AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE

AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE INSTYTUT INŻYNIERII RUCHU MORSKIEGO wydano przy współpracy Fundacji Rozwoju AM w Szczecinie ANALIZA NAWIGACYJNA DLA MOSTU Z WYSPY OSTRÓW BRDOWSKI DO SZCZECINA Szczecin, lipiec 2013

Kierownik pracy: dr hab. inż. st. of. pokł. Lucjan Gucma Wykonawcy: dr hab. inż. st. of. pokł. Lucjan Gucma dr inż. Marcin Przywarty mgr inż. Krzysztof Marcjan dr inż. Jarosław Artyszuk dr inż. Andrzej Bąk Kapitanowie biorący udział w symulacjach: kpt. ż. w. Tadeusz Dziedzic kpt. ż. w. Sławomir Klimowicz kpt. ż. w. Adam Kowalski kpt. ż. w. Tomasz Pluta kpt. ż. w. Krzysztof Szewdenis Akademia Morska w Szczecinie Instytut Inżynierii Ruchu Morskiego Wały Chrobrego 1-2 70-500 Szczecin tel. 091 4809403 email: irm@am.szczecin.pl 2

Spis treści Spis treści... 3 1. Cel opracowania... 4 2. Koncepcja budowy mostu... 5 3. Warunki nawigacyjne w rejonie planowanego mostu... 7 3.1. Parametry dróg wodnych...7 3.2. Oznakowanie nawigacyjne...8 3.3. Jednostki aktualnie eksploatowane w analizowanym rejonie...8 3.4. Uwarunkowania prawne (przepisy portowe)...10 3.5. Warunki hydrometeorologiczne...11 3.5.1. Wiatry...12 3.5.2. Falowanie...13 3.5.3. Widzialność...13 3.5.4. Stany wody...13 3.5.5. Zalodzenie...15 3.5.6. Prądy...15 3.6. Batymetria analizowanego akwenu...15 4. Określenie jednostki charakterystycznej i maksymalnej... 16 4.1. Jednostki remontowane na stoczni Gryfia i przechodzące w badanym rejonie...16 4.2. Jednostki pomocnicze i przeciwpożarowe...17 4.3. Jednostki śródlądowe...18 4.4. Statki charakterystyczne...19 5. Ocena bezpieczeństwa nawigacyjnego badanej koncepcji... 19 5.1. Szerokości dróg wodnych...20 5.1.1. Metoda PIANC...20 5.1.2. Metoda Kanadyjska...21 5.1.3. Bezpieczne szerokości toru wodnego określone metodami empirycznymi...21 5.1.4. Metoda uogólnionej analizy wyników badań symulacyjnych...23 5.2. Prześwit pod mostem...24 5.3. Podsumowanie bezpieczne parametry dróg wodnych...24 5.4. Jednostka maksymalna i charakterystyczna dla mostu...25 5.5. Oznakowanie nawigacyjne i oświetlenie nabrzeża...25 6. Aspekty manewrowania i regulacji ruchu w rejonie mostu... 26 7. Metody zabezpieczeń mostów przed zderzeniami ze statkami... 27 8. Wpływ lokalizacji mostu na warunki uprawiania żeglugi w badanym rejonie... 31 8.1. Ocena potencjalnego ograniczenia drogi wodnej na Odrze Zachodniej dla maksymalnych jednostek...31 8.2. Uwzględnienie możliwości uszkodzenia mostu przez duże jednostki manewrujące na Odrze Zachodniej...37 8.3. Wpływ lokalizacji bezpieczeństwo nawigacji w aspekcie zalodzenia...38 8.4. Wpływ lokalizacji mostu na wodowania z pochylni Stoczni Szczecińskiej Nowa (w upadłości)...38 9. Badania symulacyjne ruchu statków maksymalnych na południe wyspy Ostrów Brdowski... 39 9.1. Ogólne założenia symulacji...40 9.2. Model statku, akwenu i holowników...40 9.3. Przyjęte warunki przeprowadzania badań symulacyjnych...41 9.4. Wyniki badań...43 9.5. Wnioski szczegółowe z badań symulacyjnych...46 9.6. Wnioski ogólne z badań symulacyjnych...46 9.7. Taktyka manewrowania na podstawie badań symulacyjnych...47 10. Badania symulacyjne jednostki wiertniczej Lc=260m... 57 10.1. Podstawowe dane badanego statku wiertniczego...58 10.2. Założenia badań symulacyjnych i przetwarzanie danych...58 10.3. Przyjęte warunki przeprowadzania badań symulacyjnych...59 10.4. Wyniki badań symulacyjnych...60 10.4.1. Obróbka statystyczna wyników...60 10.4.2. Wyniki badań symulacyjnych...61 10.4.3. Wnioski szczegółowe z badań symulacyjnych...62 10.4.4. Wnioski ogólne z badań symulacyjnych...62 11. Wnioski... 63 Bibliografia... 65 3

