通航安全技术论证的教学案例汇编.doc

通航安全技术论证的教学案例汇编一、桥梁通航安全技术论证案例：海河开启桥工程通航安全评估及模拟研究1 大桥及附近水域通航环境与通航条件分析本工程拟建开启桥东侧为塘沽南站，西侧为即将开发的塘沽响螺湾商贸区，跨越海河，桥梁长度约为600米，引路全长约为1.3公里。设计高通航水位：2.73米（大沽）；最低通航水位：0.52米（大沽）；桥梁净空：与坨场南道开启桥相交道路净空为4.5m；下穿海门大桥支路净空为3.5m。其拟建工程的地理位置见图1.1-1。图1.1-1 拟建南站海河大桥地理位置图1.1 水文滨海新区地处海河流域下游。海河水系是华北地区最大的水系，由海河干流和北系的蓟运河、潮白河、北运河和永定新河，西系的大清河、子牙河，南系的南运河、漳河、卫河组成。海河上游支流众多，10公里以上的支流300多条，分别由北、西和西南几个方向汇聚于天津，形成海河干流，最后注入渤海，为典型的扇形水系。海河多年平均流量717立方米/秒，径流总量226亿立方米。年内分配和年际变化不均。历史上水旱灾害频繁，据记载，13681948年的580年间，海河曾发生水灾387次，旱灾407次。每次较大的水灾，涉及的县都有100多个。在这期间，天津市被淹70多次。中华人民共和国建立后，对海河流域进行了全面治理，在上游山区控制水土流失，筑库防洪蓄水；中游疏浚河道，加固堤防；下游平原区增辟新河，分洪入海。因此全流域基本上免除了洪涝灾害。1.1.1 潮汐 本港为不正规半日潮港，平均潮差2.47米，最大潮差4.37。1992年9月1日风暴潮最高高潮曾达5.81米潮汐受风影响很大，当遇强烈的偏东风时涨潮提前0.5-1小时；若遇强烈的偏西风时落潮时间提前0.5-1小时，涨潮时间缩短，潮高也降低。当强烈的西北风延续2天以上，则风起后第3个高潮潮高可减少1米左右，低潮潮高也显著降低。所以，当计算新港潮汐时，应对前1-2天的风向、风力予以注意。表1.1-1 潮信表地点位置潮面月赤纬0时潮面月赤纬最大时（月上中天）平均海面平均潮汐间隙平均潮高平均潮汐间隙平均潮高北赤纬南赤纬天津新港385906N1174424E高潮02h48min3.6m高高潮03h36min16h01min3.5m2.4m低高潮14h55min02h30min3.5m低潮09h39min1.2m低低潮21h39min09h14min0.8m高低潮09h19min21h44min2.0m1.1.2 潮流 大沽口锚地及附近涨潮为西北流，平均流速0.8节，最大流速1.9节；落潮为东偏南流，平均流速0.7节，最大流速1节。主航道潮流基本与航道平行，为往复流，最大流速0.64节。海河内无潮流，但当开启节制闸放水时其最大流速可达1.5节。1.2 气象1.2.1 风新港地区的常风向为西南风。春秋两季风向变化较频繁，但以西南风居多，平均风力3级。夏季多东南风，冬季多西北风，最大风力可达8级以上。年平均发生6级以上的强风约11次，频率为3.01%,其中大部分为东北风一年中以东北风最强，风力可达9级，阵风9级以上，影响船舶进出，但持续时间较短。45月盛行大风，89月风最弱。但79月受台风影响，可出现强东风，若恰逢大潮汛会造成风暴潮袭港。1.2.2 气温根据19511997年资料统计：年平均气温 12.3年平均最高气温 16.2年平均最低气温 9.1极端最高气温 39.9（1955年7月24日）极端最低气温 -18.3（1953年1月17日）1.2.3 降水根据19511997年资料统计：年平均降水量 586.0mm年最大降水量 1083.5mm（1964年）年最小降水量 278.4mm（1968年）一日最大降水量 191.5mm（1975年7月30日）1.2.4 雾及能见度年平均雾日146天。 能见度小于1公里的大雾多集中于秋冬两季，尤以11、12月为多，持续34小时，对航行有影响。1.2.5 相对湿度根据19811994年资料统计：平均相对湿度 65%最大相对湿度 100%最小相对湿度 3%全市空气相对湿度以夏季最大，7、8月份平均值可达80%左右，春季最小，2至4月份最低值为0%。全市年蒸发量为16881917毫米，冬季最小，只占全年的9%，春季最大，占全年的36%，5月份最多，占全年的16%。1.2.6 降水量全市平均降水量为550680毫米，年平均降水日数为6473天。从海上输送来的暖湿气流受北部山脉的阻滞和抬升，经常在燕山迎风坡和山前平原形成多雨带，使全市年降水量的分布由北向南递减。北部最大年降雨量可达1213毫米，最小年降雨量为352毫米，南部多雨年可达1189毫米，少雨年只有244毫米。