孫玉清

（萊州市港航服務(wù)中心，山東 煙臺(tái) 261400）

引言

日照港自然條件優(yōu)越，港區(qū)不凍不淤，適合建設(shè)大型深水碼頭。近年來(lái)，隨著日照港的發(fā)展，港口吞吐量連年攀升，2020 年全年完成貨物吞吐量4.32 億噸，日照港已建設(shè)成為我國(guó)綜合交通運(yùn)輸體系的重要樞紐和沿海主要港口。目前，嵐山港區(qū)南作業(yè)區(qū)進(jìn)港航道等級(jí)為10 萬(wàn)噸級(jí)單向航道，而隨著國(guó)際貨運(yùn)船型大型化的發(fā)展趨勢(shì)，作業(yè)區(qū)內(nèi)新建了15 ～20 萬(wàn)噸級(jí)泊位，亟需改擴(kuò)建現(xiàn)有進(jìn)港航道以滿足大型船舶進(jìn)出港的要求［1］。

1 工程概況

1.1 氣象條件

氣象資料引用自《日照港海區(qū)海洋環(huán)境動(dòng)力要素的技術(shù)報(bào)告》，常風(fēng)向?yàn)镹NE，頻率16%；次常風(fēng)向?yàn)镹，頻率12%。全年以ESE—SSE 風(fēng)速較大，平均為5.2 m/s；最大風(fēng)速出現(xiàn)在ESE，風(fēng)速為19.4 m/s。日照地區(qū)每年都有幾次到十幾次≥0.5 m的風(fēng)暴潮發(fā)生，歷史上曾有多次風(fēng)暴潮發(fā)生。日照地區(qū)的臺(tái)風(fēng)增水主要出現(xiàn)在7 ～9 月，年均出現(xiàn)1.7次。27 a 期間，日照地區(qū)最大增水值為1.22 m，月最大增水≥1.2 m。

1.2 水文條件

根據(jù)實(shí)測(cè)資料，改擴(kuò)建工程所在海區(qū)屬于正規(guī)半日潮海區(qū)，平均潮位3.01 m（以當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵鏋榛鶞?zhǔn)，下同），最高潮位5.88 m，最低潮位-0.093 m。極端高水位6.48 m，設(shè)計(jì)高水位5.34 m，設(shè)計(jì)低水位0.63 m，極端低水位-0.55 m。全年航道乘潮水位和冬季航道乘潮水位見(jiàn)表1。

表1 乘潮水位/m

常浪向是E 向，其頻率為26.32%；次常浪向?yàn)镋NE 向，出現(xiàn)頻率分別為15.41%；強(qiáng)浪向?yàn)镋 向，H1/10 ≥3.0 m 的頻率為0.03%；次強(qiáng)浪向?yàn)镹E 向，2.9 ≥H1/10 ≥2.5 m 的頻率為0.21%。

工程所在海域半日潮流居主導(dǎo)地位，其中M2 分潮流起主導(dǎo)作用。潮流基本為往復(fù)流形式運(yùn)動(dòng)，岸邊流向平行于海岸。本海域大部分水域的潮流矢量旋轉(zhuǎn)方向是逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。漲潮流平均流速大于落潮流平均流速；漲潮主流向SW—W 向，落潮主流向?yàn)镹E—E 向；實(shí)測(cè)最大漲潮流速為1.35 m/s，流向257°，最大落潮流速為1.17 m/s，流向101°。

1.3 工程泥沙

擬建工程區(qū)海域場(chǎng)區(qū)地貌類型為水下淤泥質(zhì)淺灘，水下地形自西向東略微傾斜。日照附近的海岸帶泥沙運(yùn)動(dòng)的總趨勢(shì)是自北向南，繞過(guò)嵐山頭岬角向西拐入海州灣。附近河流入海泥沙對(duì)港區(qū)影響不大。海岸侵蝕沙源更少，在-15 m 等深線內(nèi)沉積率每年只有0.5 mm。該海域懸沙量很少，對(duì)港區(qū)不足以構(gòu)成淤積。

1.4 航道現(xiàn)狀

現(xiàn)有航道為10 萬(wàn)噸級(jí)單向航道，航道通航寬度270 m，設(shè)計(jì)底高程-16.3 m，航道全長(zhǎng)11.2 km。其中，內(nèi)河航道長(zhǎng)1.335 km，航道走向307°17′—127°17′；外海航道分兩段，與內(nèi)河航道相連段長(zhǎng)3.829 km，走向與內(nèi)航道相同；外海航道段走向272°17′—92°17′，長(zhǎng)6.036 km［2］。

2 通航標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)模的確定

2.1 國(guó)內(nèi)外運(yùn)輸船舶發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)

