沿海港口航道通过能力的研究

摘要：在经济飞速发展良好势头的带动下，沿海港口的建设进程得到了较大的推动。在沿海港口扩大建设规模、提升建设水平的目标下，对于相应的配套设施建设――航道的等级以及航道的通航条件等都提出了严峻的考验。作为沿海港口建设的重要指标――航道通过能力的确定对于沿海港口建设具有十分重要的作用。本文以沿海港口航道通过能力的基本内涵作为切入点，进而分析了对港口航道通过能力具有影响的因素，并在此基础上，对港口航道的通过能力进行建模仿真，并最终进行仿真结果分析。

关键词：沿海港口；航道建设；通过能力

一、沿海港口航道通过能力的基本内涵以及影响因素分析

1、沿海港口航道通过能力的基本内涵

在沿海港口的建设中，以港口航道的通过能力作为衡量航道在疏导船舶方面所具备能力。到目前为止，对于沿海港口航道通过能力尚无系统的、全面的探讨，对其基本内涵并未形成一个科学的定论。相比而言，对于内河，尤其是道路的通过能力却具有相对成熟的探究，并且形成了一定理论成果[1]。针对道路交通而言，其将通过能力定义为在疏导道路车辆方面所具备的能力，通常以单位时间内车辆通过的数值上限作为表示。针对内河运输而言，将航道的通过能力定义为在单位时间内或某一特指时间内，船舶通过某一特定区段的数量或者最大的载重能力。参照当前道路交通领域以及内河运输领域在通过能力方面的定义，并充分考虑沿海港口航道所具备的特殊性，将沿海港口航道通过能力的基本内涵做如下阐述：针对某一特定航道，当港口处于正常的生产运作状态并且达到要求的服务水平时，在为期一年的时间内，经过这一特定航道的船舶载重量的总计，其衡量标准通常以“万吨/年”来计。

2、沿海港口航道通过能力的影响因素分析

通常情况下，在进行航道通过能力的分析时，大都以主要性、易测性作为指标的选取原则，以此构成的指标体系包含水深、吨位以及航道宽度等因素。因此，在以可信性、可量化的原则进行指标的选取时，应包含以下几个方面：

（1）自然情况因素

在自然因素方面，主要将航道的自然条件、地理方位和跨越航道两岸的建筑等纳入考虑范围。在自然因素中，诸如海域、气候以及水位等相关因素主要对船舶在航行、停靠以及装卸等方面的活动产生影响；船舶的自然条件对于航道的等级、航道的宽度、码头以及河床冲淤等因素产生决定性影响；对于进出港处的跨越航道两岸的建筑――桥梁、电缆等因素则对于航道通航水位以上部分的净高和净跨产生影响；对于过江管以及隧道位置等因素则对于船舶的吃水深度产生限制性影响。

（2）港口布置因素

港口布置因素主要涵盖五方面的内容：①码头的布置，其中主要涉及码头的前沿、堆场的相对位置、仓库的布局、水域以及操作场地的范围、港内交通布局的合理性、与港外进行交通的便捷性等因素。此外，还涵盖②航道的长度和航道的宽度；③航道的停泊规模或停泊位数；④单（双）向航道；⑤船舶的航速上下限等内容。

（3）技术装备以及相应的作业条件因素

技术装备因素主要是指在泊位方面的设施和设备的配备，此项因素对于在泊位处进行装卸工作的效率情况具有决定性影响，对于船舶停泊期间的作业时间产生影响，进而影响航道的通过能力。对于作业条件因素，其主要涵盖从业人员的专业技术能力、工作积极性以及轮班制度等方面的内容。

（4）船舶特征因素

此项因素主要涵盖船舶的航速、船舶的尺度、船舶的吨位、船舱的结构以及装卸设备的起重量等方面的内容。此外，船舶在泊位处进行装卸工作的效率情况同样受到船舶运行模式、装卸工艺流程、装载货物形状以及包装形式等方面的内容的影响。

