通州灣港區(qū)一、二港池平面形態(tài)方案

黃 磊，張雯燕

（中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，上海 200032）

通州灣港區(qū)一、二港池平面形態(tài)方案

黃 磊，張雯燕

（中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，上海 200032）

通州灣港區(qū)位于南通市腰沙、冷家沙區(qū)域，為粉砂質(zhì)海岸，總體規(guī)劃方案體量巨大，通過大面積挖填，形成港區(qū)陸域和港池。起步工程通過圍填腰沙西側(cè)近岸區(qū)域，開挖灘面形成一港池和二港池，呈U形。從改善船舶進(jìn)港條件及減少口門回淤的角度出發(fā)，提出V形、Y形、L形港池布置方案，通過數(shù)學(xué)模型進(jìn)行流場模擬，對4種平面布置形態(tài)進(jìn)行綜合研究比較，得出L形方案為最優(yōu)方案。

粉砂質(zhì)海岸；起步工程；平面形態(tài)；數(shù)學(xué)模型

1 工程概況

南通港通州灣港區(qū)位于南通港現(xiàn)有的呂四和洋口兩個沿海港區(qū)之間，根據(jù)港區(qū)總體規(guī)劃，通州灣港區(qū)通過對腰沙、冷家沙大規(guī)模圍填，其中腰沙以南港口岸線利用小廟洪水道進(jìn)出港，腰沙與冷家沙之間三沙洪水道形成港池，利用網(wǎng)倉洪水道進(jìn)出港。港區(qū)分為南北兩部分共5個港池，岸線總長度52.7 km，港區(qū)總填筑面積約75.23 km2，其中南部港區(qū)一、二港池主要建設(shè)5萬噸級以下泊位，北部港區(qū)主要用于建設(shè)10萬噸級以上泊位[1]。

港區(qū)總體規(guī)劃平面形態(tài)如圖1所示。

圖1 通州灣港區(qū)總體規(guī)劃圖Fig.1 General planning of Tongzhou Bay Port

通州灣港區(qū)二港池匡圍工程于2013年3月開工，目前已完工。工程利用腰沙圍墾一、二期通道作為陸域西側(cè)、北側(cè)邊界，新建圍堤約17.6 km、防沙導(dǎo)流堤約1.34 km，陸域吹填方量約7 213萬m3，新增建設(shè)用地約11.3 km2。港區(qū)現(xiàn)狀見圖2。

圖2 通州灣港區(qū)現(xiàn)狀圖Fig.2 Present situation of Tongzhou Bay Port

二港池進(jìn)港公共航道利用呂四港進(jìn)港航道10萬噸級（口門至呂四環(huán)抱式港池）、呂四港上延5萬噸級航道（呂四環(huán)抱式港池至東灶港）。

2 自然條件

2.1 潮汐性質(zhì)及潮型

小廟洪水道主要受東海前進(jìn)波控制。潮汐性質(zhì)屬正規(guī)半日潮。工程區(qū)設(shè)計水位如下：

設(shè)計高水位5.86 m（高潮累積頻率10%）；設(shè)計低水位0.47 m（低潮累積頻率90%）；極端高水位8.13 m（50 a一遇高水位）；極端低水位-0.53 m（50 a一遇低水位）。

2.2 波浪

本海區(qū)冬季以偏北方向波浪為主，夏季以偏東南向浪為主，外海NE、E和SE諸向的涌浪亦可傳入該水域。工程海域常浪向為N、NE、NW向，出現(xiàn)頻率均為6.0豫；強(qiáng)浪向為NE。

2.3 潮流

小廟洪尾水道中各測點水流均以往復(fù)流為主。小廟洪水道大潮漲潮測點最大流速為139 cm/s，流向292毅。落潮測點最大流速為129 cm/s，流向118毅。

2.4 工程泥沙

小廟洪水道內(nèi)含沙量因潮汐和季節(jié)變化而異。小廟洪深泓內(nèi)泥沙向西輸送，淺灘水域泥沙向東輸送。實測最大含沙量為1.123 kg/m3，最小含沙量為0.041 kg/m3。漲、落急時段內(nèi)流速大，水流動力和挾沙能力強(qiáng)，含沙量相對較大。各測點懸沙中值粒徑在0.004耀0.017 mm之間，主要為細(xì)粉砂和極細(xì)粉砂。

