■楊 金

(福建省羅嶼港口開發(fā)有限公司，莆田 351153)

莆田港東吳港區(qū)羅嶼作業(yè)區(qū)9號、10號泊位工程平面布置方案研究

■楊 金1,2

(福建省羅嶼港口開發(fā)有限公司，莆田 351153)

作為福建省“兩集兩散兩液”港口布局中“一散”的核心作業(yè)區(qū)，羅嶼作業(yè)區(qū)9-10#泊位工程擬建設(shè)1個30萬噸級及1個10萬噸級鐵礦石散貨泊位及相應(yīng)的配套設(shè)施，在工程規(guī)劃設(shè)計過程中，碼頭平面優(yōu)化布置是難點和關(guān)鍵。論文針對羅嶼作業(yè)區(qū)9-10#泊位實際特點和鐵礦石散貨運輸裝卸特點，對碼頭平面布置的主要影響因素進行分析，探討碼頭岸線布置方案、水域布置方案以及陸域布置各種方案的主要特點和不足，研究成果可供其他類似工程規(guī)劃設(shè)計參考。

莆田港 作業(yè)區(qū) 影響因素 平面布置 方案研究

莆田港是中國東南沿海和海峽西岸港口群的重要組成部分，港區(qū)位于福建省沿海中部湄洲灣內(nèi)，東臨臺灣海峽(圖 1)，轄湄洲灣(北岸)、平海灣、興化灣三大港灣，全港包括秀嶼港區(qū)、東吳港區(qū)、三江口港區(qū)以及楓亭作業(yè)區(qū)、湄洲島作業(yè)區(qū)，是福建沿海地區(qū)重要港口。其主體港區(qū)-秀嶼港區(qū)位于北緯 25°12'，東經(jīng) 118°59'，水路東距臺中港、基隆港、高雄港分別為88、178、194海里，北距上海港510海里，南距香港397海里。

圖1 工程地理位置圖

東吳港區(qū)包括東吳、羅嶼兩個作業(yè)區(qū)及湄州、文甲兩港點。羅嶼作業(yè)區(qū)北起羅嶼北側(cè)，南至白嶼南端，東與塔林隔水相望，西側(cè)緊臨湄洲灣主航道，地理坐標(biāo)約為東經(jīng)119°00′09″～119°01′55″，北緯 25°09′37″～25°11′54″。 羅嶼島面積0.86km2，環(huán)島嶼天然岸線長度4.4km，西側(cè)主槽水深15～25m，具有良好的建設(shè)大型深水泊位岸線資源。

本工程位于羅嶼島西北側(cè)岸線，兩端分別與8號泊位和11號泊位相鄰。東西兩側(cè)分別為電廠煤炭過駁專用航道和湄州灣主航道。該作業(yè)區(qū)緊臨湄洲灣公用主航道，岸線順直，水深達25m左右，掩護條件優(yōu)越，港池水域開闊，水域可挖性良好，港池開挖量及疏浚量較少，岸段覆蓋層薄，基巖面埋藏淺，地質(zhì)條件好，適合采用重力式沉箱結(jié)構(gòu)。

本文以羅嶼作業(yè)區(qū)9-10號泊位工程平面布置方案研究為例，分析碼頭平面布置的影響因素，探討9號、10號泊位高效、安全、環(huán)保的平面布置方案，并深入總結(jié)碼頭平面布置的特點和不足，以期為類似工程平面布置提供參考。

1 工程概況

羅嶼作業(yè)區(qū)北起羅嶼北側(cè)，南至白嶼南端，東與塔林隔水相望，西側(cè)緊臨湄洲灣主航道 (圖2)。羅嶼島面積0.86km2，環(huán)島嶼天然岸線長度4.4km，西側(cè)主槽水深15～25m，具有良好的建設(shè)大型深水泊位岸線資源。9號、10號泊位工程位于羅嶼島的西北側(cè)。目前，東吳港區(qū)羅嶼作業(yè)區(qū)所有港口岸線均處于自然狀態(tài)，待大力開發(fā)。

