水运工程规划课程设计模板.docx
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水运工程规划课程设计模板
港口总平面布置课程设计
6.1设计任务
（1）确定港口在各规划年的规模：
（2）进行规划期内港口水域、防波堤、码头及陆域的总体布置，布置中预留4个件杂货泊位的发展余地；
（3）对规划方案进行投资估算，根据需求确定投资计划；
（4）对规划期内建设项目进行动态经济效益分析，估算港口效益，计算企业内部收益率；
（5）绘制港口总平面布置图，评价布置方案的优缺点。
设计防波堤时要求在S向3.0m高的波浪不影响码头作业。
6.2设计基础资料
6.2.1港口状况及发展规划
该港于1993年开工建设，并于次年建成件杂货泊位2个，仓库10000m2和堆场15000m2，于1995年投产使用，当时吞吐量60万吨。
为适应增长的吞吐量，于1997年建成1个泊位及堆场10000m2，1998年投产使用，到2000年港口吞吐量达到100万吨，2002年建成1个泊位及仓库10000m2和堆场5000m2，2003投产使用，2005年港口吞吐量已达到150万吨。
根据吞吐量分析预测，该港口的件杂货吞吐量2010年为210万吨，2015年为270万吨，2020年为330万吨。
根据需要，规划2020年以后每年有240万吨煤碳从该港出口。
6.2.2设计船型
根据海运市场的分析结果，该港口的设计代表船型确定为：
杂货船为1.5万吨级，尺度为161.9×21.5×13×9.2，散货船为2.5万吨级，尺度为185.5×23.2×14.2×9.8。
船舶在港一天所需费用为Cs杂货船＝6.5万元／艘日，Cs散货船＝5.0万元／艘日。
6.2.3装卸工艺及装卸能力
件杂货的装卸采用门机加流动机械到库场的工艺流程，装卸能力R=2000吨/泊日，件杂货船舶在该港的平均装卸量为G=8000吨／艘，生产营运费用Cb件杂货＝0.6万元／泊日。
煤碳装船规划采用装船机，堆场采用斗轮式堆取料两用机，中间用皮带机输送。
装船能力R=8000吨／泊日，运煤船在该港的平均装船量为G=2.5万吨／艘，生产营运费用Cb散货＝0.5万元/泊位日。
生产营运费用中已包括工资、润燃料费、动力照明费、维修费、管理费等。
6.2.4建港处自然条件
（1）地形地质
建港处陆地宽广、平坦，有足够的场地面积供布置库场及后方设施使用。
水陆域地形如图6-1所示。
图6-1港区地形图
建港区为沙质海岸，海底砂砾粒径0.5mm左右，泥沙运动弱，趋于平衡，无严重的淤积和冲刷。
（2）水文气象
统计资料显示，建港处常风向和强风向为S～WS，次常风向和次强风向为E～EN。
常浪向为S，次常浪向为E，强浪向为SSW和ESE，波长L=60m。
风、浪玫瑰图如图6-2和图6-3所示。
图6-2风玫瑰图图6-3波浪玫瑰图
该海域为不规则半日潮，据分析设计高水位+1.76米，设计低水位-0.15米。
海流方向多为ES向，流速小于1节。
该地区少雨少雾，据统计年最多降雨天数134天，其中雷暴雨天数28天，每次持续时间多在0.5～1.5小时。
在冬季该地区常有封冻现象，但不影响航行和港口作用。
6.2.5施工能力
港口设有专业施工队，能力强大，设计可不受施工能力限制。
6.2.6主要投资项目单价（仅供课程练习用，不能作为实际工程参考）
万吨级码头岸线：
12万元／米；
库场：
仓库3000元／米2，堆场1200元／米2；件杂货泊位新建仓库与堆场各占库场总面积的50％；
机械设备2400万元／泊位
防波堤：
±0米以上1.56万元／米，0～-2米3.48万元／米，-2～-6米5.6万元／米，-6～-10米12.24万元／米，-10米以下24.8万元／米。
挖泥：
30元／方
回填：
60元／方
围堰：
0米以上0.6万元／米；0～-2米1.56万元／米；-2～-6米3.48万元／米；-6～-10米6.28万元／米。
征地动迁：
港内12万元／亩，港外8万元／亩。
港内铁路：
8000元／米，可按160万元/泊位估算。
港外道路及公共设施：
按综合投资1000万元计。
港内道路：
按综合投资800万元／泊位计。
水电、通讯、导航：
按综合投资300万元/泊位计。
生产辅助设施：
按300万元／泊位计算。
间接费：
已包含在以上价格内。
6.2.7其它经济参数假设