天津的汛期为6月中旬至9月中旬。汛期的平均雨日在42天左右，夏季降水量为441568毫米，占全年降水量的8084%，又主要集中在7、8月份。2 拟建大桥工程对通航环境的影响2.1 大桥对水流的影响2.1.1 桥区的流速、流态由于水流流向变化大，所以在弯曲河段的桥区一般表现为高水取直，低水坐弯，深槽偏靠凹岸。在土质疏松的河段，凹岸冲刷，凸岸淤积，因此主通航孔应跨越深槽，且在凹岸一侧的桥墩不应设在水中，以免产生挑流和对船舶安全航行不利的不良水流。又因为处在弯曲河段处的主流线也是随水位的变化而不断变化，大船下水过桥时要充分考虑扫弯水的影响，以及流速、曲度、舵效差等给航行带来的航行困难。在桥区水面纵比降有以下特点：弯道上段，其水面纵比降凸岸大于凹岸，弯道下段情况相反。影响桥区流速、流态的因素多而复杂，如断面形状、水深、河道弯曲程度、桥墩的位置、河底的陡缓、糙率、风等都会使流速发生变化，导致一个断面上各点的流速不一样。1）流速垂直分布流速垂直分布大致是从水面到江底流速逐渐减小，靠近河底流速最小，有时接近于零。垂线上最大流速一般出现在水面以下五分之一到三分之一水深处。水面以下0.6倍水深处的流速近于垂线平均流速。由于河道槽率、水草、风、水深、潮汐以及上、下游河道情势等的影响，致使垂线流速分布曲线的形状各不相同。2）横断面的流速分布流速在横段面内的分布与断面形状相似，滩池流速最小，河中心流速最大，近岸小，岸边流速为零。河底与岸边附近流速最小；水面流速靠近两岸边的小于中泓部分，在水深最大处的流速最大。垂线平均流速沿河宽变化与断面形状有关。在窄而深的河道上，垂线平均流速分布曲线的形状与断面形状相似。3）流速在不同水位期的分布（1）在枯水期深槽处流速小，浅滩上流速大。因为这时浅滩好似溢流坝，提高了水面比降，使流速增加。（2）在洪水期深槽处流速大浅槽处流速小。因深槽常在弯窄段，洪水期大量水流涌入而使水流不畅，造成弯窄段的壅水现象，使比降增大。但此时在浅槽处，一般两岸展宽，断面增大，流速减小。（3）河槽窄处流速大，宽阔处流速小。这种情况在高水位时很为明显。2.1.2 位于河中心的桥墩对水流的影响在桥梁对航运产生影响的诸多因素中，墩位的布设（特别通航桥孔）位置和形状的设计是其中的重要因素。对于不同河段，墩孔的布设和墩形的设计，有与不同河段的边界条件和水流条件相适应的要求，如果设计的合理，将减少对航行的不利影响。反之，如果设计的不合理，或很不合理，将会将会对航运产生不利影响。目前现有的桥墩中，由于某些原因，有些桥墩在墩孔的布设和墩型的设计上程度不同的存在着一些问题，致使这些桥墩对航运产生了一些不利的影响。根据这些桥墩在墩孔的布设和墩型的设计方面对水流条件和航行条件影响的程度，大致可以分为无影响、基本无影响、有影响和有严重影响四类1）无影响凡是一跨过河的桥梁，因水中没有桥墩，不会干扰破坏河段原有的水流条件，所以对航行不产生明显的不利影响。2）基本无影响a.由于通航水域内布设桥墩较少，对河段水流条件的影响较少；b.多孔通航、主孔跨度大且基本覆盖稳定的深槽，边孔也能满足通航要求；c.桥墩轴线与水流方向的夹角小于5度，因其夹角很小，产生的水流横向压力小，对航运基本无影响；d.采用分水导流性能好的桥墩形状。在已建和在建的桥墩形状有椭圆形、半圆形、三角形、双层薄壁长方形以及多边形等，对航行基本无影响的桥梁，起桥墩形状基本上采用椭圆形或半圆形，因其分水导流性好，不会产生危害船舶安全航行的不良水流。3）有影响高水位时主流的变化使桥墩轴线与主流向的夹角偏大,所以产生的水流横向压力较大，水流流态也较紊乱，航行船舶操作困难。高水位时水流的变化区域扩大，使桥墩轴线与水流流向的夹角增大。4）有严重影响净宽较小，墩位多，如果位于河心的桥墩的墩位较多将会缩小河道的过水面积，使桥梁上游出现雍水，流速减缓，水流的挟沙能力降低，造成泥沙淤积。桥墩净宽相等，主通航桥孔没有覆盖整个航槽，深槽中的墩位教多。建设桥梁在布设墩孔时应结合通航要求和桥区河段的实际特点，力争做到对航运不产生不利影响（或产生的影响很小，能够采用其他方法弥补），同时又要做到对桥区河段的演变不产生明显的不良影响，因此在布设桥孔时应做到：桥孔的布设考虑到建桥后桥墩对河床演变的影响，不要对上下游河势及航道水流条件产生明显的影响，如果可能的话应该尽量做到一跨过河，即在水中不设置桥墩；主通航孔的位置应当根据航迹线和传统的航线来划分，最好能够经过实船试验和专题论证来选定；主通航孔应该选在稳定的深槽，并尽可能覆盖整个通航水域，如不能覆盖整个通航水域而必须要设置多个通航孔的话，则至少应设置三个以上的通航孔，以适应各种水位、各种船型单、双向通航的要求；桥墩形状的选择最好采用导流性能好的椭圆形或者半圆形；桥轴线应与水流方向垂直，不得己时交角不要超过5度，以避免因为夹角过大而产生较大的水流横向压力、使得桥墩附近的水流流态紊乱。