论文总字数：18768字

摘 要

随着我国航海运输业和航道建设方面的发展，港区、内河等水域单向航道渐渐因船舶通航密度的增大而降低通航效率，因此建立双向航道是提高通航效率的必要手段，但在双向航道内航行的船舶在会遇时需要进行避碰操作，若航道宽度不足、通航能力不达标则会导致船舶避碰操作水域空间不足发生船吸、岸吸和岸推等现象导致船舶发生事故，导致航道堵塞，还可能造成环境污染。

本文利用建模软件CAD绘图并建立船舶双向航道模型，计算双向航道中不同船舶船型组合并结合船间效应、船舶与航道底边线富裕距离计算双方在双向航道会遇时的船位范围情况，分析并从中得出双方船位的最优安全范围，所得结果对不同船型船舶在双向航道会遇时的避碰操作以及提高船舶在双向航道中的通航效率具有重要意义。

论文主要研究了单、双向航道宽度设定方法、船舶会遇时两船之间的正衡净距与船间效应的关以及如何避免船吸现象和岸吸岸推现象的发生，由此研究并计算不同船型组合在双向航道会遇时船位的最优安全范围。

关键词：航道宽度；船间距离；船间效应；船位范围；

Abstract

With the development of China's shipping industry and waterway construction. The one-way channel in port area, inland river and other waters gradually reduces the navigation efficiency due to the increase of ship navigation density, so the establishment of two-way channel is a necessary means to improve the navigation efficiency. However, vessels navigating in the two-way channel need to conduct collision avoidance operation when they encounter each other. If the channel width is insufficient and the navigation capacity is not up to standard, it will lead to vessel suction, shore suction and shore pushing and other phenomena, which will lead to accidents, channel blockage and environmental pollution.

In this paper, we use the modeling software CAD to draw and establish the two-way channel model of the ship, calculate the combination of different ship types in the two-way channel, and combine the ship to ship effect, the margin distance between the ship and the channel bottom line to calculate the ship position range when the two sides meet in the two-way channel, analyze and get the optimal safety range of the ship position of the two sides, and the result is that different ship types meet in the two-way channel The operation of collision avoidance and the improvement of navigation efficiency in two-way channel are of great significance.

This paper mainly studies the method of setting the width of single and two-way channel, the relationship between the positive and negative net distance between two ships and the ship to ship effect, and how to avoid the phenomenon of ship suction and shore pushing, so as to study and calculate the optimal safety range of different ship combination in the two-way channel.

Key Words：Channel width, Distance between ships, Interaction effect between ships, Ship's position range.

目 录

第1章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2研究目的及意义 1

1.3 国内外研究现状 2

1.4 课题研究内容及章节安排 3

1.4.1 课题研究内容 3

1.4.2 章节安排 4

1.5 本章小结 4

第2章 基础理论与方法 5

2.1 航道通航宽度基本理论 5

2.1.1 航道宽度定义 5

2.1.2 航道通航宽度常用计算及设定方法 5

2.1.2.1 海港航道常用算法 5

2.1.2.2 内河航道等级及规定 7

2.2 船位范围计算方法 10

2.2.1 船位范围 10

2.2.2 船间效应 11

2.2.3 避免船吸现象的最小正衡距离 11

2.2.4 防止岸吸和岸推的安全距离 12

2.3 双向航道船位最优安全范围定义 12

2.4 双向通航不同船型组合分析 13

2.4.1 相同吨级船舶船型组合情况 13

2.4.2 不同吨级船舶船型组合情况 14

2.5 本章小结 15

第3章 双向航道船位最优安全范围研究 16

3.1 双向航道船位最优安全距离范围 16

3.2 天津港大港港区10万吨级航道实例计算 17

3.2.1 航道概况 17

3.2.2 设计代表船型 17

3.2.3 基本算法与基础数据 18

3.2.4设计船型组合下的船位最优安全范围 19

3.3 内河天然和渠化河流III级航道实例计算 19

3.3.1航道概况及代表船型 19

3.3.2两种不同船型组合下船位最优安全距离范围 20

3.4 本章小结 21

第4章 研究结论与展望 22

4.1 研究结论 22

4.2 展望 22

致谢 23

参考文献 24

第一章 绪论

• 1. 选题背景

航海运输是一种传统的交通运输方式，具有环保、方便、有活力的特点，为人民生活质量的提高立下汗马功劳。航运的一大缺点在于时间跨度过大，在近几年的发展中，尤其是内河航运，航行船舶数量不断增多、航行密度不断增大、港区拥堵现象严重，且如果在航线中发生碰撞或搁浅事故将会导致航道堵塞，对国家和人民的财产造成重大损失，危险化学品船舶的货物泄露还会对环境造成严重破坏，因此在预防可能发生的碰撞和搁浅危险的前提下提高航道通航效率对于航运业具有重大意义。