营业收入：
港口营业收入包括港务管理收入和企业营业收入两部分，港务管理收入包括船舶港务费、货物港务费、引水费、拖轮费、靠岸费等，企业营业收入包括货物装卸费和存储费、系缆解缆费、开关仓费、理货费等。
综合营业收入为：
件杂货50元／吨，煤碳为30元／吨；
营业税：
营业收入3%；
所得税：
利润25%；
现金年利率：
i＝6％；
使用年限：
基础设施30年，机械设备15年，均不计残值。
6.3港口建设规模确定
（1）泊位数量
初步估计泊位建设费分别为：
Cb杂建设=3.0万元/泊位天，Cb散建设=2.6万元/泊位天，则Cb杂=3.6万元/泊位天，Cb散=3.1万元/泊位天。
在不考虑货物的时间价值，仅考虑港口建设费和运营费条件下，最合适的港口泊位数量S应满足以下条件：
件杂货：
散货：
按M/M/S/模型计算得到合适的泊位数量如表6-1所示。
表6-1与最优泊位数对应的计算结果
泊位类型
规划年份
船流密度
泊位数S
平均等待船数（艘）
平均等待时间（h）
件
杂
货
2010
3.000
5
0.3542
0.4723
1.1741
0.2550
2015
3.857
6
0.4520
0.4687
1.2367
0.3096
2020
4.714
7
0.5362
0.4549
1.2578
0.3516
散货
2020
0.857
2
0.1929
0.7031
4.5900
0.1681
（2）库场面积
按下式计算港区的库场总面积：
式中：
A——仓库或堆场总面积（m2）；
q——单位有效面积的货物堆存量（t/m2），件杂货取1.5，散货取6.0；
Kk——仓库或堆场面积利用率，件杂货取60%，散货取80%；
E——仓库或堆场所需容量（t），按下式计算
其中：
Q——港口吞吐量（t）；
Kr——货物最大入仓库或堆场百分比（%），不考虑直取作业，取100%；
Tyk——仓库或堆场年营运天数（d），取365d；
tdc——货物在仓库或堆场的平均堆存期（d），取10d；
KBK——库场货物不平衡系数，取1.3；
——月平均货物堆存吨天（td）；
——堆场容积利用系数，件杂货取1.0，散货取0.8。
根据各规划年的吞吐量发展要求，按上述公式进行计算，结果如表6-2。
表6-2仓库堆场规模
货类
规划年份
吞吐量（万吨）
库场容积（万吨）
仓库堆场面积（m2）
总需求
新港区面积
总面积
仓库
堆场
件
杂
货
2010
210
7.480
83105
40000
20000
20000
2015
270
9.616
106849
60000
30000
30000
2020
330
11.753
130594
80000
40000
40000
散货
2020
240
10.685
22260
24000
24000
（3）防波堤长度
根据平面布置和“在S向3.0m高的波浪不影响码头作业”的要求，确定防波堤总长度为1460m。
6.4总平面设计
6.4.1水域
（1）港口水深
船舶停泊水深按下式确定：
D=kT+Z1+Z2+Z3+Z4+Z5
式中：
k——船舶吃水系数，取1.0；
Z1——龙骨下最小富裕深度，取0.4m；
Z2——波浪富裕，港内水域平稳，取0.0m；
Z3——船舶因配载不均匀而增加的船尾吃水值，杂货船不计，散货船取0.15m；
Z4——备淤富裕深度，取0.4m；
Z5——浚深富裕，取0.5m。
计算得船舶停泊需要水深为D杂货船=10.5m，D散货船=11.25m。
从而得港池水底高程为：
件杂货泊位-10.65m，散货泊位-11.40m。
航行水深按下式确定：
h=kT+Z0+Z1+Z2+Z3+Z4+Z5
式中Z0是船舶航行时船体下沉增加的富裕量，船舶在进出港口及港内航行速度一般不超过4节，取Z0=0.1m，其它各富裕的意义同停泊水域，取值略有不同。
航行水域受到波浪影响，按最不利波况考虑取Z2=0.5m，其它富裕量的取值同停泊水域。
计算得船舶航行水深为h杂货船=11.1m，h散货船=11.85m。
航道底高程=航行水位–h，该港口的船流密度不大，完全可乘潮航行。
取航行水位0.85m（略高于平均水位0.805m），则航行水域底高程为-11.0m（两类船舶共用水域）或-10.25m（仅供件杂货船舶航行的水域）。
（2）航道
船舶在水中航行受到各种因素的影响，航行轨迹不可能是一条直线，航迹带宽度A按下式计算：
