航迹带宽度的计算公式

航迹带宽度的计算公式湛江港30万吨级单向航道避让安全的探讨湛江港引航站作者:蔡法黄钻升0引言湛江港自2000年实施“三大工程”战略以来，抵港的大型、超大型船舶在尺度、吃水等方面不断刷新纪录，船舶数量越来越多，航道越来越长，港口情况不断变化，超大型船舶只能限制在航槽中航行，避让安全要求越来越高，安全条件十分苛刻，传统操纵技术已不能满足现代港口发展的需要，避让问题的矛盾日益突出，深入研究港口航道条件、自然水深条件，充分利用高精度定位新技术，提高航道的利用率，加快船舶周转，推动港口生产建设量增效，又确保避让安全,具有十分重要的意义。1湛江港30万吨级单向航道的介绍1.1湛江港30万吨级单向航道的现况湛江港目前已拥有25万吨级人工深水航道（2005年底竣工），航道全长44.25km，由霞山港区400#泊位经东头山航道、东石航道、南三西航道到龙腾航道，其中外航道（龙腾航道）27.59km，内航道（南三西航道至东道）16.66km。航道设计底宽310m，设计水深21.86m，边坡1:5，底标高为：外航道-19.2m，内航道-19.5m。目前湛江港主航道正在进行将现有25万吨级航道扩建为30万吨级航道的疏浚工程，30万吨级航道全长55.1km，底宽310m，设计水深24.27m，边坡1:5，底标高为：龙腾航道-21.6m，内航道-21.9m，工程正在进行中，今年6月底将全部完工，到时候，湛江港将拥有亚洲最深的人工航道，也将迈向超亿吨大港。湛江港30万吨级航道广州湾口以内水域开阔，航道水深较大，航道轴线均在天然深槽内，方向与潮流方向基本一致，广州湾口内的南三岛西航道与龙腾航道内段(进口航道)交汇处折点C转向角较大，达35°54′54″度，该处自然水深较好20m米水深的宽度达1200m，30m米水深的宽度亦达800m，该折点虽然转向角稍大，但该处水深槽阔亦可满足超级油轮航行转向的要求。南三岛西航道与石头角航道交汇处折点D转向角较大，达65°27′52″度。石头角航道与东头山航道交汇处折点E转向角较大，达35°54′54″度。湛江港30万吨级航道转向点处按设计规范适当加宽，解决超大型油轮转向航行的困难。因此，在南三岛西航道与龙腾航道内段的天然深槽5海里长是超大型船舶避让的好地方。1.2湛江港30万吨级单向航道的有效宽度根据交通部《海港总平面设计规范》的有关规定，航道有效宽度由航迹带宽度、船舶间富裕宽度和航道底边间的富裕宽度组成，如图1所示。单、双向航道宽度可分别按式（2-1）和（2-2）确定。当航道较长、自然条件较差和船舶定位困难时，可适当加宽；在自然条件有利的地点，经论证可适当缩窄。单向航道宽W=A+2c（1-1）双向航道宽W=2A+b+2c（1-2）A=n（Lsinγ+B）（1-3）式中，W——航道有效宽度（m）；A——航迹带宽度（m）；n——船舶漂移倍数，采用表2中的数值；γ——风、流压遍角（o）采用表1中的数值；b——船舶间富裕宽度（m），取设计船宽B；c——船舶与航道底边间的富裕宽度（m），采用表2中的数量。级航道工程的实践经验，n取1.81；γ取3o；L——设计船长，25万吨级为346m，30万吨级为358m；B——设计船宽，25万吨级为54m，30万吨级为56m；c——船舶与航道底边线间的富裕宽度，取1.5B。25、30万吨级单向航道有效宽度：W=A+2c25万吨级W=1.81×(346sin3o+54)+2×1.5×54=292.5m30万吨级W=1.81×(358sin3o+56)+2×1.5×56=303.3m工程最后二十五万吨级航道底宽取为310m(相当于25万吨级5．74倍船宽);三十万吨级航道底宽也同样取为310m(相当于30万吨级5．54倍船宽)。1.3湛江港30万吨级单向航道的设计底标高航道设计水深D的计算公式如下：D二T+Z0+ZI+Z2+Z3+Z4其中T——设计船型满载吃水；Zo——船舶航行时船体下沉增加的富裕水深；Zl——航行时龙骨下最小富裕深度：Z2——波浪富裕深度；Z3——船舶装载纵倾富裕深度；Z4——备淤富裕深度。