乘潮航道船舶通过能力

1、第 37 卷第 3 期大 连 海 事大 学 学报Vol. 37N o. 32011 年 8月Journal of Dalian Maritime UniversityAug . ,2011文章编号: 1006- 7736( 2011) 03-0024- 03乘潮航道船舶通过能力X江福才1 , 王初生2 , 王茂清1 , 刘敬贤1 , 王艳杰1( 1. 武汉理工大学 航运学院, 武汉 430063; 2. 天津港( 集团) 有限公司, 天津 300461)摘要: 基于船舶通航安全所需水深和潮汐特征, 提出实际乘潮时间和乘潮富裕时间等概念, 并根据水域潮汐情况计算一定乘潮保证率下船舶乘潮通航时间,

2、 从而确定该保证率下乘潮大船的通航能力, 计算出包括不需乘潮船舶在内的所有船舶的通过能力. 采用天津大沽沙航道相关数据对计算模型进行验证, 结果表明计算具有较高的可信度.关键词: 船舶; 通过能力; 乘潮水位; 实际乘潮时间; 乘潮富裕时间; 乘潮保证率中图分类号: U 692. 4; U 612. 23文献标志码: ATraffic capability for the ships passingthrough the channel by tideJIAN G Fucai1 , WAN G Chusheng2 , WA NG M aoqing1 ,L IU Jing xian1 , WAN

3、 G Y anjie1乘潮航段, 由于大型船舶要乘潮才能安全通航, 其通航时间受到潮汐运动周期的限制, 计算公式有别于一般的计算公式. 目前有学者运用排队论对受限航道通航能力进行研究 1 . 本文旨在通过船舶乘潮分析, 运用船舶通过能力的基本理论, 并结合天津临港大沽沙航道相关数据, 探讨乘潮航道船舶通过能力的计算模式.1 航道通过能力基本理论1. 1 航道通过能力航道通过能力包括航道能通过最大尺度船舶的能力、单位时间内所能通过最大船舶艘数 2 , 以及航道双向通航所能通过货物的最大数量( 通常以万 tPa( 1. School of Navigation , W uhan Universit

4、y of Technology, Wuhan 430063, China; 2. T ianjin Port ( Group) Company Limited, T ianjin 300461, China)Abstract: Based on the water dept h for ships. safety nav igation and the characteristics of tidal waves, the concepts of actual tidal t ime and residual time w ere put forw ard. T he actual tidal

5、 time calculating model under cumulat ive frequency of certain high tide lev el was established considering the influence of ship. s flo w or-ganization on the traffic capacit y, and the traffic capacity of large-scale ships under the frequency was brought up. F inally, t he total traffic capacity o

6、f all ships passing throug h the channel w as calculated. Data of Da- Gu- Sha Channel in T ianjin port w as used to test the pr oposed calculatio n model, and results show theg ood reliability o f the model.Key words: ship; traffic capacit y; water lev el of tide; actual tid-al time; residual time;

7、assur ed rate of tide0引 言为单位) 3 3 种定义. 本文取第 2 种定义, 即从船舶容量的角度分析乘潮航道的通过能力.1. 2 通过能力计算根据文献 2 关于单位时间船舶基本通过能力的计算公式, 若将船舶领域看成矩形, 则可以推导出Q b =1v W =vW( 1)r srs其中: v 为船舶流速度; w 为航道宽度; r 为船舶矩形避碰领域的长边, 开阔水域取8 L , 狭水道取6L ; s 为船舶矩形避碰领域的短边, 开阔水域取 3. 2L , 狭水道取 1. 6L ; L 为船长.2 船舶乘潮分析大型船舶在乘潮航段乘潮流涨至一定水位时安全通过的行为, 称为乘潮.

