漁港工程研究進展及未來發(fā)展方向

王 剛，孫一艷，陳 丁

(中國水產科學研究院漁業(yè)工程研究所，北京 100141)

近年來，國家日益重視沿海漁業(yè)防災減災體系和現(xiàn)代化漁港體系的建設，特別是“十三五”以來，提出在全國沿海推動建設十大沿海漁港群、93個漁港經濟區(qū)[1]，同時在沿海漁港開展環(huán)境綜合整治工作[2]，漁港建設逐步邁進高質量發(fā)展階段，這些政策和工作的推進實施，都需要依托漁港工程領域科技進步的支撐和引領，不斷提高漁港工程領域的集成創(chuàng)新能力和引進消化再創(chuàng)新能力，推進漁港現(xiàn)代化和促進漁業(yè)高質量發(fā)展。

1 國內外漁港研究進展及動態(tài)

1.1 國內漁港研究進展

在漁港發(fā)展戰(zhàn)略方面有所突破。漁港功能多樣化及漁港漁村一體化[3]、高標準、高質量漁港[4]、多功能生態(tài)環(huán)保型漁港[5]、多功能現(xiàn)代化漁港[6]等發(fā)展模式不斷提出。同時，漁港建設與國家戰(zhàn)略、國家政策結合得更加緊密，漁港經濟區(qū)戰(zhàn)略的提出[7-8]，為助推漁港現(xiàn)代化指引了方向。

在漁港防災減災方面成效顯著。通過對202 kW(275馬力)與441 kW(600馬力)拖網漁船進行作業(yè)泊穩(wěn)物模試驗，得出了重現(xiàn)期為2年的累計頻率為4%的波高(H4%)小于0.5 m的漁港碼頭作業(yè)泊穩(wěn)條件[9]；通過對202 kW(275馬力)拖網漁船進行錨泊泊穩(wěn)物模試驗，研究在風、浪、流單獨、兩兩組合以及共同作用下，漁船艏艉雙錨錨泊時運動量的變化規(guī)律，給出了允許最大波高小于1 m的錨泊泊穩(wěn)條件[10-12]，構建了漁港泊穩(wěn)安全標準。通過對登陸中國的強臺風等級以上的熱帶氣旋對漁港、漁船及漁民造成損失的實例分析，從防波堤設計標準、避風錨地底質和錨泊方式3個方面對避風型漁港的避風因素進行了研究[13]；引入蒙特卡羅(Monte Carle)方法建立了漁港避風錨地面積計算的隨機模擬模型，采用不同的概率分布刻畫各相關參數(shù)，獲得避風錨地面積的概率分布[14]；提出了漁船采用并排擱淺錨泊可有效避強臺風或超強臺風的關鍵模式[15]；從安全輔助設施、監(jiān)控指揮設施和后勤保障設施3方面提出了漁船避風錨地避風能力提升工程措施[16]。該研究成果應用于行業(yè)規(guī)劃和建設標準的制定，近十年，推動中國沿海漁港的有效避風率從10級避風水平的35%提升到了11級避風水平的60%，顯著改善了漁船停泊和避風條件，提高了漁港漁村的避風減災能力。

在漁港工程模擬技術方面不斷發(fā)展。利用水動力工程分析軟件MIKE21和第3代海浪數(shù)學模型SWAN對擬建漁港港內波浪場、潮流場及泥沙運動進行數(shù)值模擬分析論證已得到廣泛應用[17-19]，使得漁港建設更加安全、經濟；普遍采用不規(guī)則波開展防波堤結構波浪模型試驗，數(shù)據(jù)的采集和處理實現(xiàn)自動化和智能化，提高了精度，為優(yōu)化防波堤結構、堤頂高程、護面塊體的安全穩(wěn)定性以及驗證港內泊穩(wěn)條件提供重要決策依據(jù)，很大程度提高了防波堤的安全性和經濟性[20-23]。