圖2 工程區(qū)域位置圖

2 影響因素分析

碼頭平面布局需依據(jù)碼頭所在海域的工程地質(zhì)和水深條件，結(jié)合港區(qū)總體規(guī)劃的定位和功能需求綜合確定。

2.1 自然條件

(1)波浪

湄洲灣是一個深入內(nèi)陸的狹長形海灣，按照地形條件來劃分，湄洲灣大竹島至青蘭山半島一線以北為灣內(nèi)，而大竹島至青蘭山半島一線以南至劍嶼的水域為灣口段。灣內(nèi)以風(fēng)浪為主，常浪向NE向，頻率26%，實測最大波高1.4m；次常浪向ENE向，頻率17%，實測最大波高1.2m。灣口外海域波浪強浪向為SE向，最大波高為6.5m，其次為NE向，最大波高為6.3m。

(2)潮流

東吳港區(qū)附近海域，漲潮主流向一般在10～25°之間，落潮主流向一般在190～200°之間。大潮期間實測漲潮最大垂線流速為 0.97～1.01m/s，流向 15～25°，落潮最大垂線流速為 0.94～1.03m/s，流向為 192～200°；小潮期間，漲潮最大垂線流速為 0.59～0.67m/s，流向 11～16°，落潮最大垂線流速為 0.50～0.65 m/s，流向為 192～199°。

(3)自然水深和泥沙淤積

湄州灣東吳港區(qū)羅嶼作業(yè)區(qū)9號泊位港池自然水深在 21.00～26.00m之間，10號泊位港池自然水深為20.00m。根據(jù)規(guī)劃港區(qū)附近水域2006年4月水文泥沙測驗成果，工程海區(qū)含沙量平均值為0.0271kg/m3。進出湄洲灣的泥沙基本趨于相對平衡，相對于納潮量而言，湄洲灣水域沙量很少，是少沙清水的海灣。

碼頭平面布置首先應(yīng)充分考慮上述波浪、潮流和自然水深、泥沙淤積等自然條件，進行科學(xué)合理設(shè)計。按照《海港總平面設(shè)計規(guī)范》(JTJ 211-99)和《開敞式碼頭設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)程》(JTJ 295-2000)，碼頭面高程設(shè)計應(yīng)滿足碼頭面不被波浪淹沒的要求[3-4]。此外，碼頭前沿停泊水域設(shè)計底高程和碼頭前沿回旋水域設(shè)計泥面高程應(yīng)滿足相應(yīng)船舶不觸底的要求。10號泊位港池自然水深為20.00m，能滿足停泊要求，不需疏浚挖泥。9號泊位港池自然水深在21.00～26.00m之間，尚有局部水深不能滿足設(shè)計要求，需挖深1.00～2.50m左右，港池疏浚量約10.90萬m3。

2.2 莆田港總體規(guī)劃及相鄰工程影響

9號、10號泊位工程位于莆田港東吳港區(qū)羅嶼作業(yè)區(qū)，羅嶼作業(yè)區(qū)規(guī)劃為一個具備大宗干散貨物的裝卸、儲運功能，服務(wù)后方臨港工業(yè)及腹地產(chǎn)業(yè)的運輸需求，并具備大宗貨物中轉(zhuǎn)運輸功能的大型專業(yè)化商業(yè)運輸港區(qū)。此前，東吳港區(qū)羅嶼作業(yè)區(qū)所有港口岸線均仍處于自然狀態(tài)。規(guī)劃布置大中型散貨泊位15個，形成岸線長4185m，總體陸域面積約4.3km2。具體布置如下：羅嶼東北端沿10m等深線形成岸線1570m，布置5～15萬噸級散貨泊位 6個(圖 3)。

