卡西姆港燃煤应急电站卸煤码头港池水域平面布置优化

高 浪，李成才

(中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032)

港内水域是船舶在港内航行、制动、回旋及靠、离泊作业所需要的水域范围，港内水域布置是港口总平面设计的重要内容。在咨询与设计阶段，如何将港内水域布置与船舶实际作业要求相结合，国内外进行了一系列研究与探索。水域平面尺度大小决定港口的服务水平，较大的平面尺度大有利于船舶通航和作业安全，但建设成本及维护成本也随之攀升。因此，合理确定水域平面尺度具有重要的工程及经济意义[1]。

1 港池水域平面尺度的规范界定

1.1 港池宽度

1.1.1国内规范规定

我国《海港总体设计规范》[2]规定，码头前沿停泊水域宜取码头前2倍设计船宽(以下所指船长、船宽均为设计最大船型尺度)的水域范围，对于淤积严重的港口，根据维护挖泥的需要，此宽度可适当增加(图1)。

注：B为设计船宽。图1 停泊水域宽度

同时规定考虑船舶掉头作业时，码头前沿水域总宽度不宜小于1.5倍设计船长加1.0倍设计船宽，见图2，不考虑掉头作业时，码头前方水域总宽度不应小于0.8倍设计船长。

注：L为设计船长。图2 考虑船舶掉头时码头前沿总宽度

1.1.2国外规范规定

日本《港口设施技术标准》[3]明确港池的宽度以保证船舶安全、顺利靠离为目标。突堤单侧布置3个泊位及以下时，港池宽度为1倍设计船长。单侧有4个及以上泊位时，港池宽度为1.5倍的最大设计船长。

英国BS 6349-2:2010[4]规定，停泊水域的宽度至少为最大设计船宽的1.5倍，长度至少为最大设计船长的1.2倍。但未对港池宽度作明确的要求和量级界定。

Thoresen的《港口设计手册》[5]对船舶在港池内回旋掉头作业和不回旋掉头作业给出了详细的尺度界定。突堤式港池同侧仅布置一个泊位，且每个泊位仅停靠一艘船时，港池宽度为2倍最大船宽加30 m；如果每个泊位并靠2艘船时，港池宽度为4倍最大船宽加50 m；港池同一侧布置2个及以上泊位时，港池宽度为2倍最大船宽加50 m，见图3。该手册还明确了船舶在港池内回旋掉头作业的情况：当港池与进港航道夹角为45°时，港池宽度不小于1.5倍船长；当港池与航道夹角为90°时，港池宽度不小于2倍船长，见图4。

注：Bmax为最大船宽；h为水深；L为设计船长。图3 不考虑船舶回旋掉头作业的港池宽度

图4 考虑船舶回旋掉头作业的港池宽度

综上分析，结合国内外对于港池宽度的界定，对于考虑在码头前沿回旋作业的港池，按照斜向45°进出港时，港池宽度不小于最大设计船型的1.5倍船长加1.0倍船宽；按照正向90°进出港时，港池宽度不小于最大设计船型的2.0倍船长。

1.2 回旋水域尺度

1.2.1国内规范

《海港总体设计规范》对回旋水域规定见表1。受水流影响较大的港口，应适当加长掉头水域沿水流方向的长度，宜通过操船试验确定加长尺度；缺乏试验依据时，沿水流方向的长度可取(2.5～3.0)L。

表1 国内规范规定的回旋水域尺度

注：回旋水域可占用航行水域，船舶进出频繁时，经论证可单独设置；没有侧推及无拖轮协助的情况，船舶回旋圆直径可取(2.0～3.0)L，掩护条件差时，可适当加大；L为设计船长。

1.2.2国外规范

美国的EM 1110-2-1100[6]认为回旋水域尺度与流速有关，随流速增大，船舶掉头难度明显增加。如果流速较大，船舶会在横流作用下发生漂移，回旋水域为椭圆形，椭圆短轴长度可取1.5倍设计船长，长轴长度需要通过船舶航行试验研究确定，见图5。

图5 回旋水域尺度确定

英国的BS 6349-1:2010[7]认为一般在没有拖轮协助条件下，回旋圆直径不小于4倍船长。若借助拖轮，回旋圆直径可减小至2倍设计船长，如船舶配备有艏推进器则回旋水域直径可以进一步减小。

日本的《港口设施技术标准》中规定，船舶自行掉头时回旋水域直径为3倍设计船长，借助拖轮协助掉头时回旋水域直径为2倍设计船长。确因受地形等限制，可以利用锚碇、风或流帮助掉头，可将水域面积缩小为：自行掉头时直径约为2倍船长，借助拖轮协助掉头时直径约为1.5倍设计最大船长。

Thoresen的《港口设计手册》认为，回旋水域尺度取决于船长、船舶操纵性能和允许操作时间。一般情况下，当船舶掉头不使用艏推进器或拖轮协助时，最小直径为4倍船长；使用拖轮协助时，最小直径取2倍船长。在掩护条件和船舶操纵条件较好的情况下，直径最小值可分别减小至3倍船长和1.6倍船长。

综上，国内外对于回旋水域尺度的界定，在掩护条件较好、水流不大且有拖轮协助的工况下，回旋水域短轴基本上可设计为1.5～2.0倍设计船长，长轴长度则需要通过船舶航行模拟试验确定。

