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1、 港口规划与布置课程设计 计算说明书 学 院:海洋科学与工程学院 专 业:港口航道与海岸工程 班 级: 港航 113 班 姓 名: XXXXXXX 学 号: 3098 指导教师: 李 XXXXX 完成日期: 2014 年 12 月 29 日 目 录 港口规划与布置课程设计任务书 一、原始资料.1 1、吞吐量、集疏运方式.1 2、船型. 1 3、营运系数. 1 4、地形、地质.2 5、水文与气象.2 二、设计说明书要求:.2 三、设计指导与要求:.2 第一章 陆域码头设计 一、码头泊位数. 4 二、泊位长度和岸线总长. 6 三、码头前沿高程. 8 四码头前沿作业区设计.9 五、仓库、堆场面积.1
2、0 第二章 水域航道和锚地设计 一、锚地设计.11 二、航道设计.13 第三章 防波堤和口门布置 一、防波堤.19 总结 一、码头泊位数.20 二、泊位长度和岸线总长.20 三、码头前沿高程.21 四、仓库、堆场面积.21 五、锚地.21 六、航道.21 七、防波堤.21 八、口门设计.21 九、码头规模总表.22 港口规划与布置课程设计任务书 一、原始资料 1、吞吐量、集疏运方式 学号 内容 学号数/3余数为 1 学号数/3 余数为 2 学号数是3 的倍数 集疏运 方式 杂货 合计 进口(50%入库、50%入场) 出口(20%入库、80%入场) 适箱货(占杂货合计百分比) 201 111 9
3、0 30% 120 24 96 无 154 64 90 40% 铁路、公路 各占 50% 矿石 合计 入场 水水直取(锚地) 1200 1200 无 510 410 100 1000 1000 无 皮带机 驳船 煤炭 合计 入场 水水直取(锚地) 290 210 80 无 无 无 404 294 110 皮带机 驳船 钢材 合计 出口(入场) 无 无 140 140 无 无 公路 注:未来二十年,杂货吞吐量可能有成倍增长。 2、船型 学号 船型 学号数/3 余数为 1 学号数/3 余数为2 学号数是3 的倍数 杂货 1 万 1 万 1 万 煤炭 2 万 2 万 矿石 10 万 5 万 5 万
4、集装箱 1 万 1 万 驳船 1000吨 载重量利用系数 3、营运系数 单位 杂货 矿石 煤炭 集装箱 钢材 泊位月通过能力 万吨 40 19 万 TEU 5 堆堆存量 吨/平方米 2 20 6 4 库堆存量 吨/平方米 1 堆存期 天 15 20 20 5 10 运量月不平衡系数 面积利用率 注: (1)水水能力为码头能力的 20%。 (2)除上表所列参数外,其余均有设计人员自行确定。 4、地形、地质 学号 1 班 2 班 3 班 地形图编号 图 1 图 3 图 4 地质情况 软基 软基 软基 年回淤量(厘米/年) 7 12 10 5、水文与气象 半日潮型:平均潮差米 潮位历史统计资料见附录
5、 1 风况统计资料见附录 2 根据风资料判断强波向 恶劣天气 13/天 年营运天:345 天 二、设计说明书要求: 1、设计依据(设计资料) 2、计算水陆域各建筑物的规模 3、分析建港条件与环境 4、绘制风、潮位曲线,推求设计值. (风玫瑰图应绘于图纸的右上方) 5、说明规划布局的依据、理由。 6、根据港口规模及建港条件,进行港口水陆域设施的规划与布置,绘制港口规划总平面图(一个方案) 三、设计指导与要求: 1、 计算内容、方法、参数值可参考教材、规范和其他参考书。 2、 独立完成,不得抄习! 3、 成果提交: (1) 任务书、设计说明书 (2) 总平面布置图 打印稿和电子稿,电子稿分别由各个
6、班班长刻录到光盘上 4、 要求图纸清晰、整洁、准确。 (1)布置图建议先用铅笔勾绘草图,一旦确定后再正式加粗线条。 (2)可用 CAD 绘制。 上海海事大学交通运输学院 附录 1:潮位历史统计资料 潮位间隔 出现次数 2 19 86 188 339 515 608 647 609 501 494 496 486 479 522 527 524 456 355 235 124 57 17 2 潮位单位:米 附录 2:风况统计资料 风向 总次数 最大风速 m/s 风向 总次数 最大风速 m/s N 467 S 309 NNE 523 SSW 184 NE 88 SW 249 ENE 77 WSW