2.2 水流条件对船舶过桥的影响当船舶以船速v0行时，其中剖面与流速矢量的夹角为a,根据矢量加法定律，航速v等于船速v0与流速u的矢量和， 从图2.2-1中可见，因为在桥区航行的船舶与水流有一定的夹角，这不仅改变了船舶的航速而且改变了船舶的航行轨迹，使船舶的航迹带宽度变大，船舶安全航行比顺直航道需要更大的可航宽度。另外船舶航速大小同流速、流向和船舶本身的航向有关。顺流航行时，流舷角越大，航速越小，漂移量越大；逆流航行时，流舷角越大，航速越大，漂移量同样的大。所以，一般不主张在弯曲河段建桥，尤其不能在弯曲河段或者虽然弯曲但流速很大的河段建桥。分析：本工程桥梁轴线与水流方向几乎平行，其夹角仅有1度，因其夹角很小，产生的水流横向压力小，没有改变该水域的水流状态，因而对航运安全基本无影响。2.3 桥区气象因素对航行安全的影响对事故进行分析发现，不少事故是在作用于船上的风力大于三到四级以上时发生的，气象条件突变因素（突然增加风力、水位急剧下降，能见度突然降低，风力猛烈增强等）对船舶航行安全起着特别重要的作用。一般来说当风速超过七级时，出现事故的危险性较大。事故分析表明，船横风（舷风）是最危险的，当风以450到1300作用在船体上时，对航行影响比较大；迎面风的危险性较小，顺风的危险性更小。风对干舷和上层建筑较大的船舶有明显的影响，其对船舶作用的程度和特征与船舶受风面积、风动力中心分布位置、干舷高度与吃水之比、风舷角大小、船舶航向与航速等诸多要素有关。风力愈大使船舶产生倾斜、偏移、偏转的程度愈大。风致偏转a、船舶静止中受风船舶在停船时，不论是正横前来风，还是正横后来风，船舶的迎风端（船首或船尾）将顺风偏转至接近正横受风状态，同时向下风漂移，停止中的船舶最终漂移时多保持在正横稍前受风（风舷角）。b、船舶前进中受风船舶航行中受正横前来风的作用时，其受风偏转主要由风速、风向、船速以及装载状况来共同决定。船舶在空载（或压载）航行中受正横后来风的作用时，船首呈现出极强的迎风偏转性。此外，船舶航行中受风，且速度较高时，不论是前进还是后退，其运动的前端在风的作用下将转向迎风的方向，这种性质称为偏转的迎风性。迎风性偏转是风致漂移的结果，因此，必须以具备一定的风速和一定的运动速度为条件。风致漂移船舶静止中受风偏转，一般最后以趋向正横受风向下风漂移，当风动力与水动力相等时，船舶将匀速漂移。而船舶在航行中受风时，将向下风侧产生漂移，若以保向为前提，船舶航迹与航向并不一致，斜航中的漂角即风压差的大小取决于航行中的漂移速度与船舶纵向运动速度。考虑到船舶在受横风时，风动力作用对船舶影响最大，则航行中船舶因风致漂移速度可以下式计算：上式中：航行中船舶风致漂移速度，m/s；船舶静止中因风漂移速度，m/s；风中船速，节（Kn）。浅水修正系数；系数，一般取0.0380.041；船体水线下侧面积； 船体水线上侧受风面积上述公式为船舶在深水域中停船受横风作用时的漂移速度，当船舶在港内、疏浚航道或受限水域中航行时，应按照实际水深与吃水之比H/d，对其进行相应的浅水修正。修正系数如表2.3-1所示。表2.3-1 船舶浅水中漂移的修正H/d船舶种类普通船型超大型船2.4 其他自然条件对船舶航行的影响分析1、雨和雪本港降水多集中在78月，占全年的60%以上，日最大降雨量为191.5mm。降雨对于船舶的航行及进出港作业造成一定的影响。降雨会导致能见度降低，即使在使用雷达等导航仪器的情况下，仍可能影响船舶的正常航行，降雨也会对船舶的靠离码头作业造成一定的困难。2、雾本港雾多发生在冬季，年平均雾日为16.5天。雾对船舶航行及作业的影响较小。但雾日航行时，船舶应开启助航仪器，加强了望。3.冰的影响渤海湾常年冰期约为3个月(12月上旬至次年3月初)，其中1月中旬至二月中旬冰况最严重，为盛冰期。盛冰期间，沿岸固定冰宽度一般在500m以内，流冰外缘线大致在1015m等深线之间，流冰方向多为SENW方向，流速一般为0.3m/s左右。但重冰年份的盛冰期间，渤海结冰范围占整个渤海海面70%以上，除渤海中部外，其它海区全被海冰覆盖，渤海湾冰厚一般为3040cm，最大60cm左右。1969年23月渤海发生了自有记录以来未曾有过的严重冰封，其冰封范围之广、时间之长、危害之大是罕见的，它直接影响海上交通并严重威胁着海上建筑物及船只安全。造成这次严重冰封的四个主要原因为：寒潮入侵路径与常年极不相同且频繁；长时间的气、水低温；大量降雪和盛行的偏东风。