南非德班港进港航道上的新助航设施.doc

南非德班港进港航道上的新助航设施James Collocott, 南非国家港务局（Transnet），灯塔司IALA副主席为了改善作为南非主要集装箱货运港 德班港的进出入安全，一项旨在拓宽加深德班港进港航道的港口改造工程正在进行之中。德班港德班港位于南纬2952，东经3102，处在南非东海岸的KwaZulu-Natal（卡瓦祖鲁-纳塔尔）省内。它的历史可以追溯到1497年葡萄牙探险家瓦斯科.达.伽玛首次航行到此时发现的悬崖背后的海湾，即今天的德班港。作为葡萄牙早期最著名的航海家之一，瓦斯科.达.迦玛一直致力于寻找非洲大陆的最南端和通往印度的航线。德班湾（纳塔尔港）作为一个港口可以追溯到1823年，当Messrs King与Farewell驶着Salisbury号穿过峡口的进入海湾，他们对海湾进行了首次勘测。当贝克号（Conch）于1842年航行穿过峡口的时候，纳塔尔港（Port Natal）已经成为大英帝国的一个码头。但是直到1894年John Milne搭乘着无畏号来到这里时才开始对峡口进行改造，并于19世纪50年代期间开始在北岸港口的建设工作。作为南非海岸的七大港口之一，德班港隶属于南非国家港务局，该港务局负责管理着南非所有的商业港，除了德班港之外，理查德湾、东伦敦、伊丽莎白、莫塞尔湾、开普敦和萨尔达西亚也隶属于该机构。正在兴建之中的Nggura港（位于东开普）将成为该机构下属的第8座港口，预计于2008年投入使用。在全球化和国内经济增长的大背景下，南非的各个港口迎接着货运贸易迅速膨胀的挑战。这些港口在南非以致整个非洲的经济民生扮演着越来越重要的角色，它们不仅是南非以及周边国家货物进出口的管道，并且将成为辐射东非与西非海岸的航运中心。包括水域在内的主要特征德班港的陆地与水面面积加在一起共有1，854公顷。水面面积在涨潮时可达892公顷，而在落潮时为679公顷，同时整个港区范围的周长为21千米。其铁路总长302千米，而德班是世界上为数不多的几个港区紧邻中心商业区的城市。德班港共有57个泊位，每年有超过4000艘的商船停靠在这里。它最早是作为一个进口港来进行开发建设的，但这些年来随着货物流量的巨大变化，其所扮演的出口港角色能也显得越发重要起来。港城特色德班市已经发展成为南非的一个主要城市，而德班港也已是非洲大陆上最繁忙的港口之一，并且其集装箱容量居非洲第一位。从战略角度上讲，处在世界航运线路上的德班港在德班市的日常生活中扮演着重要的角色。作为南非主要的货运集装箱港，德班港的吞吐量达到每年3140万吨，价值500亿南非兰特，并且承担着南非44%的散装货物与61%的集装箱货物流量。该港还拥有南半球最大的集装箱码头，平均每月的集装箱吞吐量达83,000箱。德班港拥有6000多名雇员，而该地区有将近30000人直接依靠港口的相关活动为生。拓宽&加深进港航道背景John Milne在1850年首次尝试为德班港建设一个进港航道。在经过几次失败的尝试之后，Edward Innes在1885年设计了北码头和Innes（南）防波堤，并最终于1890年完成了建设。由于港口沿岸堆积物随浪潮漂流，在航道另一侧逐渐形成一个沙洲，而最终促使北码头在1902年进行了拓弯改造。拓弯改造工程包括对北港内侧进行扩展延伸，以便创造出一个文氏管地势便于海水对淤泥和水下沉积物的冲刷。这个突出部于1946年被移除，同时除了对南岸防波堤进行过有限的改造之外，整个进港航道并无太大的变化 ，在61年之后的今天它依然在使用之中。