（载运工具运用工程专业论文）东海大桥主通航孔船舶通行能力研究.pdf

上海海事大学硕士论文 捅要 为使上海港成为集装箱枢纽港，把上海建成国际航运中心，上海市政府提出 建设洋山深水港的设想。东海大桥作为洋山深水港的重要配套工程，全长3 2 5 k m ， 连接洋山港区和芦潮港海港新城；然而，大桥的建设改变了当地的通航环境，通 航孔宽度影响船舶自由航行，限制桥区水域的船舶通行能力。 东海大桥位于杭州湾口东北部，舟山群岛西侧。目前由上海港经舟山群岛及 杭州湾海口通往浙江、福建沿海航线主要分为外航路、东航路、中航路、西航路 和内航路。与东海大桥相关的航线主要为内航路、西航路。西航路自长江口，经 大戢山东方、西马鞍山岛东方，进入金山航道或经鱼腥脑岛西方驶向甬江口，为 由上海至宁波和舟山各港口客船、渔船和千吨级货船的航路。内航路位于舟山群 岛西部，为通往浙闽沿海1 0 0 0 3 0 0 0 吨级船舶多年形成的习惯航线。 东海大桥主通航孔布置基本与内航路船舶习惯航线一致，设计通航等级为 5 0 0 0 吨级。本文详细介绍了内航路及西航路的航行方法，通过对比以上两航路的 航程得出船舶由西航路航行所需的绕航里程；根据相关规范，研究航海净空高度 与工程净空高度的关系，确定主通航孔满足的船舶水面以上最大高度；借助船舶 操纵模拟器，通过模拟船舶航迹带宽度，确定5 0 0 0 吨级货轮在桥区通航自然条件 的双向航道宽度，验证主通航孔可通航宽度能否满足通航净空宽度要求；运用排 队论，建立船舶过桥排队模型，求解排队系统相关指标：根据船舶过桥等待时间 及桥区限速要求，确定东海大桥主通航孔对船舶自由通行的影响；通过对比内、 西两航路的航时，提出船舶选择由内航路航行的合理建议。 现有的排队理论可以对一些典型的排队系统进行分析，并采用解析法计算出 其稳态性能指标。但是，由于排队系统的随机性，对较复杂的排队系统的数学描 述和求解常常很困难，需通过运用排队模型进行有效处理。过桥等待锚地的大小 由满足一定保证率的等待队长决定，因此，本文提出运用s p r e a d s h e e t 建模，求 解满足9 5 保证率的等待队长和最大等待时间，确定过桥等待锚地的设置。 最后，文章对东海大桥主通航孔的船舶通行能力做出总结并对船舶操纵模拟 器的发展及桥区排队模型的完善提出展望。 关键词：航路，绕航，航迹带宽度，净空高度，净空宽度，排队论 上海海事大学硕士论文 a b s t r a c t f o rt h ep u r p o s eo fm a k i n gs h a n g h a ib ea ni n t e r n a t i o n a ls h i p p i n gc e n t e r a n dac o n t a i n e rh u b ，t h ec o n c e p t i o no fy a n s h a nd e e ps e a p o r tc o n s t r u c t i o n h a sb e e np u tf o r w a r db ys h a n g h a ig o v e r n m e n t a sa ni m p o r t a n ta t t a c h m e n t o fy a n s h a nd e e ps e a p o r t ，d o n g h a ib r i d g e ，w i t ht h el e n g t ho f3 2 5 k m ， c o n n e c ty a n s h a nh a r b o u rw i t hl u c h a os e a p o r tc i t y h o w e v e r ，t h el o c a l n a v i g a b l ee n v i r o n m e n th a sb e e nb e e nc h a n g e dg r e a t l yb yt h i sp r o j e c ta n d s h i p sn a v i g a t i o nh a se f f e c t e db yt h eh r i d g eo p e n i n g sn a v i g a b l e w i d t h ，w h i c hl i m i t e dt h et r a n s i r e c a p a c i t yo fb r i d g ea r e a d o n g h a ib r i d g es i t u a t e sa tt h en o r t h e a s to fh a n g z h o ub a y _ - t h ew e s t o fz h o u s h a ni s l a n d s t h es h i p sr o u t i n gf r o ms h a n g h a ip o r tt oz h e j i a n ga n d f u j i a np r o v i n c ec o a s tw h i c hp a s