1. Cel opracowania Celem opracowania jest wykonanie analizy nawigacyjnej dla nowobudowanego mostu przez Odrę Zachodnią, który ma połączyć miasto Szczecin z Wyspą Ostrów Brdowski. Analiza została wykonana w rozumieniu Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 1 czerwca 1998 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać morskie budowle hydrotechniczne i ich usytuowanie, Dz.U. nr 101 z dnia 6 sierpnia 1998 to jest "szczegółową analizę zagadnień manewrowania statkiem podczas podchodzenia i dobijania, a także odchodzenia od budowli morskiej oraz wejścia i wyjścia z basenu portowego i portu". Analiza obejmuje dodatkowo szereg zagadnień związanych z bezpieczeństwem przejścia jednostek pod mostem. Analizę wykonano na zlecenie firmy Tebodin Poland Sp. z o.o. Głównymi celami opracowania są: 1. Określenie parametrów jednostek, jakie mogą być eksploatowane w danym rejonie; 2. Określenie warunków eksploatacji jednostek w badanym rejonie; 3. Określenie sposobu zabezpieczenia i w aspekcie możliwego uderzania statku w elementy mostu; 4. Ocena bezpieczeństwa ruchu jednostek w rejonie analizy; 5. Określenie sposobu i zasad ruchu jednostek w rejonie analizowanym; 6. Opracowanie wytycznych do manewrowania jednostek; 7. Opracowanie wytycznych do oznakowania nawigacyjnego mostu. Rejon objęty analizą przedstawiono na rys. 1.1. i 1.2. Rys. 1.1. Rejon analizy (na podst. serwisu Google Earth) 4

2. Koncepcja budowy mostu Rys. 1.2. Obszar analizy mapa morska Przyjęty wariant budowy przedstawiono na rys. 2.1. Zakłada on budowę mostu podpartego na 2 podporach i 2 przyczółkach. Podpory zostały umieszczone są w nurcie rzeki. Odległość pomiędzy podporami wynosi 65,8m. Skrajnia żeglowna mostu ma kształt prostokątny wynosi: 50,0m x4,85m (rys. 2.2). Prześwit żeglowny mostu to 4,85m liczony od średniego poziomu zwierciadła wody przyjętego jako 513. Światło kanału żeglownego wynosi 50m. Szczegółowe plany mostu przedstawiono na rys. 2.1. do 2.4. Rys. 2.1. Koncepcja budowy mostu. Widok z góry. [na podst. materiałów firmy Tebodin] 5

Rys. 2.2. Koncepcja budowy mostu. Przekrój podłużny. Rejon przęsła żeglownego. [na podst. materiałów firmy Tebodin] Rys. 2.3. Koncepcja budowy mostu. Przekrój poprzeczny. [na podst. materiałów firmy Tebodin] Określono współrzędne geograficzne w układzie WGS 84 punktów skrajnych mostu oraz podpór (rys. 2.4), które wyniosły: 1 14 35,260 N 53 27,135 E 2 14 35,270 53 27,147 3 14 35,437 53 27,096 4 14 35,427 53 27,085 5 14 35,311 53 27,119 6 14 35,322 53 27,131 7 14 35,332 53 27,128 8 14 35,321 53 27,116 9 14 35,364 53 27,104 10 14 35,374 53 27,115 11 14 35,384 53 27,112 12 14 35,374 53 27,101 6

Rys. 2.4. Mapa nawigacyjna z naniesionym mostem, połączeniem drogowym oraz numerami punktów skrajnych. 3. Warunki nawigacyjne w rejonie planowanego mostu Analizowany akwen znajduje się w rejonie Odry Zachodniej wzdłuż wyspy Ostrów Brdowski. Nawigacja na tym akwenie prowadzona jest głównie przez jednostki idące na stocznie i portowe pomocnicze. Ruch na akwenie Odry Zachodniej na odcinku wzdłuż wyspy Ostrów Brdowski jest zamknięty dla statków innych niż stoczniowe i cumujące w tym rejonie. W wyjątkowych przypadkach zezwolenia na otwarcie ruchu dla innych statków udziela kapitanat portu (zgodnie z 48 ust. 1 i 2 Zarządzenia Nr 4 Dyrektora Urzędu Morskiego w Szczecinie z dnia 17 września 2002 r. Przepisy portowe). Na akwenie, dla zapewnienia bezpieczeństwa żeglugi, wytyczony jest tor wodny o szerokości 70 metrów i głębokości 6,4m, który służy jednostkom stoczniowym i cumującym w tym rejonie. 3.1. Parametry dróg wodnych Na badanym akwenie istnieje tor wodny dla zanurzeń statków 6,4m i szerokości 70m na całej długości toru. Parametry niektórych nabrzeży znajdujących się na północ i południe od planowanego mostu przedstawione zostały w tab. 3.1. Inne nabrzeża lub obiekty w rejonie to: Nabrzeża Drzetowskie, Gdyńskie, Wrocławskie, Kieleckie, Radomskie oraz Doki 1 i 3. Tab.3.1. Parametry wybranych nabrzeży. Nazwa Długość [m] Bezpieczne zanurzenie statku [m] Mazowieckie 281,5 2,3-7,2 Kaszubskie 333 5,9-6,9 Gdańskie 217 5,4-6,4 Uwagi Od N: 256m-7,2m; 8m-5,7m; 15m 2,3 dalej spłycenie Od W: 80 m-6,4 m; 175 m-6,9 m; 68 m-6,4 m; 10 m-5,9 m Od W: 21 m-5,4 m; 116 m-6,0 m; 151 m-6,4 m; 72 m-6,3 m; 17 m-5,9 m Typ nabrzeża Stoczniowe jw. jw. 7