8、 在分析船舶乘潮时, 有学者提出分析船舶乘潮作业的 6 个技术条件 4 . 笔者认为最重要的是要掌握交通流组织模式、需要乘潮的潮位、满足船舶吃水要求的乘潮历时, 以及该水域航道通过能力已有比较成熟的计算公式, 但在的乘潮保证率.X 收稿日期: 2010- 11- 02作者简介: 江福才( 1963- ) , 男, 河北沧州人, 副教授, E- mail: hang yuanjfc 163. com第 3 期江福才, 等: 乘潮航道船舶通过能力252. 1 交通流组织模式航道潮位满足多种需乘潮船舶安全通航所需水深时, 一般来说, 在一定乘潮保证率下, 为充分发挥通过能力, 通航监管部门往往要按吃

9、水不同对船舶进行监管. 多船乘潮时, 通过方式有多种, 本文采取如下模式:潮位涨至满足所有需要乘潮船舶中的最小乘潮水位时, 开始通航该型船舶; 潮位涨至稍大乘潮水位时, 立即停止前一种类型的船舶通航, 并只通航乘潮水位稍大的船舶; 依此类推.潮位下落过程中, 当下落到某一值, 如果继续让正在通航的船舶航行, 该类船舶就不能完全驶出乘潮航道时, 则立即停止并通航吃水稍小的船舶; 依此类推, 直至不能乘潮通过为止.2. 2 乘潮潮位乘潮潮位是指满足船舶通航要求的最低潮位.在乘潮航段, 大型船舶若需要乘潮才能通航, 则需满足h0 + $h + hT D + $D( 2)其中: h0 为海图水深; h

10、T 为乘潮潮位; $h 为海图基准面与潮位基准面之差.2. 3 乘潮保证率航道乘潮通航保证率是指船舶在高潮前后若干时间内, 可乘某一乘潮潮位安全进出航道的潮位累积频率. 一般要通过长时间观测, 并通过统计得出.乘潮保证率说明潮位达到乘潮所需潮位的累积频率, 即概率. 一方面, 在相同时间内, 保证率数值越大, 说明满足乘潮水位要求的可能性越大; 另一方面, 对同一乘潮水位, 要求的保证率越高, 乘潮历时就会越短.2. 4 乘潮历时2. 4. 1 理论乘潮历时乘潮历时是针对特定吃水要求船舶而言的. 某种吃水船舶的理论乘潮历时是指潮位涨至能满足其通过水深要求时起, 至潮位落至不能满足其吃水要求时止

11、的这段时间, 也称为理论乘潮时段. 有学者对此进行过比较深入的研究, 提出高低潮方法、调和常数法等 5 .2. 4. 2 实际乘潮历时实际上, 由于船舶往往要乘潮通过的是航道中一定长度的区域. 因此, 在分析船舶实际乘潮历时时, 还需考虑船舶通过乘潮航段及其自身领域的乘潮时间等, 即存在乘潮延时. 有学者对此作了较深入的研究 6 .对于多种吃水船舶乘潮情形( 单种吃水船舶乘潮为其特殊情形) , 基于上述关于交通组织模式的分析, 实际乘潮历时表示为$t 1=t 1-s1v 1$t 2= t 2 - t 1( 3)$t 3=t 3-t 2, ,其中: $ti 为第i 种船舶实际乘潮历时; ti 为

12、第i 种船舶理论乘潮历时( 依尺寸从大到小) ; s1 为乘潮航道长度; v 1 为第 1 种船舶航行速度.2. 4. 3 实际乘潮时间船舶实际航行中, 实际乘潮时间应为某种船型船舶实际乘潮历时内通过该型船舶最大数所需的乘潮时间. 实际乘潮历时与实际乘潮时间之差为乘潮富裕时间:tc1=$t1r 1; td1=$t 1 - tc1r 1Pv 1v 1tc2= ($t 2P2 + td1+$t 2P2)r 2r 2Pv 2r 2Pv 2v 2( 4)td2= $t 2 - tc2tc3= ($t3P2 + td2+$t 3P2)r 3r 3Pv 3r 3Pv 3v 3,其中: 为取整; tci 为

