摘 要

本文介绍了国内外计算航道尺度的方法，分析其特点，研究其共性。对超航道设计船型尺度船舶安全进港的必要性及其进港的安全性进行分析，随后通过数学公式建立超航道设计船型尺度船舶在风流作用下的船舶运动模型，运用MATLAB软件运行，计算出船舶横向漂移所需的航道宽度以及安全通航尺度，与《海港总体设计规范》中所规定的安全通航尺度进行对比、拟合，找出其关联性及对应条件，利用所建立模型，得出超航道设计船型尺度船舶在航道航行的限制条件，研究在何种环境条件下，超航道设计船型尺度船舶可在航道上安全航行。本文的研究步骤主要有四步：1.比较各国的航道尺度设计方法特点，研究其可取性；2.通过文献分析有关船舶漂移的数学公式，为数学建模打下基础；3.建立模型并与规范模型对比分析其可行性，对其进行完善改良；4.利用所建立模型分析超航道设计船型尺度船舶在航道航行的各个限制条件。

关键词：航道尺度；数学建模；漂移量；限制分析。

Abstract

This paper introduces the calculation method of channel dimensions at home and abroad, analyzes its characteristic, studies its generality. Safety analysis on the necessity of the ship which over scale channel design safety and port Waterway Port, followed by a mathematical formula based on the ship motion model of MATLAB software modeling to establish the ship in the over channel design flow under the action of the calculated channel width of ship lateral drift and the necessary safety and navigation scale, " The general design specification of the harbor " in port specification for safety navigation scale were compared, fitting, to find out the relation and corresponding conditions, by using the established model, the over channel design ship for constraints on sailing, in what conditions, over channel design ship size ship navigation safety in the fairway. In this paper, the main research steps there are several points: 1. Comparing the design method of channel scale design in different countries, studying its desirability; 2. Analyzing mathematical formula about ship drift, lay the foundation for mathematical modeling; 3. Compared with the standard model to analyze the feasibility of the improvement by using the established improvement; 4. Model analysis of over scale channel design for ship navigation through the various restrictions.

Key words: Channel dimension; Mathematical modeling; Drift distance; Constraint analysis

目录

第1章 绪论 1

第2章 国内外航道尺度计算方法 2

2.1中国航道尺度计算方法 2

2.2国外航道尺度计算方法 3

2.2.1美国航道设计尺度 3

2.2.2加拿大航道设计尺度 3

2.2.3日本航道设计尺度 5

2.3各国航道尺度比较 6

第3章 船舶横向漂移模型的建立 8

3.1建模所需数学公式 8

3.1.1各个变量一定时，直航距离与漂移量的关系 10

3.1.2各个变量一定时，船速与漂移量的关系 10

3.1.3散货船吨位与安全航宽的关系 11

第4章 建立的模型与规范模型尺度对比 13

4.1规范模型航道尺度计算 13

4.2规范模型与建立模型的对比 14

第5章 分析超航道设计船型尺寸船舶通航限制条件 18

结论 22

参考文献 23

附录 24

致谢 29

绪论

（研究的背景及意义）

在我国经济不断发展，国内外物资流通日益频繁的大背景下，航运业也随之蓬勃发展。港口作为货物内外贸主要节点，对沿海经济具有重要贡献。水路运输乃综合运输体系中一个重要的组成部分，体现了国民经济水平。港口是水路运输的重要交通枢纽，而通往港口的航道则显得尤为重要。随着世界经济和工业的飞速发展，船舶也趋于大型化，船舶大型化加大了对港口航道的水深和宽度的要求。现代港口的建造跟不上船舶大型化的速度，港口航道的尺度已不能满足大型船舶，成了制约港口发展的一个关键性因素。船舶通航所需航道宽度的大小直接决定了船舶能不能安全地通过航道，所以计算出船舶过航道时所需的航道宽度对船舶来说具有十分重要的意义，这能确保船舶的航行安全。第四、五代集装箱船、大型油轮和散货船向港口发出了进一步的挑战，假若港口航道不加深拓宽，这些船舶在航道航行会有较高的风险，在不对航道进行改变的情况下，研究这些船舶在航道的限制条件将保证这些船舶在航道航行的安全。

故本文主要讲述此类超航道设计船型尺度船舶在航道航行时有哪些限制条件。研究的目标就是当超航道设计船型尺度船舶进入了某一狭窄航道，此航道虽然不是为这类船型设计的，但在设计航道时是按照一定环境条件设计的，如果进港时环境条件没有设计时那么恶劣，则在某种条件下，譬如利用边波、流速低、风速低等特定条件的情况下，超航道设计船型尺度船舶时可以进入航道并安全行驶的，研究此问题的意义在于提高港口经济效益，提高船舶营运效率。

国内外航道尺度计算方法及比较

（通过比较各国的航道尺度设计方法，提出意见）

船舶航行的安全性与经济性与航道宽度有直接的联系，更宽的航道尺度设计,能使航行变得更加安全，但基础设施的费用和维护成本会更高。反之，假若航道设计太窄，虽然能减少基础设施费用和维护成本，但它必然会增加船舶航行安全的风险。^[17]因此，如何安全、经济地确定航道通航宽度显得尤为重要。各国有不同的航道尺度计算方法。

2.1中国航道尺度计算方法

中国的海港航道设计是依据《海港总体设计规范》的规定来设计的，港口的航道有效宽度由船舶间富裕宽度、船舶与航道底边的富裕宽度和航迹带宽度这三个部分组成，计算公式如下^[1]：