7、117 E 218 W 114 ESE 214 WNW 185 SE 222 NW 169 SSE 232 NNW 368 第一章 陆域码头设计 本设计采用的地形图如图 4 所示,其地质情况为软基,年回淤量(厘米/年)为 10 厘米/年。 如图所示,此地区陆域宽广,有天然的港湾且海岸线较长,水深适宜,足够布置船舶回转、制动、港内航行、停泊作业、锚地和港池等水域。水域有一定的天然掩护,与陆地形成一个伸向陆地的港湾,十分适合建港。 此外, 该地区有小岛可以作为防波堤的一部分,节省施工投入,较大的岛屿则可以作为码头的陆域,则考虑架桥将较大岛屿与陆地相连,形成交通网,而且可以较好的为扩建留下更多的陆域
8、水域面积. 故拟在该地区右侧陆域建造顺岸式码头。 一、码头泊位数 码头规模确定: 根据JTJ211-99 海港总平面设计规范 : 泊位能力伐估算泊位数,tQNP; 式中:N:泊位数 Q:码头年作业量(t) ,指通过码头装卸的货物吨数,根据设计吞吐量和操作过程确定; tP:单个泊位的年通过能力(t). 1.散货码头 有设计资料: 杂货 合计 进口(50%入库、50%入场) 出口(20%入库、80%入场) 适箱货(占杂货合计百分比) 154 64 90 40% 铁路、公路 各占 50% 单位 杂货 码头泊位月通过能力 万吨 由上表可知,Q=154,Pt=12 3.440.8tP 1543.7740
9、.8tQNP 取 N=4 注:由于未来二十年,杂货吞吐量可能有成倍增长,预留 1 个泊位总共取 5 个泊位。 考虑到建港期间吞吐量增长, 设计散货码头 5 个, 另外增加 3 个泊位的预留用地共 8 个泊位。 2.矿石码头 有设计资料: 矿石 合计 入场 水水直取(锚地) 1000 1000 无 皮带机 驳船 单位 矿石 码头泊位月通过能力 万吨 40 由上表可知,Q=1000,Pt=480 10002.08480tQNP 取 N=3 设计矿石码头泊位 3 个。 3.煤炭码头 煤炭 合计 入场 水水直取(锚地) 404 294 110 皮带机 驳船 单位 煤炭 码头泊位月通过能力 万吨 19
10、由上表可知,散货船泊位有,Q=294,Pt=228 2941.29228tQNP 取 N=2 设计煤炭码头散货船泊位 2 个。 4.驳船 由上表可知,驳船泊位有,Q=110,Pt=228 1100.48228tQNP 取 N=1 设计驳船泊位 1 个。 5.钢材码头 本设计中没有钢材运进运出,故不做钢材码头设计 6.集装箱码头 由于设计吞吐量未给定,由题意按杂货中:适箱货(占杂货合计百分比 40%) ,杂货码头共 5个泊位,故集装箱占 2 个泊位。 二、泊位长度和岸线总长 根据设计资料所给船型资料,杂货船为 1 万吨级,矿石船为 5 万吨级; 根据JTJ211-99 海港总平面设计规范附录 A
11、,设计船型尺度及典型船舶尺度: 船舶吨级 DWT(t) 设计船型尺度(m) 总长 L 型宽 B 型深 H 满载吃水 T 杂货船 10000t 146 22 矿 石 50000t 223 煤炭 20000t 164 驳 船 1000t 85 根据JTJ211-99 海港总平面设计规范 : 端部泊位:1.5bLLd 中间泊位:bLLd 富余长度 d 设 计 船 长(m) 40 4185 86150 151200 201230 230 富 余 值 d(m) 5 810 1215 1820 2225 30 本设计船型吨位为:杂货船 1 万吨,矿石船 5 万吨,煤炭船 2 万吨,驳船 1000 吨 由上