• 1. 研究目的及意义

本文目的在于研究不同的船型组合在双向航道会遇时双方船位的最优安全范围。在《内河通航标准》中规定，内河航道应按其通航能力划分为七个等级^[1]，并对于国内不同水系有着不同的设计标准。标准中提出了单、双线航道宽度的具体算法，并在双线航道中特别规定了上、下行船舶；在《海港总体设计规范》中，单线航道由通航船舶航迹带宽度和船舶两舷与航道底边线富裕宽度组成；双线航道通航宽度由船舶与航道底边间的富裕宽度、船舶航迹带宽度和船舶间富裕宽度组成^[2]，规范中还列出了针对不同船型船舶的各个吨级代表船型等参数。由于船舶在会遇的过程中会具有船间效应，因此在会遇时为避免形成碰撞、搁浅的危险，双方船舶在对应等级的双向航道中，航道宽度和深度允许的情况下，双方船位应互相留有一定的安全范围，并且船舶各自的船位也要与航道边界留有足够的富裕宽度。本文在以上基础为前提研究船舶会遇时的最优安全范围以及船舶与航道边界最小富裕宽度。而在航道中会遇的船舶船型组合具有多样性，其船间效应也会因船型组合的变化而变化，在避碰中的船舶操纵性也各不相同，因此需要研究出双向航道中双向通航的不同组合船舶船型，分析研究不同组合船型各自可能的安全会遇船位范围并结合碰撞、搁浅风险概率研究得出不同船型组合下双向航道船位各自最优的安全范围。

建立双向航道是提高船舶通航效率的有效方法，但两船在双向航道中会遇则存在一系列船舶安全问题，而参考本文研究的不同船型组合下双方船位最优安全范围的数据行船，即可在一定程度上解决不同船型组合下两船会遇的情况下的避碰操作等问题，并且提前规划船舶航行计划，降低船舶会遇时对船舶航行的影响以及减少额外操作，对于提高船舶在航道中的航行效率具有重要意义。

• 1. 国内外研究现状

国内外对于船舶双向航道宽度设计以及避碰领域的研究有许多。在航道宽度设计方面，国内在《海港总体设计规范》和《内河通航标准》中对于海港和内河航道尺度有着明确的规定。国外各国对于航道宽度的设计方法各不相同：日本的规范《Technical Standards and Commentaries for Port and Harbor Facilities in Japan》给出了日本关于航道宽度的设计方法，有着详细的计算公式和参数设计；英国规范《Maritime Works-Part 1-1: General- Code of Practice for Planning and Design for Operations》中对于航道宽度概念设计方面的描述基本引用了国际航运协会（PIANC）规范中的内容。其中仅说明了航道宽度设计的各类影响因素，包括海浪情况，横风，横流，顺流，导航情况，船速，底质类型，水深，危险品货物等。英国规范中对于各参数详细取值则建议参考 PIANC 中的规定；美国规范参考美国海岸工程手册《Coastal Engineering Manual》（CEM），美国规范中将航道宽度的设计方法分为港内、外航道设计两部分来分别进行论述。CEM中常提起国际航运协会规范的内容，但美国标准中关于航道宽度的计算通常只适用于初步设计阶段，各规范基本都建议通过仿真模拟、操船试验等手段进行实验之后再确定航道最终的宽度；西班牙规范 ROM 3.1-99给出了航道宽度的确定性设计方法和半概率设计方法，确定性设计方法是基于大量的船舶操纵试验得出的参数设计方法，基本考虑了相关影响因素，但 ROM 并未将危险品列为增加航道宽度的因素之一；国际航运协会（PIANC）规范《Harbor Approach Channels-Design Guidelines》给出了两个阶段关于航道宽度设计的设计方法，分别为概念设计和详细设计方法，并给出了计算公式，基本考虑了各个相关的影响因素，在国外工程项目中得到了广泛的认可。^[3]

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