3 平面布置形態(tài)

根據(jù)工程現(xiàn)狀及遠(yuǎn)期規(guī)劃，對一、二港池平面布置形態(tài)提出了4種比選方案。

3.1 U形方案

該方案在腰沙圍墾西部匡圍形成2個U形港池，港池軸線均呈南北走向，港池底標(biāo)高為-11.5 m，一港池形成水域面積2.83 km2，二港池形成水域面積4.07 km2，口門兩側(cè)布置防沙導(dǎo)流堤伸至-1 m等深線處。如圖3所示。

圖3 U形方案平面布置圖Fig.3 U-shape layout plan of harbor basin

從呂四上延航道開挖一、二港池進(jìn)港支航道，支航道底標(biāo)高均為-11.3 m，總長分別為3.6 km、1.7 km，寬度為165耀190 m，疏浚方量分別為約894萬m3、616萬m3。

3.2 V形方案

采用兩港池共用一個口門的布置方案。2個港池呈V形分布，二港池為南北走向，一、二港池軸線夾角35.5毅，港池軸線與支航道走向一致。一港池形成水域面積3.77 km2，二港池形成水域面積3.66 km2，口門處防沙導(dǎo)流堤伸至-3 m等深線處。該方案加大口門處流速及利用深水優(yōu)勢，減少了航道開挖量，進(jìn)港支航道為呂四港上延航道至二港池口門，總長3.14 km，航道寬度190 m，底標(biāo)高-11.3 m。如圖4所示。

3.3 Y形方案

圖4 V形方案平面布置圖Fig.4 V-shape layout plan of harbor basin

2個港池共用一個口門和航道的布置方案，2個港池呈Y形分布，一港池順岸布置，與二港池呈67.5毅夾角。一港池形成水域面積2.9 km2，二港池形成水域面積4.07 km2，口門處防沙導(dǎo)流堤伸至-1 m等深線處。進(jìn)港支航道同U形方案二港池支航道，總疏浚量約616萬m3。如圖5所示。該方案相對U形方案口門處流速增大，相對V形方案航道開挖量較少。

圖5 Y形方案平面布置圖Fig.5 Y-shape layout plan of harbor basin

3.4 L形方案

在Y形方案基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，一港池位于二港池根部，與二港池軸線垂直，呈L形分布，如圖6所示。一港池形成水域面積2.77 km2，二港池形成水域面積4.07 km2，口門處防沙導(dǎo)流堤伸至-1 m等深線處。進(jìn)港支航道同U形方案二港池支航道，總疏浚量約616萬m3。

圖6 L形方案平面布置圖Fig.6 L-shape layout plan of harbor basin

4 方案比選

本文通過數(shù)學(xué)模型手段對4個方案流場進(jìn)行模擬，對各方案實施后整個港區(qū)的流態(tài)變化、小廟洪水道斷面流量、進(jìn)港航道段年維護(hù)量、通航安全等方面進(jìn)行綜合比選。

4.1 各方案實施后港區(qū)流態(tài)變化

工程施工后各方案區(qū)域流場變化如下：

U形方案港池口門外潮流主要以往復(fù)流為主，與進(jìn)港支航道近乎垂直。防沙導(dǎo)流堤有一定的阻水和挑流作用，口門段形成局部回流。港池內(nèi)流速較為平順，流速較小。

V形方案進(jìn)港航道流速較大，口門處布置較長的防沙導(dǎo)流堤，進(jìn)港航道水流較為順直，水體進(jìn)入口門后，在一、二港池分流區(qū)域出現(xiàn)回流區(qū)。從漲落潮最大流速分布來看，港池水域面積較大，納潮能力強(qiáng)，港內(nèi)流速較大。

Y形方案漲落潮流態(tài)與V形方案基本一致，口門附近流速較大，在港池分流處有較強(qiáng)的回流。漲潮動力強(qiáng)，最大流速主要集中在口門進(jìn)港航道段，落潮最大流速主要集中在口門右側(cè)導(dǎo)堤區(qū)域。