为了防止航道内沙洲的形成，港口在使用沙网疏浚航道的同时，还将泥沙从港口北部的沙滩上抽取上来，并通过市政装料车进行回收。北岸和南岸的防波堤长度分别为335米与700米，且进港航道在其最狭窄处为130米宽。目前的港口限制如下：航行安全要求过去几年来的数据显示，寄港船舶的吨位发生了显著的增长。习惯上，国际上所接受的受限制航道内的安全航行标准为：航道底部宽度应为在其内所航行之船舶龙骨横梁宽度的五倍。德班港曾宣布其可接纳船底横梁在35米以内的船舶，照此估算，其主航道必须达到175米宽方能满足该标准。然而德班港现有进港航道最窄处仅有130米宽。因此，提高航行安全便成了进行拓宽加深进港航道的主要诱因。进港航道拓宽加深工程的设计作为非洲大陆最繁忙港口的唯一进港航道，考虑到它所承载的航运交通量，此次航道拓宽加深作业将是一项巨大的工程。除了航行安全方面的考虑之外，港方也把航运业主有关未来进港船舶吨位大小的意见纳入到航道拓宽加深工程的规划中来。航道设计接纳船舶为6，600标准货柜的集装箱轮，并且在满足航道95%可用性的天气环境条件下进行测试。设计接纳船舶长347米，宽43米，满载吃水14米。在航道设计过程中，有迹象表明甚至更大类型的集装箱轮，如9200TEU级别也能通过假定中的航道设计。先决条件是需要适当地降低天气状态条件（weather window），航道便可容纳这类船舶。限制现有航道的宽度受限于航道两侧的4座沉箱。这些沉箱为第二次世界大战期间建造，用来防止德国潜水艇进入港口。现有航道深度为海图基准面 -12.8米（port） 德班港所用的海图基准面与南非海测机构所用的海图基准面不同，而进一步的挖掘加深工作也受到现有航道入口下方市政下水道网络的限制。最终设计方案基于设计接纳船舶规格建造的新航道，考虑到了本地的环境因素。新航道在最窄处宽 220米并且在南防波堤后逐渐增加到300米宽。深度方面，从入口航道处的海图基准面 -19米（port）到进港航道处的海图基准面 -18米（port），最后从港内航道至T型防波堤这一段为海图基准面 -16米（port）。有关风浪，水流和水下沉积物移动的研究成果也被用于判断拓宽后的航道将给港口带来何种程度的海浪冲击，同时也为模拟导航训练提供了准确的环境条件。航道的最终设计方案通过了由德班港引航员代表参与进行的计算机模拟导航训练，并得到了验证。主体工程将在现有航道的北岸展开，其包括以下内容： 拆除北岸建筑物 拆除北岸防波堤/灯光 建设一个新的北岸防波堤和防波堤信号灯 在完成北岸挖掘之后，对水下淤泥（设计深度）进行清理 对入口航道，进港航道和港内的水下淤泥进行清理 在北岸的，沿着新建的防波堤基座建设一条石质的海岸护坡 用石材对航道边坡加以保护 加强南防波堤结构 加设额外的航标 替换从进港航道南岸到北岸沙滩的砂越堤设施进展伊莎维尼Tthekwini(即德班)自治市所指定的承包商最近完成了位于现有航道下的一条新市政水下隧道的建设，这使得正在设计中的航道拓宽加深工程变为可能。这个直径4.5米的市政水下隧道是由一台隧道挖掘机完成的。除了砂越堤与航标工程之外，所有的施工项目都被包含在一个单独的合同之下，于2007年6月授予Transnet工程负责管理与实施。在砂越堤工程的实施过程中，港方将通过与德班市政当局的合作，以单独合同的形式交予各个承包商执行，而新航标的配备工作将由灯塔服务管理局(Lighthouse Services)负责。此项工程已经全面展开，预计于2010年第一季度完成。