船舶在冰期航行时，船舶航行的阻力会增加，从而降低船舶航行的速度。3 拟建大桥通航尺度论证分析 拟建大桥通航尺度论证分析主要包括通航净空高度分析、通航净空宽度分析、通航水深分析。3.1 通航净空高度分析通航净空高度数值为代表船型空载水线以上至最高固定点高度与富裕高度之和。详见图3.1-1。abHmHBm1DHNWLDLNWL2mh空载图3.1-1 通航净空示意图Bm1单孔单向通航净宽； Hm桥梁通航净高； H航道水深；b上底宽； a-斜边水平距离； h侧高；DHNWL设计最高通航水位；DLNWL设计最低通航水位。本工程设计代表船型为5000吨级杂货船和5000吨级液体化工及成品液体化工及成品油船，其空载水线以上至最高固定点高度值分别为30m和24m。根据“通航海轮桥梁通航标准”（JTJ311-97），富裕高度在通航海轮的内河水域或有掩护作用的海域，取2m。计算结果表明，代表船型所须的安全通航净空高度为32m和26m。根据工可，本项目通航净空高度采用海门桥的标准，即通航净空为7米（大沽零点）。根据计算结果，7米的通航净空不能满足代表船舶安全通过，在船舶过桥时，需要开启桥孔。在主通航孔开启时，桥下通航净空高度应达到32m。3.2 通航宽度分析3.2.1 漂移量数学模型的建立由于实船试验无法将各种风、流情况下船舶的航迹进行实船观测，同时也无法对各种船舶的通航进行实船观测，所以必须建立相应的理论分析计算数学模型，才能对通过桥位河段的大型船舶和船舶在各种风、流情况下的航迹进行计算，尤其是在典型特征风、流情况下的航迹进行分析计算，从而为桥梁建设方案提供科学的依据。设定计算坐标的原点均为各自西边墩中心坐标，纵轴（X）平行于各自桥轴线指向东边墩，横轴（Y）垂直于桥轴线指向下游。船舶过桥时，设船首尾线与Y轴的夹角称为偏航角，流向与Y轴的夹角称为流向角。那么任意船舶（队）在各种流影响情况下的漂移量（B1）可用下式计算：B1=S（VSin+USin）/VCos+UCos其中：S计算河长（m）； V船速（m/s）； U流速（m/s）。船舶在航行中受风影响情况下的漂移量（B2）可用下式计算：B2=K(Ba/Bw)1/2e-0.14VsVaSCos(1800 -)/VCos+UCos其中：K=（aCa/wCw）1/2 ,该系数一般取0.0380.041； Ba船体水线上侧受风面积（m2）； Bw船体水线下侧面积（m2），取Bw=Ld； Vs风中船速（kn）； Va相对风速（m/s）；3.2.2 计算结果分析从下表中可以看出：船舶在不同流速、风速作用下航行时，航迹带宽因不同的U、Va值而变化，当船舶满载航行在泄洪条件下（流速为1.5kn）且在风速为5.4m/s时出现最小值。当船舶压载航行在不泄洪条件下（流速为0kn）且在风速为13.8m/s时达到最大值。各状态下船舶出现航迹带宽度如表3.2-1(a)、(b)所示。表3.2-1(a) 根据风致漂移和流致漂移计算结果(3000吨级)代表船型流态风速（级）载货情况安全过桥最小宽度（m）3000吨级杂货船不泄洪(0kn)6级（13.8m/s）满载48.59压载63.22泄洪（1.5kn）6级（13.8m/s）满载45.57压载57.263000吨级液体化工及成品油船不泄洪(0kn)6级（13.8m/s）满载46.04压载61.01泄洪（1.5kn）6级（13.8m/s）满载43.25压载55.22分析结论：拟建桥梁的设计通航净宽为68米，5000吨级杂货船和5000吨级液体化工及成品油船在满载航行时，桥梁净宽完全能满足代表船型在6级风条件下（包括泄洪状态）通航安全的要求，代表船舶在满载时均能够安全通过桥孔，并且桥孔还有一定的安全富裕宽度。 5000吨级杂货船和5000吨级液体化工及成品油船压载不泄洪情况下航行时，当风力达到6级时船舶不能安全通航桥孔。通过调研和统计，该地区年平均发生6级以上的大风约11次，出现频率仅为3.01%，所以6级及以上大风条件下船舶不能安全过桥的几率较小。3.2.3 代表船舶安全航行过桥的极限条件为了保证船舶在过桥航行中能有一定的航速以保持其应具有的操纵能力，确保安全过桥，根据漂移量数学模型可以算出船舶航行时的极限条件是：（LSin+BCos）+B+B+（ LSin+ B）/268可以计算出在最不利条件下（船舶压载），船舶安全通过桥孔的最大允许风速：3000吨级船舶在最不利条件下（船舶压载），代表船舶安全通过桥孔的最大允许风力：（1）3000吨级散货船不泄洪时，Va16.65m/s ；（7级风）（2）3000吨级散货船泄洪时，Va21.86m/s；（9级风）（3）3000吨级液体化工及成品油船不泄洪时，Va18.16m/s；（8级风）（4）3000吨级液体化工及成品油船泄洪时, Va23.78m/s。