Drab 70 1,5-3,2 4m-1,5m; 38m-2,1m; 28m-3,2m; Postojowe Warsztatowe - dalby Warsztatowe 283 3,7-5,9 3.2. Oznakowanie nawigacyjne 90 1,5-3,3 Od N: 15m-1,5m; 75m-3,3m Bd. Od N: 74m-5,9m; 117m-5,5m; 21m-5,0m; 20m-3,7m; 51m-4,6m Postojowe Światła nawigacyjne w analizowanym rejonie na podstawie Admirality Digital List of Lights wraz z charakterystyką świecenia przedstawiono w tab. 3.2. Tab.3.2. Parametry świateł nawigacyjnych w badanym rejonie Lokalizacja Na północ od planowanego mostu Na południe od planowanego mostu Współrzędne Szerokość Długość Charakterystyka Basen Oko, strona północna 53 27,5'N 14 35,6'E F G Basen Oko, strona południowa 53 27.5'N 14 35.6'E F R Wyspa Okrętowa (Ostrów Brdowski), kraniec północno-zachodni 53 27.29'N 14 35.59'E F R Basen Młyński, strona północna 53 27.29'N 14 35.39'E Iso G 4s Basen Promowy, strona północna 53 27.0'N 14 35.2'E Oc G 5s Basen Promowy, strona południowa 53 27.0'N 14 35.2' E Oc R 5s Pochylnia Wulkan 53 26.9'N 14 35.1'E Iso G 2s Basen Brdowski, strona północna 53 26.9'N 14 35.3'E F R Basen Brdowski, strona południowa 53 26.8'N 14 35.3 'E F G 3.3. Jednostki aktualnie eksploatowane w analizowanym rejonie Obecnie w badanym rejonie eksploatuje się następujące jednostki: 1. jednostki idące na stocznie zwykle pod balastem, przechodzące torem na Odrze Zachodniej o parametrach takich jak maksymalne statki dla Szczecina tj. o maksymalnej długości L=215m; 2. jednostki pomocnicze portowe (holowniki, strażackie, dźwig pływający itp.); 3. inne jednostki obsługi, w tym tabor pogłębiający. Na podstawie danych z AIS określono intensywności i skład ruchu w roku 2011 w badanym rejonie. Jednostki podzielono na idące w kierunku Szczecina i Świnoujścia. Kierunki ruchu określono za pomocą tzw. bramek AIS, względem których ustalane były przejścia statków i ich kierunek (rys. 3.1). Analiza danych AIS może zawierać nieścisłości wynikające z błędnej pozycji GPS w systemie AIS (możliwość błędnego zakwalifikowania statków idących Kanałem Grabowskim) oraz z trudności znalezienia danych statycznych statków w bazie danych przez co nie wszystkie statki przechodzące Odrą Zachodnią zostały odnotowane. Zanotowano w sumie 330 jednostek idących w kierunku Szczecina i 250 w kierunku Świnoujścia. Rozkład ich długości i zanurzeń przedstawiono na rys.3.2. Widać, że ruch największych statków odbywa się przede wszystkim w kierunku Szczecina. Zanurzanie statków (rys. 3.3) wynosi średnio 5m dochodząc do 7m dla statków idących w kierunku Szczecina. Jednostki specjalne (holowniki itp.) stanowią znaczny procent (rys. 3.4) lecz dominują jednostki remontowane. 8

Rys. 3.1. Mapa z usytuowanie tzw. bramek AIS. 60 do Szczecina 60 do Świnoujścia 50 50 40 40 Liczba statków 30 Liczba statków 30 20 20 10 10 0 1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 L [m] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Rys. 3.2. Rozkład długości statków idących Odrą Zachodnią w kierunku Szczecina i Świnoujścia. L [m] do Szczecina do Świnoujścia 100 70 90 60 80 70 50 Liczba statków 60 50 40 Liczba statków 40 30 30 20 20 10 10 0 2 3 4 5 6 7 T [m] 0 2 3 4 5 6 T [m] Rys. 3.3. Rozkład zanurzeń statków idących Odrą Zachodnią w kierunku Szczecina i Świnoujścia. 9