羅嶼西北側(cè)向南順流延伸形成岸線約2615m，布設(shè)5～25萬噸級及以上大型干散貨泊位約9個。白嶼南端依潮流方向折線建設(shè)護岸，至其東側(cè)后大致沿地形及2m等深線轉(zhuǎn)向北，沿羅嶼地形延伸至羅嶼大橋，此段岸線長約1800m，規(guī)劃為港口岸線，可布設(shè)小型散貨泊位約10個。9號、10號泊位工程南側(cè)為8號泊位用地，北側(cè)為11號～15號泊位用地 (待建設(shè))。鑒于碼頭建設(shè)的永久性特點，進行9號、10號泊位總平面布置時，需詳細分析上述總體規(guī)劃以及探析本工程對相鄰待建設(shè)工程的可能影響。除了9、10號泊位工程，未來羅嶼作業(yè)區(qū)還會新建其他泊位工程，因此道路、堆場等布置不僅要滿足9、10號泊位工程的要求，更要與遠期發(fā)展的目標(biāo)相協(xié)調(diào)，使得羅嶼工作區(qū)的港口岸線得到最大限度的利用，發(fā)揮應(yīng)有的社會經(jīng)濟效益。

圖3 莆田港東吳港區(qū)羅嶼作業(yè)區(qū)規(guī)劃圖

3 平面布局

羅嶼作業(yè)區(qū)9號、10號泊位的平面布局首先以 《莆田港總體規(guī)劃》和《湄洲灣(南北岸)港區(qū)控制性詳細規(guī)劃》為依據(jù)，滿足國家和當(dāng)?shù)卣挠嘘P(guān)規(guī)定；合理利用岸線和土地資源，本著節(jié)省工程投資；統(tǒng)籌兼顧處理本工程與相鄰后續(xù)工程的關(guān)系，近期建設(shè)與遠期規(guī)劃的協(xié)調(diào)。

3.1 碼頭平面布置方案

根據(jù)設(shè)計方案，羅嶼9#-10#散貨作業(yè)區(qū)西側(cè)岸線為南北走向，碼頭前沿線方位角為7～187°；西北側(cè)岸線緊鄰西側(cè)岸線端部，碼頭前沿線方位角為58～238°。碼頭設(shè)計考慮件雜泊位前沿線順浪布置，碼頭受NE向(常、強浪向)波浪的作用最小。而散貨泊位布置在西側(cè)岸線，受件雜泊位的掩護，NE向波浪對其影響較小，可以提高泊位利用率。

(1)碼頭岸線布置

9號泊位為30萬噸級散貨泊位，水工碼頭結(jié)構(gòu)按靠泊40萬噸級散貨船設(shè)計，泊位長度總長386m，碼頭前沿線位于自然泥面約-20.00～-26.00m處，前沿線方位角為N186.98～6.98°。10號泊位為10萬噸級散貨碼頭岸壁，泊位長度為275m，碼頭前沿線位于自然泥面約-20.00m處，方位角在N59.18～239.18°之間，與9號泊位前沿線呈127.80°夾角。碼頭面高程以應(yīng)滿足碼頭面不被波浪淹沒的要求計算，考慮到羅嶼作業(yè)區(qū)掩護效果良好，按照有掩護港口進行復(fù)核，終定碼頭面高程為9.00m(采用秀嶼理論最低潮面為基準面)。碼頭采用卸船機裝卸，皮帶機水平運輸，斗輪機堆取料，移動式裝車機裝火車，通過鐵路疏運出港。

(2)水域布置

碼頭前沿停泊水域?qū)挾热≡O(shè)計代表船型的兩倍船寬，9號泊位取116m，泊位前沿設(shè)計泥面高程取-23.50m，需局部疏浚挖泥；10號泊位取86m，泊位前沿設(shè)計泥面高程-18.50m，完全利用自然水深。

回旋水域采用圓形布置，9號泊位回旋圓直徑取678m，回旋水域設(shè)計泥面高程-18.30m(近期與進港航道一致，可滿足本工程船舶通航要求)，完全利用自然水深，但回旋水域需占用部分航道水域；10號泊位回旋圓直徑取500m，回旋水域設(shè)計泥面高程-12.00m，完全利用自然水深。水域平面布置圖如圖4所示。