s e sz h o u s h a ni s l a n d sa n dh a n g z h o ub a yc a n m a i n l yd i v i d ea so u t r o u t e ，e a s t r o u t e ，m i d d l e r o u t e ，w e s t r o u t ea n d i n n e r r o u t e ，o n l yt h el a s tt w op i e c e si n t e r r e l a t ew i t ht h ep r o j e c t t h e w e s t r o u t er i s e sf r o mc h a n g j i a n g k o u ，p a s s i n gt h ew e s to fd a j i s h a na n dt h e e a s to fx i 田a a n s h a n d a o ，t h e ne n t e ri n t oj i n s h a nc h a n n e lo rs a il i n gt ot h e e n t r a n c eo fy o n g j i n gb yp a s s i n gt h ew e s to fy u x i n g n a o d a o ，w h i c hi st h e f a i r w a yo fp a s s e n g e rl i n n e r ，f i s h b o a t ，a n dk i l o t o n sc a r g ov e s s e lf r o m s h a n g h a it ot h ep o r t so fn i n g b oa n dz h o u s h a n i n n e r r o u t el i e sa tt h ew e s t o fz h o u s h a ni s l a n d s ，w h i c hi st h ec u s t o mc o u r s eo f1 0 0 0t o3 0 0 0t o n ss h i p s i nt h ec o a s to fz b e j i a n ga n df u j i a np r o v i n c e i nt h i sp a p e r ，t h ed i s p o a s a l o fm a i nb r i d g eo p e n i n g ，a si t sd e s i g n e dn a v i g a b l ec l a s si s5 0 0 0t o n s ，i s b a s i c a l l yc o n s i s t e n t e dw i t hc u s t o mc o u r s eo fi n n e r r o u t e t h ed e v i a t i o n d i s t a n c eo fw e s t r o u t eh a sb e e no b t a i n e db yc o m p a r eo ft h et w ov o y a g e s a f t e rap a r t i c u l a r l yi n t r o d u c eo fs a i l i n gp l a nh a sb e e nt a k e n a c c o r d i n g t ot h ec o r r e l a t e dc r i t e r i o n ，t h em a i no p e n i n gc o n t e n t e ds h i p sa i r d r a u g h tf r o ms e ah a sb e e nd e t e r m i n e db ys t u d yo nt h er e l a t i o n s h i po f v e r t i c a l ec l e a r a n c eb e t w e e nn a v i g a t i o na n de n g i n e e r i n gd o m a i n t h e t w o w a yf a i r w a yw i d t h ，w h i c hh a sb e e nu s e dt ov e r i f yw h e t h e rt h en a v i g a b l e 上海海事人学硕士论文 w i d e s u f f i c e sh o r i z o n t a lc l e a r a n c e ，h a sb e e ne n s u r e db yt h e a i do f n a v i g a t i o ns i m u l a t i o nt og e tt h ew i d t ho ft r a c kf o r5 0 0 0t o n ss h i pu n d e r t h ev i c i