■陳 阜

（福建省福州港口發(fā)展中心，福州 350000）

福州港江陰港區(qū)現(xiàn)已基本形成以集裝箱為主，汽車滾裝、 散雜貨和化工制品為輔的運(yùn)輸格局，并正逐步發(fā)展為集多式聯(lián)運(yùn)、商貿(mào)、倉(cāng)儲(chǔ)、加工為一體的綜合性深水港區(qū)。 該港區(qū)陸路距福清市45 km、福州市85 km， 水路距馬尾209.28 km、 上海985.27 km，基隆277.8 km，臺(tái)中185.2 km。 電氣化貨運(yùn)鐵路江陰港鐵路支線已通車，港區(qū)具有良好的集疏運(yùn)通行條件。 本文以江陰港區(qū)13A 號(hào)、13B 號(hào)、13C 號(hào)泊位為例，探討在灣頂和水閘下游等特殊水流動(dòng)力條件下碼頭總平面優(yōu)化布置，為類似工程設(shè)計(jì)和建設(shè)提供參考。

1 工程概況

1.1 工程位置

擬建工程位于興化灣北岸灣頂位置，江陰半島壁頭角西側(cè)海域，如圖1 所示。

圖1 工程區(qū)位示意圖

1.2 建設(shè)規(guī)模

根據(jù)預(yù)測(cè)， 江陰工業(yè)液體化工品貨運(yùn)量2025 年將達(dá)到1500 萬t 左右， 已建10 號(hào)～12 號(hào)泊位形成的吞吐能力約715 萬t，近期缺口將達(dá)到785 萬t 左右， 液體化工碼頭建設(shè)需求強(qiáng)勁。 《福州港總體規(guī)劃》利用已建12# 泊位西北側(cè)岸線布置3 個(gè)1～5 萬噸級(jí)泊位。 考慮近期西部化工區(qū)的固體化工品和江陰工業(yè)區(qū)的散雜貨運(yùn)輸需求，13A 號(hào)泊位規(guī)劃為5 萬噸級(jí)液體化工泊位、13B 和13C 分別規(guī)劃為5萬和1 萬噸級(jí)泊位。

1.3 建設(shè)條件分析

通過對(duì)工程建設(shè)條件的比選分析，發(fā)現(xiàn)主導(dǎo)工程設(shè)計(jì)方案的主要因素有潮汐、潮流、波浪、泥沙（疏浚后回淤）等因素，而對(duì)于本工程處于灣頂且有水閘匯流的特殊水文條件而言，潮流和泥沙是關(guān)鍵因素，因此有必要了解工程區(qū)域的潮流和泥沙的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究閆新興等[1]在現(xiàn)場(chǎng)地貌調(diào)查及沉積物取樣分析的基礎(chǔ)上，對(duì)興化灣的自然條件、沉積特征、泥沙來源及運(yùn)移趨勢(shì)進(jìn)行了分析，判明石城島以西（本工程區(qū)域）水下沉積物以粘土質(zhì)粉砂分布為主， 泥沙粒徑在0.01 mm 左右，以河流下泄泥沙沉積為主。 河海大學(xué)童朝鋒等[2]運(yùn)用通量機(jī)制分解法處理興化灣各測(cè)站的水沙實(shí)測(cè)資料，通過探討平流輸沙、潮泵效應(yīng)輸沙、垂向凈環(huán)流輸沙機(jī)理，分析研究了興化灣海域懸沙輸移特征，進(jìn)而討論了凈輸沙對(duì)研究區(qū)域地形變化的影響；結(jié)果表明:在潮汐作用下，外海泥沙沿興化水道與南日水道向?yàn)硟?nèi)輸移，但對(duì)灣內(nèi)淤積產(chǎn)生的影響較小。

