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内容摘要
航道就是在湖泊、港湾等水域里为船舶提供安全的航行通道。而港口则是为船舶的停靠和安全进出提供的有利条件。航道作为港口水域布局的一个重要方面，其规划合理性对提高港口水域通航安全和效率有很大作用。本文就从航道港口的泥沙淤泥问题、航道选线和航道宽度设计、防波堤结构设计等方面进行探讨。
关键词
港口航道 相关问题 探讨
前言
随着全球经济同益一体化，国际贸易发展迅速，我国进出口贸易总额的年均增长率已超过15％，国内贸易流通量也成倍上升。而港口码头等基础设施作为物流的关键节点，承受着日益繁重的压力，由于紧靠陆域腹地，具有深水航道的沿岸资源日益稀缺，为了缓解供需压力，在离岸、近海岛屿上修建大型深水港口码头以及相应航道的建设成为一种必然的趋势。
一、解决港口、航道泥沙淤泥的方法
1、水流泥沙数学模型的应用
与先进的国际水平相比，国内水流泥沙数学模型及计算机的应用虽然起步比较晚，但是进步的速度却非常快，尤其是在20世纪90年代后，在这方面的进展就更加突飞猛进。以广州港为例，解决它的泥沙淤泥问题，必须用到这种技术。它是基于TK一2D软件的二维潮流数学模型而建立的。二维潮流的基本方程包括连续性方程和动量方程。而基本方程的定解条件包括边界条件和初始条件。对于边界条件来讲，要取开边界流速、潮位的实测、分析值，固边界则取流速的法向分量为零。对于初始条件，流速一律取零值，潮位则取初始时刻的值。
数值的计算方法，则是基于三角形网格的有限差分数值方法，在时间方向上采用向前差分格式，空间导数则是采用显示离散格式。
计算的确定和网格剖分，首先要确定整个计算区域的范围。南边界在大万山岛以南的纬度线，北边界在虎门附近的纬度线，西边界的精度线，东边界的精度线以及东西的距离、南北的距离。整个计算域包括伶仃洋西四口门、香港水道、伶仃洋外万山群岛。用不规则的三角形网格剖分计算域，考虑大大小小的岛屿一并计算在内。三角形网格能够较好地概括了伶仃洋内外复杂的海岸线、岛屿和地形特征。能够计算出最大空间的步长、最小空间步长、三角形网格节点、三角形的单元个数。模型的外海开边界潮位资料是由中国近海潮汐模型chinatide计算确定。
最后进行模型验证，如果模型的验证值和实际的测量值能够基本吻合，涨落潮流态与海区地形轮廓相符，那么这个验证就是成功的。可以应用本模型对海区内各种工程方案的潮流场进行模拟计算分析。
2、其他高新科技解决的方法
遥感技术的应用。卫星遥感技术是一门新型的高新技术，目前已经广泛应用于社会经济各个领域中。近年来，研究人员在原有的工作基础上，遵循以应用研究为重点、紧密结合工程实际的原则，不断地改进遥感模型及其分析技术，建立并且完善了泥沙含沙量遥感定量分析模式，对珠江崖门口等河口海岸地区在不同季节的涨落潮流特点、泥沙的来源、悬沙分布特点及运移特点进行追踪分析研究，逐步提高了精度。然后根据实际情况设置港口位置，以及如何排沙排泥。
二、航道选线和航道宽度设计
航道选线
航道选线要贯彻操船安全、挖方量少、施工期短、疏浚维护方便和投资省等技术经济合理原则，为了有助于航道设计者掌握选线方法，建议有关选线设计的布置原则和要求如下：
(1)布置进出港航道选择航线方案时，应首先按设计阶段要求进行地形水深测量，水文气象观测和地质地貌勘查以及研究分析工作，在满足港口总体规划的前提下，根据地形条件尽量多利用天然水深选择较短航道，避免大量开挖岩石、暗礁和底质不稳定的浅滩，并对航道的泥沙回淤做出论证。