据此公式分别计算25、30万吨级航道的设计水深：25万吨级航道的设计水深：D=20.8+0.62+0.6+0.32X0.9+0.15+0.4=22.86m30万吨级航道的设计水深：D=22.4+0.63+0.6+0.32x0.9+0.15+0.4=24.47m为减少疏浚工程量，节约工程投资，应考虑大型船舶乘潮进港，根据该海域的潮汐特征和航道开挖段的分布情况分析，并采用1982年硇洲北港站与湛江港站实测潮位资料统计验证，龙腾航道(以下简称外航道)的乘潮水位取硇洲北港站乘潮历时二小时、天保证率85％的乘潮水位2.69m：南三岛西航道、石头角航道、航道(以下简称内航道)的乘潮水位取湛江港站乘潮历时四小时、天保证率98％的乘潮水位2.40m(相当于调顺岛水域的平均海平面高度2.40m)，可以满足25、30万吨级船舶乘潮进港的要求，故航道设计底标高分别为：25万吨级航道：外航道-20.2m(岩石段-20.4m)；内航道-20.5m30万吨级航道：外航道-21.8m(岩石段-22.0m)：内航道-22.1m竣工时25万吨级航道：外航道-19.2m(岩石段-19.4m)；内航道-19.5m1.4湛江港30万吨级单向航道的边坡比湛江港深水航道土质以松散—中密的砂、软塑一可塑粘土为主，故边坡比取1:5，岩石段边坡取1:1。1.5湛江港30万吨级单向航道转向点内侧加宽方式湛江港30万吨级单向航道共有四个转弯段，除航道折点C位于深水段无需开挖外，其余B、D、E折点均位于浅水处的转弯段。根据转向角的大小，按《海港总平面设计规范》的规定，采用切角法或折线切割法加宽，转弯半径按5-8倍船长确定。湛江港30万吨级航道示意图（一）、（二）见附图。2船舶航行在湛江港30万吨级单向航道的研究2.1进出湛江港不同类型设计船型尺度所需航迹带宽度，单、双向航道宽度计算根据交通部《海港总平面设计规范》的有关规定，航道有效宽度由航迹带宽度、船舶间富裕宽度和航道底边间的富裕宽度组成。航迹带宽度是指船舶航行中保持航迹过程中所占用的水域宽度。航迹带宽度也称为“保向宽度”。它是由于船舶横荡和首摇运动而产生振荡。这种振荡轨迹宽度就是所谓的“航迹带”，即为航迹带宽度A。如果航迹带宽度大于航道宽度，则船舶已经偏出航道，可能造成船舶搁浅或碰撞等事故。此外，航迹带宽度是确定航道宽度的基础。因此，不但操船者关注航迹带宽度，而且航道设计部门同样关心航迹带宽度。航迹带宽度的大小与船舶操纵性能（保向性）、操船者的操船技能（操船者对航向偏差的反应）、航行环境（水域环境和水文气象）等因素有关。单、双向航道宽度可分别按式（1-1）和（1-2）确定；以及《湛江港25-30万吨级航道工程预可行性研究报告》中对湛江港本地区的自然条件及本港十万吨级航道工程的实践经验，n取1.81；γ取3o。下面对进出湛江港不同类型设计船型尺度所需航迹带宽度，单、双向航道宽度进行计算，下列表中的数值可供参考。根据以上表中可见，同吨位和类型的船舶在湛江港30万吨级单向航道避让时，在航道有效宽度内仅适合以下船舶：小于10万吨级以下的散货船之间；小于5万吨级以下的油轮之间；小于7万吨级以下的集装箱船之间。2.2不同吨位和类型的船舶在湛江港30万吨级单向航道对遇避让时所需航道有效宽度根据交通部《海港总平面设计规范》的有关规定，以双向航道宽为W=2A+b+2c推理出对不同吨位和类型的船舶所需双向航道宽度为：W=A1+c1+b+A2+c2A1、A2——航迹带宽度（m）；b——船舶间富裕宽度（m），取A1、A2船较大的船宽，或（b1+b2）/2；c1、c2——船舶与航道底边间的富裕宽度（m），采用表2中的数量。例如：5万吨级散货船的船长Loa=225m，型宽B=32.3m，型深H=18.0m，满载吃水dm=13.0m，进港航行时与另外船舶对遇。