L形方案水流沿口門進(jìn)入港池內(nèi)側(cè)，水流較為順直。二港池內(nèi)流速較小且流速變幅不大，存在回流區(qū)，最大橫流0.48 m/s。一港池內(nèi)側(cè)幾乎沒有水體進(jìn)入，局部水體交換弱，流態(tài)較好。

各方案工程區(qū)段流速特征值見表1。

表1 港池流速特征值一覽表

Table 1 Flow velocity characteristics of the basin m/s

方案 U形 V形 Y形 L形進(jìn)港支航道 最大流速 1.47（1.16） 1.57 1.48 1.48最大橫流 0.50（0.47） 0.54 0.49 0.49口門段流速 最大流速 0.79（0.52） 1.19 1.38 1.30最大橫流 0.33（0.35） 0.33 0.38 0.39港池內(nèi)流速 最大流速 0.47（0.25） 0.61 0.79 0.69最大橫流 0.22（0.23） 0.45 0.44 0.48注：括號內(nèi)為一港池成果。

4.2 對小廟洪水道納潮量影響

納潮量是小廟洪水道存在的主要動力因素[3-4]，因此分別在小廟洪口門、中段、尾部布置斷面來計算工程實施前后斷面漲、落潮流量變化，斷面位置見圖7。

U形方案實施后各斷面漲、落潮流量普遍減小，距工程較近的DM1、DM2斷面所受的影響相對較大，最大減幅分別為9.2%、5.8%，因此一港池支航道因斷面流量減小將使泥沙回淤增強(qiáng)，進(jìn)而增加航道維護(hù)量；其余各斷面減幅在2%以內(nèi)，影響不大。

圖7 納潮量統(tǒng)計斷面位置示意圖Fig.7 Section location of tidal influx statistics

V形方案實施后各斷面潮流量變化整體趨勢與U形方案基本一致，也呈現(xiàn)出各斷面流量減小的趨勢，其中DM1斷面最大減幅為8.2%，DM2斷面最大減幅為5.4%，經(jīng)分析其主要因素為口門位于深水區(qū)域，進(jìn)口航道處流速較強(qiáng)，且港池軸線與航道軸線基本一致，港池納潮能力強(qiáng)。

Y形方案實施后DM1斷面最大減幅為11.2%，DM2斷面最大減幅為5.9%，DM3斷面最大減幅為2.3%。

L形方案各斷面通量的影響相對于U形方案、V形方案略大，與Y形方案基本相當(dāng)。其一港池呈東西向布置，港池內(nèi)動力較弱，DM1斷面最大減幅為12%，DM2斷面最大減幅為6.0%，DM3斷面最大減幅為2.4%。根據(jù)斷面潮流量變化結(jié)果，各方案變化值均較為接近，其中U形方案潮流量變化幅度最小，V形方案變化幅度最大。

4.3 航道工程量及年維護(hù)量

本工程泥沙主要淤積于口門附近水域，因此口門附近以及進(jìn)港航道段的回淤情況是本工程泥沙淤積的關(guān)注重點。各方案進(jìn)港支航道年回淤量估算結(jié)果見表2。

表2 各方案進(jìn)港支航道開挖及年回淤情況一覽表Table 2 The excavation and annual back siltation of approach sub channel by each plan

U形方案由于需維護(hù)兩條支航道，其年維護(hù)量相對較大，達(dá)189萬m3。

V形、Y形、L形方案均考慮2個港池共用1個口門，僅需維護(hù)1條支航道，航道年維護(hù)量減少。V形方案防沙導(dǎo)流堤較長，挑流效果較好，支航道走向與水流方向較為一致，因而航道年回淤強(qiáng)度最小，年維護(hù)量為85萬m3。Y形與L形方案支航道與傳統(tǒng)雙U方案中的二港池支航道淤積強(qiáng)度較接近，年維護(hù)量為93萬m3。