(2)为保证船舶在航道中安全方便进出港口，满足良好的操船作业条件，提高航道通过能力，航道轴线的平面布置应符合以下要求：①航道的轴线应该尽量顺直，避免“s”行弯转向。②航道需要转向时，转向角应爆量控制300以内，超过300时可根据具体条件适当加大转弯半径，加宽航道，减小航速或使用拖轮助航。应避免多次转向，但当航道较长又受地形限制，必须要转几次弯才能进港、出港时，要根据船舶性能、吨级大小、航道断面尺度、导助航设施和自然条件等，除减小转向角外，还应满足转弯前调整修正船位的直线段和两次转弯间的直线段长度要求。④防波堤口门前的航道应直线布置，若受地形条件限制有弯道时，其直线长度可按上述两次转弯间的直线长度要求控制。⑤防波堤口门内进出港航道与转头水域连接时最好按直线布置，并应该满足制动距离要求。对于进口门后必须转向的航道，其转弯半径建议为5L～8L。⑥航道轴线与桥墩，灯塔和观测平台等固定设施靠近时，由于受风和水流的影响，改变了建筑物周围的流场，破坏了航道上水流和风流状态，使船舶经过这些设施时候发生偏航，为了消除这些影响，一般航道边线与固定设施之间要大于3.5倍设施的宽度。⑦航道通过桥梁等狭窄水域时，其两侧航道应各有5米直线长度，以满足调整船位对标进线的要求。
(3)河口航道选择原则。根据河口地区的自然条件，选择最优的航道位置，使航道易于维持通航，因为便于安全操船是河口港的中心问题。①对于河口上游的近口段选槽定线问题，应本着维持原来的水力状态，沿着河道中主流冲刷的深槽布线，保持弯道河势，顺应水流的自然流态，有利于航槽稳定。②要保证通航条件，必须采取工程措施，加强落潮流，冲刷航道，维持航深。③沿落潮主流路选择航道轴线，然而航槽较稳定，挖方量少，容易采取工程措施，满足通航要求。④我国北方冬季港口選择航道方位时，要注意研究冬季封港冰况，包括封港时间，岸冰和浮冰的出现和消失时间。⑤航道选线应该设置制造简单，维修方便,使用安全可靠的导助航设施和标志。
2航道宽度
航道宽度是指设计低水位或乘潮水位时航槽断面设计水深(一般为公告水深，不含备淤深度)处两底边线之间的宽度。
2. 1航迹带宽度
船舶在航道上行驶受风、流影响,其航迹很难与航道平行，即使是在无风、流状态下行驶，由于螺旋桨的致偏作用，即使操正舵时也会使得船舶旨向左或向右偏转。船舶需要不断地操纵舵角才能保持航向，故其航迹是在导航中线左右摆动呈蛇行路线。经验得出航迹带宽度一般在2.OB～4.5B的范围内。
2. 2船舶间宽度
船舶相遇错船时，为了防止船吸现象，保证安全，两航迹带间内侧应该留有一定距离。两船间的相互作用，主要受船型尺度、两船间距、航速、两船的尺度比例、速度比例和操船性能等因素影响，通常可分解为船舶的横向作用力和回转力矩，横向力随两船相对位置不同而有大小和方向上的变化，在有吸引力作用时，因为船舶对横向移动的抵抗力大，所以除两船速度差很小而长时间并行的情况外，其影响较回转力矩小，可以忽略不计。至于回转力矩，尤其是向内侧的回转力矩极为重要，回转力矩将使得两船均向内侧转向而相互急剧靠近。可以参考大量科研结果来研究如何测量两船间最小安全距离。
2. 3船舶与航道底边间的富裕间距
人工开挖的航道，由于航槽内外水深差形成航槽壁，船舶在这样狭窄的航道内航行，为了防止船舶因为岸吸现象擦壁或搁浅，减少操船困难，必须与槽壁保持一定距离。根据总结，模型试验和实船航行实践表明，岸吸现象与下列因素有关：(1)越近岸壁航行越激烈，过于接近则很难保向。(2)水道宽度越窄越激烈。(3)航速越高越明显。(4)水深越浅越明显。(5)船型越肥大越明显。
