周驚慧（中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510230）

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汕頭港廣澳港區(qū)防波堤布局方案研究

周驚慧
（中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510230）

防波堤的建設主要為改善港區(qū)泊穩(wěn)環(huán)境，為港區(qū)泊位作業(yè)提供掩護條件。本文在充分考慮汕頭廣澳港區(qū)現(xiàn)狀、規(guī)劃及自然條件等基礎上，根據(jù)港區(qū)近遠期發(fā)展需要，研究防波堤布局方案，并結合波浪數(shù)學模型試驗，驗證優(yōu)化防波堤布局形態(tài)，同時就起步工程建設方案進行研究。

廣澳港區(qū)；防波堤；布局方案；波浪模型試驗

引　言

汕頭港航道一期工程已建設完成，航道方位角0°～180°，乘潮通航5萬t級集裝箱船。根據(jù)港區(qū)規(guī)劃，在濠江口東側規(guī)劃建設東、西兩條深水防波堤（即本文研究范圍），環(huán)抱形成港池。本文在充分考慮汕頭廣澳港區(qū)現(xiàn)狀、規(guī)劃及自然條件等基礎上，根據(jù)港區(qū)近遠期發(fā)展需要，結合波浪數(shù)學模型試驗，研究防波堤布局方案。

1　建設條件

該區(qū)水域開敞，波浪較大，波浪條件是影響防波堤設計和工程造價的最重要因素。工程區(qū)域波浪具有如下特征［4］：

1）工程區(qū)域的波浪主要集中在ENE～SSW；

2）常、強浪向為E～S向，出現(xiàn)的波浪頻率占總頻率的80.8%，其中，ESE方向占25.5%；

3）次常、強浪向出現(xiàn)在SSW、ENE向，出現(xiàn)的波浪頻率占總頻率的15%左右；

4）常見的波浪Hmax為1.0～2.9m，該波級的波浪頻率占73.4%，其中E～S 5個方位占60.8%。

1.1平面布局方案

本工程南臨廣闊南海，附近海域水深、浪大，防波堤的布置應能對工程區(qū)域的波浪形成有效的掩護，減少入射波對港內作業(yè)條件的影響，因此，防波堤口門的朝向應盡量避開常、強浪向（ENE～SSW），防波堤口門的寬度應盡量縮小。

圖1　擬建防波堤與港區(qū)現(xiàn)有工程關系

在防波堤的布置上綜合考慮以下幾點：1）充分考慮港區(qū)現(xiàn)狀條件；2）與港區(qū)總體布局規(guī)劃的符合性；3）在對滿足使用要求的前提下盡量節(jié)省工程投資。

1.2口門朝向

影響本工程常、強浪向為ENE～SSW向波浪。為此，防波堤口門考慮了兩個方案：南向口門方案防波堤口門方向朝正南向；西南向口門方案，在南向口門方案的基礎上將防波堤口門西移，并朝西南向布置。

兩個方案比較，南向口門方案對SE～SSW向浪的掩護效果相對西南向口門方案差，但現(xiàn)有航道等設施可不用改線；西南向口門方案較南向口門方案對E～S向波浪均能形成良好的掩護效果，但現(xiàn)有航道須進行改線。兩個方案均能滿足要求，結合港區(qū)規(guī)劃及現(xiàn)狀條件，防波堤口門近期考慮朝正南向布置。兩個方案S向2年一遇港內波高等值線分布見圖2、圖3。

圖2　正南口門2年一遇港內波高等值線

圖3　西南口門2年一遇港內波高等值線

1.3口門布局方案優(yōu)化

雙環(huán)抱南口門方案雖能滿足港區(qū)內建設及泊位泊穩(wěn)的要求，但對SE-SSW向浪的掩護效果不盡理想，口門設置對頻率較大的東南向來浪缺乏阻擋，故該方案的掩護效果存在著先天不足。因此，考慮在此方案的基礎上提出可能優(yōu)化措施如下：

1）通過開挖口門外水域，在口門外形成一定范圍的喇叭狀深水區(qū)，使外海傳來的波浪在口門外的深水區(qū)得以擴散，從而減弱傳入港內的波能；

2）將外東防波堤自堤頭轉向南延伸，可有效屏蔽ESE-SSE向的波浪；

3）進一步將西防波堤自堤頭向南延伸，東、西均向南延伸加長的防波堤布置可有效屏蔽除S向浪外的任何方向的波浪見圖4、圖5。

圖4　口門優(yōu)化研究方案一

圖5　口門優(yōu)化研究方案二

兩個方案由于口門朝向均為正南方，未能完全遮擋S向的波浪。廣澳港區(qū)近期重點建設東部港區(qū)，主要包括一港池東部岸線及二港池，則防波堤的布置應強調對港區(qū)東部的掩護。另一方面，廣澳港區(qū)一期主航道及配套工程的設計目前已完成，其疏浚工程已接近尾聲，航道的走向為0°～180°，可直接連接廣澳港區(qū)東部在建的5萬t級碼頭，滿足船舶大型化的需要。因此，近期，外東防波堤可僅建設一部分，防波堤口門朝正南布置，與規(guī)劃布置方案一致，對港區(qū)東部區(qū)域形成有效的掩護，同時維持一期航道走向不變；未來隨著廣澳港區(qū)的建設，再將外東防波堤向西順延，與西防波堤口門段呈交叉布置，口門朝向SW，以優(yōu)化港內泊穩(wěn)條件，航道走向調整后，也能滿足遠期港區(qū)內船舶進出港要求。為此，提出了對東防波堤軸線進行適當偏轉，預留防波堤口門未來轉向朝西南的布置方案，在滿足近期項目開發(fā)建設的掩護需要的同時，又預留了未來通過航道軸線的調整。該方案既符合總體規(guī)劃，又為港區(qū)發(fā)展留有充分的余地。

