天津港环境及对船舶航行的影响.docx
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天津港环境及对船舶航行的影响
天津港环境及对船舶航行的影响
天津港地理环境、自然环境均较复杂,全年雾天比例高,潮汐、潮流的特殊性对航道通航要求极高,冬季冰况严重。
1、天津港地理环境
天津港位于渤海湾西岸,属海河水系——永定河、子牙河、南运河、北运河的汇流处,为海港和河港的兼容港口。
北距蓟运河口10公里、西距天津市区66公里,距北京市170公里,是京、津及“三北”地区的重要海上门户,担负着北京、华北、西北、东北等各省市内外贸易进出口物资吞吐和中转任务,是能源物资和原材料物资运输的主要中转港。
天津港
图1天津港地理位置
多年来,天津港在淤泥质浅滩上挖海建港、吹填造陆建成的世界航道等级最高的人工深水港,港区现有水陆域面积200余平方公里,陆域面积53平方公里,规划港口陆域总面积达100平方公里。
天津港航道全长44公里,航道水深为19.5米,为30万吨级深水航道,可满足世界最先进集装箱船舶及主流干散货船舶进港的需要,凡能进入渤海的船舶都能进入天津港。
2、天津港自然环境
(1)气象情况
1.风
天津港常年风向为S向,次常年风向为E向,出现频率分别为9.89%、9.21%。
强风向为E向,次强风向为ENE向,≥7级风出现的频率分别为0.32%、0.11%。
详见风玫瑰图2。
图2风玫瑰图
2.气温
天津港的年平均气温为13.1℃,年平均最高气温为16.4℃,年平均最低气温为10.9℃,极端最高气温为40.9℃,极端最低气温为-13.5℃(注1953年1月17日曾出现最低气温-18.3℃)。
3.降水
天津港的年平均降水量为363.7mm,年最大降水量为491.1mm,年最小降水量为196.6mm,一日最大降水量为157.2mm(注1975年7月30日曾出现一日最大降水量191.5mm)。
天津港降水强度≥小雨平均每年65.2个降水日,降水强度≥中雨平均每年9.7个降水日,降水强度≥大雨平均每年3.7个降水日,降水强度≥暴雨平均每年1.0个降水日,本区降水有显著的季节变化,雨量多集中于每年的7、8月份,该两个月的降水量为全年降水量的58%,而每年的12月至翌年的3月降水极少,4个月的总降水量仅为全年降水量的3%左右。
4.雾及能见度
能见度<1km的大雾平均每年为16.6天,雾多发生在每年的秋冬季,每年12月份大雾日约为全年大雾日的30%左右,最长的延时可达24小时以上。
按大雾实际出现时间统计,平均每年为8.7天。
5.相对湿度
天津港的年平均相对湿度为67%。
(2)水文情况
6.潮汐
天津港潮汐性质属不规则半日潮,年最高高潮位为5.81m(1992年9月1日),年最低低潮位为-1.03m(1968年11月10日),年平均高潮位为3.74m,年平均低潮位为1.34m,平均海平面为2.56m,平均潮差为2.40m,最大潮差为4.37m。
7.潮流
根据1995年7月航道纵向5条水文垂线和港内东突堤水域4条水文垂线测流资料整理计算,获得如下航道潮流特征值:
●天津港航道纵向潮流流速变化是涨潮大于落潮,各垂线涨潮潮段平均流速分别介于0.16m/s~0.25m/s,落潮潮段平均流速分别介于0.12m/s~0.22m/s。
而沿航道的流速分布,涨潮时横堤口口门附近最大,外海(17+0)次之,中间段最小;落潮时由口门向外海沿程逐渐增加,至航道里程15+500为最大,继续向外则呈减少趋势,详见下表:
垂线位置
潮段平均流速(m/s)
平均流速(m/s)
涨潮
落潮
涨潮
落潮
涨潮
落潮
8+400
0.25
0.12
0.24
0.11
0.245
0.115
11+700
0.16
0.15
0.16
0.12
0.160
0.135
13+600
0.15
0.20
0.16
0.11
0.155
0.155
15+400
0.25
0.26
0.15
0.18
0.200
0.220
17+100
0.30
0.26
0.14
0.14
0.220
0.200
●天津港主要受海洋动力控制,口门以外航道纵向各垂线流向变化,涨潮平均流向为301,落潮平均流向为117,基本为往复流。
●外航道纵向水流与航道轴线(28104)之间的夹角较小,各垂线平均值分别在12~33之间变化。
●港内航道流向基本与航道走向平行,涨潮时流入港内,落潮时流出港外,港内水域沿程流速变化基本是由口门向内逐渐减少,且潮段平均流速涨潮大于落潮。
(3)波浪
●选用塘沽海洋站波浪实测资料统计得,本区常浪向ENE和E,频率分别为9.70%和9.54%,强浪向ENE,该向H4%≥1.6m的波高频率为1.35%,全年各方向H4%≥1.6m的波高频率为5.06%,H4%≥2.0m的波高频率为2.24%,≥7.0s的频率仅为0.33%,详见波玫瑰图。
图3波浪玫瑰图
8.海冰
渤海湾常年冰期3个月(12月上旬至翌年3月初),其中1月中旬至2月中旬冰况最严重,为盛冰期。
盛冰期间沿岸固定冰宽度一般在500m以内,冰厚10~25cm,最厚达40cm。