当航道较长，导标灵敏度(方位叠标导航时，船上测者能够发现叠标标志错开时船舶偏离叠标线的最小距离)不易控制，船舶定位困难和自然条件特别恶劣时，航道宽度可适当加宽，相反情况可以缩窄。典型双向航道宽度约为8倍船宽，单向航道宽度约为5倍船宽。此外船舶在航道弯曲段航行，由于船舶在转向时飘动和必须以投影宽度通过弯道，要求的宽度比直线段大。需要加宽的数值与转向角和转弯半径R，可采用规范建议的图解法进行设计，设计中主要有两种方法，切角法与折线切割法。其中，切角法确定航道的转弯内侧边缘，通过两次转向，每次转半个预定转向角，最终达到转向的目的。折线切割法确定航道内侧边缘，通过n次转向，每次转向／n，最终达到转向的目的。
三、防波堤结构设计
根据近海岛屿上的特殊性，及带来的风险因素，在工程设计中特别注重了海堤设计标准的合理确定、海堤抗浪性能研究、堤前护底研究及深水海堤新型结构型式的研究和探索。
3.1防波堤建设标准的合理确定
设计标准尤其是堤顶越浪量的控制又直接决定着本工程的经济造价。因此，因地制宜地结合工程拟建地实际的地形、地貌、工程总平面布置，提出不同时期合适的堤前设计波浪要素和合适的堤顶越浪量则显得至关重要。我们从以下三个方面着手来分析、解决这个问题。
1．利用工程总平面布置的有利因素合理降低堤前设计波高及防波堤的标准在本防波堤工程海侧lOOm处将建成前沿线长1700m宽55m的能靠泊10万吨级集装箱船(第六代国际集装箱船)的高桩梁板式码头平台。在该码头平台建成后，也就是防波堤工程的使用期，波浪受到码头平台这个“透空式防波堤”的阻挡削减后，波能将大大减少，波浪将均被破碎，对防波堤的冲击也将相应减少。因此，在防波堤工程的使用期可以采用受到透空式防波堤阻挡削减后的波要素来进行设计计算。从长远来讲，由于码头平台建设改变了原来的水流动力环境，码头岸侧的堤前海域在码头平台建成使用期内还会大量淤积，这对消浪也大有好处。
2．充分利用工程的总进度计划安排和后方陆域原有的有利地形地貌条件来合理降低防波堤的设计标准，防波堤施工期间堤顶可以允许适当越浪，防波堤工程的设计标准可适当降低。
3．仔细研究使用期的港区布局和排水设施来优化堤的结构，采取合理的建设标准：
在防波堤工程的使用期，根据港区规划，防波堤与堆场之间有一条30m宽的港区道路，加上港区内四通八达的道路交通系统，能满足防汛的要求，从节省工程投资的角度出发，可不考虑在堤顶另设防汛专用通道，仅在防波堤顶部外侧设置一道稳定坚固的防浪墙，对防浪墙的高度也可不作限制。按照浙江省海塘规范要求，防浪墙顶标高按下式确定：
Zp=Hp+Rf+△h (3-1)
式中：zp——防浪墙顶标高
Hp——设计高水位
Rf——设计波浪爬高
△h——安全超高
考慮到防波堤后方陆域地面标高较高，在设计条件下，少量越浪是允许的，故设计波浪爬高按相应于设计高潮位下，设计有效波高H13％产生的波浪爬高R13％来确定，经计算，R13％约为2.5m。根据规范，允许越浪的防波堤工程安全超高取0.4m，则防浪墙顶标高为+5.57+2.5+0.4=+8.47m，取+8.50m，越浪量为0.04m3／m.S，满足规范要求，越浪量也不小，但可采取堤后设置排水沟的方案予以解决。
3.2防波堤的结构选型
海岛地域地质条件较为特殊，具有鲜明的特点。比如大榭某集装箱码头防波堤区域地基条件差，表层为淤泥质粘土，压缩性大，强度低，且竖向分布深厚。同时防波堤区域滩面标高—2～—3m之间，滩面低，波浪大，具有典型的深水防波堤结构。宜选用斜坡式结构。相对而言，具有对地基承载力要求低、对地基沉降变化适应性强、消浪效果好，对于深水区域的不利环境条件具有更好的适应性。
结束语
随着对外经济的发展，内河航运、港口发挥着越来越重要的作用，所以在航道、港口建设方面我们要提高技术水平，确保更大收容量的同时，保证安全、合理。
参考文献
《港口工程技术规范》，人民交通出版社，2002
《防波堤设计与施工规范》JTJ299-99，北京：1999
