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漫谈航道的分类及其他

 航道

泛指可供船舶航行的水域,包括江河、湖泊、海洋中的可供航行水域。特指为船舶安全航行划定的水道,具有一定的宽度与深度,为船舶进出港口提供了一条特定的安全航行路线,多数情况下航道需要通过整治而成,是港口的重要配套设施。航道广义上理解为水道或河道整体,狭义的航道是一个在三维空间尺度上既有要求、又有限制的通道,受到客观自然条件的制约,如桥梁、过江管道、缆线等的限制。

一、航道的分类

⒈ 按成因分类

可分为人工航道、天然航道和渠化航道,分别说明如下。

人工航道:是指人工开凿的航道,即需要通过疏浚、炸礁等整治方式达到设计要求的航道。在内陆地区用于船舶通航的人工航道又称运河。目的是扩大通航等级,缩短航行路径,降低运输费用,方便人们生产和生活。世界上著名的国际通航运河,主要有苏伊士运河、巴拿马运河、基尔运河等,目前世界最长的人工通海航道是北美洲的圣劳伦斯河,于上世纪50年代美、加两国共同整治,自加拿大安大略湖口计总长960公里,河床浚深达8.2米,2万吨海轮可从大西洋经此深水通海航道直达五大湖岸。我国最长的人工运河是京杭大运河,也是世界上里程最长、工程最大、最古老的运河之一,途经北京、天津两市及河北、山东、江苏、浙江四省,贯通海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系,全长约1794公里,开凿到现在已有2500多年的历史。

天然航道:是指自然形成的江、河、湖、海等水域中的航道。包括水网地区在原有较小通道上拓宽加深的那一部分航道,如广东的东平水道、宁波的虾峙门航道等。圣劳伦斯河中蒙特利尔至河口 656公里是天然航道。目前世界上无论是海港航道或者内河航道,多数航道为人工航道和天然航道的组合航道,与设计通航水深有关,也与设计航道尺度有关。

渠化航道:是指位于渠化河段内的航道。渠化是在天然河流上建拦河闸坝和船闸壅高上游河段水位,增加通航水深,以改善航行条件的航道治理工程措施。渠化工程的水工建筑物一般包括挡水建筑物、泄水建筑物、通航建筑物以及其他综合利用水资源的专门建筑物,它们共同组成渠化枢纽。渠化工程能从根本上改善河流的航行条件,也会带来一些问题,如船舶须要通过船闸或升船机、增加了船舶的运行时间;闸坝上游水位壅高,可能淹没一些土地;河流的水文情势和生态环境也会发生变化等。美国密西西比河的上游及支流俄亥俄河、田纳西河,苏联的伏尔加河,中国广东的连江、四川渠江、湖南渌水等都是渠化航道。

⒉ 按地理位置分类

按地理位置可分为海上航道、内河航道、岛礁区航道和冰泾等。

海上航道:海上航道的建设是与海洋运输业的兴旺发展密切相关的,又可分为国际大洋航道、地方性海上国际航道和沿海航道三类。国际大洋航道是指可横跨一个或数个大洋的所有货运或客运航道,如从欧洲通向北美或远东的北极航道、苏伊士运河、巴拿马运河等,这类航道可供不同国籍的船舶通航,是国际公共航道,享受完全航行自由;地方性海上国际航道是指在地理上受到限制的一个或数个海区,如菠罗的海航道、地中海航道、墨西哥湾航道、马六甲航道等,这种航道虽然是国际性的,但附有一定的保留条件,这些保留条件与各沿岸国的国家安全利益有关,比如有些航道就禁止非沿岸国家的军舰经过,不享受完全航行自由;沿海航道连接着同一国家的港口,原则上是指位于海岸线附近,具有一定边界可供海船航行的航道,如珠江口航道、海参崴航道等,通常供本国船只可以自由航行,国外船只进出港受限,均需进行进出关审批与报备。

内河航道:指在内陆水域中用于船舶航行的通道,包括江、河、湖、水库、人工运河和渠道等。其中天然的内河航道又可分为山区航道、平原航道、潮汐河口航道和湖区航道等等。而湖区航道又可进一步分为湖泊航道、河湖两相航道和滨湖航道。内河航道大部分是利用天然或人工水道,再加上引航的航标设施所构成。内河航道比海上航道的运行条件要差,主要表现为不同的通航水深不同、通行的时限不同、单双向通行的方式不同。