Liczba statków 80 70 60 50 40 30 20 10 0 do Szczecina Liczba statków 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 do Świnoujścia S t a t k i r y b a c k i e S t a t k i s p e c j a l n e P a s a ż e r s k i e T o w a r o w e Z b i o r n i k o w c e I n n e Rys. 3.4. Podział statków idących w kierunku Szczecina i Świnoujścia Odrą Zachodnią na typy. S t a t k i r y b a c k i e S t a t k i s p e c j a l n e P a s a ż e r s k i e T o w a r o w e Z b i o r n i k o w c e I n n e 3.4. Uwarunkowania prawne (przepisy portowe) Przepisy portowe regulują sprawy w zakresie bezpieczeństwa żeglugi i porządku na obszarze portów morskich. Poniżej przedstawiono wybrane fragmenty przepisów portowych szczególnie dotyczące bezpieczeństwa i ruchu - ZARZĄDZENIE NR 4 Dyrektora Urzędu Morskiego w Szczecinie z dnia 17 września 2002. Rozdział I Przepisy ogólne 1. 1. Przepisy zarządzenia, zwane dalej przepisami portowymi regulują sprawy w zakresie bezpieczeństwa ruchu statków, korzystania z usług portowych mających znaczenie dla bezpieczeństwa morskiego, ochrony środowiska i utrzymania porządku na obszarze morskich portów, leżących w zakresie właściwości terytorialnej Dyrektora Urzędu Morskiego w Szczecinie. 3. 1. W zakresie zapobiegania zderzeniom mają zastosowanie prawidła m.p.z.z.m., chyba że przepisy niniejszego zarządzenia stanowią inaczej. 6. 1. Korzystanie z morskich portów dozwolone jest w granicach i na zasadach ustalonych w przepisach portowych i w przepisach odrębnych. 7. 1. Nadzór i kontrolę nad przestrzeganiem przepisów portowych sprawuje właściwy terytorialnie kapitan portu. 8. 1. Wszystkie osoby korzystające z portów i ich urządzeń obowiązane są do zachowania porządku, przedsięwzięcia środków ostrożności dla zachowania bezpieczeństwa w porcie i uniknięcia szkód w urządzeniach portowych, szkód wzajemnych oraz szkód w środowisku naturalnym. Rozdział III Korzystanie z systemu VTS 23. Korzystanie z systemu VTS, ( ) jest obowiązkowe dla następujących statków, znajdujących się lub zamierzających wejść w obszary VTS ( ): 1) każdego statku z własnym napędem lub zespołu holowniczego albo pchanego o długości całkowitej 20m i więcej w czasie, kiedy nawiguje, 2) każdego statku z ładunkiem niebezpiecznym, 3) każdego statku uprawnionego do zarobkowego przewozu pasażerów w czasie ich przewozu. 25. Korzystanie z systemu VTS może zostać rozszerzone na każdy statek w drodze albo na kotwicy na wodach żeglownych obszaru VTS w zakresie, jaki VTS uzna za stosowny. 26. 1. W celu zwiększenia bezpieczeństwa żeglugi i ochrony środowiska morskiego VTS prowadzi na obszarze swej właściwości następujące usługi: 1) informuje o warunkach panujących na obszarze VTS, a w szczególności o: a) wszelkich niebezpieczeństwach, b) skupiskach statków, c) natężeniu ruchu, d) meteorologicznych i hydrologicznych warunkach środowiska morskiego, 10

e) stanie oznakowania nawigacyjnego, f) przewidywanych spotkaniach statków, g) nazwach zbliżających się statków, typie, pozycji, niebezpiecznych warunkach manewrowania, jeżeli takie występują oraz zamiarach manewrowych, jeżeli takie były zgłaszane, h) lokalnych operacjach oraz warunkach portowych, takich jak ruch poprzeczny promów, pogłębiarek i innych, i) dostępności kotwicowisk, 2) organizuje ruch statków oraz prowadzi jego nadzór i kontrolę polegającą w szczególności na: a) planowaniu ruchu statków w obszarze VTS, b) wyznaczaniu czasu wejścia lub wyjścia statków z określonych obszarów VTS, c) wyznaczaniu punktów meldunkowych i procedur zachowania się, d) nakładaniu na statki wymagań dotyczących harmonogramu i priorytetów przejścia torem wodnym. 26. 2. Informacje, o których mowa w ust.1 pkt 1, są nadawane o określonym czasie lub kiedy VTS uzna to za celowe, albo na życzenie statku znajdującego się lub zamierzającego wejść w obszar VTS. Rozdział IV Zasady ruchu statków 32. 1. Poruszanie się wszystkich statków o długości poniżej 20m, w tym jednostek sportowych, na torach wodnych, kotwicowiskach i obszarach wód portowych jest podporządkowane ruchowi statków o długości 20m i większej. 40. Przy przechodzeniu pod mostem, statek idący w górę rzeki powinien ustąpić z drogi statkowi idącemu w dół rzeki chyba, że jest wystarczająca ilość miejsca na bezpieczne mijanie się. 48. 1. Na odcinku rzeki Odry, między stocznią produkcyjną a wyspami Dolno-Okrętową i Górno- Okrętową w Szczecinie, ruch statków jest zamknięty. W wyjątkowych przypadkach zezwolenia na otwarcie ruchu udziela kapitanat portu. 48. 2. Zakaz ruchu statków, o którym mowa w ust. 1 nie dotyczy jednostek stoczniowych oraz cumujących w tym rejonie. Rozdział IX Nabrzeża i przystanie 136. 2. Punkty świetlne powinny być rozmieszczone w taki sposób, aby nie utrudniać rozpoznawania świateł oznakowania nawigacyjnego, instalowanego w porcie i przystani morskiej oraz na jednostkach pływających także, aby nie powodować oślepiania manewrujących na przyległym akwenie statków. 3.Źródła światła mogące utrudniać widoczność świateł nawigacyjnych w kierunku z jednostki pływającej na ląd muszą być: 1) oddalone od osi nabieżnika świetlnego i świateł nawigacyjnych, 2) przesłonięte od strony wody, w celu uniemożliwienia bezpośredniego padania promieni świetlnych poza linię cumowniczą lub odwodną krawędź budowli morskiej. 137. Konstrukcja i wyposażenie nabrzeży i przystani winny zapewniać łatwe i bezpieczne cumowanie, postój i odcumowanie statków. 174b. 1. Przejścia żeglugowe pod mostami powinny być oznakowane w porze dziennej i nocnej. Za utrzymanie oznakowania odpowiada właściciel obiektu. 2. Oznakowanie, o którym mowa w ust.1 powinno być zgodne z wymogami odrębnych przepisów i uzgodnione z Dyrektorem Urzędu Morskiego w Szczecinie. Zgodnie z przepisami na obszarze stoczniami remontowymi, statki obowiązane są korzystać z kanału roboczego 17 UKF. 3.5. Warunki hydrometeorologiczne W dalszym kroku określono tzw. średnie niekorzystne warunki dla nawigacji oraz częstość ich występowania. Za niekorzystne warunki przyjęto takie, które występują średnio rzadziej niż 10% w roku. Do wybranych warunków hydrometeorologicznych i hydrologicznych, mających wpływ na bezpieczeństwo manewrowania statków na torach wodnych można zaliczyć: wiatry, 11