《港口、航道规划与建设》【M]．北京：入民交通出版社，2003
航道就是在湖泊、港湾等水域里为船舶提供安全的航行通道。而港口则是为船舶的停靠和安全进出提供的有利条件。航道作为港口水域布局的一个重要方面，其规划合理性对提高港口水域通航安全和效率有很大作用。本文就从航道港口的泥沙淤泥问题、航道选线和航道宽度设计、防波堤结构设计等方面进行探讨。
关键词
港口航道 相关问题 探讨
前言
随着全球经济同益一体化，国际贸易发展迅速，我国进出口贸易总额的年均增长率已超过15％，国内贸易流通量也成倍上升。而港口码头等基础设施作为物流的关键节点，承受着日益繁重的压力，由于紧靠陆域腹地，具有深水航道的沿岸资源日益稀缺，为了缓解供需压力，在离岸、近海岛屿上修建大型深水港口码头以及相应航道的建设成为一种必然的趋势。
一、解决港口、航道泥沙淤泥的方法
1、水流泥沙数学模型的应用
与先进的国际水平相比，国内水流泥沙数学模型及计算机的应用虽然起步比较晚，但是进步的速度却非常快，尤其是在20世纪90年代后，在这方面的进展就更加突飞猛进。以广州港为例，解决它的泥沙淤泥问题，必须用到这种技术。它是基于TK一2D软件的二维潮流数学模型而建立的。二维潮流的基本方程包括连续性方程和动量方程。而基本方程的定解条件包括边界条件和初始条件。对于边界条件来讲，要取开边界流速、潮位的实测、分析值，固边界则取流速的法向分量为零。对于初始条件，流速一律取零值，潮位则取初始时刻的值。
数值的计算方法，则是基于三角形网格的有限差分数值方法，在时间方向上采用向前差分格式，空间导数则是采用显示离散格式。
计算的确定和网格剖分，首先要确定整个计算区域的范围。南边界在大万山岛以南的纬度线，北边界在虎门附近的纬度线，西边界的精度线，东边界的精度线以及东西的距离、南北的距离。整个计算域包括伶仃洋西四口门、香港水道、伶仃洋外万山群岛。用不规则的三角形网格剖分计算域，考虑大大小小的岛屿一并计算在内。三角形网格能够较好地概括了伶仃洋内外复杂的海岸线、岛屿和地形特征。能够计算出最大空间的步长、最小空间步长、三角形网格节点、三角形的单元个数。模型的外海开边界潮位资料是由中国近海潮汐模型chinatide计算确定。
最后进行模型验证，如果模型的验证值和实际的测量值能够基本吻合，涨落潮流态与海区地形轮廓相符，那么这个验证就是成功的。可以应用本模型对海区内各种工程方案的潮流场进行模拟计算分析。
2、其他高新科技解决的方法
遥感技术的应用。卫星遥感技术是一门新型的高新技术，目前已经广泛应用于社会经济各个领域中。近年来，研究人员在原有的工作基础上，遵循以应用研究为重点、紧密结合工程实际的原则，不断地改进遥感模型及其分析技术，建立并且完善了泥沙含沙量遥感定量分析模式，对珠江崖门口等河口海岸地区在不同季节的涨落潮流特点、泥沙的来源、悬沙分布特点及运移特点进行追踪分析研究，逐步提高了精度。然后根据实际情况设置港口位置，以及如何排沙排泥。
二、航道选线和航道宽度设计
航道选线
航道选线要贯彻操船安全、挖方量少、施工期短、疏浚维护方便和投资省等技术经济合理原则，为了有助于航道设计者掌握选线方法，建议有关选线设计的布置原则和要求如下：
(1)布置进出港航道选择航线方案时，应首先按设计阶段要求进行地形水深测量，水文气象观测和地质地貌勘查以及研究分析工作，在满足港口总体规划的前提下，根据地形条件尽量多利用天然水深选择较短航道，避免大量开挖岩石、暗礁和底质不稳定的浅滩，并对航道的泥沙回淤做出论证。
