港口航道規(guī)劃中潮流分析的實踐探究

方華山　潘強

【摘要】潮流分析已經(jīng)成為航運交通港口航道規(guī)劃中的重要因素，應(yīng)用潮流分析方法對港口進行規(guī)劃能夠有效的保證航道規(guī)劃的科學與合理。本文就潮流分析用于港口航道規(guī)劃應(yīng)用進行了簡要分析。

【關(guān)鍵詞】港口航道；潮流；分析；規(guī)劃；應(yīng)用

1、潮流分析概述

潮流分析是港口航道規(guī)劃中最常用的方法之一，其主要特點是速度快、成本低且方便修改，不受比尺限制。在港口航道建設(shè)中，泥沙問題是影響建設(shè)的主要問題，泥沙在海水中的絮凝作用，導(dǎo)致航道、港池等出現(xiàn)泥沙淤積現(xiàn)象。所以，必須在港口建設(shè)之前，對航道及港區(qū)泥沙淤積情況進行仔細的分析和研究，在此基礎(chǔ)上進行港口規(guī)劃設(shè)計，為施工提供可靠的依據(jù)。一般港口建設(shè)中，主要的動力來自于潮汐振動產(chǎn)生的潮流，且流速在底層與表層不同，表層漲潮速度一般小于落潮速度，依次向下，表層流速一般大于底部的流速。所以，對潮流分析方法進行研究與掌握，在港口航道規(guī)劃中具有重要的作用。

2、潮流模型分析

2.1 港口潮流的一維數(shù)值分析

在港口潮流的一維潮流數(shù)值分析中，模擬的基本計算公式是Saint Vnenat方程，在編寫計算公式的過程中，有流速與水位關(guān)系公式，也有流量與水深關(guān)系公式，這兩種表示方式?jīng)]有本質(zhì)的區(qū)別，在公式中（d）表示水深，（Q）表示流量，潮流一維數(shù)值分析方程組如下：式中：x表示縱向坐標；t表示時間；B代表過水橫斷面面積；Zb代表過水橫斷面的底面高程；R代表過水橫斷面的水力半徑；d表示水深；C表示謝才系數(shù)。對上方程組進行差分離散可得到如下形式的代數(shù)方程組：式中：A，B，C代表的是已知系數(shù)，可以通過前一時刻n（時刻）的進行求解；下標i及i+1的代表過水斷面的坐標位置，上標n+1代表待求時刻。對方程組進行求解，便可得出確定的潮流流量解。

2.2 航槽走向規(guī)劃

合理選擇航道軸線是獲得航道良好水深的根本保證，在港口地區(qū)，港口的地形是非常關(guān)鍵的因素，落潮流向、優(yōu)勢波向、等深線垂直方向等，都是影響航槽軸線的走向的重要因素，要基本上與軸線保持一致。在擬定航槽走向時，要將北槽入海水道走向作為主要的參考依據(jù)。所謂航槽內(nèi)段，就是擬定的航道軸線順延出口沿NE30°，方向延伸至4.0m等深線處。在此基礎(chǔ)上，折向NE60°方向延伸至外海，就是航槽外。航槽段長約12km，設(shè)計船型為2萬噸級時，外段長約6km。對于A港口地區(qū)而言，西導(dǎo)堤的位置和其他的港口相比，位置比較特殊，剛好處在漲落潮主流區(qū)范圍。對西導(dǎo)堤進行高程控制的主要目的，就為減少對灌河納潮的不利影響。東導(dǎo)堤起自東側(cè)岸線，止于-1m深線處，全長12km，共劃分為4段，堤頂高程由岸向海逐漸降低。在設(shè)計中，東導(dǎo)堤與航道軸線之間的距離是500～600m，在走向上，東導(dǎo)堤與航槽段是基本一致的。為減少沿堤流向?qū)У虄?nèi)的輸沙，堤頭走向比導(dǎo)堤向東南方向多偏轉(zhuǎn)了15°西導(dǎo)堤自西側(cè)岸線至-1m深線處，全長9.2km。在對西導(dǎo)堤進行設(shè)計時，擬定為半潮潛水堤，呈現(xiàn)出高水位時潛在水下，低水位時才露出水面的特點，為的就是盡量地優(yōu)化導(dǎo)堤工程，減少其對灌河納潮的不利影響。按照堤頂高程進行劃分，可以將西導(dǎo)堤劃分為四段，西1至西2段導(dǎo)堤高程介于略高于低潮位，西3至西4段高程低于低潮位，西導(dǎo)堤與東導(dǎo)堤基本平行，間距為900～1，00m。西導(dǎo)堤堤頭向西北方向多偏轉(zhuǎn)15°。

3、港口航道規(guī)劃潮流預(yù)測

港口航道規(guī)劃方案計算后的潮流場預(yù)測集中表現(xiàn)在流速和流向。在港池水域工程前后的潮段最大流速值、平均流速值及其變化量百分比為參考。規(guī)劃預(yù)測一，碼頭前沿漲潮可能的最大流速為0.81～0.93m/s，在落潮的時候，潮流流速的最大值為0.69～0.77m/s，在港池水域，漲潮流速的最大值0.70～0.90m/s，，落潮最大流速0.61～0.71m/s。漲潮水流和岸線交角的最大值為12°，一般值控制在2～9°，落潮水流與岸線交角的最大值為6°，一般值控制在1～5°。規(guī)劃預(yù)測二，碼頭前沿漲潮最大流速0.83～0.95m/s，落潮最大流速0.57～0.69m/s，港池水域漲潮最大流速0.77～0.93m/s，落潮最大流速0.57～0.65m/s。規(guī)劃預(yù)測三，在碼頭的前沿，漲潮時分流速的最大值0.83～0.92m/s，落潮時分，流速的最大值達到0.66～0.76m/s，在港池水域，漲潮時流速的最大值為0.76～0.94m/s，落潮時流速的最大值為0.64～0.71m/s。水流和岸線的交角，其角度的最大值為5°，一般值控制在1～4°，工程后的平均流速變化規(guī)率同最大流速。

結(jié)束語

為了推進我國港口航道規(guī)劃建設(shè)工作的進展，對潮流分析加大應(yīng)用與實踐，提高航道規(guī)劃管理人員的技術(shù)水平，在港口航道規(guī)劃中對潮流分析不斷深入研究，通過合理的應(yīng)用使其在港口航道規(guī)劃建設(shè)中發(fā)揮出應(yīng)用的價值，促進我國航運交通事業(yè)的不斷發(fā)展。

參考文獻：

[1]溫春鵬，李孟國，李文丹.石浦港下灣門航道工程潮流數(shù)值模擬研究[J].水道港口，2013，34（1）：19-25.

[2]匡翠萍，劉鵬晨，顧杰，等.黃驊港外航道整治工程對風暴潮流下泥沙輸運的影響[J].泥沙研究，2014（01）：39-46.

[3]張瑋，李澤，劉燃，等.環(huán)抱式防波堤口門航道橫流三維特性研究[J].海洋工程，2014，32（1）：91-98.