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有限水域内通航平面尺度确定方法的研究

作　者: 竺奇乐
导　师: 喻国良
学　校: 上海交通大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: 海港航道数值模拟航道平面尺度航道宽度回旋水域平面尺度
分类号: U612
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

水运是现代综合交通运输体系重要的组成部分。沿海港口及航道等基础设施,对我国贸易、经济及社会的发展至关重要。近10年来,我国港口工程的建设进入新一轮的高潮,同时伴随着船舶大型化、专业化的发展趋势,油船、液体化工船、集装箱船及散杂货船等大型专业码头泊位停船吨级的不断提高,带动了主要海港基础设施规模不断扩大。因此,港口有限水域内通航平面尺度,包括供船舶航行的航道宽度及调头或转向的回旋水域平面尺度不但直接关系到港口的服务品质,而且密切关系到通航安全,从而成为与国民经济发展和国防建设密切相关的因素。半个世纪以来,国内外学者对确定航道宽度及回旋水域平面尺度开展了一些研究,尤其是发达国家的政府以及国际航运协会在研究的基础上制定了相关的规范或标准,编写了航道设计与评估的手册。然而,航道宽度及回旋水域平面尺度问题非常复杂,实际表明,此问题仍有待进一步深入研究。本文分析、比较了现行国内外相关规范给出的确定航道宽度及回旋水域平面尺度的方法,归纳、总结了影响航迹带宽度、航道宽度及回旋水域平面尺度的主要因素,分析比较了我国规范与国外标准的优点和不足,并结合我国南方某港口的工程实例,通过各国规范方法的计算,论证了港内水域平面尺度初步设计值的安全性,从而进一步对比研究了我国规范在确定通航水域平面尺度时的优势与不足。研究结果表明:现有规范存在待改进之处。另外,在新规范出台前对海港航道直线段、过渡段的宽度和回旋水域平面尺度的确定提出了具体的改进建议,并运用船舶航行模拟器DynaSIM加以仿真,验证了该建议的可行性。本文还借助从美国引入的船舶航行模拟器DynaSIM,全面而真实地模拟了我国南方某港口液体化工码头的通航情况;通过模拟各设计船型在不同风、浪及水流共同作用下沿主航道进、出港口的全过程,以及在泊位前的回旋水域内凭借船舶自身的操纵或拖轮的辅助完成靠、离泊作业的全过程,从而展示了一种科学、可靠且可操作性强的确定船舶所需的航迹带宽度、回旋水域纵、横距和回旋水域外轮廓形状的方法。本文中规范计算结果表明:我国现行规范与国外标准取值基本相当,确定的航道宽度在横风或横流较大等不利情况下略显保守,确定回旋水域平面尺度的方法虽然考虑的因素最为全面,但同样略显保守;同时,本文中船舶航行数值模拟的结果验证了通航平面尺度的安全性,并给出了可能会出现通航危险的不利情况;另外,通过规范计算结果与数值模拟结果的对比,一定程度上反映了由船舶航行数值模拟的方法来确定通航平面尺度的方法是基本可行的,而且表明了将船舶控制在相对较狭窄的航道内航行或在相对较小的回旋水域靠离泊(包括调头)是完全可行的,即使航道所处水域的自然工况较为不利。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-11
第一章绪论  11-17
  1.1 研究目的、背景及意义  11-12
  1.2 港口有限水域及其平面尺度的概述  12-13
    1.2.1 航道及其宽度  12-13
    1.2.2 回旋（转头）水域及其平面尺度  13
  1.3 国内外研究方法综述  13-16
    1.3.1 理论与规范计算法  14
    1.3.2 实船观测与试验法  14
    1.3.3 船舶航行模拟法  14-16
  1.4 本文主要的工作及创新点  16-17
    1.4.1 主要研究内容  16
    1.4.2 本文创新点  16-17
第二章现行规范对航道宽度的确定方法与算例  17-58
  2.1 国际航运协会的设计导则  17-23
    2.1.1 PIANC 航道宽度的计算方法  17-22
    2.1.2 PIANC 计算方法的注解  22-23
  2.2 中国的设计规范  23-26
  2.3 美国的设计手册  26-28
  2.4 加拿大的设计指南  28-35
    2.4.1 航道有效宽度算法1  29-32
    2.4.2 航道有效宽度算法2  32-35
  2.5 日本的设计标准  35
  2.6 航道宽度各国确定方法的特点  35-37
  2.7 采用各国规范和标准的工程计算实例计算  37-57
  2.8 本章小结  57-58
第三章现行规范对回旋水域平面尺度的确定方法与算例  58-64
  3.1 国际航运协会的设计导则  58
  3.2 中国的设计规范  58-59
  3.3 美国的设计手册  59-60
  3.4 加拿大的海上交通安全指南  60
  3.5 回旋水域平面尺度各国确定方法的比较  60-61
  3.6 回旋水域平面尺度各国确定方法的工程算例比较  61-63
  3.7 本章小结  63-64
第四章船舶操纵模拟确定通航平面尺度的方法  64-103
  4.1 船舶操纵模拟器DynaSIM 概述  64-66
    4.1.1 DynaSIM 应用概述  64-65
    4.1.2 DynaSIM 的数学模型  65-66
  4.2 我国南方某港口液体化工码头的工程概况  66
  4.3 船舶沿主航道进、出港过程的模拟及航迹带宽度的确定  66-81
    4.3.1 船舶进出港过程直线段航行模拟  67-76
    4.3.2 航迹带宽度的确定  76-81
  4.4 港内船舶靠、离泊过程的模拟及回旋水域平面尺度的确定  81-102
    4.4.1 船舶无拖轮协助的靠离泊模拟  82-89
    4.4.2 船舶有拖轮协助的靠离泊模拟  89-94
    4.4.3 回旋水域平面纵距和横距的确定  94-102
  4.5 本章小结  102-103
第五章通航平面尺度的不同确定方法的比较分析  103-109
  5.1 规范法和数值模拟法确定海港航道宽度的结果分析  103-104
  5.2 海港航道宽度影响因素分析  104-105
  5.3 航道宽度确定方法的改进  105-106
  5.4 规范法和数值模拟法确定海港内回旋水域平面尺度的结果分析  106
  5.5 回旋水域平面尺度影响因素分析  106-107
  5.6 回旋水域平面尺度确定方法的改进  107-108
  5.7 本章小结  108-109
第六章结论与展望  109-111
  6.1 主要结论  109-110
  6.2 研究展望  110-111
参考文献  111-113
致谢  113-114
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  114

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