(2)为保证船舶在航道中安全方便进出港口，满足良好的操船作业条件，提高航道通过能力，航道轴线的平面布置应符合以下要求：①航道的轴线应该尽量顺直，避免“s”行弯转向。②航道需要转向时，转向角应爆量控制300以内，超过300时可根据具体条件适当加大转弯半径，加宽航道，减小航速或使用拖轮助航。应避免多次转向，但当航道较长又受地形限制，必须要转几次弯才能进港、出港时，要根据船舶性能、吨级大小、航道断面尺度、导助航设施和自然条件等，除减小转向角外，还应满足转弯前调整修正船位的直线段和两次转弯间的直线段长度要求。④防波堤口门前的航道应直线布置，若受地形条件限制有弯道时，其直线长度可按上述两次转弯间的直线长度要求控制。⑤防波堤口门内进出港航道与转头水域连接时最好按直线布置，并应该满足制动距离要求。对于进口门后必须转向的航道，其转弯半径建议为5L～8L。⑥航道轴线与桥墩，灯塔和观测平台等固定设施靠近时，由于受风和水流的影响，改变了建筑物周围的流场，破坏了航道上水流和风流状态，使船舶经过这些设施时候发生偏航，为了消除这些影响，一般航道边线与固定设施之间要大于3.5倍设施的宽度。⑦航道通过桥梁等狭窄水域时，其两侧航道应各有5米直线长度，以满足调整船位对标进线的要求。
(3)河口航道选择原则。根据河口地区的自然条件，选择最优的航道位置，使航道易于维持通航，因为便于安全操船是河口港的中心问题。①对于河口上游的近口段选槽定线问题，应本着维持原来的水力状态，沿着河道中主流冲刷的深槽布线，保持弯道河势，顺应水流的自然流态，有利于航槽稳定。②要保证通航条件，必须采取工程措施，加强落潮流，冲刷航道，维持航深。③沿落潮主流路选择航道轴线，然而航槽较稳定，挖方量少，容易采取工程措施，满足通航要求。④我国北方冬季港口選择航道方位时，要注意研究冬季封港冰况，包括封港时间，岸冰和浮冰的出现和消失时间。⑤航道选线应该设置制造简单，维修方便,使用安全可靠的导助航设施和标志。
2航道宽度
航道宽度是指设计低水位或乘潮水位时航槽断面设计水深(一般为公告水深，不含备淤深度)处两底边线之间的宽度。
2. 1航迹带宽度
船舶在航道上行驶受风、流影响,其航迹很难与航道平行，即使是在无风、流状态下行驶，由于螺旋桨的致偏作用，即使操正舵时也会使得船舶旨向左或向右偏转。船舶需要不断地操纵舵角才能保持航向，故其航迹是在导航中线左右摆动呈蛇行路线。经验得出航迹带宽度一般在2.OB～4.5B的范围内。
2. 2船舶间宽度
船舶相遇错船时，为了防止船吸现象，保证安全，两航迹带间内侧应该留有一定距离。两船间的相互作用，主要受船型尺度、两船间距、航速、两船的尺度比例、速度比例和操船性能等因素影响，通常可分解为船舶的横向作用力和回转力矩，横向力随两船相对位置不同而有大小和方向上的变化，在有吸引力作用时，因为船舶对横向移动的抵抗力大，所以除两船速度差很小而长时间并行的情况外，其影响较回转力矩小，可以忽略不计。至于回转力矩，尤其是向内侧的回转力矩极为重要，回转力矩将使得两船均向内侧转向而相互急剧靠近。可以参考大量科研结果来研究如何测量两船间最小安全距离。
2. 3船舶与航道底边间的富裕间距
人工开挖的航道，由于航槽内外水深差形成航槽壁，船舶在这样狭窄的航道内航行，为了防止船舶因为岸吸现象擦壁或搁浅，减少操船困难，必须与槽壁保持一定距离。根据总结，模型试验和实船航行实践表明，岸吸现象与下列因素有关：(1)越近岸壁航行越激烈，过于接近则很难保向。(2)水道宽度越窄越激烈。(3)航速越高越明显。(4)水深越浅越明显。(5)船型越肥大越明显。