n i t yn a t u r a le n v i r o n m e n t q u e u em o d e lh a sb e e nb u i i tt of i n do u t q u e u ei n d e xb yt h ea p p l i c a t i o no fq u e u et h e o r y s h i p st r a n s i tc a p a c i t y a f f e c t e db ym a i no p e n i n gh a s b e e nc o n f i r m e db a s e do i lw a i t i n gt i m ea n d l i m i t i n gv e l o c i t yi nb r i d g ea r e a t h er e a s o n a b l ep r o p o s et h a tn a v i g a t i n g f r o mi n n e r r o u t es h a l lb es e l e c t e dh a sb e e ns u g g e s t e dt h r o u g ht h e c o m p a r i s o no fn a v i g a t i o np e r i o di nt h et w ov o y a g e s s o m et y p i c a lq u e u es y s t e mc a nb ea n a l y z e db yt h ee x i t i n gt h e o r yo f q u e u ea n di t ss t e a d yi n d e xc a nb ec a l c u l a t e db ya n a l y t i c a lm e t h o d w h e r e a s ， i ti sd i f f i c u l tt od e s c r i b ea n dr e s o l v es e v e r a lc o m p l e xq u e u es y s t e m ，w h i c h s h a l lb ed i s p o s e db yq u e u em o d e lb e c a u s eo fi t sr a n d o m i c i t y t h es i z eo f s h i p sw a i t i n ga n c h o r a g ei nt h ev i c i n i t yo fb r i d g es h o u l db ed e c i d e db y t h el e n g t ho fq u e u ew h i c hm e e t p r o p e r g u a r a n t e er a t e t h e r e f o r e ，t h e p r o p o s a lt h a ta p p l ys p r e a d s h e e tm o d e l i n gh a s b e e na d v a n c e dt oa t t a i n w a i t i n gq u e u eo fg u a r a n t e e9 5 n a n ds h i p 7 s w a i t i n gt i m e ，w h i c hc a nb e t a k e nt oc o n f i r mt h es i z eo fa n c h o r a g e i nt h ee n d ，t h ea u t h o rs u m m a r i z e ss h i pt r a n s i t c a p a c i t yo fm a i nb r i d g e o p e n i n ga n dp r o s p e c tt h ed e v e l o p m e n to fn a v i g a t i o ns i m u l a t o ra n d t h e i m p r o v e m e n to fq u e u em o d e li nb r i d g ea r e a y i n gj i n g h u a ( m a j o ri nd e l i v e r ym e a n su t i l i z a t i o ne n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f x i a oy i n g j i e k e y w o r d ：r o u t e ，d e v i a t i o n ，w i d t ho ft r a c k ，v e r t i c a l ec l e a r a n c e ， h o r i z o n t a lc l e a r a n c e ，q u e u i n gt h e o r y 3 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其他 机构己经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做 的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。 