王連成，夏悟民

（1.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222；2.中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510230）

高沙嶺港區(qū)是天津港的一部分，其北部區(qū)域港界北起津晉高速延長線，西至海濱大道為界，南以海濱浴場東已建的南導堤為界。南部獨流減河北岸預留發(fā)展區(qū)西至海濱大道，陸域至獨流減河河口北治導線向北1.5 km。

1 一字形口門（方案1）

根據(jù)港口發(fā)展規(guī)模及原近期總體布局，并考慮填海造陸需要，初步確定了防波堤布置方案，其軸線距東外堤3 km，并以主航道為界分為北防波堤和南防波堤。為便于船舶航行及將來外堤的延伸，防波堤口門采取“一”字形正向布置方式（見圖1），寬度暫定為1km。在規(guī)劃方案的基礎上進行了模型試驗，發(fā)現(xiàn)了以下問題：

圖1 方案1布置示意圖

1）漲初時水流經(jīng)由口門進入港內，受港外迅速升高的潮位影響，在口門內外產(chǎn)生一定的水位差，使流經(jīng)口門進入港區(qū)的潮流產(chǎn)生最大為1.92m/s的較強流速。

2）受口門區(qū)較強水流影響，防波堤與港池之間的公共水域產(chǎn)生較大范圍的回流，其中在中～南港池之間公共水域初始回流范圍為2 km×1.5 km，最大強度1.26～1.35m/s。

3）由于口門與港池距離較近，使得較強進港水流直接面對中港池，其對中港池的影響非常明顯。

這樣強的水流對船舶進出靠泊均會產(chǎn)生不利影響。為優(yōu)化口門布置，參考以往經(jīng)驗采取了針對性措施，以減小口門流速，以及由口門較強流速產(chǎn)生的港內較強回流對船舶進出的影響。為驗證工程措施的效果，進行了模型試驗。通過研究得到了一些關于防波堤口門設計的經(jīng)驗，可為今后類似工作提供參考。

2 延伸防波堤（方案1優(yōu)化）

2.1 方案1a布置形式

在設計方案1的基礎上，在兩側堤頭分別平行于航道進行延伸，其中北堤延長1.664 km，南堤延長1.784 km?？陂T寬1000m（如圖2、圖3）。

2.2 優(yōu)化方案試驗結果分析

從試驗結果來看，在原設計方案基礎上通過延長防波堤的方式來改善口門段流速并未取得效果，其最大流速區(qū)域范圍隨著防波堤的加長而延伸，但是由于防波堤的延長，中港池及港內流態(tài)得到一定的改善。平均流速和最大流速分布見圖4、圖5。

3 “八”字形口門（方案2）

3.1 布置形式

在防波堤3+345～5+845設置進出港口門，口門采用“八”字形的布置形式（見圖6），其中北斜堤長1000m，南斜堤長1218m，口門寬度1000m。

3.2 試驗結果分析

漲潮時，水流經(jīng)由口門段“八”字型防波堤段進入港內，由于口門防波堤平順水流的作用，使口門段航道流速有了一定程度的減小，其最大為1.79m/s。

從港內流場來看，進港水流在口門內南、北兩側分別形成回流。兩回流初始范圍小，但強度均在1.00m/s以上。至漲急時兩側回流范圍逐步增大，其北側的回流平均強度在0.50m/s左右，南側回流平均強度略大在0.70m/s。

中港池在漲潮時，中港池端部流速最大值達1.10m/s左右，同時港內產(chǎn)生多處回流，最大范圍至港內2.0～3.0 km，最大強度0.77m/s。港內中部以里水域流速相對較小，平均流速在0.20m/s以內。

從方案2的試驗結果來看，方案采用的“八”字口門可以有效減小口門水流對港池的影響，但口門段防波堤內同樣存在著較強的水流。

4 局部浚深措施（方案2優(yōu)化）

4.1 布置原則

在方案2的基礎上，在“一”字口門開始拓寬至方案口門處，與航道水深相同（如圖7、圖8）。

圖7 方案2a布置示意圖

圖8 方案2a特征點布置示意圖

4.2 試驗結果分析

通過對口門段航道進行拓寬的方式較大地改善了口門段水流條件，但是該段依然保持較大流速（見表1）。

表1 特征點流速流向匯總表

5 增加口門寬度（方案2優(yōu)化）

5.1 布置原則

以方案2a為基礎，在“一”字口門開始拓寬航道至方案口門外，與航道水深相同，其口門寬度沿原方案2口門堤頭兩點的連線向兩側分別放寬至1400m（方案2b）和1600m（方案2c），見圖9、圖10。

圖9 方案2b布置示意圖

圖10 方案2c布置示意圖

5.2 試驗結果分析

通過放寬口門尺度以及對口門航道進行局部拓寬這兩種工程措施同時進行，特別是調整口門寬度的方式能夠根本上改善水流條件（見表2）。

表2 特征點流速流向匯總表

6 減小港內水域面積（方案3）

6.1 布置原則

與方案1相比較，該方案港域面積有所減小，將南港池以南的公共水域以及人工湖水域從方案中分離出去（如圖11）。

圖11 方案3布置示意圖

6.2 試驗結果分析

通過試驗發(fā)現(xiàn)，由于港內水域的大幅減少（減幅約為43%），口門航道平均流速及其最大流速都有相應的變化。和方案1比較：平均流速由1.17m/s降低至0.64m/s，最大流速也由1.92m/s降低至1.42m/s。受口門流速降低的影響，中港池端部的最大流速僅為0.51m/s。

7 結語

1）方案1、2的試驗結果表明：口門及其港內較大流速的出現(xiàn)是因為港域面積較大，所需的納潮水體大，而口門及航道尺度限制造成過水斷面較小所致。

2）通過對兩方案進行的多組優(yōu)化試驗表明：在窄口門條件下進行延伸防波堤的方式并不能明顯減小口門區(qū)域流速，隨著防波堤的延伸，其最大流速區(qū)域也在相應的延伸；通過對口門段航道進行局部拓寬，增大水流進出港的過水斷面能夠起到降低進出港水流強度的目的。通過調整口門寬度的方式能夠根本上改善水流條件。

3）從兩種口門布局形式來看，由于“八”字口門延長了口門和中港池之間的距離，對口門處較強水流對中港池及港內潮流場影響起到一定的消減作用。而且其外窄內寬的設置能起到分散水流對港內影響的作用，因此對于口門布置形式，建議采用“八”字的布置形式。

[1] 天津臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)圍海工程水動力及工程泥沙研究[R].交通部天津水運工程科學研究所，2007.

[2] 天津臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)工程方案潮流物理模型試驗研究[R].交通部天津水運工程科學研究所，2008.

[3] 天津臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)波浪物理模型試驗研究報告[R].交通部天津水運工程科學研究所，2008.

[4] 天津臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)波浪數(shù)學模型研究報告[R].交通部天津水運工程科學研究所，2008.

[5] 臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)補充方案潮流計算[R].交通部天津水運工程科學研究所，2010.

[6] 天津臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)與工業(yè)區(qū)航道潮流數(shù)學模型計算與泥沙回淤分析[R].交通部天津水運工程科學研究所，2009.