岛礁区航道:岛礁区航道顾名思义是指在岛礁区穿越的航道,这类航道多有许多良好的港口、锚地,但缺点是岛屿间航门、水道多,滩、礁危险物也多,航行中需要格外注意船舶安全。我国沿海从南至北分布着一系列岛屿,五百平方米以上面积的岛屿有六千五百多个,主要岛屿有里、外长山列岛,舟山群岛、澎湖列岛、万山群岛、南海诸岛等,所以在我国岛礁区航道众多。

冰泾:是指在几大浮冰群之间或狭窄港湾的固定冰缘之间及极地地冰之间可通航的水道,在大量的浮冰之间航行航速受阻、机动受限,进出航道多需要破冰船破冰引航,并随时留意阅读航海通告与冰清预报。

⒊ 按管理权属分类

按《中华人民共和国航道管理条例》的规定,按管理权属航道可分为国家航道、地方航道和专用航道。

国家航道:是指构成国家航道网、可通航500吨级以上船舶的内河干线航道;跨省、自治区、直辖市可常年通航300吨级以上船舶的内河干线航道;可通航3000吨级以上海船的沿海干线航道;以及对外开放的海港航道和国家指定的重要航道。

地方航道:是指可以常年通航300吨级以下(含不跨省可通航300吨级)船舶的内河航道;可通航3000吨级以下海船的沿海航道、地方沿海中小港口间的短程航道;非对外开放的海港航道;其他属于地方航道主管部门管理的航道。

专用航道:指由军事、水利电力、林业、水产等部门以及其他企业事业单位自行建设、使用的航道。

⒋ 按水深分类

按水深分类可分为深水航道、浅水航道和季节性航道三类,国际上对于深水航道、浅水航道的标准并无统一的定义,参考有关资料作如下说明。

深水航道:对于海港与内河港的深水航道定义不尽相同。对于海港来说,由于第六代集装箱船及万箱位船其吃水至少14米,航道水深和码头前沿水深均要求在-15米以下,因此水深在-15米以下的航道是深水航道。对于内河港来说,能满足5万吨级集装箱船全潮、5万吨级散货船满载乘潮双向通航的航道可称为深水航道,航道水深要求在-12.5米以下,如通过长江南京以下12.5米深水航道建设工程后即为深水航道。

浅水航道:航道水深不足深水航道标准、船舶可通航的航道均为浅水航道,浅水航道的船舶通航等级一般在几十至几千吨级之间。

季节性航道:所谓季节性航道是指只能在一定季节(如非封冻季节)或水位期(如中洪水期或中枯水期)内通航的航道,对于海港来说,在我国北方的冬季由于受大面积海冰出现的影响,会不定期进行封港现象,这些航道表现一定的季节性。

⒌ 按用途分类

按用途分类可分为主航道、副航道、分道通航制航道、进港航道和限制性航道等。

主航道:是指在数条航道中主要的通航航道,供多数尺度较大的标准船舶或船队航行的航道,一般也指水深最深的航线。通航江河中往往是河道的干流,有的亦作为国界或行政区划境界。

副航道:除主航道外的航道为副航道,是为分流部分尺度较小的船舶或船队而另行增辟的航道。

分道通航制航道:为有效隔离商船航路和渔船作业区域,同时最大限度地减少航路交叉,确保各类船只的通航安全,对航道实施分道通航制。分道通航制由分隔线(带)、边界线、通航分道组成,用分隔带、分隔线、自然障碍物或特定的地理物标把航道分隔成左右两个分道,实行单向通航的定线系统,简称分道制。使用分道制区域的船舶应在通航分道端部进出,如从分道的侧面驶进或驶出时,应与分道的规定流向取尽可能小的角度,必须穿越通航分道时应尽可能与规定流向成直角。不使用分道制区域的船舶应尽可能远离该区域。

限制性航道:即由于水面狭窄、断面系数小等原因,对船舶航行有明显的限制作用的航道,包括运河、通航渠道、狭窄的设闸航道、水网地区的狭窄航道,以及具有上述特征的滩险航道等。

进港航道:是指为海港或内河港主航道及港池区域船舶进出港口所用的水道。进港航道要有足够的宽度和水深,适当的方位,比较平稳的水流,以保证船舶安全、方便地进出港口。进港航道的设计,要充分考虑风、波浪、潮流(水流)、沿岸泥沙流等自然条件对船舶安全进出港的影响。