作者签名： 论文使用授权声明 日期： 本人同意上海海事大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网 公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段 保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定。 名：绰一挺嘞坳于 上海海事火学硕士论文 引言 二十世纪8 0 年代以来，亚太地区经济的迅速发展使得世界贸易重心逐步向 该地区转移，贸易重心的转移，促进海运业的兴旺，形成了北起釜山，中跨神户、 上海，高雄、深圳、香港，南至新加坡的以集装箱运输为主的港口链，诞生了香 港、新加坡等世界公认的国际航运中心。 中国的改革开放，使经济发展潜能得到释放，中国经济取得了举世瞩目的成 就，但是，作为中国经济发展速度最快、经济内在素质最高，也最具发展潜能的 长江三角溯地区，由于缺乏一个具有国际竞争力的集装箱枢纽港，导致包括长江 流域和东部沿海地区在内的广大腹地区域因经济增长而新产生的大量远洋集装 箱货源不得不到周边国家和地区条件更好的港口转运，这对于优化整个国家的物 流体系、提高综合国力和国际竞争力以及企业的经济效益都是十分不利的。因此， 在中国这样一个市场巨大、腹地辽阔的发展中国家，特别是长江三角洲地区，必 须拥有一个集装箱枢纽港。 为使上海港成为集装箱枢纽港，把上海建成国际航运中心，上海市政府提出 了跳出长江口，在距上海南汇芦潮港约3 0k m 的大、小洋山建设深水港的设想。 经过国内外专家、学者和勘察、设计、科研人员5 年多的论证和前期工作，2 0 0 2 年3 月在国务院第5 6 次总理办会会议上审议批准通过了上海洋山深水港一期工 程可行性研究报告和开工报告。洋山深水港工程包括深水港区、芦潮港海港新城 以及连接港区和港城的东海大桥一我国第一座真正意义上的跨海大桥。 东海大桥横跨海面，需制作施打各类桩基86 0 0 多根，海上桥墩8 1 4 个，全 桥仅设5 0 0 0 吨级主通航孔一处，5 0 0 吨级辅通航孔两处，大桥的建设改变了当 地的通航环境，通航孔宽度影响船舶自由航行，限制桥区水域的船舶通行能力。 本文基于航海操纵模拟器，模拟船舶航迹带宽度和紧急制动距离，通过建立船舶 过桥排队模型，求解排队系统相关指标，研究东海大桥主通航孔对船舶自由通行 的影响。 i 二海海事大学硕士论文 第一章概述瞳朝腔踟陉鲫口踟洲口2 1 1 1 研究的目的和意义 1 1 1 研究的目的 东海大桥连接洋山港区与芦潮港海港新城，系洋山深水港建设的重要配套工 程。由于大桥横跨海面，要求过往船舶改变原有的航行习惯，主通航孔宽度和高 度都限制了船舶的自由通行，有必要对其船舶通行能力进行研究。 本文运用船舶操纵模拟器，通过模拟试验，得出代表船型在桥区水域的自然 条件下所需的航迹带宽度和航道宽度，验证主通航孔的有效通航宽度能否满足船 舶通行要求；根据规范要求，确定主通航孔的可通航高度；建立船舶过桥排队模 型，求解排队系统相关指标，确定大桥对船舶通行的影响。 1 1 2 研究的意义 通过模拟代表船型桥区环境航行的航迹带宽度，确定主通航孔的可通航宽 度，减小船舶驾引人员过桥时的心理压力；研究航海净空高度与工程净空高度的 关系，确定船舶过桥实时可通航高度；建立排队模型，求解船舶过桥等待时间和 等待队长，合理规划过桥等待锚地，为主管部门建立合理的大桥通航秩序提供参 考；对比内航路和西航路的航程、航时，提出由内航路航行的合理建议，避免船 舶绕航，以减少燃油消耗，加快船舶周转，节约船公司营运成本。 1 2 研究方法和步骤 1 2 1 根据大桥附近航路( 内、西航路) 的航程对比，确定船舶由西航路航行所 需的绕航里程数： 1 2 2 建立船舶操纵模拟模型，制定合理的模拟操纵方案，模拟得出桥区水域代 表船型所需的航道宽度； 1 2 3 建立桥区水域船舶过桥排队模型，根据观测流量，运用s p r e a d s h e e t 建模， 求解排队系统的等待队长及等待时间。 上海海事大学硕士论文 图1 2 港航仿真流程图 2 上海海事大学硕士论文 1 3 模拟研究发展概况 应用模拟器对港航工程进行仿真研究是借助于模拟器，按照符合实际航行 操作惯例的方案进行计算机模拟操作。通过模拟操作，可以了解在模拟环境下的 船舶航行、靠离泊等的相关数据，统计、分析和研究这些数据可以检验设计部门 的设计方案的可操作性，同时也可为相关管理部门提供决策依据。据资料统计， 模拟器在国外和国内的许多港航工程的仿真模拟方面得到了广泛的应用，并且起 到了相当重要的作用。 