如東LNG接收站碼頭選址與進(jìn)港航道設(shè)計

劉紅宇，趙家德（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300222）

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如東LNG接收站碼頭選址與進(jìn)港航道設(shè)計

劉紅宇，趙家德
（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300222）

如東LNG接收站是我國首次在輻射狀沙洲復(fù)雜海區(qū)建設(shè)的大型LNG接收站，工程設(shè)計難度大，碼頭選址和航道設(shè)計尤為復(fù)雜和特殊。通過長期深入細(xì)致的研究，解決了工程設(shè)計中的諸多技術(shù)難題。自2011年投產(chǎn)以來，已安全平穩(wěn)運行4年多，至2015年底累計接卸包括目前世界最大的26.7萬m3LNG船100多艘次。

輻射狀沙洲；潮汐通道；LNG碼頭；碼頭選址；航道設(shè)計

引　言

如東LNG接收站是我國首次在輻射狀沙洲海區(qū)建設(shè)的大型LNG接收站，工程設(shè)計難度大。本文重點介紹該項目的碼頭選址、航道設(shè)計等兩個方面的內(nèi)容。

1　自然條件

江蘇岸外射陽河口以南至長江口一帶長約300 km的廣大近海海域內(nèi)，存在著由 70多條沙脊組成的呈輻射狀分布的輻射狀沙洲（見圖1）。

該輻射沙洲規(guī)模宏大、灘槽動態(tài)活躍、海洋動力復(fù)雜，建港難度大。

位于該輻射狀沙洲中南部的爛沙洋水道，水域?qū)掗煛⑺顥l件較好，該水道尾部存在一處淺灘沙洲—西太陽沙沙洲，這一“水道—沙洲”組合具有建設(shè)大型LNG接收站的可能。

為了進(jìn)一步掌握該“水道—沙洲”海域的基礎(chǔ)資料，開展了地形測量、水文觀測、地質(zhì)勘察和底質(zhì)取樣等大量的現(xiàn)場勘測工作。

圖1　輻射狀沙洲情勢

地形測量的資料顯示，爛沙洋水道尾部與黃沙洋水道尾部相互串通；爛沙洋水道的尾部又分為北水道、中水道和南水道，其中，爛沙洋北水道水深條件最好，從西太陽沙至外海，最淺處水深為-11.9m，西太陽沙附近深槽水深超過-17m；爛沙洋水道尾部的西太陽沙淺灘最高處約為3m。多年的地形資料顯示，工程海域的“水道—沙洲”系統(tǒng)處于一種動態(tài)變化之中（見圖2）。

圖2　西太陽沙水域等深線變化對比

潮位資料顯示，本海區(qū)潮差大，平均潮差達(dá)到4.61m，最大潮差超過8m。

潮流觀測資料顯示，本海區(qū)流速，大潮期間多個測點的流速超過2m/s，最大流速接近3m/s。

底質(zhì)取樣資料顯示，本海區(qū)底質(zhì)主要以粘土質(zhì)粉砂、粉砂、砂質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)砂、細(xì)砂和中砂組成。其中：細(xì)砂分布最廣，占現(xiàn)場測量區(qū)域總面積的45.6%，廣泛分布于岸灘、沙洲及上段深槽內(nèi)；其次為砂質(zhì)粉砂和粉砂質(zhì)砂，分別占 24.2%和20.4%，這兩種砂主要分布于黃沙洋和爛沙洋深槽內(nèi)；粉砂占6.8%，零星分布于黃沙洋、爛沙洋深槽及岸灘上；粘土質(zhì)粉砂占2.5%，主要集中分布在爛沙洋南水道深槽內(nèi)；而中砂僅占0.5%。

含沙量資料顯示，本海區(qū)含沙量較大，實測底層最大含沙量2.53kg/m3，且呈現(xiàn)出以下特點：大小潮含沙量差別大，大小潮的比值超過 3；含沙量沿垂線分布差別大，底表層的比值介于2.1～3.9之間，并表現(xiàn)為大潮比值大、小潮比值小。

2　碼頭選址

在如此復(fù)雜的海域建設(shè)對安全穩(wěn)定運行有著更高要求的LNG接卸港需要回答以下幾個問題：

1）在灘槽動態(tài)活躍的西太陽沙海域，能否開發(fā)爛沙洋水道作為進(jìn)港航道、能否開發(fā)西太陽沙淺灘使其具備建設(shè)LNG接收站的條件；