二、航道的尺度

航道尺度包括水深、宽度和弯曲半径三个方面。

⒈ 航道水深

航道深度是船舶通航的基本条件之一,它是限制船舶吨位和通过能力的主要因素,也是选择船舶吃水量和载重量的主要因素。航道深度是指全航线中所具有的最小通航保证深度,它取决于航道上最困难的区段和浅滩上的水深。航道深度的确定与港口建设的优选船型及设计等级有关,也与当地海域底质、潮汐、水文等自然条件有关。另外,同一吨级不同船型的满载吃水值并不相同,比如同为10000吨级的船舶,滚装船吃水8.2米,散货船吃水8.5米,杂货船与集装箱8.8米,而油船则为油船9.0米。

海上进港航道的设计水深应为设计船舶满载吃水、船舶纵摇(约为波高之半)、船舶纵倾或航行下坐值之和,另外根据海底面土质和航速增加0.6~1.2米的富裕水深。富余深度包括船舶龙骨下的安全富余、波浪富余、航行富余、两次挖泥间的回淤富余和船舶由海水进入淡水由于水的密度减小而增加吃水的富余深度等。如果海底面为岩基,而且航速较大,富裕水深取用较大值,反之取较小值。3000吨级及以下的内河船舶使用的进港航道,其设计水深一般按河床底质采用设计船舶满载吃水加 0.2~0.5米的富裕水深。

具体设计进港航道水深时,应根据船舶满载吃水、潮位(水位)、水的密度变化(船舶由海水进入淡水时,由于水的密度减小,船舶吃水会加大2%~3%),并考虑船舶因风浪产生的纵摇和横摇,船舶的纵倾、下坐,以及由于沿岸流使航槽淤积等因素,分析研究确定。航道的最小设计水深,有关人士建议应为船舶在海水中夏季载重线加1.5~2.5米的富裕水深。设计水深一般从设计低水位起算,有潮港口也可按大型船舶乘潮进出港的水位起算。

⒉ 航道宽度

航道的宽度是指航道两侧界线之间,垂直于航道中心线度量的水平距离,更为严格的定义为设计低水位或乘潮水位时航槽断面设计水深处的底边宽度。航道宽度的确定应考虑下列五个因素:①设计船舶的宽度、航行速度和航行性能;②是单行航道还是双行航道,是否允许船舶在航道上超越;③航道水深;④航道是直线还是曲线,是处于受限制的水域还是处于开阔不受限制的水域;⑤航道边坡的稳定情况;⑥风、波浪、潮流,特别是横向风和横向流的影响。航道有效宽度的计算由航迹带宽度、船舶间的富余水深及船舶与航道边线间的富裕宽度等三个部分组成。

航迹带宽度:船舶在航道上航行遇到横向风、横向流时,要将船偏转一定角度以抵消横向风、横向流的影响,偏角后占用的宽度叫航迹带宽度。据有关经验,航行轨迹宽度取决于船舶的操纵性,对操纵性好的船舶,其航行轨迹宽度可定为船宽的1.6倍;对驾驶操纵性不良的船舶,可定为船宽的2.2倍;对中等操纵性的船舶,可定为船宽的1.8倍。

船舶间的富余宽度:由于水力作用,两艘并列航行的船舶之间会产生吸力和拒力,有发生相互碰撞的危险,对此,双行航道的宽度应增加船舶横向安全间距。这一安全间距应从两航行轨迹的内边缘起计算,最小值为一艘船宽。

船舶与航道边线间的富裕宽度:当船舶航行偏离中线驶向边坡时,由于水力作用,船与岸边之间也产生吸力和拒力,对船舶产生偏离航线的力矩。为了保持直线航行,必须采用一定值的舵角以平衡这一力矩。同时还应在船舶航行轨迹外边缘、航道底边线之间再增加安全间距,其值可定为船宽的1.0~1.5倍。

在国际航运会议中,专家建议:当不允许船舶超越时,航道宽度为设计船宽的3~4倍;当允许船舶超越时,为设计船宽的6~7倍。当航道较长、船舶定位困难和海域自然条件特别恶劣时,航道宽度应适当加宽,反之则缩窄。

