立岸壁对不同船舶影响所需的航道富裕宽度( 舵角5 。o d = 1 2 ) t a b 2 5t h ee r e c t n e s sq u a y w a l lt ot h ed i f f e r e n ts h i p si n f l u e n c en e e d sr o u t er i c hw i d t h ( h e l m a n g l eo o d = 1 2 ) ( d ) 岸壁形状修正 ( i ) 岸壁形状为图示，不是直立岸壁时 需要对富裕宽度进行修正，修正系数为： h i e x p ( 一2 矧 | ，修正系数； 航道外水深比：航道外水深航道水深。 ( 2 3 0 ) 第2 章中日港口航道宽度设计标准 l = 专 vll u j 。 、工， ，航路： 路外水深= d 叫t h l = d o u t d 深= d 图2 1 2 岸壁形状对应的岸壁影响所需富裕宽度 f i g2 12t h eq u a y w a l ls h