本船设为A1与另外船设为A2，在湛江港航道设计底宽310m，能与多大的船舶对遇？假如：与超大型散货船15万吨级，那么，310=79.6+32.3+45.1+A2+45.1A2=107.9查表3可见，5万吨级散货船最大能够与超大型散货船15万吨级安全会遇，船长是289米。假如：与大型油轮5万吨级，那么，310=79.6+32.3+42.0+A2+42.0×1.5A2=93.1查表4可见，5万吨级散货船最大能够与大型油轮8万吨级安全会遇，船长大约是243米。5万吨级船舶吃水较小，如果能充分利用航道边坡，作为船舶与航道底标高-13米水深处的底边线间的富裕宽度C，航行不要偏出30万吨级单向航道的底边线，就能做到更加宽让。2.3湛江港30万吨级航道边坡的充分利用湛江港30万吨级航道边坡1:5，底标高为：龙腾航道-21.6m，内航道-21.9m，船舶避让必要时，也可充分利用。例如：船舶利用湛江港30万吨级航道边坡比，到航道边坡-10米水深处的底边线的航道有效宽度。按航道设计规范可计算出湛江港30万吨级航道（龙腾航道边坡底标高-10米水深处的底边线），航道有效宽度为：(21.6-10):X=1:5,X=58米航道有效宽度310+58×2=426米可见，充分利用航道边坡，作为5万吨级以下船舶与航道底边线间的富裕宽度C，船舶利用时，吃水最好小于13米，因为(21.6-13):X=1:5,得X=43米，大于5万吨级船舶的船宽，接近5万吨级油轮富裕宽度C，C=B×1.5=48.45米。航行不要偏出30万吨级单向航道的底边线，就可以提高航道有效宽度及航道的通航能力，避让时也可以做到宽让。在引航实践中，我们经常利用它，都能做到安全引航。但必须注意到航道边坡回淤大，应定期扫测，否则可信度较低。另外，在41#灯浮至40#灯浮之间，出港方向右側航道边坡为1:1，要特别注意。我们曾经对湛江港25吨级航道竣工蓝图边坡比底标高-10米水深进行计算，结果从航道底标高为：龙腾航道-19.2m，内航道-19.5m的航道边线到航道边坡-10米水深处距离刚好为50米；在41#灯浮至40#灯浮之间，出港方向右側航道边坡为1:1，到航道边坡-10米水深处距离刚好为20米。对湛江港30吨级航道施工前扫测的蓝图航道水深以及边坡比-10米水深进行计算，航道边线和边坡处回淤相对较大。符合交通部《海港总平面设计规范》关于船舶旋回水域尺度的设计要求，可作为船舶应急调头的旋回水域，如图2所示。5）34#、35#灯浮至38#、39#灯浮之间，是湛江港30万吨级航道转向点最大的转向角，原则上避免大型船舶在此处与超大型船舶会船。如果出港船利用出港方向右側-10米以上的自然水深，没有防碍进港超大型船时，也可做避让。6）38#、39#灯浮至40#灯浮之间，出港方向右側有-10米以上的自然水深。7）40#灯浮至8#锚地之间，长约1.65海里，航道宽度与进港方向右側100米共410米宽有天然深槽，水深-21.9米以上,受8#、9#、10#锚地抛锚船的影响，否则也是进港船宽让出港船难得的好地方。8）42#灯浮至45#灯浮之间，在出港方向右側有-10米以上的自然水深。操纵船舶时，根据当时的实际情况，充分利用航道边缘自然水深，十分有利于船舶避让。3船舶在湛江港30万吨级单向航道的航行要求与避让安全操纵措施湛江港30万吨级单向航道距离长,随着港口发展船舶进出港密度越来越大,不均衡,船舶在航道上航行很难避免会遇。我们根据本港航行安全管理规定和引航实践经验总结出船舶航行要求与避让安全操纵措施。3.1船舶航行要求1、湛江港30万吨级单向航道要实行24小时交通管制，船舶使用航道必须提前向VTS指挥中心申请，经批准后方可使用航道，否则不得使用航道。2、船舶使用湛江港30万吨级单向航道必须配备最新版的或业经最新改正的航海图书资料。3、船舶使用湛江港30万吨级单向航道应采用合理有效的安全措施，船长应在驾驶台指挥。