⒊ 弯曲半径

弯曲半径是指弯曲航道中心线的圆弧半径,是船舶安全航行必须具有的弯曲半径。在航道的曲线段上,为便于船舶的驾驶和转弯,航道弯曲段应适当加宽。但是受河床地形、地物的天然限制,船舶往往是在较小的弯道中航行。因此,一定等级的航道都有相应的航道标准弯曲半径。一般航道转弯半径不得小于最大航行船舶长度的4~5倍,最低不得小于船舶长度的3倍。对于内河航道,若河流转弯半径过小,将造成航行困难,应加以整治。

三、航道等级

分内河航道与海港航道两类。

⒈ 内河航道

航道等级就是通俗说类似对应公路等级,不同的是航道对应船舶通航。1952年苏联国家建设委员会公布了内河航道分级标准,规定了七个等级航道的水深、船型和桥梁通航净空尺度等。1960年欧洲经济委员会修订了1954年的欧洲航道分级图表,列出了六个等级航道的代表船型,并确定以Ⅳ级航道作为欧洲内河航道网标准。美国陆军工程师团统一管理美国内河航道,美国的航道以航道水深作为分级的指标,结合选定船舶吨位和船型,对密西西比河和五大湖水系等均规定了水深标准,船闸也逐渐实行标准化尺度。印度中央水利电力委员会也曾规定天然河流和运河的航道分级尺度标准。中国国家计划委员会1963年曾转发《全国内河通航试行标准》,在总结试行的基础上,80年代进行了修订。按这一修订后的标准,中国内河航道将划分为七级。

按《内河通航标准》,内河航道等级分为七个级别,是通行50吨级船舶的航道尺度标准。其中一

级航道可通航3000吨级船舶;二级航道可通航2000吨级船舶;三级航道可通航1000吨级船舶,三级航道尺度的最低标准为水深3.2米、底宽45米;四级航道可通航500吨级船舶,四级航道尺度的最低标准为水深2.5米、底宽40米;五级航道可通航300吨级船舶;六级航道可通航100吨级船舶;七级航道可通航50吨级以下船舶。

⒉ 海港航道

海轮航道则大多直接以通航船型的吨级表示,比如30万吨级航道、20万吨级航道、5万吨级航道、1万吨级航道、5千吨级航道等。

四、乘潮水位

⒈ 乘潮水位的概念

船舶在通过航道时,某些局部浅段由于水深不足,常利用一定的高潮位以增加航深使船舶通过。这种使船舶能在一定时间内,乘一定的较大潮位通过航道浅段的水位称为乘(高)潮水位。另外,有时需要在一定的时间内,在某一低潮位以下进行施工,这个潮位称为乘(低)潮水位。一般情况下,乘(髙)潮水位比较常用。乘潮水位的概念,常在设计进港航道、河口浅滩航道以及船坞坞口底面高度等的时候采用,确定乘多大的潮位时,则要结合设计代表船型的吃水、航道浅段的长度、航行速度、航行密度等,按当地实际潮位过程线进行比较选定。利用乘潮水位开挖航道,可以节省工程量,但船舶航行时间有一定限制,不能全潮通航。

⒉ 乘潮水位的计算

乘潮水位包括高潮乘潮水位和低潮乘潮水位,前者多用于船舶进出港航道或船坞,后者适用于利用低潮位延时进行水工建筑物的施工作业。一般所指的乘潮水位为高潮乘潮水位。乘潮水位应根据每潮次船舶乘潮进出港口所需的持续时间,选取每一个潮峰上与此延时相当的水位,按《海港水文规范》的有关规定进行统计,可取乘潮累积频率90%~95%的水位。乘潮水位的统计应有一年以上的实测潮位资料,当潮位受气象影响较大时,所选用的乘潮水位应核算低水位月份的航道通过能力及对港口正常运行的影响。

具体来说,依据确定的乘潮延时T,在全年潮汐过程线上,量取多次潮峰上历时为T的潮位值,以每10cm为一间隔由大到小,统计其在不同水位级内出现的次数,并计算出每水位级累积频率,在厘米格纸上做累积频率曲线,然后按设计要求从该曲线上读取累积频率P(即保证率,一般取90%~95%)的潮位数值,此值即为设计所需的乘潮水位。

分析我国沿海潮汐性质,可看出具有明显的季节变化,尤其是北方海区,冬季月平均海平面较夏季低达50cm~60cm,而南方海区此差值不太明显。因此选定乘潮水位当应考虑冬三月的乘潮水位值,避免出现因潮位较低而造成较长时间满载船舶无法进出港口现象。

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