A=n（Lcsin+Bc）
式中：
n——船舶漂移倍数；
——风、流压偏角。
根据水文条件及规范规定求得n=1.69，=7，按最大船型计算得A=77.41m。
该港口船流密度比较小，单向航道可满足航行要求，航道有效宽度W=A+2c，船舶进出港口时的航速一般小于6节，取富裕量c=0.75Bc，则W=112.21m，取航道有效宽度W=115m。
考虑风浪流等自然条件及运营要求，进出港航道布置在港区水域的深槽处，呈SE-NW走向，见平面布置图。
（3）回旋水域
回旋水域供船舶调头使用，布置在港区水域中部，回旋圆直径不小于2倍船长，取380m。
（4）防波堤
拟建港区主要波浪方向为E～S～SW，自老港区大码头端部向S70W建设1#防波堤400m，在港区西南部建设2#防波堤1060m，分两段，第一段560m，走向为S60E，内侧兼做散货码头，第二段500m，走向为S75E，与1#防波堤形成口门。
2#防波堤与陆域之间用引堤连接，兼做散货泊位集疏运通道，引堤长1060m，走向为S30E。
图6-4平面布置图
在S向波浪作用下，口门有效宽度B＇=181.25m，B＇/L=3.02＜5L=300m，因此按口门计算港内绕射波高。
计算方法：
先根据计算点与口门中点连线与波向夹角和B＇/L值，按《海港水文规范》有关图表查得
值，再由计算点至口门中点的距离计算得到绕射系数
。
计算时防波堤结构按直立式考虑，计算点取在泊位最大绕射波高处，计算结果如表6-3所示。
表6-3港区各泊位处的波浪绕射系数
计算位置
距离（m）
夹角（）
值
值
杂1#泊位
1103
29
0.91
0.212
杂2#泊位
1148
19
1.20
0.274
杂3#泊位
947
15
1.32
0.332
杂4#泊位
766
9
1.46
0.409
预留泊位
788
17
1.30
0.359
波浪资料显示，S向最大入射波高≤2.0m，经绕射后件杂货作业区最大波高≤0.818m＜1.5万吨级杂货船作业允许波高1.0m。
所以，防波堤的布置满足件杂货作业区在S向波浪作用下全天作业的要求。
散货泊位处S向波浪已被完全掩护，亦满足全天作业的要求。
在2#防波堤500m段未实施条件下，口门有效宽度大于5倍波长，应按单突堤计算港内波况。
这时杂4#泊位处距离防波堤堤头586m，根据《海港水文规范》有关图表，求得在S向波浪作用下的绕射系数为
=0.45，已满足全天作业的要求，因此，可缓建2#防波堤的500m段。
6.4.2陆域
（1）码头
由前面计算结果，港口在规划期内共需7个件杂货泊位，但港口已有的4个泊位建设比较早，通过能力较低，按3个泊位计，因此在规划期内需新建4个件杂货泊位和2个散货泊位。
码头泊位长度=设计船长+富裕，按设计船型及规范规定，富裕量为18～20m。
2个泊位连续布置时，取泊位长度：
L件杂货=190m，L散货=215m。
件杂货泊位靠近已有码头区布置，散货泊位布置在港区西部，两者之间布置预留泊位，见平面布置图。
（2）仓库堆场
每个件杂货码头泊位布置仓库和堆场各一个，面积10400m2（160m65m）。
散货堆场靠近散货泊位，面积24000m2（300m80m）。
（3）集疏运布置
件杂货以公路、铁路共同集疏，不考虑铁路直取作业。
散货由火车运进，翻车机卸车，经皮带输送机运往堆场，堆场作业使用堆取料两用机，再由皮带输送机运往码头，由装船机装船。
（4）其它
生产辅助区布置在港区的东北侧，包括办公楼、机修车间、流动机械库、工属具仓库、停车场等设施，占地面积约63000m2。
生活辅助区从略。
6.5建设计划及投资
6.5.1建设计划
（1）码头泊位
图6-5件杂货吞吐能力与需求的关系
根据吞吐量发展水平预测，安排件杂货泊位建设计划为：
2006年建设杂1#泊位及配套设施，2007年投产；2009年建设杂2#泊位及配套设施，2010年投产；2013年建设杂3#泊位及配套设施，2014年投产；2017年建设杂4#泊位及配套设施，2018年投产。
散货泊位根据要求于2019年建设，2020年投产使用。
此建设计划与港口吞吐量发展需求是基本适应的，如图6-5所示。
（2）防波堤
老港区大码头（兼防波堤）对新港区水域有较好的掩护作用，SE～E方向的波浪已基本被阻挡。
在S向波浪作用下，杂1#泊位已满足全天作业要求，杂2#泊位也有一定的掩护。