12、表可知: 设计船长:L 杂货船=146m,L 矿石散货船=223m,L 煤炭散货船=164m, L 驳船=85m 富裕长度:d 杂货船=15m,d 矿石散货船=25m,d 煤炭散货船=20m, d 驳船=10m 1.杂货专用码头: 端部泊位:1.51461.5 15168.5bLLdm 中间泊位:14615161bLLdm 杂货专用码头总长=2L 端+3L 中=2+3161=820m 2.矿石专用码头: 端部泊位:1.52231.525260.5bLLdm 中间泊位:22325248bLLdm 矿石专用码头总长=1L 端+2L 中=1+2248= 3.驳船码头: 端部泊位:1.585 1.5
13、10100bLLdm 驳船码头总长=1L 端=1100=100m 4.煤炭专用码头: 端部泊位:1.51641.520194bLLdm 煤矿专用码头总长=2L 端=2194=388m 三、码头前沿高程 1. 计算潮位累计频率 如下表: 潮位间隔 出现次数 累积频数 累积频率 2 2 % 19 21 % 86 107 % 188 295 % 339 634 % 515 1149 % 608 1757 % 647 2404 % 609 3013 % 501 3514 % 494 4008 % 496 4504 % 486 4990 % 479 5469 % 522 5991 % 527 6518
14、% 524 7042 % 456 7498 % 355 7853 % 235 8088 % 124 8212 % 57 8269 % 17 8286 % 2 8288 % 由上图可知: 高潮累积频率 10%的潮位约为米。 最大潮高米。 根据JTJ211-99 海港总平面设计规范对于开敞式码头: 对于有掩护码头的前沿高程,按照两种标准计算: (1) 基本标准: 码头前沿高程=设计高水位+超高值 (取) 。 =+1. 5= (2) 复核标准: 码头前沿高程=极端高水位+超高值 (取 0) =+ = 上述两种标准中按高值选取,所以码头前沿高程为; 四码头前沿作业区设计 根据规定,件杂货码头生产纵深不
15、宜小于 250m,分别由以下三部分组成: (一)码头前沿作业地带,范围为自码头前沿至前方库(场) ,包括前沿通道及门机、货物接卸操作场以及库(场)前道路,其总宽度宜为 4050m。码头前沿的装卸船作业可选用门机或船上吊机,矿石码头选用斗轮式卸船机。布置门机时,这一宽度为 1415m; (二)前方库(场)区,包括库(场)及铁路(或公路)装卸作业带。考虑到道路及引道的占用,前方库(场)的长度一般为泊位长度减 2030m,宽度取 4060m,且在布置上尽可能与泊位对应; (三)矿石码头与件杂货码头基本相同, 库(场)与生活、 生产辅助区之间设置防护林。 五、仓库、堆场面积 根据JTJ211-99 海
16、港总平面设计规范 。 件杂货、散货库(场)所需容量按下式计算: hBKrdcykKQ KKEtT a;maxBKHKH; 式中: E:库(场)所需容量(t) ; hQ:年货运量(t) ; BKK:库(场)不平衡系数; tK: 货物做大入库(场)百分比(%) ; ykT:库(场)年营运天(d) ,为 345d; K:堆场容积利用系数,对件杂货取;对散货取; dct:货物平均堆存期(d) ,可取 715d,码头前方库(场)不宜超过 10d; maxH:月最大货物堆存天(); H:月平均货物堆存吨天(); 件杂货库(场)总面积:KEAqK 式中: A:库(场)总面积() ; q:单位有效面积的货物堆
17、存量(t/) ; KK:库(场)总面积利用率; 1.杂货码头: 设计按照 50%入库,50%放置在堆场 a.仓库面积 h64*50%90*20%=*15=2.8345*1.0BKrdcykKQ KKEtT a()*1.3 2.83=3.671*0.77KEAqK =0.77KK取 仓库面积万平方米 b.堆场面积 h64*50%90*80%=*15=5.88345*1.0BKrdcykKQ KKEtT a()*1.3 2.16=1.412*0.77KEAqK 堆场面积万平方米 2.矿石码头 堆场面积 1000 1.2 2077.290.9 345hBKtdcykKQ K KEtT 77.295.