從遠期港區(qū)總體布局規(guī)劃看，防波堤口門朝西南向較口門朝南側優(yōu)，口門朝西南向能有效掩護E～S常、強浪向直接入射到港區(qū)內碼頭前沿；而口門朝南向，對高頻率南向波浪的掩護效果較差，特別是一港池北側岸線及二突堤東側岸線，將直接受南向波浪作用，難以保障港區(qū)內部分碼頭的可作業(yè)天數(shù)，對水工結構及碼頭面高程、陸域高程都有一定影響，工程整體投資較大。

遠期航道進行改線，東防波堤順軸線延長，有效掩護東南向來浪，全面優(yōu)化港區(qū)的掩護條件。優(yōu)化后的防波堤布置見圖6、圖7。

圖6　防波堤軸線布置優(yōu)化方案一

圖7　防波堤軸線布置優(yōu)化方案二

2　波浪整體物理模型試驗

為了確定經濟、安全、合理的防波堤布局方案，針對近期與遠期防波堤軸線布置方案，進行了波浪整體物理模型試驗。港池測點布置如圖8。

圖8　測點編號（兩個方案一致）

分別對原方案及優(yōu)化方案試驗觀測，得到 50年一遇波浪作用下碼頭前沿最大設計波要素，見表1、表2。對比分析可知：遠期口門朝向西南，能更有效降低碼頭前沿波高，提高港區(qū)泊穩(wěn)作業(yè)條件，增加可作業(yè)天數(shù)，對港區(qū)形成更有效的掩護。

表1　原方案設計高水位最大波要素

表 2 優(yōu)化方案設計高水位時最大波要素

圖9　優(yōu)化前S向2年一遇港內波高等值線

圖10　優(yōu)化前SSW向2年一遇港內波高等值線

圖11　優(yōu)化后SW向2年一遇港內波高等值線

圖12　優(yōu)化后SSW向2年一遇港內波高等值線

3　工程建設起步方案研究

為降低工程建設初期投資，從節(jié)省工程投資、對港區(qū)內形成有效掩護出發(fā)，對防波堤的布置進行了充分的研究論證，提出建設單側防波堤、雙側防波堤兩種思路的方案比選，論證了外東、西防波堤分期建設的可行性。為此，考慮了同時建設外東和西防波堤、只建外東防波堤、只建西防波堤等3個方案，見圖13～圖15。

1）外東、西防波堤均建設后，SSE～SSW向浪對港內泊穩(wěn)條件有一定影響，但基本不影響港區(qū)規(guī)劃岸線的開發(fā)建設，整體效益較好。

2）只建西防波堤方案未能對E～S向浪形成有效掩護，對船舶泊穩(wěn)不利，尤其不利于集裝箱船舶的靠泊作業(yè)，且港內設計波浪大，港內碼頭、護岸等水工結構建設成本增加。此外，規(guī)劃三港池（已建東防波堤與規(guī)劃外東防波堤之間）內的泊位均不能建設，整體效益較差。

3）只建外東防波堤方案未能對W～S向浪形成有效掩護，不利于船舶泊穩(wěn)，且防波堤建成后，港區(qū)可開發(fā)岸線有限，建設條件不理想，綜合效益相比最差。

圖13　S向2年一遇港內波高等值線

圖14　SE向2年一遇港內波高等值線

圖15　S向2年一遇港內波高等值線

結果表明，由于港區(qū)處于開敞水域，從港內泊穩(wěn)條件的角度分析，建設環(huán)抱型雙防波堤是有必要的，因此按照東西防波堤均建設方案。

4　結 語

防波堤工程作為重要的公共基礎設施，對港區(qū)整體開發(fā)建設具有重要的意義。合理的布局方案無論從改善港內泊穩(wěn)環(huán)境，還是合理利用工程投資，都具有重要的意義。

考慮為港區(qū)提供理想的泊穩(wěn)條件，廣澳港區(qū)需要建設雙防波堤，同時合理的口門朝向為西南向。這與現(xiàn)有港區(qū)規(guī)劃存在一定的不符合性，因此在后續(xù)港區(qū)建設和規(guī)劃中，需進一步加強基礎資料的收集同時加強論證，進一步研究港區(qū)合理的布局方案。

［1］JTJ 211-99 海港總平面設計規(guī)范［S］.

［2］JTJ 298-98 防波堤設計與施工規(guī)范［S］.

［3］中交第二航務工程勘察設計院有限公司.汕頭港廣澳港區(qū)防波堤工程可行性研究報告［R］.2009，9.

［4］河海大學.汕頭港廣澳港區(qū)防波堤工程設計波浪及港內波高計算報告［R］.南京，2009，9.

［5］河海大學和上海河口海岸科學研究中心.汕頭港廣澳港區(qū)防波堤工程［R］.

［6］波浪整體物理模型試驗［R］.南京，2009.

Study on Breakwater Layout of Shantou Port GuangAo Harbor

Zhou Jinghui
（CCCC-FHDI Engineering Co.Ltd.，Guangdong Guangzhou 510230，China）

The construction of breakwater mainly improves the mooring environment and shields the berth operation in harbor.Based on the status，planning and natural conditions of Shantou port GuangAo harbor，to meet the requirements for short and long term port development，the breakwater layout is studied，which is combined with a wave mathematical model test to verify and optimize the breakwater layout.Meanwhile，the construction option for the starting project is taken into consideration.

GuangAo harbor； breakwater； layout scheme； wave model test

U651+.3

A

1004-9592（2016）04-0015-05

10.16403/j.cnki.ggjs20160404

2016-03-15

周驚慧（1982-），男，高級工程師，主要從事港口工程設計與咨詢工作。