根據(jù)南作業(yè)區(qū)的功能定位，通過(guò)本工程運(yùn)輸?shù)呢浄N主要以煤炭、鐵礦石等散雜貨以及石油及其制品等液體散貨為主。根據(jù)對(duì)煤炭、鐵礦石等散雜貨內(nèi)外貿(mào)運(yùn)輸船舶的統(tǒng)計(jì)分析可知，外貿(mào)煤炭進(jìn)口船舶主要來(lái)自印尼、印度、泰國(guó)和澳大利亞等地區(qū)，以7 ～20 萬(wàn)噸級(jí)船型為代表，內(nèi)貿(mào)煤炭主要來(lái)自中國(guó)北方港口，流向我國(guó)華南港口，船型以0.5 ～7 萬(wàn)噸級(jí)為主；外貿(mào)鐵礦石進(jìn)口船舶主要來(lái)自澳大利亞、巴西、印度、南非等國(guó)家，近期船型以15 ～20 萬(wàn)噸級(jí)為主，而內(nèi)貿(mào)鐵礦石主要來(lái)自環(huán)渤海灣港口，船型以5 ～10 萬(wàn)噸級(jí)為主；其他散雜貨外貿(mào)船以3.5 ～10 萬(wàn)噸級(jí)為主，內(nèi)貿(mào)船以0.3 ～5 萬(wàn)噸級(jí)為主。

通過(guò)對(duì)石油及其制品等液體散貨內(nèi)外貿(mào)運(yùn)輸船舶的統(tǒng)計(jì)分析，外貿(mào)進(jìn)口原油主要來(lái)自中東、西非等地區(qū)，船型以10 萬(wàn)噸級(jí)船舶為主；內(nèi)貿(mào)進(jìn)口的石油及制品主要來(lái)自東南沿海、渤海灣沿海，船型以5 ～8 萬(wàn)噸級(jí)船舶為主；外貿(mào)出港石油及制品主要至日韓、新加坡等地區(qū)，船型以5 ～8 萬(wàn)噸級(jí)為主；內(nèi)貿(mào)出港石油及制品主要至我國(guó)華南沿海，船型以3 ～5 萬(wàn)噸級(jí)船舶為主。

2.2 航道通航船型預(yù)測(cè)

目前，南作業(yè)區(qū)主航道為10 萬(wàn)噸級(jí)單向航道，基本能滿足大部分內(nèi)貿(mào)船的進(jìn)出港需求，但近期乃至較長(zhǎng)一段時(shí)期需要服務(wù)到港噸級(jí)較大的鐵礦石船舶，并且南作業(yè)區(qū)內(nèi)#11 泊位可靠泊20 萬(wàn)噸級(jí)散貨船，在建#15 泊位為20 萬(wàn)噸級(jí)通用泊位，擬建#12、#16 泊位為15 萬(wàn)噸級(jí)通用泊位，剩余規(guī)劃泊位主要為10 ～20 萬(wàn)噸級(jí)泊位，為了滿足港區(qū)工程的正常運(yùn)營(yíng)，本航道的設(shè)計(jì)控制船型為20 萬(wàn)噸級(jí)散貨船舶。

此外，由于本航道既要滿足一般散雜貨船舶通航要求，又要滿足油船等危險(xiǎn)品船舶通航要求，且進(jìn)出港船舶密度較大，為保障航道船舶通航安全，保證液體散貨船舶與散雜貨船舶分區(qū)作業(yè)，使船舶維持正常秩序通航，本航道布置了一條主航道和一條輔助通航水域。根據(jù)輔助通航水域的天然水深條件，可用于吃水不超過(guò)9.0 m 的10 萬(wàn)噸級(jí)及以下船舶不乘潮出港通航。

3 航道選線

3.1 主航道選線

在綜合考慮本工程所在海域的地形地貌，泥沙條件，風(fēng)、浪和水流等條件基礎(chǔ)上，結(jié)合本工程與錨地的相對(duì)位置和現(xiàn)狀航道走向等因素，確定本工程主航道走向與現(xiàn)狀航道一致，即外海段航道軸線走向272°17′—92°17′，長(zhǎng)度約14.90 km，口門段航道軸線走向307°17′—127°17′，長(zhǎng)度約5.05 km。

3.2 數(shù)值模擬分析

3.2.1 潮流分析

通過(guò)建立變步長(zhǎng)矩形網(wǎng)格建立工程海域平面二維潮流數(shù)學(xué)模型研究了本工程建成后漲潮、落潮期口門段航道潮流分布情況。漲潮期，港池口門航段最大橫流出現(xiàn)在距離口門約400 m 處，出現(xiàn)1.5 m/s以上橫流歷時(shí)均約1 h。落潮期，港池口門航段最大橫流出現(xiàn)在距離口門約600 ～800 m 處，約為0.9 m/s，不利航段的最大橫流值，漲潮期明顯大于落潮期［3］。