1 3 1 船舶操纵模型的研究概述 自从1 9 4 6 年k s d a v i d s o n 和li s c h i f f 首次给出操纵运动方程以来，有 关船舶操纵模型的研究基本上从两方面着手。一是从基本运动方程出发，通过确 定其水动力导数，进而求解其运动参数的水动力模型的研究；二是运用控制理论， 将船舶看作为一个动态系统，操舵作为输入，运动作为输出的响应模型的研究。 1 3 2 船舶操纵仿真研究概述 操纵仿真与船舶操纵模型的关系是相辅相成的，研究模型的目的就是为了计 算及仿真，而仿真实践又不断促进模型的完善。 1 ) 国外发展概况 从国内外研究情况来看，西方主要造船与航海大国对仿真模拟研究较早，他 们大多在6 0 7 0 年代就建立了操纵仿真系统，主要用于培训驾船技术。如荷兰 的台尔夫流体实验室，美国的金氏波音航海实验中心，日本的广岛大学、大阪大 学、川崎重工、瑞典的歌德堡国家航行实验室，法国的格勃诺尔应用水工研究所， 挪威控制公司，德国的v f i v p o r k 公司等。 1 9 7 5 年，美国航运管理局投资建设了“计算机辅助操作研究中心”( c a o r p ) ， 建造了首台应用计算机生成图像技术的大型全功能视景船舶操纵模拟器。该模拟 器投资高昂，其应用集中在重要的航海研究领域，重点是港航设计论证与航行安 全操作研究。1 9 7 7 年，该中心对p u g e ts o u n d 水域油轮在恶劣条件下的通航安 全做了论证研究，证明在维持一定航速情况下所有油轮可以安全通过该水域。同 上海海事大学硕士沦文 时对4 0 00 0 0 载重吨油轮在操舵或推进系统故障情况下航行做了研究，得出拖轮 力与船舶吨位间关系的公式。为了提高巴拿马运河的通航能力，1 9 8 5 年，巴拿 马运河委员会对巴拿马型船舶在运河全程双向航行进行研究。c a o r f 承担了运河 最窄段c a i l l a r dc u t 拓宽工程论证研究，在均衡挖掘费用和航行安全的前提下 确定合理拓宽尺度。此外，c a o r f 还进行了其他港航项目的大量仿真研究工作。 以下是船舶操纵模拟器的其他的应用实例。如在莫比尔港( m o b i l eh a r b o r ) 进港航道的设计中，需确定开敞水域中航道的宽度，试验得到要拓宽的碍航弯段， 较原设计推荐方案的疏浚量和维护量大为减少。又如奥克兰港( o a k l a n dh a r b o r ) 进港航道，通过船舶操纵模拟器试验预测设计航道的通过能力、大大降低航道的 开挖费用和维护费用等等。 美国专门从事港航工程工作的机构u sa r m yc o r p so fe n g i n e e r s 于1 9 8 3 年建设了“工程研究与开发中心”，安装了一套船舶与拖轮模拟器( s h i p t o w s i m u l a t o r ) ，专门用于由联邦负责的航道的改造与维护工程论证研究。至今该中 心已进行了5 0 多个港航项目的研究。 世界上有些大学的研究机构，如德国汉堡理工大学、韩国海洋大学和澳大利 亚海洋学院等已用船舶操纵模拟器为港口规划、航道设计和港内交通控制提供过 有效的论证。 例如澳大利亚海洋学院利用船舶操纵模拟器为马来西亚第二大港口滨图鲁 港( 也是亚洲最大的液化天然气出口港) 的建港进行了成功的论证。论证的主要 项目内容有：6 0 0 0 标箱集装箱船和1 2 5 万吨级液化天然气船的港内航行和靠离 泊可行性。其中包括：航道疏竣要求、能见度不良情况下操纵船舶要求、拖轮的 最佳使用、助航设备的要求、船舶应急操纵程序和对策等。该研究成果，为滨图 鲁港的建设成功提供了强有力的科学决策依据。并且，在该港建港成功以后，澳 大利亚海洋学院又将该研究成果应用于对该港引航员和港口人员的培训，取得了 良好的技能培训和安全管理的效果。 2 ) 国内发展概况 8 0 年代初，大连海事大学首先从挪威n o r c o n 公司引进船舶操纵模拟器。此 后，国内大部分海运院校和船员培训单位相继引进或自行开发船舶操纵模拟器， 推进了我国航海仿真技术的不断发展。大连海事大学相继在上海、青岛、烟台、 宁波等港口进行了模拟研究。 4 j ：海海事大学硕士论文 上海海事大学( 原上海海运学院) 拥有船舶操纵模拟器研发的扎实基础。 上海海事大学船舶操纵模拟器的研究始于1 9 8 9 年，当时在航海系“七五”期间 纵向与横向科研项目研究的基础上，提出研制船舶操纵模拟器，成立了“船舶操 纵模拟器课题组”，并以自选课题的形式进行可行性研究和开发。之后列为交通 部重点科研项目，研制成功大型船舶操纵模拟器，在教学培训、科学研究和工程建 设中发挥了重大作用。 上海海事大学利用船舶操纵模拟器或结合船舶操纵模拟器进行港航工程的 仿真研究在国内也逐渐应用并取得了很好的效果，例如洋山深水港区一期工程进 港航道船舶航行模拟试验、苏通长江公路大桥船舶通航水道模拟论证、上海港集 装箱码头有限公司宝山港区第4 代集装箱船进出港池及掉头方案研究与论证、青 岛港前湾港区船舶通航密度研究、华能玉环电厂卸煤码头和航道工程通航安全评 估、舟山大陆连岛工程金塘大桥项目通航环境安全评估、东海大桥船舶通航模拟 试验研究报告等。 