（5）经济运行环境因素

此项因素主要涵盖港口附近的工业发展现状、相关设施的造价、港口建设的投资来源、船舶的停泊费、人员的工资水平等因素，此类因素都会从某种程度上影响港口的通过能力。

二、沿海港口航道通过能力的仿真

1、仿真系统设计的基本原则

在构建仿真系统时，应首先遵循实际性原则，即设计的仿真系统应与港口的实际情况相吻合，从而保障以此为基础的仿真结果具有合理性、可信性。在实际性原则下，应该做到船舶到达港口所服从的分布、船舶在排队过程中所服从的模式等情况应与实际情况相吻合，以便仿真结果可以真实地反映港口的生产运行状况。其次，应遵循可调控原则。所选取的影响因素均为动态的变化指标，因此，在设计仿真系统时，一定要确保系统可以实现便捷的修改与调整。

1、港行系统作业流程

在进行通过能力的仿真时，采用实体流作为建模基础，具体流程如下：

2、船舶到达模型

该模型的研究内容主要涵盖两个方面：其一，船舶到达港口的规律情况，即船舶到达港口的时间间隔以何规律进行分布；其二，到达港口的船舶组合情况，即到达港口的船舶类型以及各类船舶在船舶总数中所占的比例。

3、船舶作业模型

所谓泊位，即船舶在港口进行装卸活动时的场地。船舶在港口的停泊时间主要分为两大部分：其一，船舶在进行装卸作业的时间情况；其二，船舶在进行辅助作业的时间情况。所谓辅助作业，即涵盖船舱排压舱水、准备作业以及靠离泊作业等内容。

3、自然条件模型

（1）潮汐建模

在此模型的构建过程中，应首先明确一个重要概念，即潮汐观测曲面应视为诸多分潮的组合，从而根据各分潮对港口海区的潮汐状况进行拟合。

（2）风、浪、雾的简化处理

泊位处的正常生产运作会受到风、浪、雾的影响，进而造成泊位处的正常生产运作时间缩短。由于风、浪、雾的实际状况较为复杂，因此，为了便于计算，应在构建自然条件模型时，将风、浪、雾因素进行简化处理。在仿真实验中，使仿真模型在正常运作时间下运行，运行结果即表示实际运作结果。

4、船舶通航规则模型

船舶的航道作业主要分为三部分，①外航道；②内航道；③港池[2]。通过实际工程数据资料，将港池限制、作业时间等因素纳入考虑范围，并进行模拟。

5、模型验证

以实际的港口船舶作业数据以及实际的航道水深为根据，对所构建的仿真模型进行验证。

6、仿真方案设计

进行完模型验证后，依据实际的港口航道情况，进行了三项方案设计：

（1）船舶到达港口的相关数据以及船舶在泊位处的作业数据均采用实际数据，将航道的水深加大；

（2）适当提高船舶到达港口的密度，并且在上述航道水深情况下对航道的生产运行状况进行测试，其余数据与（3）一致；

（3）适当提升大船在总船只中所占的比例，其余数据与（1）一致。

7、仿真结果分析

出于提升港口航道的通过能力的考虑，将两种提升航道通过能力的手段进行了比较：其一，提高船舶到达港口的密度；其二，在维持船舶到达港口总数量不变的条件下，提升大型船舶在船舶总数中所占的比例。

通过仿真结果的分析和总结，可以得出在实现同等服务水平的条件下，方案设计（3）的航道通过能力更高，也就是说，在维持船舶到达港口总数量不变的条件下，提升大型船舶在船舶总数中所占的比例可以提升港口航道的通过能力。

三、结语

在实际情况中，诸多因素均会对沿海港口航道的通过能力产生影响，因此，通过建立仿真模型对港口航道的实际通过能力进行模拟与仿真，并利用参数的改变等完成不同方案设计的结果分析，从而确定港口航道的最佳通过能力。

参考文献：

[1]郭子坚，王文渊，唐国磊，宋向群.基于港口服务水平的沿海港口航道通过能力[J].中国港湾建设，2010，10：46-48

[2]吴鹏，商剑平.沿海港口航道通过能力仿真模型研究[J].中国港湾建设，2010，10：42-45