圖4 水域平面布置圖

(3)陸域布置

本工程后方陸域呈不規(guī)則形狀，縱深約1153.3m，寬度約386.0m。在北側(cè)、東側(cè)和南側(cè)新建圍堤與西側(cè)碼頭和南側(cè)羅嶼島連接形成港區(qū)陸域，新建圍堤長1638.1m，形成陸域總面積約45.64萬m2。根據(jù)港區(qū)生產(chǎn)作業(yè)的要求，后方陸域主要布置了碼頭前方作業(yè)地帶、堆場區(qū)、鐵路裝車區(qū)、生產(chǎn)及生活輔助區(qū)。

9號泊位為專業(yè)化的大型散貨卸船泊位，碼頭結(jié)構(gòu)采用沉箱結(jié)構(gòu)，碼頭上卸船機軌距為30m，前軌距碼頭前沿4m。綜合考慮工藝要求、碼頭結(jié)構(gòu)要求、車輛行使要求等因素，碼頭前方作業(yè)地帶寬度確定為37m。10號泊位為碼頭岸壁，碼頭結(jié)構(gòu)采用沉箱結(jié)構(gòu)，碼頭上裝船機軌距為20m，前軌距碼頭前沿3.5m。

礦石堆場布置是碼頭平面布置方案中的關(guān)鍵問題，影響整個工程的投資和碼頭的運行效率。因此設(shè)計過程中對兩個礦石堆場布置方案進行了比選論證。二者堆場區(qū)均布置在港區(qū)中間，呈東西向布置，長966.5m，寬327m。不同之處在于，方案一：堆場內(nèi)共布置4條堆取合一的斗輪機基礎(chǔ)，5幅堆場，其中北側(cè)2條斗輪機基礎(chǔ)預(yù)留，2幅堆場預(yù)留。斗輪機基礎(chǔ)長830.5m，基礎(chǔ)間距63m；方案二：堆場內(nèi)共布置2條堆料的斗輪機基礎(chǔ)，3條取料的斗輪機基礎(chǔ)，4幅堆場，其中北側(cè)1條堆料的和1條取料的斗輪機基礎(chǔ)預(yù)留，2幅堆場預(yù)留。堆料的斗輪機基礎(chǔ)長825.5m，取料的斗輪機基礎(chǔ)長725.5m，基礎(chǔ)間距68.5m。

堆場布置方案的比選分析：

以上的兩個堆場布置方案在技術(shù)上都具有可行性，但從工藝布置、工藝系統(tǒng)投資、堆場設(shè)備地基加固和基礎(chǔ)投資、堆場容量、設(shè)備維護及管理等多方面深入比較后，發(fā)現(xiàn)方案一不但工藝系統(tǒng)設(shè)備購置費用及道堆基礎(chǔ)投資均比方案二低，而且堆場容量比方案二多，機型統(tǒng)一，設(shè)備利用率高，設(shè)備維護管理也較為便利。雖然方案一堆場采用堆取合一形式設(shè)備數(shù)量及作業(yè)線少，但已滿足作業(yè)線數(shù)量要求，在使用過程中只要加強管理和調(diào)度工作完全可以滿足生產(chǎn)要求。因此，無論是從節(jié)省工程投資方面，還是碼頭運行效率方面，方案一毫無疑問是最優(yōu)堆場布置方案。

為與羅嶼跨海鐵路大橋良好銜接，港區(qū)鐵路裝車區(qū)設(shè)于堆場區(qū)南側(cè)，進港區(qū)時曲率半徑為400m。港區(qū)鐵路線與堆場區(qū)斗輪機基礎(chǔ)平行，共設(shè)3股線，每條裝車線可滿足47節(jié)車廂同時裝車。鐵路裝車采用移動式裝車機，裝車機軌道基礎(chǔ)布置在鐵路裝車線北側(cè)。港區(qū)公路環(huán)形布置，寬7m，與羅嶼跨海公路大橋銜接。