4.4 通航安全

進(jìn)港航道的通航安全主要考慮港池口門航道轉(zhuǎn)角段船舶轉(zhuǎn)彎情況，考慮橫流強(qiáng)度、分布范圍等因素。

船舶操縱方面，U形、Y形、L形方案航道轉(zhuǎn)彎角度較V形方案大，V形方案航道連接較為順直，從轉(zhuǎn)彎次數(shù)看，U形、Y形方案進(jìn)港船舶需1次轉(zhuǎn)彎，Y形、L形方案進(jìn)港船舶則最多需2次轉(zhuǎn)彎。

橫流方面，各方案港池內(nèi)橫流均比較小，橫流分布主要在口門及港池分流處附近。根據(jù)表1分析：

U形方案進(jìn)港時最大橫流0.50 m/s。

V形方案進(jìn)港支航道最大橫流0.54 m/s，口門段最大橫流0.33 m/s，在一、二港池分流區(qū)域出現(xiàn)較小回流區(qū)，港池內(nèi)最大橫流0.45 m/s。

Y形方案進(jìn)港支航道最大橫流0.49 m/s，口門段最大橫流0.38 m/s，港池內(nèi)一、二港池夾角處存在較大回流區(qū)，最大橫流0.44 m/s。

L形方案進(jìn)港支航道段最大橫流0.49 m/s，口門段最大橫流0.39 m/s；一港池內(nèi)水體動力較弱，流速極小，二港池內(nèi)存在較小回流區(qū)，最大橫流0.48 m/s。

4.5 水陸域空間布置協(xié)調(diào)性

一、二港池平面形態(tài)布置，主要以水域為主同時兼顧陸域及遠(yuǎn)期發(fā)展需要。

4種平面形態(tài)中，U形、L形平面形態(tài)較為規(guī)整，岸線及陸地面積利用率高，交通組織順暢方便，各段岸線后方陸域縱深有大有小，可布置不同的產(chǎn)業(yè)門類，符合一、二港池工業(yè)港的定位及使用需求。U形方案一、二港池均為南北向布置，港池縱深考慮北側(cè)港區(qū)陸域布置縱深要求，岸線已無法預(yù)留向北側(cè)延伸可能。L形方案一港池、二港池垂直布置，一港池縱深及港池寬度可根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展及項目需要布置，相比U形方案更具可操作性和可持續(xù)性。

5 綜合比選

綜合分析，初步認(rèn)為L形方案即2個港池共用1個口門、2個港池軸線垂直布置，二港池口門防沙導(dǎo)流堤布置于-1 m等深線處為最佳方案。待后續(xù)一港池開發(fā)需要進(jìn)一步研究。

平面方案整體評價見表3。

表3 平面方案整體評價表Table 3 General evaluation of four layout plans

6 結(jié)語

通州灣港區(qū)位于粉砂質(zhì)海岸，其大面積陸域圍墾和港池開挖，不可避免會影響工程區(qū)的水動力條件。本文結(jié)合現(xiàn)狀及港口總體規(guī)劃提出的初步方案，根據(jù)港口水文泥沙條件有針對性的提出了4個平面形態(tài)布置方案進(jìn)行對比研究，以達(dá)到減小港池口門流速、減少航道維護(hù)成本，保證操船安全，合理進(jìn)行水、陸域布置的目的。

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Layout scheme of the first and second harbor basin in Tongzhou Bay Port

HUANG Lei,ZHANG Wen-yan
（CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.,Shanghai 200032,China）

Tongzhou Bay Port located in Yaosha-Lengjiasha of Nantong is mainly silty sand coast.Overall plan of Tongzhou Bay Port is huge,the formation of harbor basin and land area through large-scale reclamation.Through reclamation of the offshore area at the west side of Yaosha,the beach was excavated to form the first and second basins as U-shape in the initial project.From the point of view of improving the condition of entering the port and reducing the siltation of the entrance,we proposed the other plans V-shape,Y-shape and L-shape.The flow field of Tongzhou Bay is accurately simulated by numerical model.Comprehensive comparison of the four layout scheme shows that the L-shape scheme is better.

silty sand coast;initial project;layout scheme;numerical model

U612

A

2095-7874（2017）04-0039-05

10.7640/zggwjs201704010

2017-02-27

黃磊（1982— ），男，浙江嵊泗人，高級工程師，從事港口規(guī)劃及設(shè)計工作。E-mail：huangl@theidi.com