茂名港利丰散货码头水域布置优化设计

杨攀博，杨松姗，李俊良

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津300220）

引言

现阶段大多数港口项目港池水域布置均采用设计船型满载吃水设计。这种布置方式安全性高、适应性强、管理方便，但对于泊位等级大、地质岩层浅、货种流向单一的专业码头，将会导致其清岩量大、施工工期长、工程造价高，给工程带来较大的建设负担。本文以茂名港博贺新港区利丰散货码头工程为实例，结合工程特点，以船舶重载进、压载调头出港为设计思路，采用深、浅水分开的水域布置型式进行优化设计。

1 工程概况

利丰散货码头工程位于博贺新港区大宗干散货作业区中突堤东侧岸线北部，拟从南向北连续建设1 个20 万t 级、1 个10 万t 级和1 个5 万t 级散货泊位（分别为M7、M8、M9 泊位）。其中北侧237 m 岸线为10 万t 级结构段，南侧723 m 岸线为20 万t 级结构段，岸线总长度960 m。工程设计年吞吐量为1 200 万t，主要货种为铁矿石及煤炭。码头采用连片栈桥式布置，堆场位于北侧陆域。

2 自然条件

2.1 设计水位

根据闸坡海洋站2005 年潮位资料进行计算，设计水位如表1（从当地理论最低潮面起算，下同）。

表1 设计水位

2.2 设计波浪

受已建东、西方波堤掩护，经折射、绕射及浅水变形计算，码头设计波要素如表2。

表2 本工程波要素表（50 年一遇）

2.3 工程地质

港区地质上层为中砂、淤泥质粉质黏土及砂质黏性，下层为岩石，且岩层变化较为剧烈。全风化花岗片麻岩层顶平均高程-17.51 m（-27.02 m～-7.30 m），平均层厚5.34 m；强风化花岗片麻岩层顶平均高程-22.90 m（-31.78 m～-11.40 m），平均层厚4.05 m；中风化花岗片麻岩层顶平均高程-22.57 m（-31.80 m～-10.78 m），平均层厚2.05 m；微风化花岗片麻岩层顶平均高程-19.42 m（-31.50 m～-9.53 m），平均层厚3.42 m（0.80 m～10.40 m）。

3 水域布置优化设计

3.1 设计思路

根据利丰散货码头港池水域钻探成果揭示，工程区域岩面较浅，且变化十分剧烈，港池水域强风化花岗片麻岩岩面最浅处-11.4 m，中风化花岗片麻岩岩面最浅处-10.78 m，微风化花岗片麻岩岩面最浅处-9.53 m。按常规设计，本工程港池需要大方量清岩，对微风化尚需进行水下爆破处理，一方面大幅增加工程投资，另一方面会大幅增加工程难度及工期，并且增加港区内其它利益相关者的协调难度。

结合项目货种及流向，5万t级泊位为装船转水泊位，10万t级及20万t级泊位为卸船泊位，卸船泊位货物流向单一。根据《海港总体设计规范》（JTS 165-2013）[1]：“对货物流向单一的专业码头，经论证后，部分回旋水域可按船舶压载吃水计算”。因此进行水域设计时，5万t级以上散货船按满载顺靠码头、压载调头作业进行港池水域布置。可在保证正常运营需求及通航安全的前提下，大幅降低疏浚量，带来极大的经济效益和环境效益。对于5万t级及以下散货船仍按满载设计港池水域。

3.2 船舶压载吃水

利丰散货码头最大设计船型为20 万t 级散货船，关于其压载吃水的取值是最为重要的设计参数。目前，国内、外对船舶压载吃水的研究多为经验估算[2]。根据海运经验，空载船舶压载航行时，最小平均吃水应达到满载吃水的50 %以上；冬季航行时因为风浪较大，则应达到55 %～60 %[3]，但这一估算值较为粗糙。经查阅《基于实船数据的船舶压载及营运吃水统计研究》[4]、《船舶压载吃水估算方法探讨》[5]、《港口系泊船舶压载吃水取值研究》[6]等相关文献，各计算方法统计如表3 所示，压载吃水取值范围为8.24～9.99 m。根据《基于AIS 数据的散货船压载吃水取值研究》[7]的船型统计结果，见表4，20 万t 级散货船压载吃水为11.3 m（90 % 保证率），略大于表3 中数值。综合以上分析，基于AIS 数据的船型统计结果更为权威可信，压载吃水取为11.3 m 是安全和可行的。