4、下列船舶使用湛江港30万吨级单向航道应采取引航、拖轮伴航或巡逻艇护航等安全保障措施：（1）吃水大于14.5米的船舶；（2）长度大于240米的船舶；（3）载重吨大于80，000吨的油轮及所有液化气体船舶；（4）湛江VTS指挥中心认为需要采取特别安全措施的其他船舶。5、使用湛江港30万吨级单向航道的船舶，应在VHF08频道16频道连续守听，随时保持与湛江VTS指挥中心联系，回答湛江VTS指挥中心询问，服从湛江VTS指挥中心的指挥和管理。6、船舶进出港靠离泊前要及时用电话或VHF与VTS、港方、代理等部门加强联系，取得必要的通航信息，做到心中有数。7、船舶使用湛江港30万吨级单向航道应以安全航速航行。3.2船舶避让安全操纵措施1、VTS指挥中心根据船舶申请使用航道的时间，结合当时实际情况，编制航道使用计划，是把好船舶避让安全的第一关。船舶应服从VTS指挥中心的指挥和安排。撒2、湛江港30万吨级单向航道船舶之间的避让原则和责任：（1）在湛江港30万吨级单向航道，5万吨级（含）以下的船舶之间双向通航符合双向航道的标准，船舶之间避让时，以航道的轴线(中心线)为中间线，应尽量靠近本船右舷的航道避让。大于5万吨级的船舶在湛江港30万吨级单向航道航行时，应视为“限于吃水的船舶”，并按“限于吃水的船舶”显示或悬挂相应的号灯或号型。（2）在湛江港30万吨级单向航道，不限于吃水的船舶应主动避让限于吃水的船舶。“限于吃水的船舶”应充分注意到其特殊条件，特别谨慎地驾驶，必要时，配合不限于吃水的船舶到适合的地方避让。（3）在湛江港30万吨级单向航道，原则上避免双方均是“限于吃水的船舶”之间的会让，特别当一方是20万吨级以上满载的超大型船舶。如果“限于吃水的船舶”之间需要会让，应经VTS指挥中心同意后，在避让区或避让地点（航段）进行避让。“限于吃水的船舶”之间避让，VTS指挥中心应根据船舶申请使用湛江港30万吨级单向航道的时间、船舶吨位大小、吃水大小、装载货物、进出港、泊位、天气和潮汐等情况，对“限于吃水的船舶”进行合理安排，确定其中一艘为核心的“限于吃水的船舶”，并发布本港航行信息。另一艘“限于吃水的船舶”要与核心的“限于吃水的船舶”避让，船舶双方要进行协商，同意避让后，要把明确避让时间，避让地点（航段），避让安全具体措施，报VTS指挥中心备案，经VTS指挥中心同意后，方可实施，船舶双方要根据协商好的避让要求进行避让。如果发生变化，船舶双方要重新进行协商，同意避让后，把明确避让时间，避让地点（航段），避让安全具体措施，再报VTS指挥中心备案，经VTS指挥中心同意后，方可实施，船舶双方要根据重新协商好的避让要求进行避让。如果由于某种原因，船舶双方“万一”无法按协商好的避让要求进行避让，出现紧急情况，船舶双方应采取应急的手段，把确保船舶安全的应急措施，及时报VTS指挥中心备案，必要时，VTS指挥中心启动应急预案，经VTS指挥中心领导统一指挥，直到避让安全为止。3、设置湛江港30万吨级单向航道双向通航的标准在湛江港30万吨级单向航道，5万吨级（含）以下的船舶之间双向通航符合双向航道的标准。船舶避让时，以航道的轴线(中心线)为中间线，应尽量靠近本船右舷的航道避让。设置湛江港30万吨级单向航道双向通航后，可以提高航道利用率，加快船舶周转。4、设置超大型船舶的避让区湛江港30万吨级单向航道湾内能提供安全避让的水域很有限，超大型船舶应尽量避免两船在湛江港30万吨级单向航道相遇，如果由于某种原因，两船可能在湛江港港内相遇，双方船舶应协调好进出港时机，选择在#34灯标至“东海岛灯船”之间水域实施会船，因为这一航段可航水域较宽，在31#灯标至34#灯标之间航道可以满足三十万吨级船舶之间的双向通航。具体的避让措施是进港船舶应航行在航道的中线上，出港船舶应靠近航道的右边航行，与进港船保持足够的安全距离，确保与岸边有足够水深和安全距离航行，应主动宽让进港船。