18、0220 0.77KEAqK 堆场面积万平方米 3.煤炭码头: 294 1.1 2020.830.9 345hBKtdcykKQ K KEtT 20.834.516 0.77KEAqK 堆场面积万平方米 第二章 水域航道和锚地设计 一、锚地设计 1.锚地规模,数量和水深: 根据JTJ211-99 海港总平面设计规范有: 对新建港口的锚地,其锚位数可根据港口的重要性,按在港船舶保证率 90%95%相应推算。 锚地的锚位数取决于同时系泊的船数, 可根据排队论的理论和数学模拟的方法推算。 可按下式计算锚位数: An=n-S 式中,n在港船舶艘数(包括港内和锚地) ; S码头泊位数。 取 An=2 本
19、设计中规划设计两个锚地,分别供件杂货、煤炭专用码头和矿石专用码头使用。 锚地水深: 锚地港外水深:h1=*+= 锚地港内水深等于码头前沿设计水深:15m。 2.锚地半径 锚地采用单浮筒系泊 单浮筒系泊水域的系泊半径(图 6)可按下式计算: 图 6 单浮筒系泊水域尺度 R=L+r+le 式中,R:单浮筒水域系泊半径(m) ; r:由潮差引起的浮筒水平偏位(m) ,每米潮差可按 1m 计算; l:系缆的水平投影长度(m) ,DWT10000t,取 20m,10000tDWT30000t,取 25m,DWT30000t 可适当增大; e:船尾与水域边界的富裕距离(m) ,取。 本设计港内采用单浮筒系
20、泊,则: 杂货船锚地半径:R=L+r+le1463.5200.1 146184.1m 矿石散货船锚地半径:R=L+r+le2233.5300.1 223278.8m 煤炭散货船锚地半径:R=L+r+le1643.5250.1 164208.9m 3.锚地面积 杂货船锚地面积:S=*=万平方米 矿石散货船锚地面积:S=*=万平方米 煤炭散货船锚地面积:S=*=万平方米 二、航道设计 1. 航道通航方式 航道通航方式采用双向航道方式设计。 2.码头前沿水深 (1)码头前沿水深: 根据JTJ211-99 海港总平面设计规范 ,码头前沿水深可用下式计算: 123424%1DTZZZZZKHZ 式中:
21、D:码头前沿设计水深(m) ; T:设计船型满载吃水(m) ; 1Z:龙骨下最下富余水深(m) ; 2Z:波浪富余深度(m) ,当计算结果为负值时,取2Z=0; K:系数,顺浪取,横浪取; 4%H:码头前允许停泊的波高(m) ; 3Z:船舶因配载不均匀而增加的尾吃水(m) ;油船和散货船3Z=,其他船舶考虑实载率的影响,3Z=0; 4Z:备淤深度(m) ;一般不小于 满载吃水 T 船舶吨级 DWT(t) 设计船型尺度(m) 总长 L 型宽 B 型深 H 满载吃水 T 杂货船 10000t 146 22 矿 石 50000t 223 煤炭 20000t 164 驳 船 1000t 85 取最大
22、T= 龙骨下最小富裕深度 Z1 海底地质 Z1(m) 淤泥质 含淤泥的砂、含粘土的砂和松砂土 含砂或含粘土的块状土 岩石土 因为该地区水底为淤泥质土,故 Z1取 由潮差表 潮位间隔 出现次数 累积频数 累积频率 2 2 % 19 21 % 86 107 % 188 295 % 339 634 % 515 1149 % 608 1757 % 647 2404 % 609 3013 % 501 3514 % 494 4008 % 496 4504 % 486 4990 % 479 5469 % 522 5991 % 527 6518 % 524 7042 % 456 7498 % 355 7853