（9级风） 5000吨级船舶在最不利条件下（船舶压载），代表船舶安全通过桥孔的最大允许风力：（1）5000吨级散货船不泄洪时，Va11.32m/s ；（6级风）（2）5000吨级散货船泄洪时，Va15.16m/s；（7级风）（3）5000吨级液体化工及成品油船不泄洪时，Va11.00m/s；（6级风）（4）5000吨级液体化工及成品油船泄洪时, Va14.82m/s。（7级风）3.3 通航水深分析根据内河通航标准，天然和渠化河流航道水深可按下式计算：H=T+H 式中：H航道水深（m）；T设计代表船型最大吃水（m）；H富裕水深（m）。富裕水深、航道水深及设计代表船型最大吃水三者之间的关系如下图所示：图3.3-1 富裕水深与航道水深示意图（1）富裕水深及作用富裕水深或称剩余水深，是指自船舶平板龙骨外缘最低点至相应河底的垂直距离。富裕水深的作用是保证船舶航行安全。（2）确定富裕水深的依据船舶航行时，因船体下沉需增加的水深：船舶航行时，一般均有下沉量，它有时占富裕水深的2/3。影响船舶下沉量的因素很多，在理论上有不少半经验公式，其中以霍密尔公式较为简便：式中：Tcp平均吃水增量，即船舶动吃水量（m）； h 航道深度（m）； V 船舶对水速度（m/s）； T 船舶吃水（m）； m 与船型（L/b）有关的系数；L 船长（m）；b 船宽（m）。表3.3-1 吃水增量系数m表L/b3.54.05.06.07.08.0m0.00380.00290.00230.0020.00160.00145这个公式较好的反映了m、T、V三个方面的变化及对Tcp的影响。用霍密尔公式计算而得的Tcp值与相似船型的实测Tcp值比较接近，具有一定的科学性与可信性。保证船舶推进器安全而增加的吃水；保证船舶舵效应，以达到操纵灵活、安全增加的吃水；为防止船舶因波浪或其他原因偶然触及河底需增加的水深。 一般将第2项和第3项共需增加的水深用h1表示，其中只需某一项满足时，另一项也满足，因此各项需增加的水深不需叠加。一般情况下h10.1m左右；当河底为岩石时，h10.10.5m；当河底为沙卵石时，h10.1m。但有些河段为了避免卵石上吸而打坏螺旋桨，h1也应与岩石河底相同。在沙质河床，h1一般小于0.1m。顶推船队编队后的吃水增量值h2：根据实船试验，山区河流大型顶推船队，编队后船舶吃水量略有增加，一般为0.06 m左右。本工程水域h2可以不考虑。综上所述，并结合本工程设计代表船队较小的实际情况，该连接段航行船舶所需富裕水深为：HTcp+h1根据上述公式，该连接段设计代表船型所需的富裕水深及航道深度如下表：表3.3-2 连接段设计代表船型所需富裕水深及航道深度船 型TTcph1HH5000吨级杂货船7.00.0350.10.1357.1355000吨级液体化工及成品液体化工及成品油船7.10.0350.10.1357.235由海图作业可知，拟建桥梁的主通航孔水域的水深在7.9-8.4m,过桥水域水深均大于7.235m，可以满足设计代表船型安全航行。若按照本研究报告5.5章节的建议，将桥墩向东平移40米，由于大桥水域东侧水深较大，则更加能保证船舶航行安全，减少搁浅等海事事故的发生。二、码头通航安全技术论证案例韩国大宇造船厂新建港池、航道工程水域通航环境安全评估研究1 码头及附近水域通航环境与通航条件分析大宇造船海洋（山东）有限公司是韩国大宇造船海洋株式会社在烟台经济开发区独资建设的一座大型造船厂。本工程位于烟台开发区八角镇东岛嘴附近，距烟台港西港区约20km。其码头位置见图1.1-1。 2006年12月，大宇造船海洋（山东）有限公司基本完成了一期工程，具备了生产船体分段的能力。在一期工程中，建成了100m5000吨级的材料码头一座和24m船体分段运输专用码头一座。在使用中，发现原设计的24m船体分段运输专用码头长度偏短，不能满足设计代表船型（10000吨级驳船）安全靠泊要求。经研究，该公司决定将其接长24m，二期加长至48m。本项目评估的对象为5000吨级的材料码头和接长以后的船体分段运输专用码头。1.1 水文1.1.1 潮汐由于套子湾没有长期潮汐观测资料，仅收集到套子湾湾口初旺站1987年3月4日至4月3日一个月的观测资料，同时收集了与套子湾一岛之隔的芝罘岛海洋站1960年1985年共26年的资料，以及1987年3月至4月与初旺站的同步资料，以进行比较计算。芝罘岛海洋站设在芝罘湾内，已有多年历史，水尺零点在黄海海面下208cm。利用上述资料，进行统计和调和分析，分别求出潮汐调和常数。