2）本海域潮流動力場的演變是否會影響本工程的建設(shè)；

3）工程建設(shè)是否會帶來工程海域地形地貌的不利改變；

4）由惡劣海況造成的灘槽沖淤變化是否會對工程產(chǎn)生不利影響。

針對上述問題，在選址工作中，首先開展了港址海域“水道—沙洲”系統(tǒng)演變規(guī)律與穩(wěn)定性研究的相關(guān)工作。依據(jù)大量水文、泥沙和灘槽變化實測資料，并通過波浪和水流共同作用下海床泥沙活動性試驗，對爛沙洋水道演變規(guī)律和西太陽沙穩(wěn)定性特征進(jìn)行了全面系統(tǒng)的論證，得出了以下基本結(jié)論：

1）工程海域內(nèi)的灘槽總體格局與太平洋前進(jìn)潮波和南黃海旋轉(zhuǎn)駐潮波兩大潮波系統(tǒng)輻合的流場環(huán)境相一致，決定了其灘槽總體格局在相當(dāng)長時間內(nèi)相對穩(wěn)定，利用輻射沙洲深水潮流通道進(jìn)行海港開發(fā)具有可能的條件。爛沙洋水道相對穩(wěn)定，呈現(xiàn)出“北水道南逼、中水道西延、南水道擴展”的演變趨勢。

2）西太陽沙淺灘雖呈現(xiàn)一定的沖淤變化，但沙洲-5m以下區(qū)域處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。該區(qū)域的東北側(cè)40余年來一直呈沖刷動態(tài)。

3）在平均波浪情況下只有5m水深以淺海域泥沙是活動的，在 50年一遇波浪的影響下，可以使-6～-16m以深的泥沙起動。反映出大浪作用下西太陽沙海域泥沙有較強活動性，大浪是造成灘槽短期沖淤波動的主導(dǎo)動力。

根據(jù)上述研究結(jié)論，將LNG碼頭布置在爛沙洋北水道深槽內(nèi)，在西太陽沙沙洲上建設(shè)人工島，用于布置LNG接收站。碼頭與人工島相距約2 km，采用透空棧橋連接（見圖3）。

圖3　LNG碼頭及航道總平面布置

針對 LNG碼頭與人工島的選址布置方案，又開展了 LNG接卸港與動力泥沙環(huán)境和灘槽演變環(huán)境的適應(yīng)性研究和風(fēng)暴潮對 LNG接卸港人工島穩(wěn)定和碼頭運行影響研究兩項工作。通過研究，得出了以下基本結(jié)論：

1）工程建設(shè)對本海域水道潮量的影響很小，各水道之間的潮流動力也沒有因工程建設(shè)帶來變化。

2）工程建設(shè)后，將會在建筑物周邊發(fā)生一定的沖淤變化，但沖淤變化僅局限在建筑物周邊局部區(qū)域，不會對整體格局造成不利影響。

3）在現(xiàn)狀灘槽地形條件下，不同重現(xiàn)期大浪作用下，人工島島壁前沿將發(fā)生沖刷，最大沖刷深度接近4m；大浪可對LNG港池產(chǎn)生的1m左右的短期淤積在。

通過對工程海域自然條件和工程穩(wěn)定性的全面系統(tǒng)研究，得出了“爛沙洋北水道基本穩(wěn)定、西太陽沙核心部位基本穩(wěn)定、建設(shè)LNG接卸港沒有顛覆性問題”的基本結(jié)論，證明了在西太陽沙海域建設(shè)大型LNG接卸港在技術(shù)上是可行的。

3　進(jìn)港航道設(shè)計

本項目到港設(shè)計船型見表1。

表1　設(shè)計船型主尺度

根據(jù)《海港總體設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，本項目航道設(shè)計水深為15m，設(shè)計寬度為345m。按照《液化天然氣碼頭設(shè)計規(guī)范》中“液化天然氣碼頭進(jìn)出港航道設(shè)計水深的計算基準(zhǔn)面宜采用當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵妗钡囊?guī)定，本工程航道設(shè)計底高程為-15.0m。

本海區(qū)測圖資料顯示，爛沙洋北水道整體水深較大，但進(jìn)港航道中部存在一段水深較淺的區(qū)域，其中最淺處高程為-11.9m，天然海底高程淺于-15.0m的區(qū)域約有16 km長。若按照《液化天然氣碼頭設(shè)計規(guī)范》的要求，進(jìn)港航道總挖方量約1 500萬方。航道回淤分析研究表明，爛沙洋北水道在整體上是穩(wěn)定的，在水道內(nèi)開挖進(jìn)港航道在技術(shù)上是可行的。但是，由于本工程所在海域泥沙運動較為活躍，航道開挖后將會產(chǎn)生較大的泥沙回淤，根據(jù)預(yù)測，本項目航道開挖后，年回淤量在400萬方左右。

由于本項目是該港第一個項目，且運量較小，一期工程只有350萬t/a，僅依靠本項目的經(jīng)營難以承擔(dān)航道的開挖和維護(hù)費用；加之本海域泥沙運動復(fù)雜，航道開挖存在較大的風(fēng)險。根據(jù)測算，在年運量為350萬t時，折合每6天才有一個航次，航行密度很低?；谏鲜龇治?，提出了利用天然水深，近期采取乘潮進(jìn)港的設(shè)計方案。