在漁港軟基處理技術方面，取得了一批成果[24-25]。開展了“振沖碎石樁復合地基在漁港重力式碼頭工程的應用研究”，提出了振沖樁處理地基的適用條件、施工工藝、主要設計參數(shù)、承載力檢測與評價方法，實現(xiàn)了振沖碎石樁處理漁港碼頭軟弱地基零的突破，達到國內領先水平[26]。結合全國沿海漁港多個防波堤工程，開展了爆炸排淤填石處理防波堤軟弱地基應用技術研究，突破了置換軟基厚度不宜超過12 m的適用條件，解決了江蘇、浙江、福建沿海臺風災害多發(fā)地區(qū)防波堤軟基厚度大、項目實施難的瓶頸問題。結合防波堤爆破排淤填石軟基處理工程，在內側利用防波堤堤身開挖基槽建設碼頭，碼頭基礎處理采用爆破夯實，形成的“爆破排淤填石+水下爆破夯實”的防波堤兼碼頭基礎處理模式，為類似項目提供了應用范例[27]。

在防波堤和碼頭新結構研究與應用方面有所進展。為避免漁港防護建筑物造成潮流流場、流向、流速改變，造成港區(qū)泥沙淤積，以及港區(qū)水域流速、流向、流量的改變，導致港區(qū)水體交換不暢使水環(huán)境惡化的不利影響，采用透空式、浮式防波堤工程技術，保障了港內泊穩(wěn)條件和水體交換，避免和減輕了港區(qū)的泥沙淤積[20,23,28-29]。為改善碼頭前作業(yè)泊穩(wěn)條件，消減碼頭前波高，首次提出了帶消浪孔新型重力式碼頭結構，研究了該碼頭結構的消波原理與性能，分析了孔徑和孔深對波浪消減作用的影響[30-31]，為改善港內泊穩(wěn)提供新的思路和方法。

1.2 國外發(fā)達國家漁港研究動態(tài)

發(fā)達國家和地區(qū)在漁港工程領域結合水產學科，廣泛開展了現(xiàn)代漁港漁場漁村一體化發(fā)展戰(zhàn)略和相關規(guī)劃設計技術、漁港漁村防災減災相關工程技術、漁港水域生態(tài)環(huán)境保護修復技術、自然協(xié)調型漁港建設技術等方面的研究與開發(fā)，為發(fā)達國家和地區(qū)漁港現(xiàn)代化及漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出巨大貢獻。

日本現(xiàn)有各類漁港2 909座[32]，從1950年公布實施《漁港法》以來，在持續(xù)加強漁港建設的同時，對漁港開展了比較系統(tǒng)和全面的研究，主要集中在漁港發(fā)展戰(zhàn)略、漁港功能多元化建設、漁港停泊區(qū)的泊穩(wěn)、防波堤安全、漁港防淤減淤及海岸帶保護、軟弱地基處理、防災減災、漁港水域生態(tài)環(huán)境保護、自然協(xié)調型漁港建設、漁港工程診斷和修復、漁港管理信息化、漁港后評價等方面。在漁港發(fā)展戰(zhàn)略方面，提出了漁港漁場漁村一體化的發(fā)展戰(zhàn)略；在防災減災方面，采用多道防波堤以掩護改善港內泊穩(wěn)，采用防波堤、防潮堤相結合的多重防護模式保護漁港后方漁村的安全[33]；在漁港港內泊穩(wěn)標準方面，提出航道允許最大波高為1.2 m，碼頭作業(yè)允許最大波高為0.4 m，錨地允許最大波高為0.5 m[32]；在漁港水域生態(tài)環(huán)境保護修復技術方面，研究應用了利用波浪、潮汐帶有海水交換功能的新式防波堤[34]，潛堤式、圓孔式海水導入工程[35]，利用紅樹林護岸改善港內水質[36]，增設過水閘門等工程技術；在自然協(xié)調型漁港建設技術方面，研究提出了自然調和型漁港防波堤藻場的建設[37]，充分發(fā)揮漁港外圍設施的增殖功能。

韓國現(xiàn)有各類漁港 2 235 座[38]，進入21世紀后，隨著漁村的建設發(fā)展及休閑漁業(yè)需求的增加，韓國漁港已朝著多功能的方向發(fā)展，漁港建設步入了轉型期。韓國提出的漁港發(fā)展方向是：加強對落后漁港的改善，加快國家投資漁港建設，提高完工率和漁港裝備水平；大力開發(fā)多功能的綜合性漁港，使?jié)O業(yè)與休閑、療養(yǎng)、觀光旅游等行業(yè)聯(lián)系起來，進一步提升漁港的綜合實力。同時，配合漁港開發(fā)，逐步改善漁村生活環(huán)境，創(chuàng)造更多的就業(yè)機會，增加漁民收入，逐步將城市勞動力引入漁村，進一步推進漁村、漁港文化旅游產業(yè)的發(fā)展[38]。