3.2.2 泥沙回淤分析

工程海域懸沙含沙量相對(duì)較小，近岸水域一般在0.04 kg/m3，外海區(qū)則更?。缓４脖韺幽嗌骋苑凵盀橹?，局部水域有細(xì)砂，較容易受波浪擾動(dòng)而懸揚(yáng)；工程水域水深相對(duì)較大，小風(fēng)浪不一定作用到底部海床面。港池和航道泥沙回淤組成包括懸沙回淤和近底層受波浪擾動(dòng)而懸浮輸運(yùn)的底沙回淤。經(jīng)分析，航道年回淤?gòu)?qiáng)度較小，平均為0.064 m/a，年均泥沙回淤量約30 萬(wàn)m3［3］。

4 航道尺度的確定

4.1 通航歷時(shí)及乘潮水位

航道外海直線段長(zhǎng)度14.9 km，航速按照平均8 節(jié)考慮，航行時(shí)間約1.0 h；轉(zhuǎn)彎段與口門段總長(zhǎng)5.05 km，航速按照平均4 節(jié)考慮，航行時(shí)間約0.7 h。船舶在港內(nèi)調(diào)頭時(shí)間取0.5 h，靠離泊碼頭和解系纜時(shí)間取0.5 h，時(shí)間富裕系數(shù)取1.1。經(jīng)計(jì)算每潮次船舶進(jìn)出港所需時(shí)間為2.96 h，對(duì)照表1 取通航歷時(shí)3 h 全年保證率90%的水位3.54 m。

4.2 通航寬度

根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 165—2013）推薦公式計(jì)算得出本工程航道通航寬度為280 m，但現(xiàn)行中國(guó)規(guī)范中計(jì)算航道寬度時(shí)考慮的最大橫流流速為1 m/s，為此借鑒了部分國(guó)際上通用的設(shè)計(jì)方法。

國(guó)際航運(yùn)協(xié)會(huì)（PIANC）主編的《進(jìn)港航道設(shè)計(jì)指南》對(duì)航道寬度提出了參考計(jì)算方法，將航道寬度的影響因素分為船舶操縱性、風(fēng)、流、波浪、航道底面、水深/吃水關(guān)系、貨物危險(xiǎn)程度等要素，計(jì)算得出外海直線段通航寬度280 m，口門段及轉(zhuǎn)彎段通航寬度為295 m。

英國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)出版社（ICE Publishing）出版的PLANING AND DESIGN OF PORTS AND MARINE TERMINALS, 2nd edition 對(duì)應(yīng)不同航速分別就風(fēng)、流、浪、導(dǎo)助航、底質(zhì)、水深和載貨量等因素，給出相應(yīng)的航行寬度，再分別考慮船舶間距和船舶和航道間距，綜合給出所需航道寬度。根據(jù)該公式計(jì)算單向20 萬(wàn)噸級(jí)散貨航道寬度為280 m。

美國(guó)土木工程師學(xué)會(huì)出版社（ASCE Press）出版的PORT DESIGNER' S HANDBOOK: RECOMMENDATIONS AND GUIDELINES 給出單向航道的寬度在3.6 ～6 m之間，即但向航道寬度約180 ～300 m，具體會(huì)根據(jù)潮汐、海流、航行等情況確定。

綜合國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)規(guī)范或設(shè)計(jì)手冊(cè)的規(guī)定，航道寬度計(jì)算的最大值在300 m 左右，為保證船舶通航安全，考慮到口門處橫流流速較大的情況，在規(guī)范計(jì)算的最大航道通航寬度的基礎(chǔ)上，將口門附近向南側(cè)布置一個(gè)寬度約40 m 的拓寬區(qū)，航道在口門附近的通航寬度達(dá)到320 m。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）本工程在現(xiàn)狀10萬(wàn)噸級(jí)主航道基礎(chǔ)上擴(kuò)建，根據(jù)南作業(yè)區(qū)功能定位，在建、擬建泊位的需求及各貨種船型的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，確定本工程主航道建設(shè)規(guī)模為20 萬(wàn)噸級(jí)單向航道。（2）通過(guò)數(shù)值模擬分析結(jié)論可知，除口門段橫流較大外，其他航段潮流和泥沙回淤情況良好，需對(duì)口門段航道做局部加寬。（3）根據(jù)國(guó)內(nèi)外不同規(guī)范綜合確定本航道寬度為280 m，口門段寬320 m。