1.3.1 潮流

為了解工程水域的設(shè)計(jì)流速流向分布，有關(guān)單位于2013 年7 月16-17 日小潮期、2013 年7 月23-24 日大潮期進(jìn)行了水文測(cè)驗(yàn)[3]。 測(cè)驗(yàn)點(diǎn)位詳見圖2， 其中：1 號(hào)測(cè)點(diǎn)J1 位于通用泊位區(qū)前沿；2 號(hào)測(cè)點(diǎn)J2 位于13A 號(hào)化工碼頭前沿；3 號(hào)測(cè)點(diǎn)J3 位于13A 號(hào)化工碼頭外側(cè)。

圖2 測(cè)驗(yàn)點(diǎn)位置

根據(jù)工程區(qū)大潮平均流速矢量圖分析 （圖3、圖4）及流速流向統(tǒng)計(jì)表（表1），西部13B、13C 泊位水流與碼頭夾角不大， 但13A 號(hào)泊位水流為橫流，與碼頭夾角大于45°。

圖3 工程區(qū)大潮垂向平均流速矢量圖

圖4 工程區(qū)小潮垂向平均流速矢量圖

表1 工程區(qū)垂向平流速流向特征值統(tǒng)計(jì)匯總

1.3.2 泥沙

興化灣內(nèi)含沙量基本不隨漲、落潮流速變化而變化，2009 年2 月實(shí)測(cè)灣內(nèi)漲、 落潮平均含沙量介于0.009 ～0.087 kg/m3， 最大含沙量介于0.020 ～0.157 kg/m3。 擬建工程港池區(qū)海水平均含沙量在0.0756～0.0798 kg/m3，單寬輸沙量大潮大于小潮，凈輸沙方向基本順余流方向， 海水中懸浮泥沙運(yùn)移趨勢(shì)自東南向西北（即往灣頂方向）。

工程附近自然水深在－2～－4 m，水深總體較淺，根據(jù)工可研設(shè)計(jì)方案，13A 號(hào)、13B 泊位碼頭停泊水域設(shè)計(jì)泥面高程－14.0 m，需要開挖10 m 左右才能滿足設(shè)計(jì)船型停泊要求，13C 號(hào)泊位停泊水域和回旋水域設(shè)計(jì)泥面高程－9.5 m，分別需要疏浚7 m 左右；總計(jì)疏浚量達(dá)561 萬m3。

工程區(qū)域自然條件下泥沙含量較小，基本處于沖淤平衡狀態(tài)， 對(duì)于工程實(shí)施后如此大的疏浚工程，是否會(huì)出現(xiàn)較大量的淤積情況，需要通過試驗(yàn)研究進(jìn)一步分析預(yù)測(cè)。

2 總平面方案的確定

2.1 相關(guān)規(guī)劃對(duì)本工程的界定

根據(jù)《福州港總體規(guī)劃》，如圖5 所示，本工程位于西部化工碼頭區(qū)的最西端，規(guī)劃為3 個(gè)1～5 萬噸級(jí)泊位。 該規(guī)劃已基本確定了13A 號(hào)、13B號(hào)及13C 號(hào)泊位的建設(shè)規(guī)模及平面布置。

圖5 工程區(qū)域港口規(guī)劃圖

2.2 與周邊現(xiàn)狀設(shè)施和擬建工程的銜接

本工程西側(cè)有過橋山水閘，兩側(cè)設(shè)閘2 座水閘共18 孔。 本工程?hào)|側(cè)為已建的12 號(hào)泊位，亦是5 萬噸級(jí)液體化工泊位，與本工程留有5 m 的間距。

2.3 平面布置方案和存在問題分析

根據(jù)總規(guī)、項(xiàng)目邊界限定條件、建設(shè)需求及項(xiàng)目用海邊界線已確定等因素，確定工程總平面布置方案（圖6、7）。 本次研究提出了2 個(gè)總平面布置方案。