2 港池水域尺度确定的考虑因素

2.1 船舶通行密度

码头设计吞吐量和主力船型决定了船舶的通行密度，公用码头到港船型较杂、到港班次不定，而电厂等企业专用码头往往与生产相关联，到港船型和到港时间都比较规律。

2.2 建港条件

港区的潮流、波浪等条件对水域平面尺度影响较为直接，水流大的港口相应加大沿水流方向的水域尺度。

2.3 水域边界条件

码头周边水域边界条件包括已建码头、已建航道以及周边陆域边界已建设施，均对工程水域边界条件产生影响。

2.4 船舶进出港操作方式

船舶进出港是否配备拖轮，配备拖轮时的拖轮等级及数量，对回旋水域尺度均有影响。

具体特定工程需要遵循国内外设计规范，并结合工程区域的航道、建港条件、边界条件及船舶进出港方式综合确定，并借助船舶操纵模拟试验研究确定。

3 典型工程案例水域平面优化

3.1 工程概况

卡西姆港燃煤电站项目位于巴基斯坦信德省卡拉奇市东南方约37 km的卡西姆港工业园内(图6)，是中国电建与卡塔尔王室AMC公司按照股份51:49的比例共同投资建设的混合所有制项目，总投资20.85亿美元，建设2台660 MW超临界机组，建设工期36个月。卡西姆港燃煤电站项目是“中巴经济走廊”首个落地能源项目、中国电建集团最大的海外投资项目、巴基斯坦最大的燃煤电站，因此工程建设意义重大。

图6 工程位置

该工程配套建设1座7万t煤炭卸船码头以及辅助生产设施，年设计卸料量为520万t。

该工程建设1座长280 m、宽23 m的连片式高桩码头，通过1座长26.7 m、宽12 m的短引桥连接后方电厂区。

3.2 航道条件

目前由外海至卡西姆港7#泊位为已建7万吨级航道，宽度为200～250 m，维护水深为-14.0 m。

本工程需要建设1条长约4.0 km、宽度150 m的单线航道与已有7万吨级航道连接。根据建设单位建设计划，按乘潮2.0 m控制，近期航道设计水深按-12.5 m设计，能满足5万吨级散货船进出港，远期扩建至7万吨级航道，设计水深继续浚深至-14.0 m。

3.3 水域边界条件

本工程码头西侧为已建钢厂排水口，周边现状条件见图7。南侧为红树林，拟建码头前沿水域宽度仅为450 m左右，约为最大设计船型的2倍船长。

图7 卡西姆港燃煤电站项目卸煤码头现状平面

3.4 水域平面初步方案

根据对国内外规范的分析，结合工程水域边界条件，本工程停泊水域按照2倍船宽取值，回旋水域短轴按1.8倍设计船长计算，取430 m；回旋水域长轴按照2.5倍设计船长计算，取580 m，见图8。

图8 原卸煤码头水域平面(单位：m)

3.5 船舶操纵模拟试验

为确保航行及靠离泊作业安全，开展了船舶操纵模拟试验研究。主要试验工况见表2。

表2 船舶操纵模拟试验主要工况

模拟数据分析成果见图9。可以看出，7万吨级散货船在6～7级风进出所需最大回旋水域为415 m×306 m(长轴×短轴)。本码头设计前沿所设回旋水域为580 m×430 m椭圆，满足7万吨级散货船靠离泊所需回旋水域的尺度要求。

图9 模拟数据分析成果

3.6 优化水域尺度布置

根据上述船舶操纵模拟试验结论，要求的回旋水域尺度低于原设计尺度。且根据勘察情况，南侧水域边界存在红树林。原回旋水域南侧疏浚边界距离红树林仅15 m，经与当地资源管理部门沟通，要求适当增大此距离，避免施工时对生态造成破坏。因此适当减少南侧水域范围是必要而且是可行的。

综合国内外水运行业规范对于码头水域主要尺度的界定，并考虑到该工程为端部泊位，往上游暂无新增规划泊位，且本工程为专用泊位，船舶停泊与回旋不可能同时进行，因此考虑回旋水域短轴方向与停泊水域宽度可综合利用，回旋水域短轴占用1.0倍设计船宽，见图10。

图10 卸煤码头优化水域布置平面(单位：m)

4 结语

1)对于回旋水域尺度的界定，国内外规范差异较大，国内规范与日本规范接近：需要考虑掉头作业时，回旋水域短轴基本上可取设计最大船型长度的1.5～2.0倍，长轴需要通过船舶操纵模拟试验确定。

2)影响回旋水域尺度确定的因素较多，特别对于河道狭窄、周边已建工程及边界条件较为复杂同时又需要拖轮协助进出港，其尺度确定更为复杂。在专业化码头设计时，可结合码头到港船舶频次，综合考虑停泊水域与回旋水域的统筹利用，减少港池疏浚等建设及维护成本。

3)船舶操纵模拟试验按照正常作业工况开展，因此试验结果数据通常比规范给定的建议值偏小，在具体设计时需要综合考虑船舶超过作业标准离泊避风前的不利工况，适当加大回旋水域尺度，确保航行和作业安全。