当航道较长，导标灵敏度(方位叠标导航时，船上测者能够发现叠标标志错开时船舶偏离叠标线的最小距离)不易控制，船舶定位困难和自然条件特别恶劣时，航道宽度可适当加宽，相反情况可以缩窄。典型双向航道宽度约为8倍船宽，单向航道宽度约为5倍船宽。此外船舶在航道弯曲段航行，由于船舶在转向时飘动和必须以投影宽度通过弯道，要求的宽度比直线段大。需要加宽的数值与转向角和转弯半径R，可采用规范建议的图解法进行设计，设计中主要有两种方法，切角法与折线切割法。其中，切角法确定航道的转弯内侧边缘，通过两次转向，每次转半个预定转向角，最终达到转向的目的。折线切割法确定航道内侧边缘，通过n次转向，每次转向／n，最终达到转向的目的。
三、防波堤结构设计
根据近海岛屿上的特殊性，及带来的风险因素，在工程设计中特别注重了海堤设计标准的合理确定、海堤抗浪性能研究、堤前护底研究及深水海堤新型结构型式的研究和探索。
3.1防波堤建设标准的合理确定
设计标准尤其是堤顶越浪量的控制又直接决定着本工程的经济造价。因此，因地制宜地结合工程拟建地实际的地形、地貌、工程总平面布置，提出不同时期合适的堤前设计波浪要素和合适的堤顶越浪量则显得至关重要。我们从以下三个方面着手来分析、解决这个问题。
1．利用工程总平面布置的有利因素合理降低堤前设计波高及防波堤的标准在本防波堤工程海侧lOOm处将建成前沿线长1700m宽55m的能靠泊10万吨级集装箱船(第六代国际集装箱船)的高桩梁板式码头平台。在该码头平台建成后，也就是防波堤工程的使用期，波浪受到码头平台这个“透空式防波堤”的阻挡削减后，波能将大大减少，波浪将均被破碎，对防波堤的冲击也将相应减少。因此，在防波堤工程的使用期可以采用受到透空式防波堤阻挡削减后的波要素来进行设计计算。从长远来讲，由于码头平台建设改变了原来的水流动力环境，码头岸侧的堤前海域在码头平台建成使用期内还会大量淤积，这对消浪也大有好处。
2．充分利用工程的总进度计划安排和后方陆域原有的有利地形地貌条件来合理降低防波堤的设计标准，防波堤施工期间堤顶可以允许适当越浪，防波堤工程的设计标准可适当降低。
3．仔细研究使用期的港区布局和排水设施来优化堤的结构，采取合理的建设标准：
在防波堤工程的使用期，根据港区规划，防波堤与堆场之间有一条30m宽的港区道路，加上港区内四通八达的道路交通系统，能满足防汛的要求，从节省工程投资的角度出发，可不考虑在堤顶另设防汛专用通道，仅在防波堤顶部外侧设置一道稳定坚固的防浪墙，对防浪墙的高度也可不作限制。按照浙江省海塘规范要求，防浪墙顶标高按下式确定：
Zp=Hp+Rf+△h (3-1)
式中：zp——防浪墙顶标高
Hp——设计高水位
Rf——设计波浪爬高
△h——安全超高
考慮到防波堤后方陆域地面标高较高，在设计条件下，少量越浪是允许的，故设计波浪爬高按相应于设计高潮位下，设计有效波高H13％产生的波浪爬高R13％来确定，经计算，R13％约为2.5m。根据规范，允许越浪的防波堤工程安全超高取0.4m，则防浪墙顶标高为+5.57+2.5+0.4=+8.47m，取+8.50m，越浪量为0.04m3／m.S，满足规范要求，越浪量也不小，但可采取堤后设置排水沟的方案予以解决。
3.2防波堤的结构选型
海岛地域地质条件较为特殊，具有鲜明的特点。比如大榭某集装箱码头防波堤区域地基条件差，表层为淤泥质粘土，压缩性大，强度低，且竖向分布深厚。同时防波堤区域滩面标高—2～—3m之间，滩面低，波浪大，具有典型的深水防波堤结构。宜选用斜坡式结构。相对而言，具有对地基承载力要求低、对地基沉降变化适应性强、消浪效果好，对于深水区域的不利环境条件具有更好的适应性。
结束语
随着对外经济的发展，内河航运、港口发挥着越来越重要的作用，所以在航道、港口建设方面我们要提高技术水平，确保更大收容量的同时，保证安全、合理。
参考文献
《港口工程技术规范》，人民交通出版社，2002
《防波堤设计与施工规范》JTJ299-99，北京：1999
《港口、航道规划与建设》【M]．北京：入民交通出版社，2003