prądy, zmiany poziomu wód, widzialności i mgły, zalodzenie. 3.5.1. Wiatry Rozkład wiatrów zależy głównie od cyrkulacji atmosferycznej, w strefie przybrzeżnej na ich prędkość i kierunek wywierają wpływ warunki lokalne [Locja Bałtyku 2001]. Przedstawiona charakterystyka wiatrów jest oparta o obserwacje prowadzone w latach 1970 2004 w porcie Szczecin. Przedstawioną poniżej analizę oparto na Locji Baltic Pilot Vol.II 2005. rysunki 3.5-3.7 przedstawiają częstości występowania wiatrów z poszczególnych kierunków dla kolejnych kwartałów roku (wyrażone w %). Rys. 3.5. Średnie częstości występowania wiatrów z określonych kierunków dla I kw. Rys. 3.6. Średnie częstości występowania wiatrów z określonych kierunków dla II kw. Rys. 3.7. Średnie częstości występowania wiatrów z określonych kierunków dla III kw. 12

W Szczecinie średnia roczna prędkość wiatru wynosi ok 3,5 m/s. Największą prędkością średnią charakteryzują się wiatry w grudniu, styczniu i lutym (4,6 m/s), jednak w pozostałych miesiącach nie różnią się zbytnio (najmniejsze w lipcu i sierpniu 3,1 m/s). Występowanie wiatrów silnych (o prędkościach większych od 10 m/s) związane jest głównie z przechodzeniem silnych układów niżowych nad Bałtykiem. Powstają wówczas wiatry o dużych prędkościach, głównie z kierunków północnych i północno-zachodnich, powodując spiętrzenie wody i w rezultacie cofki. Średnie liczby dni bez wiatru i wiatru 7B i więcej dla wielolecia 1970-2004 zestawiono na rysunku 3.8. Rys. 3.8. Średnie liczby dni bez wiatru i z wiatrem 7B i większym 3.5.2. Falowanie Analizowany akwen jest osłonięty i falowanie wiatrowe nie powoduje utrudnień w nawigacji. 3.5.3. Widzialność Podczas wielolecia 1970-2004 w Szczecinie zanotowano średnio w ciągu roku 47 dni z mgłą. Znaczny wzrost częstości mgieł w porcie można zaobserwować od sierpnia do listopada. W tym okresie najbardziej mglistym miesiącem był październik 22,5% ogólnej liczby dni w miesiącu. Rys. 3.9. Ilość dni z mgłą w poszczególnych miesiącach. Z powyższych analiz wynika, że średnio najwięcej dni z mgłą w porcie Szczecin zanotowano jesienią. 3.5.4. Stany wody Na podstawie [Wiśniewski B., Wolski T. Katalogi wezbrań i obniżeń sztormowych poziomów morza oraz ekstremalne poziomy wód na polskim wybrzeżu, Szczecin 2009] stwierdzono, iż na poziom wody w Szczecinie mają wpływ zmiany poziomu wody w Bałtyku i Zalewie Szczecińskim (cofki odmorskie). Charakterystyczne stany wód oraz ich częstotliwość przedstawiono w tabelach 3.3 i 3.4. 13