1 3 3 船舶操纵模拟器与港航工程仿真研究发展现状 船舶操纵模拟器研发是近二十几年来国际海运界普遍关注的课题。近年来， 随着计算机技术、信息工程与自动化等技术的迅猛发展，计算机仿真技术特别是 虚拟现实技术等也得到了快速发展。自2 0 世纪7 0 年代前后开始起步并用于航海 教育的计算机仿真教学培训设备船舶操纵模拟器，无论在种类、功能及技术 性能方面目前都处于一个崭新的阶段。船舶操纵模拟器或结合船舶操纵模拟器进 行的仿真研究已经从通航安全评估及操船方法的研究，扩展到航迹带宽度、航道 宽度、航迹带分布、船舶各种航行状态时的下沉量( 包括波浪作用下沉量) 、船 舶富裕水深、船舶制动距离、调头区域、船舶在航道中航行时的船舶间富裕宽度、 船舶与航道底边间的富裕宽度、各种航行状态下的航行时间、失控船航迹漂移范 围、失控船对桥墩的碰撞速度分布、直至港区和航道各种设计参数的确定。 5 上海海事大学硕士论文 第二章东海大桥概况1 3 1 1 4 1 2 3 1 矧嘲h 5 m 儿柏1 2 1 东海大桥桥位 东海大桥工程作为洋山深水港区一期工程的重要配套设旌，起始于上海南汇 区芦潮港，跨越杭州湾北部海域，直达浙江省嵊涸县的小洋山岛：中日海底光缆、 电缆从该水域通过。 2 1 1 地理位置 东海大桥西起上海市南汇县芦潮港镇客运码头往东约5 k m 的南汇咀处，东至 小洋山，全长约3 2 5 k m ，途经大乌龟、颗珠山和小洋山等岛屿。地理概略位置为 3 0 0 3 35 2 ”3 0 0 3 9 4 2 ”n ，1 2 1 05 8 0 6 ”1 2 2 0 0 92 3 ”e 。 2 1 2 通航孔航道布置 5 0 0 0 吨级主通航孔航道走向与通航孔桥轴线垂直，航道宽度2 6 0 m ，航道长约 4 2 nm i l e ( 7 8 k m ) ； 1 0 0 0 吨级通航孔航道走向与通航孔桥轴线垂直，航道宽度2 6 0 m ，航道在通 航孔桥轴线两侧各长1 6 nm i l e ( 3 o k m ) ； 北侧5 0 0 吨级辅通航孔走向与涨落潮流主流向基本一致，航道宽度6 2 m ，航 道在通航孔桥轴线两侧各长l nm i l e ( 1 8 k m ) ： 南侧5 0 0 吨级辅通航孔航道走向暂与涨落潮流主流向一致，航道宽度9 0 m ； 航道在通航孔轴线两侧长1 nm i l e ( 1 8 k m ) 。 2 1 3 主通航孔位置 5 0 0 0 吨级通航孔布置于靠近小乌龟岛处，距小乌龟岛约4 3 nm i l e ( 8 k m ) 。 如图2 - 1 所示。 上海海事大学硕士论文 2 2 自然条件”1 图2 - 1 东海大桥主通航孔位置 本工程地处北亚热带南缘的东亚季风气候区，季风交替明显，四季分明，冬 冷夏暖。根据小洋山金鸡门站( 1 9 9 7 8 2 0 0 1 1 2 ) 和其附近观测站( 1 9 8 6 1 9 9 0 ) 的资料统计，多年平均气温为1 7 2 。c ，累年最高和最低气温分别为3 7 5 c 年n 一7 9 左右；年平均相对湿度为8 0 ：雨量充沛，多年平均降水量为1 0 1 5 3 m m ，最大 月、f j 降水量分别为3 9 0 7 m m ( 1 9 9 9 6 ) 和1 1 1 7 m m ( 2 0 0 0 8 6 ) ，过程最大降 水量为2 4 8 5 m m ( 1 9 9 9 6 2 4 3 0 ) 。 2 2 1 风 本工程所在海区的风具有明显的季节性特征，春夏季盛行s e s s e 风，秋冬 季盛行偏n n n e 风。根据小洋山( 观音山) 站和大戢山站实测资料分析，洋山 海区风向频率图和风特征值分别见图2 - 2 和表2 - 1 。 7 上海海事大学硕士论文 表2 1 洋山海区各月风向频率统计表( ) 器 123456789l o1 11 2年 n2 2 94 34 32 25 12 14 51 9 42 0 1 1 7 91 7 42 1 0 1 1 9 n n e1 9 23 0 79 51 9 31 5 ，22 9o 81 3 11 6 34 61 2 38 91 2 6 n e2 27 73 53 23 25 32 45 o1 1 37 92 09 15 2 e n e2 7l o 77 56 87 85 75 31 58 56 74 72 25 8 e2 43 96 26 56 74 26 83 57 45 95 03 85 2 e s e1 66 91 0 89 91 4 71 2 9l o o1 2 57 48 94 77 59 0 s e2 37 o g 31 2 81 3 72 6 71 4 81 3 61 5 7 75 7 1 89 7 s s e7 46 11 1 o1 3 37 o1 2 77 51 5 41 85 86 70 78 o s7 35 89 31 1 75 79 24 23 81 t43 94 5o 95 6 s s w3 63 65 22 55 23 11 4 2 o1 8 3 61 4o o 2 8 s w3 