23、 % 235 8088 % 124 8212 % 57 8269 % 17 8286 % 2 8288 % 可知 H4%约为 由风玫瑰图 风向 总次数 最大风速 m/s 风向 总次数 最大风速 m/s N 467 S 309 NNE 523 SSW 184 NE 88 SW 249 ENE 77 WSW 117 E 218 W 114 ESE 214 WNW 185 SE 222 NW 169 SSE 232 NNW 368 由风玫瑰图可知,从频率上来看,北风(N)和北北东风(NNE)在该选址占主导地位;从最大风速上来看,北风(N) 、北北东风(NNE)和东风(E)的最大风速在该选址同样占主导
24、地位。由此推断该地区波浪以顺浪为主,K= 故,由于设计时只考虑最大船型满载吃水,所以 T=(m) ,散货船3Z =(m) ,备淤富裕水深4Z=(m) Z2=KH4%-Z1=*24%112341123420.3*3.40.2=0.8212.80.2+0.820.150.45=14.42m8.70.20.820.150.45=10.32mZKHZDTZZZZDTZZZZ水深米,取米。 3.航道水深 01234DTZZZZZ 式中: D:航道设计水深 Z0:船舶航行时船体下沉值 Z1:航行时龙骨下富裕水深 Z2:波浪富裕深度 Z3:船舶装载纵倾富裕深度 Z4:备淤设计深度 1Z:龙骨下最小富余深度(
25、m) ,按下表计算 土质类别 DWT500 5000DWT10000 10000DWT50000 50000DWT1000000 1000000DWT300000 淤泥土 含淤泥沙、 含粘土的沙、 松沙 含沙或粘土的块状土 岩石土 2Z:波浪富余深度(m)按下表计算 ( ) 0 (180) 10 (170) 20 (160) 30 (150) 40 (140) 50 (130) 60 (120) 70 (110) 80 (100) 90(90) Z/H4% 设计船型的船舶航速都为 8kn 取大值 5 万吨级矿石船的航道: 船舶航行时船体下沉值 Z0= 航行时龙骨下富裕水深 Z1= 波浪富裕深度
26、 Z2=*= 船舶装载纵倾富裕深度 Z3= 备淤设计深度 Z4= D=T+ Z0+Z1+Z2+Z3+Z4=+= m 航道水深至少米,取米 4.航道宽度 a.航迹带宽度: 根据JTJ211-99 海港总平面设计规范航迹带宽度 A 按下式确定: ( sin)An LB 式中: n:船舶漂移倍数,按下表计算; :风、流压偏角( ),按下表计算; L、B:分别为设计船长和设计船宽(m) 。, 航迹带宽度一般在()B 的范围内。 满载船舶漂移倍数 n 和风、流压偏角值 风力 横风7 级 横流 V(m/s) V V V V n ( ) 3 7 10 14 设计采用假设横流 V 满足V,取 n=,=10。
27、取最大船型散货船,B=(m) ,L=223m。 A=(223sin10+= b.航道宽度 W: 根据JTJ211-99 海港总平面设计规范 双向航道:W=2A+B+2C; 单向航道:W=A+2C; 船舶与航道底边间的富余宽度 C 船种 杂货船、集装箱船 散货船 油船或其他危险品船 航速(kn) 6 6 6 6 6 6 C(m) B B 设计船型的航速都为 8kn,C 按最大值取 B 航道设计为双向航道 W=2A+B+2C=2*+2*=米 5.回转水域 根据JTJ211-99 海港总平面设计规范有: 回旋圆直径 使用范围 回旋圆直径 允许借码头或转头墩协助转头的水域 有掩护水域,港作拖轮条件较好