美國漁港建設不僅滿足了最基本的生產功能，而且充分利用了漁港自身和周邊的觀光資源、自然景觀和社會人文活動，進行了再發(fā)展[39]。例如美國舊金山漁人碼頭，港內設置了直銷魚市場、游艇碼頭、購物一條街、美食餐廳等多元化設施，開展了海獅觀賞和水族館參觀活動，港外又整合了離島游覽、游艇碼頭、海事博物館、歷史建筑、海軍紀念公園、沙灘等觀光旅游資源，造就了世界聞名的休閑漁港；美國馬里蘭州巴爾的摩內港(Baltimore Inner Harbor)設置了游艇碼頭，港外又整合了科學教育館、空中走廊、劇場、購物商場、古帆船博物館、美食餐廳、水族館、歷史建筑、公園廣場等觀光休閑資源，構成了水域及陸域的游憩觀光帶。

1.3 國內外對比分析

相比于發(fā)達國家，尤其是日本，中國存在以下差距：一是，漁港工程研究頂層設計不足，支持力度不夠，缺乏系統(tǒng)的、全面的漁港工程研究方向和研究內容的布局，中國漁港建設技術及綜合功能的發(fā)揮離發(fā)達國家還有較大的差距。二是，在現(xiàn)代漁港(漁港經濟區(qū))規(guī)劃建設、港域生態(tài)環(huán)境保護修復、自然協(xié)調型漁港建設等技術的研究方面還屬于研究起步階段，與國際先進水平有10年左右的差距，并滯后于中國漁業(yè)經濟的發(fā)展，影響了漁港在沿海社會經濟發(fā)展中重要功能的發(fā)揮。三是，中國漁港減災技術支撐力不足，由于防災減災涉及多學科和領域，且漁港減災科學研究和技術創(chuàng)新人員隊伍不足，在漁港降低臺風災害風險、避風等級評估理論等方面的研究嚴重滯后于漁業(yè)減災的需求。

2 發(fā)展趨勢

2.1 避風減災對策研究是需要長期研究的重點內容

保障漁港漁村安全是漁港漁村持續(xù)健康發(fā)展的基礎條件，面對近年來極端天氣災害頻率和強度增大的嚴峻形勢，通過數(shù)值模擬和物理模擬技術，開展港內安全錨泊、防波堤結構安全、漁港防災減災規(guī)劃與災害應急、漁港及錨地避風能力提升技術的研究，提高漁港漁村的避風減災能力，保障漁港和漁村的安全。

2.2 漁港漁村的功能多元化技術研究將成為主流

面對海洋捕撈產量逐漸萎縮的趨勢，中國漁業(yè)發(fā)展轉方式、調結構，綠色和高質量發(fā)展。另隨著經濟社會發(fā)展，國民休閑旅游需求日趨增加，發(fā)達國家一直致力于漁港漁村功能多元化的發(fā)展研究，通過漁港漁村功能多元化措施和規(guī)劃技術研究，實現(xiàn)港產城(鎮(zhèn))融合發(fā)展，逐漸實現(xiàn)漁港漁村的振興和繁榮。

2.3 漁港環(huán)境整治提升技術成為熱點

隨著經濟社會的發(fā)展，環(huán)境治理和追求食物安全有效供給是全球的共識，發(fā)達國家對環(huán)境治理和水產品質量衛(wèi)生高度重視，也開展了很多的研究，對提升漁港環(huán)境、拓展?jié)O港功能和水產品流通安全起到了重要的作用。通過漁港水陸域環(huán)境整治提升工程技術的應用，改進漁港污染防治和水產品流通環(huán)節(jié)高度衛(wèi)生設施設備的配備，不斷改善提升漁港整體環(huán)境，為國民提供安全、放心的水產品供給。

2.4 自然協(xié)調型漁港建設成為前沿技術

現(xiàn)代經濟社會發(fā)展，對漁港建設提出了綠色低碳、生態(tài)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展要求。把工程技術和水產學科進行有機的集成，建設和改造有利于海洋生物生息、繁殖的水工建筑物，充分發(fā)揮漁港的海洋牧場功能，減少漁港建設對海洋生態(tài)環(huán)境的負面影響，是未來漁港工程技術發(fā)展的前沿技術。