22 85 72 42 23 1o 8 o 8 2 82 32 70 5 2 4 w s w3 60 63 12 41 83 6o 6o 83 22 41 _ 81 12 1 w3 52 1 2 62 12 32 8o 80 53 6o 93 32 62 3 w n w3 03 73 11 33 o2 4o 7l - 63 93 55 95 43 1 n w4 4 1 95 42 13 61 5o 73 13 57 17 81 7 34 9 n n w1 0 81 83 51 73 o2 0o 73 25 41 0 61 4 11 7 3 6 2 c0 0o 5 0 1o o0 00 03 8 oo 10 3o 1o 1o 0 03 2 图2 - 2 本工程海区风向频率图 考虑到风的阵性，一年中可能出现各级阵风的天数见表2 表2 2 本工程海区各级阵风特征表 01 4 5 6789 频率 3 2 3 3 3 5 8 4 9 0 7 9 5 4 3 5 2 1 0 5 天数 “7 9 d1 2 2 5 7 d1 7 9 1 d3 4 8 d1 2 8 5 d3 8 3 d 8 上海海事大学硕士论文 根据小洋山( 观音山) 站( 1 9 9 7 8 2 0 0 1 7 ) 风的实测资料统计，各季节风 的特征值见表2 3 。 表2 3 小洋山( 观音山) 站各季节风的特征值表 季带苷夏秋 冬 项目 3 5 月份6 8 月份9 1 1 月份1 2 2 月份 常风向 s es enn 频率( ) 2 2 02 4 91 9 43 0 8 强风向 s 偏n偏n偏n 实测最大风速( m s ) 2 2 8 2 4 2 ( w n w 向) 2 0 3 ( n w 向) 1 9 5 ( n w 向) 2 2 2 波浪 东海大桥工程位于杭州湾口东北侧海区，桥区的偏北侧、东侧、东南侧、 南侧众多岛屿和舟山群岛对该海区起到屏障作用，外海长周期的涌浪不能直接 传入。因此，n n e 向( 包括n 、n e 向) 水域开敞，为该海区的强浪向。根据附 近测站资料分析，该海区波浪以风浪以及风、涌浪兼具的混合浪为主，纯涌浪 出现频率较低。洋山港杨梅嘴涌浪出现频率相对更小，仅为1 。 根据小洋山杨梅嘴测波站波浪观测资料统计： 常浪向，n n n e ，频率为1 6 3 ； 强浪向，n n e ，实测波高为3 3 m ； 根据大戢山、小洋山、芦潮港海洋监测站2 0 0 2 年1 月至1 2 月的波浪资料 进行洋山海区波浪场统计分析，全年最多浪向为e n e ，出现频率为1 5 3 ，其次 是n n e 浪向，出现频率为1 2 2 ；最少浪向为w 向，出现频率为1 2 ( 见图2 - 3 和表2 4 ) 。 1 ) 浪的季节特征 浪向季节变化是：冬季( 1 月) 以n 为主，频率为2 2 6 ；春季( 4 月) 以 n n e 、e n e 和s s e 向为最多，出现频率分别为1 8 3 ，1 9 1 和1 6 7 ；夏季( 7 月) 以e n e 和s e 向为最多，出现频率分别为2 0 6 和1 2 7 ；秋季( 1 0 月) 以e n e 向为主，出现频率为1 6 2 。 9 上海海事人学硕士论文 表2 - 4 本工程附近海区各月浪向频率统计表( ) 淤 l234567891 01 11 2 住 n2 2 61 83 22 46 3o o0 02 45 19 29 81 2 96 4 n n e1 3 72 3 93 21 8 37 92 57 12 1 02 1 41 2 31 0 76 ，51 2 2 n e4 01 5 68 71 63 ，9o 8 5 64 8 1 0 35 46 61 2 16 5 e n e 1 5 31 3 81 6 71 9 11 1 8 1 5 6 2 0 61 2 11 8 8 1 6 21 2 3 1 1 3 1 5 3 e2 44 65 67 17 99 87 93 26 81 56 62 45 5 e s eo 02 88 77 11 5 o2 2 13 25 74 36 23 32 46 8 s eo 83 75 64 81 1 81 4 8 1 2 71 1 76 24 14 06 6 s s e6 52 87 11 6 72 44 96 41 2 1l _ 72 34 90 05 7 s0 84 64 04 8o 04 1 6 4 7 30 90 82 ，50 03 0 s s w2 40 94 82 40 0o o0 80 80 92 30 80 01 4 s wo 8o 91 6o o0 03 31 6o 80 03 14 10 01 4 w s w3 2o o0 o2 41 62 51 60 o1 t72 3o o0 81 4 w2 4o o2 40 o0 8o 80 8o o2 61 5 1 6 1 61 2 w n w0 84 62 4o 83 9o o4 oo o2 6o o4 90 82 0 n w2 4o 95 60 o2 4 0 0 1 62 41 7 6 98 21 8 6 4 3 n n w1 3 7o 93 21 62 43 3o 0o 8o o9 21 5 62 0 26 o c8 11 8 41 7 51 1 12 2 11 5 61 9 81 8 61 9 71 4 64 16 51 4 6 图2 - 3 本工程海区浪向频率图 年平均波高为0 9 m ，月平均波高最大值出现在i 0 1 2 月，波高均为1 1 m ； 月平均波高最小值出现在2 月，波高为0 6m ，其余各月平均波高在0 7 1 0 m 之间变化( 见表2 5 ) 。 