根据潮汐比较法，以芝罘岛海洋站作为主港，初旺站作为副港，进行潮汐比较，发现两站的潮汐性质基本一致，潮汐性质判别数为0.32，故本湾为正规半日潮海区。本区距烟台港23Km，距蓬莱43Km，根据对潮位的观测，求得本区的理论深度基准面特征潮位与工程潮位。理论深度基准面：烟台港理论深度基准面在平均海平面下1.47m；蓬莱港理论深度基准面在平均海平面下0.95 m；推算求得八角港理论深度基准面在平均海平面下1.29m。特征潮位：各高程以理论深度基准面起算历史最高潮位 3.73m历史最低潮位 -0.93m平均潮位 1.29m平均高潮位 2.02m平均低潮位 0.59m平均潮差 1.43m最大潮差 2.59m设计高潮位 2.42m设计低潮位 0.21m校核高潮位 3.28m（35年一遇）校核低潮位 -0.99m（35年一遇）1.1.2 海流套子湾处于有潮海岸，湾口开敞，海流应以潮流和风海流为主。实测潮流状况由龙洞嘴至芝罘岛的西北角、湾口到湾内，流速逐渐减弱，龙洞嘴附近海域的A1站，涨潮期间最大流速：76cm/s,流向：SE,落潮期间的最大流速：56cm/s,流向:NW;涨落潮间的最小流速只有10 cm/s左右。芝罘岛西北角附近海域的A4站，涨潮期间的最大流速：30cm/s左右，落潮期间的最大流速只有10cm/s左右。套子湾的潮汐和潮流主要受成山头外海半日无潮点的影响，其次是受渤海海峡日无潮点的影响。套子湾涨潮流向为东南向，涨至高潮前后流速最小。落潮时流速达到最大。潮流流速由湾口向湾内，从西向东逐渐减弱。潮流的最大流速发生在龙洞嘴和八角东岛嘴附近的海域。如湾口西侧的A1站,表层平均最大流速为38cm/s,流向是330度；湾内表层平均最大流速不超过5cm/s；湾口东侧的表层最大流速也不超过10cm/s。潮流随水深的增加流速减小。即:表层的流速大于底层的流速。潮流的运动形式,西部以往复流为主,东部和湾顶部以旋转流为主。总之,涨潮流速小于落潮流速,涨潮历时长于落潮历时；涨潮流主流向偏SE向,落潮流主流向为偏NW向,但套子湾最东部的芝罘西湾,潮流主流向不遵循这一规律,而基本上是 NE、SW向。潮流的运动形式西部以往复流为主,东部和湾顶以旋转流为主。套子湾的余流主要是地形所造成的潮汐余流和当时风场所决定的风海流。湾的西部有一顺时针的环流,底层较明显,东部为偏E向流,从芝罘岛西端偏N向流出湾外。最大余流发生在A1站表层和A4站底层,表层是17cm/s,流向138,底层为15cm/s,流向6。最小余流发生在C1站,表层流速2cm/s,流向302；底层流速1cm/s,流向198。1.1.3 波浪本区无长期波浪观测资料,与本区临近龙洞嘴1987年4月与芝罘岛进行了一个月的波浪同步观察,进行相关分析得相关参数为K0.92,东岛嘴比龙洞嘴更接近芝罘岛,与外海形势相同,因而可以推论:东岛嘴与芝罘岛的风浪相关系数K0.92,经统计分析芝罘岛的风浪资料,求得东岛嘴深水各向设计波高。表1.1-1 东岛嘴各重现期波浪要素风向重现期WNWNWNNWNNNENEENEE50年H1/10（m）3.6T(s)91010.710.710.425年H1/10（m）4.73.3T(s)8.69.510.310.310.010年H1/10（m）4.22.9T(s)8.57.4渔港位于东岛嘴南侧,北向西北有东岛嘴掩护,西向南向东南向为半岛大陆,只有东北及东向有风浪影响,东北向由于吹程长水深大,深水处H1/10风浪可达5.6m,东向为套子湾小风区(约20Km)风浪仅取决于风速。1.1.4 冰况据历史资料记载近四十余年来未出现大的冰冻。据统计，1960年至1979年20年间，只有三年海冰较重，该区出现了流冰和固定冰，最严重的1969年芝罘湾全部被冰覆盖，套子湾虽无此严重，但冰层面积较大。1.2 气象1.2.1 风八角渔港位于东岛嘴南侧，据烟台市23Km,根据1987年同步观察，两地风速风向相关性除南风有一些偏差外，其它各项相关系数均在0.89以上。偏南风相差的主要原因是观察场地受南部山区影响，但对分析风浪而言，南向风由于吹程短不能产生较大风浪。借鉴烟台气象台多年资料，本区风向频率统计结果如下：表1.2-1 平均风速及其频率风向NNNENEENEEESESESSESSSWSWWSWWWNWNWNNWC平均风速m/s6.06.36.07.3频率6723347114458979103表1.2-2 6级以上大风及其频率风向NNNENEENEEESESESSESSSWSWWSWWWNWNWNNWC大风频率0.70.650.070.030.040.120.260.740.360.200.912.031.87从表1.2-1和1.2-2可看出，常风向即全年最多风向为SSE,频率为11%，其次为NNW,频率为10%。