航标从航标作业的角度来看，进港航道拓宽加深工程将给港口航标的布设工作带来一系列新的挑战。受到工程影响的航标包括： 主航道导航灯 南北防波堤信号灯 增加主航道浮标并对其重新定位 航道的重新规划，或将浮标移至新航道中间线位置 重新规划和放置航标主电源备用系统同时也将添设新的航标，如： 205浮标 -19米等位线浮标 湾角凹陷部防波堤上的新信号灯新的航道中心线拓宽航道之后的中心线穿过德班港航运筒仓区，其中有些筒仓高达70多米。在这些高大的筒仓前方已经没有地方再竖立起前方信号灯，同时也没有足够的距离以供竖起后方信号灯。由于航道中心线穿过悬崖另一侧的山谷，因此，从地形学的角度上来说，如果在这里竖立起一个后方信号灯，悬崖本身并不能为其提供任何高度上的有利条件。反之，如果在这里设立信号灯的话，其高度必须超过100米方才有效。因此我们可以认定在这一位置上架设传统的前方或后方信号灯是不切合实际的。实际情况是，引航员需要一个至少能达到南防波堤外延5海里范围的日间信号灯光，而当从筒仓位置算起的话，这个距离则需要增加到7海里，因此提升了挑战难度。正在各方为寻找一个合适的解决方案而奔波时，灯塔服务局（Lighthouse Services）依靠与IALA长期的合作关系和多年来在参与其组织的各种活动过程中与各个国家/业界成员所建立起的经常性联系这样一个有利背景，提出了自己的解决方案。这个解决方案是就是安放一个精确扇形灯光（Precision Sector Light PSL）。由于目前在南非还没有任何一个地方使用过此类灯光，必须通过港口管理方与引航员之间的互动交流来验证采用这样一个系统的可行性。在这个过程中，德班港的港务局主任和首席领航员专程访问了爱尔兰的Cork港和英国伦敦港，以便能够从港方和领航员的角度取得有关PSL操作使用的第一手资料，而他们在引进一个PSL系统以及其它助航设施过程中所获得的宝贵经验将被用来有力的支持PSL系统导航的可靠性与准确性。为了能够提供引航员所需要的日间信号范围，港方配置了一组由6个同步PSL灯器的构成的信号灯设备。这样一来，就能够充分利用港内现有的一个筒仓来安装这个PSL系统。港方同时也决定将现有的主航道信号灯作为transit灯光继续保留下来，以备在出现特殊情况时使用，从而加大港口的安全导航系数。新的南北岸防波堤信号灯德班港拓宽加深工程的实施将能使得在航道两侧防波堤上安装新的信号灯变得可能。现有的北防波堤信号灯的能见度为6海里，其平均海平面高度为9米。一个新的北防波堤信号灯将被竖立在堤坝尽头的圆形首部上。这个新信号灯将达到平均海平面高度14米，同时出于作其作为港口主要背景信号灯的考虑，该灯的能见度将达到12海里。在灯质保持不变的情况下，其灯色也将保持原有的绿色。新信号灯的在设计的过程中考虑到了日后维护工作的需要，并因此加装了一台移动式起重机。一个连接航道两侧堤岸的水下管道系统将能为各种电缆提供良好的保护，使其免于自然或人为因素的影响。这一举措将显著地改善过去几年以来一直困扰德班港的电力中断事故，而此类事故的发生多是由于一些在该区域内进行所的建筑活动损坏水下电缆所至。在南防波堤尽头也将建设起一个新的信号灯高塔。该信号灯的高度和能见度与新的北防波堤信号灯相同，但灯色为白色。与北防波堤信号灯一样，该信号灯的设计过程中也考虑到了日后维护工作的需要，装备了移动式起重机。主航道浮标现有的resilient类浮标的数量必须增加。拓宽加深后的新航道需要由8个航道浮标进行标识，南北各4个。第一对浮标将被放置在从-18米深度延伸至-16米深度的航道位置上。