爛沙洋北水道最淺處的水深約為-11.9m，考慮船舶乘潮進(jìn)出航道時，乘潮水位不應(yīng)低于3.1m，乘潮延時不應(yīng)少于3 h。本地區(qū)為規(guī)則半日潮海區(qū)，通過對當(dāng)?shù)貙崪y潮位資料統(tǒng)計，當(dāng)?shù)仄骄Ｆ矫鏋?.93m，當(dāng)乘潮水位為3.1m，保證率為100%時，乘潮延時大于 6 h，大大超過船舶在航道內(nèi)航行的時間。

鑒于 LNG船舶只允許在白天進(jìn)出港口，且對船舶滯期有較嚴(yán)格的要求，為了進(jìn)一步分析 LNG船舶乘潮進(jìn)出港口的可靠性，對乘潮水位進(jìn)行了復(fù)核。復(fù)核方法如下：

1）每月選取大、中、小潮各一天的潮位逐時觀測記錄，作潮位過程線；

2）根據(jù)LNG船舶只能白天進(jìn)港的通航特點：日出至日落為白天，日落至次日的日出為夜間來劃分；

3）日出至日落每天取一個潮乘潮水位3.1m的延時；

4）對乘潮延時進(jìn)行統(tǒng)計。

復(fù)核結(jié)果見表2。

表2　乘潮水位延時復(fù)核結(jié)果

從表2中可知，乘潮水位為3.1m的對應(yīng)乘潮延時，最短延時也達(dá)到3.0 h。因此，即使在小潮的情況下，每天（白天）亦可保證有一個潮次供LNG船舶乘潮進(jìn)港。

LNG船舶采用乘潮方式進(jìn)出港口，一旦LNG船舶在碼頭系泊期間出現(xiàn)緊急情況需要離泊，而潮位不滿足船舶出港需要時，LNG船舶將無法離泊出港，屆時將可能給船舶或碼頭帶來安全風(fēng)險。為了解決這一問題，在設(shè)計中采用了設(shè)置應(yīng)急內(nèi)錨地的方案。應(yīng)急內(nèi)錨地布置在港池的東側(cè)距碼頭約1 800m處，設(shè)置了1個直徑為1 180m的應(yīng)急內(nèi)錨地，錨地邊緣距航道邊線345m。應(yīng)急內(nèi)錨地范圍內(nèi)，天然泥面底高程均低于-14.4m，無需疏浚即可滿足本工程LNG船舶逃離碼頭至應(yīng)急內(nèi)錨地錨泊的使用要求。

LNG船舶采用乘潮方式進(jìn)出港口，在國內(nèi)LNG接收站尚無經(jīng)驗。本項目是國內(nèi)第一個采用乘潮方式進(jìn)出港口的LNG接收站。自項目投產(chǎn)以來，共接卸了一百多艘次LNG船舶，其中曾出現(xiàn)過1個月接卸8艘LNG船舶的情況，航道的實際使用情況證明，設(shè)計提出的航道方案是可行的、合理的。

4　結(jié)　語

如東LNG接收站是我國首次在復(fù)雜的輻射狀沙洲海區(qū)建設(shè)的大型 LNG接收站，該項目目前已通過整體驗收。本項目的建設(shè)填補了在輻射沙洲建設(shè)10萬t級以上碼頭的空白，為洋口港后續(xù)港口項目的開發(fā)建設(shè)奠定了重要基礎(chǔ)，也為其它類似海區(qū)的港口建設(shè)提供了有益借鑒。

Site Selection and Approach Channel Design For Rudong LNG Receiving Terminal

Liu Hongyu，Zhao Jiade
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

The design of the LNG Terminal at Rudong in Jiansu Province，the first one ever designed along the coast of East China in the complex waters with radial sand bars （the ones in outstretched-fingers shapes），presents a great difficulty，particularly in the selection of the terminal site and the design of the approach channel.The technical conundrums encountered in the process of the design have been solved through meticulous studies and painstaking efforts.Since 25th of May in 2011，when the terminal accommodated its first LNG carrier，the terminal has been operated in ease and safety for consecutive five years.Counting to the end of 2015，it has accommodated more than a hundred LNG carriers，including one of the largest in the world with capacity of 267 000m3.

radial sand bars； tidal passage； LNG terminal； terminal site selection； design of approach channel

U651

A

1004-9592（2016）04-0025-04

10.16403/j.cnki.ggjs20160406

2015-11-30

劉紅宇（1966-），男，高級工程師，主要從事港口工程總圖設(shè)計工作。