强风向（即大风）为NE,频率为2.03%，其次为NNE,频率为1.87%。 1.2.2 气温本地区地处温带沿海，属海洋暖温季风性气候，四季气温变化明显。一年中1月是全年气温最低月，月平均气温-1.6，二月-1.5。3月份起气温逐月上升，最热月出现在8月，月平均气温25.0，7月24.0。年平均气温12.5。历年极端最高气温38（1972年6月8号）历年极端最低气温-13.1（1970年1月4日）1.2.3 降水年平均降水量737.0mm历年年最大降水量965.0mm(1951年)历年年最小降水量434.8mm（1968年）历年日最大降水量208.0mm(1963年7月24日)历年日降水量25.0mm的日数年平均8天1.2.4 雾及能见度本区主要为辐射雾，次为平流雾。年平均雾日数17天，最多年份30天（1964），最少6天（1961年）。春、夏两季雾日较多，4至7月平均2.4-3.2天，10月、11月平均0.1和0.4天，其他月份在0.5-1.9天。1.2.5 相对湿度年平均相对湿度64%历年最小相对湿度为零（1972年4月4日）。历年最大相对湿度为100%，每年都出现过。2 拟建码头前沿水域、锚地水域、航道条件分析2.1 码头前沿水域码头前沿水域包括两个部分，即船舶在泊位停靠时所占用的水域和船舶进行靠离泊作业时占用的水域，前者为泊位水域，后者为港池水域。另外，在港池外通常还应设有回旋水域，为船舶在靠离码头、进出港口需要转头或改向时提供足够的水域。根据“工程设计说明书”，按相关行业标准和规范，对码头前沿水域范围进行了分析。2.1.1 泊位水域码头泊位水域包括泊位长度（指设计船舶停靠码头时所需要占用的码头岸线长度）、泊位宽度（码头前水域宽度）、泊位水深。（1）泊位长度按照“海港总平面设计规范”（JTJ211-99）其泊位长度按下面公式确定：端部泊位：Lb = L + 1.5d中间泊位：Lb = L + d式中：Lb 泊位长度； d 船位富裕长度。船位富裕长度与船舶长度的关系见表2.1-1。表2.1-1 船位富裕长度与船舶长度的关系L(m)40418586150151200201230230d(m)581012151820222530材料码头：按设计停靠1艘2000吨级杂货船，兼顾停靠1艘5000吨级杂货船，计算码头长度如下：设计：L=80+101.5=100m兼顾：L=109+151.5=132m根据“工程设计说明书”，材料码头设计长度为100m基本上能满足5000吨级杂货船的靠泊要求。成品码头：按设计停靠1艘10000吨级驳船，由于采取比较特殊的尾靠式，故应取设计船型的船宽来代替船长进行计算，计算码头长度如下：设计：L=36+51.5=44m目前码头实际长度24m不能满足设计代表船型1000吨级驳船的靠泊要求。根据“工程设计说明书”，改建接长后的成品码头长度为48m，能够满足设计船型的靠泊要求。（2）码头前沿停泊水域宽度确定此宽度时，主要考虑船舶在系泊时，由于吹开风作用、缆绳变形、水流等因素的影响，船舶可能发生的漂移。一般情况下码头前沿停泊水域宽度取两倍船宽（由于成品码头的驳船采取尾靠式系泊，计算时应采用相关船型的船长代替船宽），计算结果见表2.1-2所示。表2.1-2 码头前沿停泊水域宽度计算表设计船型船宽/船长B(m)码头前沿停泊水域宽度(m)1千吨级船舶16.633.22千吨级杂货船8.016.05千吨级杂货船16.833.68千吨级驳船87.86175.71万吨级驳船95190.0根据“设计说明书”，本码头港池实际宽度590m，扣除设计代表船舶最大旋回直径237.5 m，剩余352.5m的码头前沿停泊水域宽度，能够满足设计代表船舶停泊安全要求。（3）码头前沿设计水深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式中: D码头前沿设计水深（m）；T设计船型满载吃水（m）； Z1龙骨下最小富裕深度（m）； Z2波浪富裕深度（m），Z2KH4%-Z1；K系数，顺浪取0.3，横浪取0.5；H4%码头前允许停泊的波高，；Z3船舶因配载不均匀而增加的船尾吃水值（m）； Z4备淤富裕深度（m）；表2.1-3 船舶安全停靠水深计算表 单位：m船型1000DWT2000DWT杂货5000DWT杂货8000DWT驳船10000DWT驳船计算参数T3.65.06.55.06.0Z0.30.3Z20.450.450.450.450.45Z300000Z0.40.4D4.756.157.656.157.15经计算，设计最大代表船型在码头安全停泊的安全水深为7.65m，根据设计说明书，本码头的底高程为-7.50m，在设计低水位+0.21m时，水深为7.71m，能够满足该码头设计最大代表船舶（5000吨级杂货船）满载时的靠离泊要求。