生產(chǎn)區(qū)(包括堆場區(qū)和鐵路裝車區(qū))設(shè)于港區(qū)中間，在生產(chǎn)區(qū)西端布置8座轉(zhuǎn)運站、11條廊道、生產(chǎn)污水處理站和變電所，在生產(chǎn)區(qū)東端布置3座平臺和1座調(diào)節(jié)池。輔建區(qū)基于為生產(chǎn)服務(wù)、布局合理、節(jié)約投資以及人與自然相濡相容的原則，設(shè)于港區(qū)東端，北側(cè)為生產(chǎn)輔助區(qū)，布置機修車間、工具材料庫、油污水處理站等，南側(cè)為生活輔助區(qū)，布置綜合樓、食堂浴室、變電所等。陸域總平面布置圖如圖5。

3.2 平面布置方案特點

(1)深水深用

9號泊位前沿自然水深達20.00～26.00m，前沿水域開闊，具備建設(shè)超大型散貨泊位的水域條件。目前湄洲灣主航道為25萬噸級，已立項的湄洲灣航道三期工程(擬建40萬噸級航道)為9號泊位建設(shè)超大型散貨泊位創(chuàng)造了航道條件。從世界散貨船型發(fā)展趨勢看，散貨船舶大型化成為主方向，散貨船舶大型化將會節(jié)約大量的運輸成本。再者，本工程宜采用的重力式結(jié)構(gòu)型碼頭一旦建成，就很難提高碼頭的靠泊等級。因此，為了充分利用深水岸線資源，本階段9號泊位碼頭結(jié)構(gòu)按靠泊40萬噸級散貨船設(shè)計，泊位前沿泥面設(shè)計高程取-23.50m。

(2)滿足節(jié)能的要求

港區(qū)平面布置合理，為裝卸工藝提供最便捷的通道及裝卸機械作業(yè)用地，最大化避免了各種設(shè)備在空、重載條件下的無為行駛。工藝方案的裝卸生產(chǎn)設(shè)計可比能源綜合單耗指標(biāo)均低于《港口基本建設(shè)(技術(shù)改造)工程項目設(shè)計能源綜合單耗評價》中的國家一級標(biāo)準指標(biāo)3.6 tce/萬t吞吐量，達到國內(nèi)的先進水平[5-6]。

(3)近期工程與遠期工程規(guī)劃并行

本工程實施前，東吳港區(qū)羅嶼作業(yè)區(qū)所有港口岸線均仍處于自然狀態(tài)，近期工程實施的同時，遠期規(guī)劃亦勢在必行。根據(jù)對本工程經(jīng)濟腹地形勢分析和吞吐量預(yù)測情況，對本工程進行總體布局規(guī)劃，重點實施近期工程內(nèi)容，預(yù)留遠期工程位置。

由于羅嶼作業(yè)區(qū)總體功能規(guī)劃為大型干散貨作業(yè)區(qū)，另結(jié)合規(guī)劃的集疏運條件和鐵礦石流量流向，在近期礦石堆場北側(cè)預(yù)留遠期礦石堆場，考慮10號泊位預(yù)留發(fā)展成專業(yè)化鐵礦石裝船泊位的條件。同時，由于10號泊位與后續(xù)11～15號泊位相鄰，而后續(xù)泊位以卸船功能為主，因此為適應(yīng)發(fā)展的靈活性，設(shè)計考慮10號泊位水工結(jié)構(gòu)預(yù)留采用橋式抓斗卸船機的承載要求。

圖5 陸域平面布置圖

(4)道路、輔建區(qū)布置效果良好

港區(qū)內(nèi)部道路布置采用環(huán)狀布置，滿足消防要求和方便運營管理。堆場出場裝車帶式輸送機從堆場西側(cè)端部出場，使得帶式輸送機驅(qū)動裝置及落料點相對集中，有利于流程的集中控制和除塵，更重要的是，為后方生產(chǎn)生活輔助區(qū)創(chuàng)造了舒適環(huán)境。

