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。