總平面方案一（圖6）：13A 號(hào)、13B 號(hào)及13C 號(hào)碼頭前沿線以用海邊界線為界，綜合考慮水文測(cè)驗(yàn)及數(shù)模研究結(jié)論，13 號(hào)泊位前沿線與12 號(hào)泊位夾角成120°。 同時(shí)還研究了順延12 號(hào)泊位碼頭前沿線作為比選方案， 即延長(zhǎng)布置作為總平面布置方案二（圖7）。 該方案在12 號(hào)泊位延長(zhǎng)線延伸2 個(gè)5 萬噸級(jí)泊位（預(yù)留布置1 個(gè)化工泊位），可盡量使得大型泊位疏浚區(qū)域集中布置， 減少工程投資，也利于后期集中維護(hù)。

圖6 總平面方案一：斜向布置方案

圖7 總平面方案二：延長(zhǎng)布置方案

3 總平面方案比選優(yōu)化數(shù)模試驗(yàn)研究

3.1 平面優(yōu)化思路

為解決橫流問題，設(shè)計(jì)對(duì)總平面布置形態(tài)提出多方案比選的同時(shí)，也進(jìn)行了水工結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化比選。 總體思路是通過阻水結(jié)構(gòu)形成對(duì)自身及周邊水域的掩護(hù)，使得船舶靠離泊有安全保障。

因13B 號(hào)、13C 號(hào)泊位為通用碼頭， 需要較大堆場(chǎng)面積滿足日常堆存使用， 因此考慮13B 號(hào)、13C 號(hào)泊位滿堂式接岸布置，這樣受橫流影響小。13A 號(hào)碼頭為化工碼頭，罐區(qū)設(shè)置在后方，因此需要在前方建設(shè)碼頭和管廊將物料輸送至罐區(qū)。 故本次方案主要就13A 號(hào)泊位總平面布置進(jìn)行比選，結(jié)合港區(qū)現(xiàn)狀情況并綜合幾種工況對(duì)工程前后流態(tài)變化以及沖淤變化影響作對(duì)比分析。

3.2 數(shù)模試驗(yàn)研究

為了掌握碼頭水域流場(chǎng)分布情況，評(píng)估本工程建設(shè)對(duì)工程相鄰海域可能產(chǎn)生的影響，研究碼頭前沿流態(tài)特征，評(píng)估港池、碼頭、航道水域的海床沖淤特征，就此開展了數(shù)模試驗(yàn)研究工作[4]。 計(jì)算工況如表2 所示。

表2 潮流數(shù)模研究工況分類

本次試驗(yàn)研究重點(diǎn)研究了3 個(gè)組合方案的流態(tài)變化情況。 組合方案一為總圖方案一（斜向布置）+13A 號(hào)泊位樁基方案； 組合方案二為總圖方案一（斜向布置）+13A 號(hào)沉箱方案； 組合方案三為總圖方案二（延長(zhǎng)布置方案）+13A 號(hào)、13B 號(hào)樁基方案。

3.2.1 流場(chǎng)變化分析

組合方案一～組合方案三的流場(chǎng)變化情況如圖8～13 所示， 組合方案一和方案二13A、13B、13C泊位距駁岸線40 m 近泊區(qū)最大橫流沿駁岸線分布如圖14 所示，可知：（1）13A 號(hào)、13B 號(hào)、13C 號(hào)泊位和堆場(chǎng)圍海工程建設(shè)后，對(duì)附近10～12 號(hào)泊位流態(tài)影響，組合方案一（斜向布置+13A 號(hào)透空結(jié)構(gòu)）要比組合方案二（斜向布置+13A 號(hào)沉箱結(jié)構(gòu)）小，組合方案二建設(shè)更加有利于改善10～12 號(hào)泊位前沿水域流態(tài)。 （2）組合方案二對(duì)周邊流速改變要強(qiáng)于方案一；工程對(duì)周邊10～12 號(hào)泊位后方水域流速有減少作用，對(duì)于12 號(hào)泊位前沿流速有一定增加，但影響強(qiáng)度較小， 對(duì)興化灣江陰港其他泊位前沿和回旋水域以及進(jìn)港航道水動(dòng)力強(qiáng)度影響非常小。（3）13A 號(hào)、13B 號(hào)和13C 號(hào)泊位前沿橫流，組合方案二比方案小一，組合方案二最大橫流各泊位均小于0.2 m/s， 組合方案一13B 號(hào)和13A 號(hào)泊位前橫流接近或者超過0.5 m/s，采用組合方案一，13A 號(hào)泊位前沿橫流對(duì)船舶停泊不利。 （4）計(jì)算表明，本工程13 號(hào)泊位的建成， 有利于減小東側(cè)12 號(hào)泊位的橫流強(qiáng)度；13A 號(hào)、13B 號(hào)、13C 號(hào)泊位工程建成后，周邊現(xiàn)有泊位橫流最大發(fā)生在12 號(hào)泊位， 最大橫流不超過0.35 m/s，方案二比方案一更加有利于削弱12 號(hào)泊位橫流，方案二條件下，12 號(hào)最大橫流為0.23 m/s。