2.5 信息技術在漁港綜合管理領域逐步拓展

借助數(shù)字地理信息、數(shù)字視頻監(jiān)控、北斗定位、泛在物聯(lián)網、云計算等高科技手段，搭建數(shù)字漁港系統(tǒng)，有利于推動實現(xiàn)“依港管船”“依港管人”“依港管安全”“依港管漁獲”；通過智能手機應用程序(App)，可為港內管理和從業(yè)人員完成信息查詢及快速傳遞、漁港設施的日常檢查、災害的報告、照片影像資料的拍攝取證等提供技術手段，信息技術在漁港綜合管理中的逐步應用將大大提高漁港的綜合管理效率和水平。

3 “十四五”研究方向

3.1 提高現(xiàn)代漁港(漁港經濟區(qū))規(guī)劃技術

為配合《全國沿海漁港建設規(guī)劃(2018—2025年)》和《國家質量興農戰(zhàn)略規(guī)劃(2018—2022年)》的實施，應重點開展現(xiàn)代漁港構建理論方法與漁港經濟區(qū)建設模式研究，包括適應不同主導產業(yè)的現(xiàn)代漁港(漁港經濟區(qū))水陸域功能區(qū)規(guī)劃布局技術；現(xiàn)代漁港(漁港經濟區(qū))投融資模式；現(xiàn)代漁港(漁港經濟區(qū))管理運營模式；現(xiàn)代漁港(漁港經濟區(qū))支持政策等。

3.2 強化漁港防災減災技術

近年來，極端天氣災害頻率和強度增大，中國漁港防災減災技術研究嚴重滯后于漁港防災減災的需求，迫切需要長期系統(tǒng)開展相關技術研究。利用水動力試驗室研究平臺條件，開展?jié)O港安全錨泊泊穩(wěn)條件、漁港防災減災數(shù)值模擬、漁港工程抗災性能設計、漁港防災減災規(guī)劃與災害應急、漁港和錨地避風能力提升、漁港漁村防災減災對策等關鍵技術研究，切實提高漁業(yè)的防災減災能力和水平。

3.3 完善高度衛(wèi)生的漁港水產品流通設施建設技術

針對漁業(yè)發(fā)展“提質增效、減量增收、綠色發(fā)展、富裕漁民”的要求，結合出口水產品HACCP(食品安全管理體系認證)體系對衛(wèi)生管理的要求，以及國民對水產品質量安全日益重視的需要，開展清潔低溫海水導入設施、港區(qū)污水處理設施、衛(wèi)生高效的水產品流通設施及衛(wèi)生管理機制研究，用最少的投資完成漁港衛(wèi)生管理設施的改造和建設，保障水產品的安全有效供給和國民健康。

3.4 加強漁港水域生態(tài)環(huán)境保護和修復技術

為保證漁船安全停泊，通過建設防波堤形成封閉的安全水域，但會導致海水交換差，再加上污染物的無序排放，導致港池水質、底質惡化，污染物聚集，漁港功能的多元化、水產品的安全有效供給、漁港環(huán)境的治理都迫切要求加強漁港水域生態(tài)環(huán)境保護和修復。通過研究帶有導水管道或利用波浪、潮汐能量的潛堤式圓孔式海水導入設施，以便于促進海水交換功能的新式防波堤、透空式防波堤、浮式防波堤和浮式碼頭，利用紅樹林護岸改善港內水質，增設過水閘門等工程技術，促進港內外水體交換和港內水質凈化。

4 結語

中國在漁港發(fā)展戰(zhàn)略、漁港防災減災、漁港工程模擬技術、漁港軟基處理、防波堤和碼頭新結構研究及應用方面取得了一定的進展，但在現(xiàn)代漁港(漁港經濟區(qū))規(guī)劃建設、港域生態(tài)環(huán)境保護修復、自然協(xié)調型漁港建設、漁港防災減災等技術的研究方面還落后于發(fā)達國家，并滯后于中國漁業(yè)經濟的發(fā)展，影響了漁港在沿海社會經濟發(fā)展中重要功能的發(fā)揮。結合科技發(fā)展趨勢和行業(yè)發(fā)展需求，“十四五”期間迫切需要從提高現(xiàn)代漁港(漁港經濟區(qū))規(guī)劃技術、強化漁港防災減災技術、完善高度衛(wèi)生的漁港水產品流通設施建設技術、加強漁港水域生態(tài)環(huán)境保護和修復技術4個方面加強科技研究，加快推進漁港現(xiàn)代化和高質量發(fā)展。