(5)布置方案不足

為滿足船舶安全進出港的操作要求，9號泊位船舶回旋水域按圓形布置，直徑為678m。9號泊位前沿線距航道邊線約440m，因此回旋水域需占用部分航道水域，船舶回旋作業(yè)時如協(xié)調(diào)不當(dāng)，會與航行在該水域的過往船舶發(fā)生碰撞等事故，還可能對碼頭前沿裝卸機械造成損害。因此在本工程建設(shè)的同時，應(yīng)同步建設(shè)水上交通管理設(shè)施和充實監(jiān)管力量，建立先進、有效的安全監(jiān)管設(shè)施，從而形成完善的安全保障體系[7]。根據(jù)規(guī)劃岸線布置，9號泊位和10號泊位之間有一128°夾角，雖然根據(jù)《湄洲灣羅嶼15萬噸級散貨碼頭工程數(shù)值模擬研究》流場分布結(jié)果分析，9號、10號泊位水流總體基本平順，但由于處于Y型水道落潮匯流點附近，且由于128°夾角的存在，轉(zhuǎn)角附近流態(tài)相對較為復(fù)雜，轉(zhuǎn)折處水域可能產(chǎn)生局部回流，漲急和落急時段可能會對船舶的靠離泊和系泊帶來不利影響[8]。因此，建議盡快進行碼頭水域水文泥沙測驗，并針對本工程進行數(shù)學(xué)模型計算，以全面掌握工程實施前后的流場分布情況，確定合理設(shè)計流速，并為船舶安全靠、離泊及系泊作業(yè)提供可靠的基礎(chǔ)資料。

4 結(jié)語

莆田港東吳港區(qū)羅嶼作業(yè)區(qū)9號、10號泊位工程平面布置充分考慮了自然條件、莆田港總體規(guī)劃的影響，將近期工程與遠期工程發(fā)展有機結(jié)合。9號泊位碼頭結(jié)構(gòu)按靠泊30萬噸級散貨船設(shè)計、預(yù)留遠期堆場、預(yù)留10號泊位水工結(jié)構(gòu)采用橋式抓斗卸船機的承載要求，最大限度利用了羅嶼作業(yè)區(qū)的深水岸線資源。堆場區(qū)、鐵路裝車區(qū)以及輔建區(qū)布置有序，完美契合，在碼頭高效運轉(zhuǎn)的情況下，亦能達到安全、環(huán)保和節(jié)能的效果，充分體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的海岸帶、海洋開發(fā)戰(zhàn)略。該泊位工程設(shè)計經(jīng)驗可為類似工程平面布置提供參考。

[1]交通部規(guī)劃研究院.莆田港總體規(guī)劃[R].北京：交通部規(guī)劃研究院，2008.

[2]福建省交通規(guī)劃辦.湄洲灣(南北岸)港區(qū)控制性詳細規(guī)劃[R].福州：福建省交通規(guī)劃辦，2009.

[3]JTJ 211-99，海港總平面設(shè)計規(guī)范[S].

[4]JTJ 295-2000，開敞式碼頭設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)程[S].

[5]中交水運行業(yè)能源利用監(jiān)測中心水運工程監(jiān)測站.莆田港東吳港區(qū)羅嶼作業(yè)區(qū)9號、10號泊位工程節(jié)能評估報告[R].北京：中交水運行業(yè)能源利用監(jiān)測中心水運工程監(jiān)測站，2009.

[6]JTT 491—2003，港口基本建設(shè)(技術(shù)改造)工程項目設(shè)計能源綜合單耗評價[S].

[7]上海海事大學(xué).莆田港東吳港區(qū)羅嶼作業(yè)區(qū)9#、10#泊位工程通航安全評估報告[R].上海：上海海事大學(xué)，2011.

[8]國家海洋局第三海洋研究所.湄洲灣羅嶼15萬噸級散貨碼頭工程數(shù)值模擬研究[R].廈門：國家海洋局第三海洋研究所，2009.

[9]中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司.莆田港東吳港區(qū)羅嶼作業(yè)區(qū)9號、10號泊位工程初步設(shè)計[R].上海：中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，2011.