表3 各计算方法下20 万t 级散货船船舶压载吃水计算表

表4 基于AIS 数据各吨级不同保证率下的压载吃水值

3.3 水域布置

港池设计底高程计算结果如表5 所示，水域采用深、浅水分开布置型式。20 万t 级散货船满载左舷顺靠M7、M8 泊位，码头前满载通航水域为深水区，北侧最小宽度按规范0.8 倍船长设计，为250 m，南侧最大宽度为439 m，设计底高程为-19.0 m。10万t 级散货船同样满载顺靠，压载掉头。位于深水区外的回旋水域布置为浅水区，20 万t 级散货船回旋水域布置在M7 泊位前方，回旋水域直径624 m，按压载调头设计，设计底高程-11.6 m。5 万t 级散货船回旋水域布置在M9 泊位前方，回旋水域直径446 m，设计底高程-12.7 m，按满载掉头设计。浅水区现状水深即满足设计要求，无需疏浚。

表5 港池设计底标高计算表

港池与30 万t 级航道通过一段支航道相连，支航道通航宽度210 m，设计底高程-19.0 m，连接水域边线与岸线夹角18°。20 万t 级散货船满载回旋水域拟利用E1 泊位港池(30 万t 级原油泊位)，以满足极端情况下的紧急离泊要求。水域布置如图1 所示。

图1 水域布置图

4 操船模拟试验

4.1 试验论证

通过操船模拟试验对水域布置进行论证。试验选取了5 万t 级散货船、10 万t 级散货船、20 万t级散货船作为试验船型，试验变量为风速、风向以及涨落潮，试验结果如下[8]：

1）6 级风情况下，无论是NE 风、ESE 风还是NW 风，基本可以保证设计船型安全靠离泊。

2）7 级风情况下，20 万t 级散货船靠离M7 泊位时，需配置4 艘4 000～5 000 HP 拖轮方能安全靠泊泊位，离泊时存在偏出港池水域的风险，10 万t级散货船和5 万t 级散货船分别靠泊M8、M9 泊位时，均出现拖轮马力不足的情况。

3）8 级风情况下，靠泊困难，船舶靠离泊均存在较大风险。

4）涨落潮对船舶在主航道及口门水域航行影响较大，尤其与偏E、偏W 风叠加时，需压一定流压差角，对支航道及港池水域航行、船舶靠离泊影响较小。试验结果如图2～5 所示。

图2 20万t级散货船满载靠泊M7泊位轨迹图

图3 20 万t 级散货船压载离泊轨迹图(NW-7、落潮)

图4 20万t级散货船紧急离泊出港轨迹图（NW-7、涨潮）

图5 10万t级满载进港靠泊M8轨迹图(NW-7、落潮)

4.2 水域调整

结合操船模拟试验中船舶航迹带情况，对水域布置进行进一步优化调整：

1）20 万t 级散货船在满载靠泊M7、M8 泊位时，触及深浅水分界，因此加宽了M7、M8 泊位前方深水区宽度，深水区从北侧最窄处250 m 向南侧逐步扩宽至439 m；

2）20 万t 级散货船在压载离泊时出现偏出港池水域的工况，港区天然水深满足压载离泊要求，因此仅需对浮标位置进行调整，局部拓宽回旋水域。

操船模拟结果和调整后水域布置情况及见图6、图7。深、浅水分开水域布置型式相比传统的全部采用满载吃水的布置型式减少疏浚量约260 万m3，节约工程造价近2 亿元。

图6 10 万t 级散货船满载进港靠泊M8 轨迹图（水域调整后）

图7 调整后水域布置图

结合港区条件及操船模拟试验，给出船舶靠离泊的限制条件如表6 所示，同时需保证拖轮配备并加强港区管理。

表6 本项目超大型船舶靠离泊建议限制条件

5 结语

1）对于泊位等级大、地质岩层浅、货种流向单一的专业码头，可考虑以船舶重载进、压载调头出港为设计思路，采用深、浅水分开的水域布置型式，可大幅度减少清岩量、缩减工期、节约工程造价；

2）设计中船舶压载吃水为重要的设计参数，需重点考虑，取值合理；

3）建议开展操船模拟试验对水域布置进行充分论证，并明确给出船舶靠离泊限制条件，方便运营管理，以策安全。