13、第 i 种船舶实际乘潮时间; tdi 为第i 种船舶乘潮富余时间; 其他参数含义同前.3 乘潮航段大船乘潮通过能力3. 1 定义乘潮航段船舶通过能力分为两部分: 乘潮船舶的通过能力和不需乘潮船舶的通过能力. 乘潮船舶的通过能力是一定保证率 A下的通过能力, 记为Q ( A) .3. 2 分析计算关于需要乘潮的船舶通过能力, 文献 4 进行了比较详细的分析. 本文在此基础上, 通过上节分析,得到乘潮航段各种船舶( 需乘潮和不需乘潮船舶) 理论单向日通过能力计算式nv invQ ( A) =N E tci+ ( 24- NE tci )( 5)r iri = 1i= 1其中: N 为潮型系数, 全

14、日潮取1, 半日潮取2; v 为不乘潮船型航速; r 为不乘潮船型领域长轴; 其他参数含义同前.事实上, 由于交通流受到人为组织等的影响, 实26大连海事大学学报第 37 卷际乘潮通过能力应该比式( 5) 的计算结果小, 即应该乘以一个代表服务水平的参数 G, 即Qc( A) = GQ ( A)( 6)则年通过能力Qc( A) y = DQc( A)( 7)其中: D 为一年内航道作业天数; 其他各参数含义参照前面所述.4 算例验证以天津临港大沽沙航道为例, 假设所考虑的船舶都是单向通航.天津临港大沽沙航道内航道长约 12 km, 外航道长约 20 km, 船舶长度 166 346 m 7 .

15、 在计算航道通过能力时, 为方便起见, 作以下假设: 航道通航条件良好, 满足船舶安全通航的需要; 船舶领域长轴取 8 倍船长; 船舶航行在内外航道时航速均为 10 kn; 潮汐类型为规则半日潮型.4. 1 相关参数根据天津临港到港船舶特点及港区发展规划,取 2 万 t 级杂货船作为不需乘潮船舶的代表船型,另外选取 2 种不同乘潮水位要求的船舶进行航道通过能力计算. 乘潮相关参数如表 1 所示.表 1天津临港船舶乘潮相关参数代表船型船长船舶领域所需乘潮水深Pm乘潮时间( A= 90% )理论乘Pm长轴Pm内航道外航道内航道外航道潮历时20000 t 杂货船166132800) ) ) ) )

16、) )100000 t 集装箱船34627682. 252. 455h( 2.51 m )5 h( 2. 51 m)5 h100000 t 油船24619682. 72.94h( 2.71 m ) 2 h 56 m in( 2. 9 m) 3 h 28 min4. 2 乘潮船舶组织模式根据式( 3) 、(4) , 油船实际乘潮时间为 102. 1 min; 集装箱实际乘潮时间为 89. 7 min. 则乘潮组织模式如下: 以开始乘潮为计时起点, 先通过乘潮吃水较小的集装箱船, 约 44. 9 min 后开始通航乘潮吃水较大的油轮; 147. 0 m in 后, 再次通过集装箱船;191. 8

17、min 后, 停止乘潮船舶通航. 其他时间 2 万 t 级杂货船通航.4. 3 通过能力计算根据上面交通组织模式, 根据式( 6) ) ( 8) , 取服务水平参数为 0. 6, 年作业天数为 330 d, 可得:( 1) 理论日通过能力 Q ( 90% ) = 248 艘次;( 2) 日通过能力 Q c( 90% ) = 148 艘次;( 3) 年通过能力 Q ( 90% ) y = 48 840 艘次5结 论本文研究的船舶通过能力是基于乘潮时采取一定的交通组织模式进行的. 提出了船舶实际乘潮时间、乘潮富余时间概念, 优化了多船乘潮时实际乘潮历时计算模式; 考虑了交通组织对船舶通航的影响,加入了表示服务水平的参数; 将乘潮船舶和不需乘潮船舶综合考虑, 更符合航道通过能力的计算要求.本文研究成果可为港口船舶调度及港口码头泊位设计规划提供重要的理论支撑, 有一定的实际参考价值.参考文献( References) : 1 刘敬贤, 韩晓宝, 易湘平. 基于排队论的受限航道通过能力计算 J . 中国航海, 2008, 31( 3) :