流冰外缘线大致在10~15m等深线之间,范围20~30km,冰厚10~20cm。
流冰方向多为SE~NW向,流速一般30cm/s,最大100cm/s。
1969年渤海湾出现严重冰封,使整个渤海均被50~70cm厚的海冰覆盖,最大冰厚达100cm。
冰的堆积高度1~2m,最高达4m。
船舶航行困难,个别海上建筑物被冰推倒。
对这种异常严重的冰情在海港工程中应给予足够的重视。
9.海流
根据1996年12月26日~27日大潮和1997年2月13~14日小潮三条垂线的实测资料分析(各测站位置分别为:
9601#位于航道19+0南侧,9602#位于航道26+0南侧,9603#位于大沽口锚地东南角),外航道附近的海流基本为往复流型,涨潮主流向NW,落潮主流向SE,涨潮流速大于落潮流速。
各站最大流速大致是由表层向底层逐渐减小。
从不同站位看,由岸边向外海随着水深增加,最大流速逐渐增大。
3、自然环境对船舶运输的影响
(3)气象环境对船舶运输的影响
10.风对复式航道船舶运输的影响分析
风对船舶航行有明显的影响,风对船舶的影响除了失速或增速外,还会使船舶产生漂移和偏转,横向风压使船舶航迹带宽加宽。
其对船舶作用的程度和特征与船舶受风面积及风动力中心位置、干舷高度、水深吃水比、风级、风舷角大小、船舶航向与航速等诸多因素有关。
风力越大,使船舶产生倾斜、漂移、偏转的程度亦越大。
由于定常风和突发风其风力特点不同,风向有时也会发生变动,况且船舶回转时的相对风向不断发生变化,不同吃水时船舶的受风面积又有很大差别,这些都增加了船舶操纵的复杂性。
风力在7级以上的大风,会大大增加船舶操纵的复杂性和难度,船舶受风而产生的偏转有可能无法用舵克服,对通航安全的影响很大。
根据天津港水上交通管理规定,当风力大于等于9级时,禁止船舶进出港或移泊。
11.水流对复式航道船舶运输的影响分析
●船舶在航行过程中,当水流与船纵剖面有一定的夹角时,船舶的航速和航迹带将同时改变;船舶航速大小与流速、流向和船舶本身的航向有关,流舷角越大,航速越小。
●在操纵船舶过程中,必须选择对应于流向的最佳航向修正角,使用恰当的船速和舵角,保持船舶航行在既定的航线上,对于天津港主航道,这点尤显重要。
●船舶在航道中航行受横流的影响将发生船舶的漂移,使船位偏离航道的中心线,从而使船舶的航迹带宽度发生变化。
●水流条件对通航区域的环境的影响主要从流速(航道最大流速)、水流偏角(航道与水流的夹角)这两个方面分析。
一般情况下,为了避免流的横向作用,通常要求夹角控制在±20°范围内为最佳方向,70°~110°为最恶劣方向。
●航段方位与涨潮流向大致接近,最大交角为27°;航段方位与落潮流向也大致接近,最大交角为24°,航道方位布置较好。
(3)波浪对复式航道船舶运输的影响分析
●波浪与航道之间是相互影响,相互作用的,航道对波浪的影响主要表现在波浪的折射、发散穿越和会聚。
由于航道周围水深较浅,波浪会掀起泥沙,潮流带动泥沙在航道中落淤,造成航道的淤积。
●波浪对航道通航环境的影响主要表现在船舶在波浪中航行时,随着波高、周期、波向、船舶吨级和航速的不同,将产生纵倾、横摇和垂荡等运动,通常航道中的船舶受波浪影响的较大,主要因为这三种自由度运动叠加而产生船首下沉量和船尾下沉量。
考虑这些因素,根据船舶最大的垂直运动尺度进行航道水深设计,可以达到安全通航的目的。
●波浪中船舶的横摇
波浪中航行的船舶将产生一定程度的横摇,大倾角的横摇不但直接危及船舶的安全,诱发大量的甲板上浪、自由液面的移动与冲击,严重时将使货油重心产生移动,因此应尽量避免。
●本区常浪向ENE和E,频率分别为9.70%和9.54%,强浪向ENE,该向H4%≥1.6m的波高频率为1.35%,全年各方向H4%≥1.6m的波高频率为5.06%,H4%≥2.0m的波高频率为2.24%。
E向波浪与航道方位夹角相对较小,对船舶航行影响较小,ENE波浪与航道方位夹角较大,对船舶航行影响较大,驾驶员应及时调整舵角,保持船舶航道内航行。
当受台风影响,风速较大时,波高较高,对通航安全的影响很大,船舶应避免出海航行。
12.冰冻对船舶运输的影响分析
渤海湾常年冰期3个月(12月上旬至翌年3月初),其中1月中旬至2月中旬冰况最严重,为盛冰期。
盛冰期间沿岸固定冰宽度一般在500m以内,冰厚10~25cm,最厚达40cm,天津港冰情较为恶劣。
大型船舶在航道中航行,摆正船位是最重要的,天津港主航道为人工疏浚航道,对船位的要求应该更为严格,加上天津港在冬季有冰冻,浮标容易漂移和被冰覆盖,因此采用DGPS导航仪不仅必要而且必须。
课题组建议在引领10万吨级以上船舶时,引航员必须携带DGPS导航仪协助引航,自引船应在VTS指挥下操作。
在冬季冰冻较严重的季节,浮冰对船舶通航安全影响较大,使船舶操纵性能下降,给船舶操纵带来一定的困难。
因此,在冰冻比较严重的时候,应加强通航管制,严格限制双/多向通航,并降低单向通航标准。
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