年极值波高为3 2m ，出现在9 月7 日夜间，是由0 2 1 6 ( 森拉克) 台风影 响的结果。全年0 4 o 5 m 的h 。波高出现机会最多，频率为3 0 1 ；h , , o 1 2 1 0 上海海事大学硕士论文 m 出现频率有1 5 8 。其中，h 1 n o 2 o m 频率为2 3 ，主要出现在7 月、4 月和 1 2 月( 见表2 - 6 ) 。 表2 - 5 本工程附近海区各月平均波高、最大波高统计表 单位：m 瀑 l234567891 01 11 2年 h 1 l o 1 0 o 6o 81 0o 9o 70 70 7o 8 1 11 1 1 1 o 9 h m a x 2 11 52 22 4 2 ，1 2 12 7 2 53 2 3 12 32 63 2 表2 - 6 本工程附近海区各月各波级频率统计表单位： 必 0 o 一0 2 0 4 0 6 一o 8 1 o 一1 2 1 4 一1 6 1 8 = 2 0 0 1 0 3 0 5 o ，7 0 9 1 11 3 1 51 71 9 l1 0 8 91 9 82 6 7 31 4 8 51 0 8 91 4 8 56 9 36 9 33 9 61 9 80 0 0 2 2 2 2 26 6 7 2 8 8 91 4 4 4 1 5 5 6 1 1 1 11 1 1 o 0 00 0 0 0 0 0 o o o 32 1 3 64 8 52 1 3 6 1 3 ，5 9 2 0 3 9 6 8 03 8 8 2 9 11 - 9 42 9 1o 0 0 41 4 1 45 0 52 9 2 91 3 1 31 4 1 45 0 52 0 21 o l4 0 46 0 66 0 6 52 8 2 86 0 62 0 2 04 0 41 1 _ 1 1 9 0 9 7 0 73 0 39 0 92 0 20 0 0 61 9 1 93 0 34 0 4 09 0 91 3 1 37 0 71 0 12 0 24 0 41 0 lo o o 7 2 2 8 68 ，5 74 8 5 74 7 65 7 l0 ，9 50 0 0o 0 0 o 0 00 9 57 6 2 82 1 1 06 4 23 8 5 35 5 08 2 68 2 65 5 0o 9 22 7 50 9 2工- 8 3 92 3 0 05 0 02 4 0 01 0 0 01 3 o o7 0 02 0 04 ，0 0 4 0 0 6 0 02 o o i 01 9 3 92 0 42 6 5 38 1 68 1 61 1 2 25 1 03 0 65 1 07 1 44 0 8 1 1 5 1 58 2 5 2 7 8 4 1 3 4 09 2 81 4 4 35 1 55 1 5 5 1 5 5 1 51 0 3 1 28 0 03 0 02 7 0 01 3 0 01 2 o o1 3 0 03 0 05 o o5 0 06 o o5 o o 年平均 1 8 0 05 0 83 0 0 81 0 2 51 1 7 59 ，0 03 5 82 8 33 7 53 3 32 3 3 2 2 3 潮汐 1 ) 潮型 本工程附近海区的潮汐主要受东海前进潮波控制，潮汐类型属非正规半日 浅海潮型。 2 ) 潮位基准面 本海区的理论深度基准面在1 9 8 5 国家高程基准面以下2 3 6 m 。小洋山( 观 音山) 站基准面关系如图2 - 4 所示。 上海海事大学硕士论文 1 9 8 5 国家高程基准面 吴淞基准面 小洋山( 观音山) 站理论深度基准面 3 ) 潮位特征值 1 6 l m t 1 0 7 5 m 图2 - 4 基准面关系图 表2 7 长期潮位站潮汐特征值表( 1 9 8 5 国家高程基准) 站名芦潮港站小洋山( 观音山) 站 项目 ( 1 9 7 8 1 9 9 4 年)( 1 9 9 7 8 - - 2 0 0 1 1 2 ) 平均海平面( m ) 0 2 3o 1 8 平均高潮位( m )1 8 6 1 - 5 2 平均低潮位( m ) - 1 ，3 41 2 3 最大潮差( m ) 5 1 45 0 3 平均潮差( ) 3 2 02 7 5 平均涨潮历时 5 h 2 6 m i n5 h 5 l m i n 平均落潮历时 7 h6 h 3 4 m i n 表2 - 8 长期潮位站潮汐特征值表 站名 芦潮港站 小洋山( 观音山) 站 项目 ( 1 9 7 8 1 9 9 4 年)( 1 9 9 7 8 2 0 0 1 1 2 ) 平均