Charakterystyczne stany wody (cm) Stacja Śr. (MSL) H max H min Śr.H max Śr.H min Szczecin (most Długi) 512 680 433 583,5 461 Częstotliwość stanów wód Szczecin most Długi [Buchholz W., 1989 oraz 1991] Stan (cm) >579 579-549 549-529 529-490 490-460 460-440 <440 % 0.39 3.57 17.7 73.2 9.1 0.55 0.03 Tab. 3.3 Tab. 3.4 Według wieloletnich wskazań wodowskazu na Odrze Zachodniej przy Moście Długim w Szczecinie poziomy wody wynoszą: najwyższy odnotowany poziom wody w okresie obserwacji WWW = 622 cm średni z najwyższych poziom wody (średnia wysoka woda) SWW = 548 cm średni poziom wody (średnia woda) SW = 513 cm średni z najniższych poziom wody (średnia niska woda) SNW = 486 cm najniższy odnotowany poziom wody w okresie obserwacji NNW = 433 cm Prawdopodobieństwo wystąpienia maksymalnych i minimalnych rocznych poziomów wód w Szczecinie w okresie 1948-2007 przedstawiają rysunki 3.10, 3.11 i 3.12. Rys.3.10. Prawdopodobieństwo wystąpienia maksymalnych rocznych poziomów wód w Szczecinie w okresie 1948-2007 Źródło: [Wiśniewski B., Wolski T. Katalogi wezbrań i obniżeń sztormowych poziomów morza oraz ekstremalne poziomy wód na polskim wybrzeżu, Szczecin 2009] Rys.3.11. Prawdopodobieństwo wystąpienia minimalnych rocznych poziomów wód w Szczecinie w okresie 1948-2007 Źródło: [Wiśniewski B., Wolski T. Katalogi wezbrań i obniżeń sztormowych poziomów morza oraz ekstremalne poziomy wód na polskim wybrzeżu, Szczecin 2009] 14

Rys. 3.12. Charakterystyczne poziomy wód dla Szczecina z okresu 1948-2007 Źródło: [Wiśniewski B., Wolski T. Katalogi wezbrań i obniżeń sztormowych poziomów morza oraz ekstremalne poziomy wód na polskim wybrzeżu, Szczecin 2009] Na tle sezonowości zmian odpowiednio uśrednionych poziomów wód dla danego miesiąca stacja Szczecin podobnie jak Trzebież ma zbliżony przebieg jak stacje morskie, a ich ekstrema występują od października do kwietnia. 3.5.5. Zalodzenie Zalodzenie i występowanie lodu w porcie Szczecin występują w zasadzie każdej zimy. Wyniki obserwacji wykazują, że pierwszy lód pojawia się nie wcześniej niż 23 listopada, a znika około 27 marca. Tabela 3.5 przedstawia średnie oraz ekstremalne okresy trwania pory zimowej [Locja: Baltic Pilot Vol.II 2005]. Tab. 3.5 Średnie oraz ekstremalne okresy trwania pory zimowej (1960 1990) Miejsce Okres zalodzenia w dniach Ilość dni z zalodzeniem min. śr. maks. min. śr. maks. Szczecin 1 60 106 1 40 100 W zależności od grubości lodu i występowania lodu na powierzchni, należy brać pod uwagę wzrost czasu wymaganego do manewrowania w porcie Szczecin. Przeciętna maksymalna grubość lodu podczas pory zimowej wynosiła 15 cm natomiast największa 32 cm [Locja Bałtyku 2009]. 3.5.6. Prądy Naturalny prąd wynikający ze spływu wód Odry obserwowany jest na odcinku od Szczecina do Chełminka i następnie w cieśninach łączących Zalew z morzem. Rzadko kiedy osiąga prędkość ponad 1 węzeł. 3.6. Batymetria analizowanego akwenu Na podstawie sondaży wykonanych przez UM w Szczecinie batymetrię analizowanego akwenu można przedstawić następująco: maksymalne głębokości analizowanego akwenu osiągają wartość ponad 10m. Średnie wartości w rejonie toru wodnego wynoszą około 8-9m, spadają poniżej 8m jedynie we wschodniej jego części. Zdecydowanie większe głębokości występują w zachodniej części akwenu. W pobliżu wyspy Ostrów Brdowski głębokości spadają poniżej 5m. Szczegółową batymetrię analizowanego akwenu przedstawiono na rys. 3.13. 15

3207.2 3207.18 3207.16 3207.14 3207.12 3207.1 3207.08 10m 9m 8m 7m 5m tor wodny 3207.06 3207.04 3207.02 3207 875.1 875.15 875.2 875.25 875.3 875.35 875.4 875.45 875.5 875.55 875.6 Rys. 3.13. Batymetria analizowanego akwenu. Przebieg dróg wodnych i mostu. (współrzędne geograficzne minuty) [izobaty na podstawie sondaży akwenu z 02.07.2012 wykonanych przez UM w Szczecinie] 4. Określenie jednostki charakterystycznej i maksymalnej Parametry charakterystycznych jednostek w analizowanym rejonie wynikają z ograniczeń nawigacyjnych, w tym przede wszystkim szerokości toru, dostępnych głębokości i planowanego prześwitu mostu. Można wymienić następujące klasy jednostek, które mogą potencjalnie, także w przyszłości być eksploatowane w badanym rejonie: 1. jednostki remontowane na terenie stoczni; 2. portowe jednostki pomocnicze w tym przeciwpożarowe; 3. jednostki żeglugi śródlądowej; 4. jednostki pasażerskie białej floty; 5. tabor pogłębiający; 6. jachty. Z analiz wykluczono jednostki grupy 4, 5 i 6, gdyż jest to rejon mało atrakcyjny dla jednostek turystycznych, a jednostki pogłębiające nie musza korzystać z przejścia pod mostem. 4.1. Jednostki remontowane na stoczni Gryfia i przechodzące w badanym rejonie Średnią jednostką, która może być eksploatowana w badanym rejonie jest jednostka do przewozu ładunków masowych, pod balastem, manewrująca w asyście holowników o parametrach: długość ok. 130m. szerokość ok. 20m. zanurzenie ok. 5m. wysokość nawodna ok. 30m. Przykładowe wysokości nawodne drobnicowców i masowców przedstawiono na rys. 4.1. 16