在1#防波堤先建设200m情况下，杂3#泊位已满足全天作业要求，杂4#泊位也有一定的掩护。
根据泊位建设计划，按合理投资原则1#防波堤可分段建设（2010年建设200m，2018年建设200m），但考虑到避免投资过于集中，以及防波堤堤头的保护等因素，2011年建设1#防波堤。
根据散货泊位的建设要求，2019开工建设2#防波堤（包括引堤），2020年建成投产。
（3）其它
港区陆域形成、港池航道挖泥、仓库堆场、集疏运及配套设施的建设，与码头泊位协调进行，在保证码头泊位正常投产使用的条件下尽量使投资合理。
具体建设计划如下：
2005年：
杂1#泊位、杂2#泊位后方陆域回填（以下简称一区）、港池挖泥及航道补充挖泥；
2006年：
杂1#泊位配套设施；
2009年：
杂2#泊位配套设施；
2012年：
杂3#泊位、杂4#泊位后方陆域回填（以下简称二区）、港池挖泥；
2013年：
杂3#泊位配套设施；
2017年：
杂4#泊位配套设施；
2019年：
散货堆场及卸车配套设施；
2020年：
散货泊位及装船配套设施、港池挖泥、航道补充挖泥。
6.5.2投资估算
（1）码头岸线
杂货码头泊位总长度760m，共9120万元，每泊位投资2280万元。
散货码头泊位总长度430m，5160万元。
（2）防波堤
防波堤堤头需要加强，按增加堤长度20m计算。
1#防波堤400m，全部在水深-6m～-10m之间，投资5141万元。
2#防波堤处于不同的水深，分段计算投资（引堤需按防波堤设计，以阻挡W～SW方向波浪）：
0～-2m之间200m，投资696万元；-2m～-6m之间1240m，投资6944万元；-6m～-10m之间200m（180m+20m），投资2448万元。
（3）围堰护岸
杂1#泊位端部40m，水深在0～-2m之间，投资62万元；
杂2#泊位端部30m，水深在0～-2m之间，投资47万元；
杂3#泊位端部30m，水深在0～-2m之间，投资47万元；
新建港区西南部共900m，0m以上108m，投资65万元，0～-2m之间316m，投资493万元；-2m～-6m之间476m，投资1656万元；
陆域形成分两期实施，之间需要建设围堰保护填土，围堰总长410m，0m以上220m，投资132万元，0～-2m之间190m，投资296万元。
（4）陆域形成
回填一区面积215000m2，平均回填厚度3.0m，投资3870万元；
回填二区面积243000m2，平均回填厚度4.0m，投资5832万元。
（5）仓库堆场
件杂货仓库20800m2，投资6240万元，件杂货堆场20800m2，投资2496万元，散货堆场24000m2，投资2880万元。
（6）装卸设备
件杂货9600万元，散货4800万元。
（7）集疏运设施
港内铁路：
件杂货作业区640万元，散货作业区320万元；
港内道路：
件杂货作业区3200万元，散货作业区1600万元；
港外利用已有集疏运条件。
（8）疏浚
件杂货港池及航行区挖方约1300000m3，投资3900万元；
散货港池及航行区挖方约700000m3，投资2100万元；
原航道与回旋水域基本处于自然状态，需要拓宽和加深，分两个阶段进行，第一阶段只满足件杂货船舶使用，增加深度1.0m，挖方约275000m3，投资825万元；第二阶段满足全部船舶使用，再增加深度0.75m，挖方约239300m3，投资718万元。
（9）其它投资项目
征地动迁：
港内陆域约900亩，投资10800万元，港外利用已有集疏运条件，不再另外征用土地；
水电、通讯、导航：
件杂货作业区1200万元，散货作业区600万元；
生产辅助设施：
件杂货作业区1200万元，散货作业区600万元。
（10）静态总投资
新建港区静态投资总额95728万元，其中：
码头岸线14280万元，占14.9%；防波堤及护岸18027万元，占18.8%；陆域形成9702万元，占10.1%；仓库堆场11616万元，占12.1%；装卸设备14400万元，占15.1%；集疏运设施5760万元，占6.0%；疏浚7543万元，占7.9%；征地动迁10800万元，占11.3%；水电、通讯、导航及生产辅助设施3600万元，占3.8%。
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