圖8 組合方案一：大潮漲急流場(chǎng)

圖9 組合方案二：大潮漲急流場(chǎng)

圖14 工程區(qū)近泊區(qū)最大橫流沿駁岸線分布

圖10 組合方案一：大潮落急流場(chǎng)

圖11 組合方案二：大潮落急流場(chǎng)

圖12 組合方案三：大潮期漲急流場(chǎng)

圖13 組合方案三：大潮期落急流場(chǎng)

3.2.2 回淤量分析

根據(jù)規(guī)范推薦公式對(duì)工程實(shí)施后的泥沙回淤進(jìn)行預(yù)測(cè)估算，結(jié)果表明，兩方案淤積強(qiáng)度和分布基本一致，方案一比方案二回淤略小，平常浪作用下， 方案一工程區(qū)各區(qū)段回淤?gòu)?qiáng)度在0.07～0.57 m/a，年淤積總計(jì)33.05 萬m3/a；方案二工程區(qū)各區(qū)段回淤?gòu)?qiáng)度在0.18～0.58 m/a， 年淤積總計(jì)35.87 萬m3/a；不同方案大風(fēng)天并考慮風(fēng)浪為50 年一遇， 兩方案工程區(qū)域水域平均驟強(qiáng)也基本相當(dāng)，方案一工程區(qū)域水域主要區(qū)段平均驟強(qiáng)約0.03～0.10 m/d，驟淤總計(jì)5.70 萬m3/d，方案二工程區(qū)域水域主要區(qū)段平均驟強(qiáng)約0.03～0.11 m/d， 驟淤總計(jì)6.04 萬m3/d。

3.3 數(shù)模研究的推薦方案

結(jié)合流場(chǎng)、泥沙回淤?gòu)?qiáng)度來看，組合方案二（斜向布置+沉箱方案）總體流態(tài)比較平順，橫流小，淤積量相對(duì)少，建議平面布置和碼頭結(jié)構(gòu)采用組合方案二。

4 研究結(jié)論和建議

（1）海港碼頭設(shè)計(jì)方案研究需考慮自身結(jié)構(gòu)安全及維護(hù)運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)也要考慮到新建項(xiàng)目帶來的流場(chǎng)變化對(duì)周邊已建設(shè)施正?？侩x泊安全的影響。 （2）通過對(duì)灣頂且有水閘匯流的特殊水文條件的工程平面布置方案比選和數(shù)模試驗(yàn)驗(yàn)證，得出了最優(yōu)平面布置方案，利用自身結(jié)構(gòu)擋水引導(dǎo)流態(tài)趨于船舶安全靠泊方向轉(zhuǎn)變。 （3）重力式結(jié)構(gòu)方案對(duì)碼頭前沿大潮漲落潮流速歸順效果明顯，但具體實(shí)施時(shí)還需要結(jié)合海域使用論證用?？尚行?。 （4）數(shù)學(xué)模型研究工作受研究區(qū)域資料完備程度及計(jì)算手段局限，計(jì)算結(jié)果可作為總體平面布置方案優(yōu)化設(shè)計(jì)的參考依據(jù)，具體設(shè)計(jì)階段還需結(jié)合系泊專項(xiàng)研究和物理模型研究做更準(zhǔn)確的判斷，確保工程運(yùn)行安全。