55 50 45 40 35 30 25 20 15 A [m] A = 16.54 Ln(L) - 50 R 2 = 0.6927 L [m] 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 Rys. 4.1. Wysokości nawodne drobnicowców i masowców pod balastem w zależności od ich długości Jako maksymalną jednostkę wchodząca na remont w rejon stoczni można uznać masowiec lub zbiornikowiec o parametrach: L=200m, B=30m, T=11,5m. Jednostka taka wchodzi pod balastem często minimalnym. Aby określić jej zanurzenie przeanalizowano kilka grup statków koncentrując się na średnicy śruby, gdyż ona zwykle decyduje o zanurzeniu maksymalnym na rufie statku. Śruba powinna być całkowicie zanurzona lub wynurzona w bardzo niewielkim stopniu do 10% średnicy co ma umożliwić efektywne wykorzystanie napędu głównego statku. Średnice śrub dla charakterystycznych masowców wynoszą: B-542 (LOA 195): 5.8m (niektóre 5.5m) B-545(LOA 195): 5.9m B-517 (LOA 198 'Kusociński'): 6.0m Można zatem przyjąć że minimalne zanurzenie balastowe przyjętych statków to Td=4,8m, Tr=5,8m. Tmax=Tr. Zanurzenie maksymalne może być zmniejszone do 5,2m. 4.2. Jednostki pomocnicze i przeciwpożarowe W badanym rejonie eksploatowane są portowe jednostki pomocnicze w tym holowniki i jednostki przeciwpożarowe (firmy ZUŻ i Project Żegluga - Fairplay). W tab.4.1 podano zestawienie polskich jednostek pomocniczych portowych i przeciwpożarowych. Podano także jednostki eksploatowane w Świnoujściu i sprzedane przez ZUŻ (Tryton). Na rys. 4.2. przedstawiono wysokości nawodne jednostek portowych pomocniczych. Na rys. 4.3. przedstawiono szerokości jednostek portowych pomocniczych. Tab. 4.1. Podstawowe parametry jednostek portowych i pomocniczych eksploatowanych lub potencjalnie mogących być eksploatowanymi w badanym rejonie Lp Armator Nazwa L [m] B [m] T [m] A [m] (szacunek) 1 Fairplay Atlant 35.5 9.4 3.8 11.5 2 Fairplay Argus 35.5 9.4 3.8 12 3 Fairplay Uran 30.8 10.2 3.8 18 4 Fairplay Serwal 25.4 6.8 3.6 9 5 Fairplay Serwal 3 29.9 6.6 3.7 15 6 Fairplay Fairplay IV 26.3 8.8 4.8 12 7 Fairplay Fairplay XV 26.3 8.8 4.8 15 8 Fairplay Fairplay XI 24.7 7.3 3.5 14 9 ZUŻ Tryton 28.3 9.8 4.8 17.5 10 ZUŻ Amon 35.7 9.3 5.2 12 11 ZUŻ Arion 35.7 9.3 5.2 13.5 12 ZUŻ Euros 29.3 8.7 4.6 14 13 ZUŻ Cyklop 28.5 8 3.9 13.5 14 ZUŻ Zeus 28.5 8 3.9 10.5 17

15 ZUŻ Goliat 31.6 8 3.9 12 16 ZUŻ Hermes 27.7 8.3 3.8 14 17 ZUŻ Mocny 27.7 8.3 3.8 13.5 18 ZUŻ Kuguar 23.5 6.8 3.6 11.5 19 ZUŻ Kornel 17.7 6.6 1.5 10 20 ZUŻ Strażak 24 31.1 6.8 1.9 16.5 21 bd Strażak 14 36.1 9.2 2.6 14.5 22 bd Strażak 2 17 3.8 1.6 7 23 Fairplay Strażak 26 37.4 9.3 3.6 18.5 24 bd Strażak 3 32 5.9 1.7 18 A - wysokość nawodna [m] 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 nr jednostki Rys. 4.2. Wysokości nawodne wybranych polskich jednostek pomocniczych i holowników (zaznaczono linię A=16m). 12 10 B - szerokość [m] 8 6 4 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 nr jednostki Rys. 4.3. Szerokości wybranych polskich jednostek pomocniczych i holowników (zaznaczono linię B=10m). 4.3. Jednostki śródlądowe W tab.4.2 przedstawiono podstawowe parametry jednostek śródlądowych eksploatowanych na odrzańskiej drodze wodnej. Parametr Parametry jednostek i zestawów śródlądowych Rodzaj jednostki Barka Pchacz Bizon+ BM pchana Bizon 2BP500 500 BP500 Nosorożec Fryderic Chopin L całkowita [m] 23.6 110.4 45.1 57 21 83 B [m] 8.28 8.98 8.98 7.53 8.9 9.5 T [m] 1.15 1.6 1.6 1.7 2.6 1.05 T pusta [m] 0.19 0.35 Tab. 4.2. 18