需要注意的是，根据天津海事局海测大队的大宇船厂港池、航道扫测工程技术报告（2007年7月），本工程港池目前水深在6-8m之间，港池前沿线内有不到4m的水深存在，并存在5m等深线的浅区，海底明显呈现高低不平的状态，建议业主对码头前沿浅水区域进行疏浚，以满足船舶安全靠离泊作业。2.1.2 回旋水域回旋水域是为保证船舶在靠离码头、进出港口时进行掉头或改向操作而设置的水域，该水域可以与航行水域共用并有相同的水深。码头前沿应有足够的回旋水域以保证船舶进行正常旋回和掉头作业，该水域的大小与船舶尺度、转头方向、水流和风速风向等因素有关。根据海港总平面设计规范，无掩护的开敞水域或缺乏港作拖船的港口码头回旋水域直径应按2.5倍的船长设计，则各设计船型的回旋水域直径见表2.1-4所示。表2.1-4 码头前沿回旋水域宽度计算表 单位m设计船型船长L码头前沿旋回水域直径1千吨级船舶601502千吨级杂货船802005千吨级杂货船109272.58千吨级驳船882201万吨级驳船95237.5根据“设计说明书”，本码头港池实际宽度590m，扣除码头前沿停泊水域最大宽度190m，剩余400m，船舶能够在港池内安全掉头。根据天津海事局海测大队的大宇船厂港池、航道扫测工程技术报告（2007年7月），本工程掉头区从里向外水深在6-8米之间，整个测区水深比较平坦，但是西北角有-3.9米的水深存在，建议业主对码头西北角浅水区域进行疏浚，以满足船舶安全旋回作业。2.1.3 制动水域根据海港总平面设计规范，船舶制动水域宜设在进港方向的直线上，当布置有困难时，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5000吨级以上的重载船舶，其制动距离可适当加大，但不宜超过5倍设计船长。本报告针对5000吨级以下船舶（不含）取4倍船长，其他船舶取5倍船长。具体情况见下表。表2.1-5 船舶制动距离设计船型（t）船长（m）船舶制动距离（m）1千吨级船舶602402千吨级杂货船803205千吨级杂货船1095458千吨级驳船884401万吨级驳船95475根据中交天津港航勘测设计研究院有限公司提供的大宇造船海洋（山东）有限公司航道设计总说明，船舶在进入码头港池前的最后一段航道距离为1110m，由此可见满足船舶安全制动的要求。2.2 锚地设置2.2.1 烟台港现有锚地烟台港共有锚地4处，分别为：第一引航检疫锚地、第二引航检疫锚地、油轮过驳锚地和避风锚地。（1）第一引航检疫锚地（1号锚地）：位于港内中部，为下列四点连线以内水域：A：373310N， 1212440EB：373329N， 1212536EC：373444N， 12l25 48ED：373416N， 1212423E锚地水深-6.914.9m，底质为泥及泥沙底，锚抓力良好，供500总吨以下的船舶或经主管机关批准的船舶锚泊，可避78级西风和南风。（2）第二引航检疫锚地（2号锚地）：位于崆峒岛北方，即下列四点连线范围内水域：A： 3740 30N， 1212915EB： 3740 30N， 12l3l45EC： 3739 00N， 12131 45ED： 373900N， 1212915E该锚地底质为泥沙底，经过-18m水深扫海测量，供各类船舶锚泊。（3）油轮过驳锚地：位于芝罘岛北方，即下列五点连线范围内水域：A：373850N，1212400EB：373850N，1212413EC：373837N，12l24 38ED：373800N，12125 09EE：373800N，12l 2400E该锚地泥沙底，业经-18m水深扫海测量。仅限于过驳作业的油轮锚泊：外国籍船舶进出该锚地时，必须由海事局指派引航员引航。锚地的东北角水域有海底电缆经过，船舶锚泊时应注意。（4）避风锚地：位于马岛和担子岛的西南侧，为下列五点连线范围内水域：A：373432N，1212730EB：373342N，1212836EC：373308N，1213010ED：373229N，1212950EE：373229N，1212730E该锚地水深-6-9m，泥底，锚抓力良好，可避6-7级东北风。锚地的东南角水域有养殖，船舶锚泊时应注意。2.2.2 烟台港西港区规划锚地烟台港西港区目前规划有4个锚地：烟台港第四引航检疫锚地、烟台港第五引航检