其余几对浮标将以300米的距离间隔沿着航道布放于港内。由于这些浮标对引航员的极端重要性，因此为了提升它们的显著度，每个浮标都在顶部配备了一个制式的太阳能浮标灯，同时配以霓虹灯（装配在1.2米长的聚碳酸酯灯筒内）作为辅助光源。每个灯筒包含4个霓虹灯管，总共有3个灯筒以互相背靠的装配方式来提供270度的信号灯照明。现有的resilient类浮标将会得到相应的改装以便能服务于较深的航道之中，此外坐落在德班港的Shop24将负责个新浮标的生产（Shop24生产的金属浮标服务于南非的各个港口）。新的205度标识在接近港外锚地区时，引航员在过去多借助后引导灯为标识以便确定船舶至进港航道的距离。因此港方在湾角处设置了建筑高度限制。湾角位于进港航道北面，面对着印度洋，是德班市最炙手可热的住宅区。而在湾角部分区域内的开发过程中，有关方面放宽了建筑高度限制，以便于工程项目的进行。这使得港方需要在205度方向上设置标志线以服务引航的需要。在南防波堤信号灯被用作前方信号灯的同时，在这条进港线路的另一侧，将架设起一个新的灯架，并在其上安装信号灯以作为后方信号灯使用。-19米等位线浮标一个新的外航道浮标将被布设在拓宽加深后的航道北侧交叉点处，也就是在-19米等位线上。这个新增设的浮标在经过维修改造后将能在船舶进港过程中协助领航员的工作，指示出水深开始递减的位置，一直到-18米的航道入口处。主后备电源系统一个经过维修改造的主后备电力系统将负责为进港航道周围所有的助航设施供电。现有的后备电源系统设施位于北岸，由于处在航道拓宽加深工程的挖掘范围之内，因此一个新设立的设施站点已经在南岸建立起来。港方将从这个全新的后备发电室处铺设一条穿越航道水下的永久性管道系统，以便为各种电缆提供水下保护，而其中就包括为北防波堤信号灯提供电力的电缆。这个处在航道下方的综合性管道系统还承载着为港区内其它设施提供服务的任务。重新配置现有航道浮标现有的航道浮标将会被重新配布在拓宽加深后的航道中心线上，距离南防波堤的尽头约2.2海里。施工期间保持港口开放作为非洲大陆最繁忙，集装箱吞吐量最高的港口，由于德班港的规模和其航道的唯一性，在工程进行期间是不可能关闭其进港航道的。由此一来就给工程建设，海事运营以及航标助航工作带来了诸多挑战：就如何在工程进行期间保持航道畅通的问题，有关方面强调了以下几点： 挖掘工程承包方应当与港口管理方紧密合作，以便能在港内船舶航行间隔时间段内，确保挖掘工作得以顺利进行。 港口北部的拓宽加深工程应该在航道外沿进行（也就是在北面坡堤之外）。 当港口北部的工程完工后，会在其处开通一条临时航道，然后再进行港口南部工程。 工程第一阶段 第一阶段工程将包括拆除现有的北防波堤，对现有航道展开挖掘以便将其拓宽加深，以及建设一个新的防波堤和相应配套的信号灯座。在此期间，进出港船舶交通将依靠现有的航道。为了解决缺少北进港信号灯的问题，将在现有北防波堤前端外放置一个灯标，以便在拆除现有北防波堤信号灯后，为施工期间（新的北防波堤建设）的航道提供服务。这个灯标将被设置在现有进港航道边缘，其能见度将超过6海里。此外，为了能够进一步熟悉PSL信号灯，引航员们的要求港方提供一个相应的临时性信号灯，以便与现有的引导信号灯平行使用。因此，一个VEGA PEL 6-5D型信号灯将被装配在航道中心线位置上。 工程第二阶段 这一阶段工程将包括加深现有进港航道和加强南防波堤信号灯基座。在此期间，港内航运将被转移到一个临时的北部航道（与现有航道相比很狭窄）。从领航员的角度来看，这个阶段是对于整个工程