同时应申请海事巡逻船在会船水域警戒，防止渔船或小型船舶斜插航道，造成双方无法采取有效的避让措施。建议此类船舶进出港应实行强制引航。能见度小于2海里应避免在港内会船。5、设置超大型船舶应急调头旋回水域在湛江港30万吨级单向航道32#灯浮转向点C处，附近有两处水域：长度1000-1200米，宽度730-800米，水深为25米以上，符合交通部《海港总平面设计规范》关于船舶旋回水域尺度的设计要求，可作为船舶应急调头的旋回水域。具体的操纵方法是船舶应航行在航道的中线上，提前控制好余速，最后使用拖轮吊拖和顶推把超大型船舶的余速减到为零，在应急调头旋回水域中间处抛锚3节，利用潮流和拖轮协助调头，控制好船舶的前冲后缩，不要偏出旋回水域。同时应提前申请VTS指挥中心发布航行信息，并实施临时性交通管制，海事巡逻船在船舶应急调头的旋回水域警戒，防止其他船舶通过，以免发生其它事故。6、湛江港大部分锚地占航道，对超大型船舶航行避让影响较大。超大型船舶避免在港内锚泊，大型船舶短时间内没有靠泊计划也避免进港锚泊，小型船舶在港内锚泊时要远离航道，确保航道畅通无阻。另外，有点遗憾的是湛江港港内自然水深没有10万吨级以上船舶的安全锚地，为了船舶在港内应急安全，权宜之计才设置超大型船舶应急调头旋回水域，随着港口不断发展变化，经济效益不断增加，建议开辟港内30万吨级船舶的安全锚地也十分必要。7、龙腾航道21#、22#灯浮以外宽阔水域，往外水深越来越深，船舶要根据这一特点，如果有限于吃水的船舶进港，出港船不限于吃水时应尽快驶离航道；如果有限于吃水的船舶出港，进港船不限于吃水时，应等待出港船驶过让清后，再驶入航道。8、大于5万吨级的船舶，通过计算符合双向通航规范的船舶避让，船舶配有电子导航系统，对湛江港航道比较熟悉的船长、引航员，要根据当时的具体情况，船舶双方协商同意在航道内避让，向VTS指挥中心申请，经批准后，方可在航道内避让。9、充分利用GPS电子导航系统，既能有效确保船舶航行在导标线上，又能把船舶航迹带宽度也称为“保向宽度”控制在航道的某一侧，又不要偏出航道底边线。特别是超大型船舶在能见度不良，较长航道的情况下，能大大缓解驾引人员操船紧张的心理压力。这就是应用航海新技术确保船舶在港口航行安全的典例。例如：湛江港引航站GPS引航导航系统特点：可以实现实时连续定位,电子海图界面直观，导航的精度高，系统设置功能多，特别是航道设置功能，能设置航道中心线，航道宽度100米、150米、200米、300米、400米的边线，各种辅助线等，确保船舶双向通航操纵不偏离航道提供安全保障。引航员利用GPS引航导航系统时，船舶“保向宽度”大大减小，在我港引航实际工作中，发挥特别重要作用。10、限于吃水的超大型船舶，特别是重载，在湛江港30万吨级单向航道航行时，应保持在航道内航行。其他船舶应主动避让，不应妨碍只能在航道内安全航行的船舶通行，限于吃水的超大型船舶应充分注意到其特殊条件，特别谨慎地驾驶，必要时应配合对方到适合的地方避让。11、超大型船舶使用拖轮吊拖和伴航，是船舶控制速度在避让区避让的安全和应急措施。12、超大型船舶进出港、靠离泊，VTS指挥中心应提前发布航行信息和实施临时性交通管制，海事巡逻船在码头的旋回水域警戒，防止其他船舶通过，以免发生其它事故。13、在湛江港30万吨级单向航道及附近水域从事航道疏浚、扫测等作业、航行及穿越的船舶应主动避让湛江港30万吨级单向航道航行的船舶，并不得妨碍其航行安全。14、驾引人员要充分利用船舶雷达、VHF、AIS等手段及早与其它船舶保持联系，协商好避让措施。4制定适应湛江港发展变化新的航行安全管理规定随着湛江港发展变化，《湛江港龙腾航道航行安全管理规定（暂行）》和《湛江海上安全监督管理规定》不适应湛江港30万吨级单向航道新变化的要求，制定新的航行安全管理规定十分必要。例1应增加湛江港30万吨级单向航道双向通航的标准，5万吨级（含）以下的船舶之间双向通航符合双向航道的标准。船舶避