H pokład górny [m] 3.6 1.7 2 3 Wysokość nawodna maksym. [m] 3.8 3.47 4.95 ok. 7.5 4 H dziobu od kilu [m] 2.5 3.9 H dziób nad wodę zał. [m] 1.2 0.8 1.9 H dziób nad wodę pusta [m] 2.31 3.55 H dziób nada wodę ekstrem. trym [m] 3 4.1 Ładowność [t] 1000 500 485 Moc KM] 2x200 2x150 3x350 Liczba śrub 2 2 Stery 4 4 Prędkość [v] 5.6 5 9.7 4.4. Statki charakterystyczne Podsumowując analizę jednostek można określić charakterystyczne jednostki, które mogą być potencjalnie eksploatowane w rejonie lokalizacji mostu (tab. 4.3). Przyjęte do analizy jednostki i ich parametry Oznaczenie Typ L [m] B [m] T [m] A B C D Jednostka przechodząca do stoczni Holownik charakterystyczny Dwu-barkowy zastaw pchany (Bizon +2xBP500) Barka motorowa lub pasażerska 130 20 5 (pod balastem) Oznaczenie: v-prędkość podczas przejścia, A-wysokość nawodna. v [w] A [m] Manewrowość 3 20 umiarkowana 36 10 3,8 4 16 dobra 110 9 1,6 4 4 umiarkowana 80 9,5 2 4 4 dobra Tab. 4.3. Minimalne parametry dróg wodnych przedstawiono w tab. 4.4. Oczywiście limitującym parametrem jest prześwit pod mostem, który eliminuje z dalszych analiz jednostki A i B. Tab. 4.4. Przyjęte minimalne parametry dostępnego obszaru manewrowego w rejonie planowanego mostu Oznaczenie jednostki Szerokość D [m] Kat i promień skrętu Głębokość H [m] Prześwit [m] Obrotnica [m] A, B, C, D 50 nieznaczący 7-8m 4,85 nd. 5. Ocena bezpieczeństwa nawigacyjnego badanej koncepcji Jako warunki wyjściowe, charakterystyczne przyjęto średnie warunki niekorzystne dla danej lokalizacji, to jest: wiatr do 10 m/s (do 6 B), brak falowania, prąd słaby do 0,5m/s, widzialność dobra. W analizie szerokości dróg wodnych uwzględniono ruch jedno- i dwukierunkowy. Analizy przeprowadzono na podstawie dwóch kryteriów bezpieczeństwa nawigacji: 19

1. rozmiarów obszaru manewrowego (szerokość torów wodnych), 2. rozmiarów obszaru manewrowego (dostępnego prześwitu pod mostem). 5.1. Szerokości dróg wodnych Do obliczeń, mających na celu wyznaczenie szerokości bezpiecznego obszaru manewrowego statku charakterystycznego, wykorzystano trzy metody: Metodę PIANC; Metodę Kanadyjską; metodę uogólnionych badań symulacyjnych. Powyżej wymienione metody pozwalają na projektowanie dróg wodnych tak na odcinkach prostoliniowych jak i na zakolach. Algorytmy obliczeniowe zaimplementowane w metodach: PIANC i Kanadyjskiej oparto na zasadzie doboru stabelaryzowanych współczynników wyrażonych w krotności szerokości badanej jednostki. Spośród przedstawionych metod wyznaczania bezpiecznej szerokości drogi wodnej, jako metodę dokładniejszą można zarekomendować metodę PIANC [Gucma L., Montewka J., Ocena przydatności metod analitycznych do określania bezpiecznych parametrów dróg wodnych. Inżynieria Morska i Geotechnika, nr 1/2003]. 5.1.1. Metoda PIANC Metoda PIANC została zatwierdzona w 1995 r. przez międzynarodowe organizacje: PIANC (Permanent International Asscociation of Navigation Congresses), IAPH (International Association of Ports and Harbors), IMPA (International Maritime Pilots Association) oraz IALA (International Association of Lighthouse Authorities). Na odcinku prostoliniowym bezpieczna szerokość toru wodnego w dnie wyznaczana jest z zależności [Approach Channel 1997]: 9 d d + d + d + d [m]- ruch jednokierunkowy m i= 1 9 i= 1 i rz rc 2 d 2d + 2 d + d + d + d [m]- ruch dwukierunkowy m i rz rc gdzie: d m -podstawowa szerokość manewrowa, d rz -rezerwowa szerokość toru po stronie lewej, d rc -rezerwowa szerokość toru po stronie prawej. d i -dodatkowe poprawki szerokości toru, ze względu na: i=1 -prędkość statku, i=2 -przeważający wiatr poprzeczny, i=3 -przeważający prąd poprzeczny, i=4 -przeważający prąd wzdłużny, i=5 -wysokość i długość fali, i=6 -oznakowanie nawigacyjne i systemy kontroli i regulacji ruchu, i=7 -rodzaj dna, i=8 -stosunek głębokości akwenu do zanurzenia statku (h/t), i=9 -zagrożenie spowodowane przewożonym ładunkiem. d pj - składowe pasa rozgraniczającego na: j=1- prędkość statku, j=2- intensywność ruchu. j= 1 Modyfikacją dla zakoli toru wodnego jest określenie minimalnej szerokości manewrowej (d m ) w funkcji wychylenia steru i głębokości akwenu. Parametry zakola w metodzie PIANC nie zależą od kąta zwrotu na łuku [Gucma S., 2001]. pj 20