28、,可借岸标定位 无掩护的开敞水域,或港作拖轮条件差 受水流影响较大的河口港: 回旋椭圆水域宽度(垂直水流方向) 回旋椭圆水域长度(沿水流方向) ()L ()L 设计港口的回旋圆直径:取进行计算: 取最大船长 223 米 对于 5 万吨级散货船=223=446m 港口的陆域纵深: 我国沿海的件杂货码头陆域纵深一般在200m400m 之间 所以我取件杂货码头陆域纵深为 350m;散货码头纵深根据经验取 500m。 第三章 防波堤和口门布置 一、防波堤 防波堤布置形式参照布置规划图 (1)外堤的平面布置型式: 采用岛堤形式: 岛堤系筑堤海中, 形同海岛, 专拦迎面袭来的波浪与漂沙。 适用于海岸平直、
29、水深足够、风浪迎面而方向变化范围不大的情况,对迎面有暗礁、小岛等可以利用之港址为宜。 (2)防波堤的口门布置: 根据海港总平面设计规范(JTJ 211-99)中相关规定: 防波堤的布置,可根据自然条件和建设规模采用单堤、双堤或多堤组成的形态和防护系统(图 9) 。设计防波堤时,应对沿岸流及泥沙运动的强度进行详细分析 ,避免堤后水域发生严重淤积或冲刷,必要时应通过模拟试验验证。 图 9 防波堤布置的基本形式 (a)单堤; (b)双堤; (c)多堤 防波堤轴线的线形,宜采用直线、向海方向的平顺凸曲线或折线。当必须布置成向海方向的凹曲线时,需要特别论证。同时,轴线位置应选择地质条件好、水深较浅的地方
30、,有条件的可利用礁石、浅滩及岛屿等。防波堤的接岸点宜利用湾口岬角或海岸的突出部位。 根据港口规划与布置教材相关规定: 口门的航道中心线应与强风向和强浪向夹角设置为 3035; 口门宽度一般为 1设计船长。 一般设两个口门,其有以下优点:进出港可分口门,干扰少; 增强港内水域自净能力 综上所述,根据本设计的实际情况,拟定采用双口门布置形式,并使防波堤的口门航道中心线与本设计强风向成约 30夹角(见图 10) 。 防波堤布置示意图 2.口门宽度 根据JTJ211-99 海港总平面设计规范有: 口门的有效宽度 B0应为设计船长的倍。 取 B0=*223=米。 总结 一、码头泊位数 1.散货码头 考虑
31、到建港期间吞吐量增长, 设计散货码头 5 个, 另外增加 3 个泊位的预留用地共 8 个泊位。 2.矿石码头 设计矿石码头泊位 3 个。 3.煤炭码头 设计煤炭码头散货船泊位 2 个。 设计码头驳船泊位 1 个。 二、泊位长度和岸线总长 1.杂货码头 杂货码头岸线总长 820 米。 2.矿石码头 矿石码头岸线总长米。 3.煤炭码头 煤炭码头岸线总长 488 米(散货 388 米、驳船 100 米) 三、码头前沿高程 码头前沿高程为米; 四、仓库、堆场面积 1.杂货码头: 仓库面积万平方米 堆场面积万平方米 2.矿石码头 堆场面积万平方米 3.煤炭码头: 堆场面积万平方米 五、锚地 1.锚地数量
32、 本设计中规划设计两个锚地,分别供杂货、散货(矿石、煤炭)码头使用。 2.锚地面积 杂货船锚地面积 万平方米 散货船锚地面积万平方米 六、航道 1. 航道通航方式 航道通航方式采用双向航道方式设计。 2.码头前沿水深 水深取米。 3.航道水深 航道水深取米 4.航道宽度 航道宽度米 5.回转水域 回转水域取 446 米 七、防波堤 防波堤布置形式参照布置规划图 八、口门设计 口门宽度:米。 九、码头规模总表 件杂货码头 矿石码头 煤炭码头 停船吨级 1 万吨 5 万吨 2 万吨 泊位数 5 3 3 个(含 1 个驳船) 码头长度 (端部) 194 码头岸线总长 820 488(散货 388 米、驳船 100 米) 码头纵深 350 500 500 港内锚地水深 港外锚地水深 航道水深 航道宽度 码头前沿水深 口门宽度 仓库面积 万 堆场面积 万 万 万