東營港廣利港區(qū)航道整治方案

邳青嶺，魏美芳，隋敬維

（1.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津300222；2.東營經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管委會，山東東營257091）

東營港廣利港區(qū)航道整治方案

邳青嶺1，魏美芳1，隋敬維2

（1.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津300222；2.東營經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管委會，山東東營257091）

在已有粉沙質(zhì)海岸建港理論及經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析了東營港廣利港區(qū)建港條件，并以模型試驗(yàn)為指導(dǎo)研究了廣利港區(qū)航道整治方案，可為類似工程提供設(shè)計(jì)參考。

粉沙；航道整治；模型試驗(yàn)

粉沙質(zhì)海岸是介于淤泥質(zhì)海岸和沙質(zhì)海岸之間的一種特殊海岸。基本水力特性是：起動流速小、沉降速度大、沉積密實(shí)快，在波浪、潮流作用下，泥沙活躍，易懸易沉，大浪作用下在臨底床面上會產(chǎn)生濃度很高的含沙水體層[1]。在粉沙質(zhì)海岸建港，首先要解決港口、港池和航道的淤積問題[2]。目前，黃驊港、京唐港、濰坊港、濱州港等一向被視為建港“禁區(qū)”的港口相繼開發(fā)建設(shè)，為港工界在粉沙質(zhì)海岸建港方面積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

2014年7月，《東營港廣利港區(qū)總體規(guī)劃》獲得正式批復(fù)，使廣利港區(qū)的開發(fā)建設(shè)進(jìn)入了快車道。但港區(qū)開發(fā)建設(shè)必將面臨港池及航道淤積的威脅。本文從廣利港區(qū)自然條件入手，著重分析工程海域處的泥沙運(yùn)動規(guī)律，結(jié)合模型試驗(yàn)結(jié)果對航道整治的平面布置方案作出比選，從而論證方案的合理性。

1　工程概況

東營港廣利港區(qū)位于萊州灣的西部、廣利河河口處，距東營市市中心20 km，與天津、秦皇島、大連隔海相望，東與膠東半島緊貼相連，西與濱州地區(qū)接壤，南與淄博、濰坊兩市相毗鄰，處在膠東半島和遼東半島的環(huán)抱之中。港區(qū)地理位置如圖1所示。

圖1　廣利港區(qū)地理位置圖Fig.1 Geographical location of GuangliPortarea

2　自然條件

2.1海岸類型

工程所在海區(qū)基本由陸上三角洲平原和水下三角洲平原構(gòu)成。根據(jù)JTS 145—2015《港口與航道水文規(guī)范》[3]相關(guān)規(guī)定，沉積物中值粒徑介于0.03～0.10mm之間，屬粉沙質(zhì)海岸。廣利河口附近海域沉積物主要以粉沙、粉沙質(zhì)沙、沙質(zhì)粉沙、黏土質(zhì)粉沙為主，沉積物中值粒徑在0.004～0.079 mm之間。綜上，廣利港區(qū)所處海域應(yīng)屬典型粉沙質(zhì)海岸。

2.2水位

根據(jù)羊口站1953—1990年實(shí)測潮位資料、濰坊港碼頭南側(cè)1990—1991年1 a的實(shí)測潮位資料，并參照周邊距離工程區(qū)較近地區(qū)的推算結(jié)果進(jìn)行綜合分析，廣利港區(qū)屬不規(guī)則半日潮海區(qū)，其（HK1+HO1）/HM2=1.15。潮位特征值及設(shè)計(jì)水位（從當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵嫫鹚悖椋浩骄叱蔽?.91m；平均海面1.07 m；設(shè)計(jì)高水位2.59 m；設(shè)計(jì)低水位-0.07 m；極端高水位4.77 m；極端低水位-0.85m。

2.3風(fēng)

根據(jù)羊口鹽場氣象站1980—1989年及1994—2006年資料進(jìn)行分析，該區(qū)常風(fēng)向?yàn)镾SE向，次常風(fēng)向?yàn)镾E、S向，強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镹E向。詳見風(fēng)玫瑰圖（圖2）。

圖2　廣利港區(qū)風(fēng)玫瑰圖Fig.2 Rose diagram ofw inds in GuangliPor tarea

2.4海區(qū)含沙量

正常天氣下，根據(jù)2008年10月全潮實(shí)測含沙量資料分析，平均含沙量約0.01～0.10 kg/m3，最大含沙量可達(dá)0.393 kg/m3。其海區(qū)含沙量特點(diǎn)為近岸區(qū)含沙量高，遠(yuǎn)岸區(qū)含沙量低。在近岸規(guī)律性比較強(qiáng)，一般是大潮含沙量＞中潮＞小潮，攔門沙附近和外海由于泥沙活動性強(qiáng)，規(guī)律不太明顯；落潮含沙量基本上都是大于漲潮。

2009年4月14—15日大風(fēng)天氣下，廣利港區(qū)水域-4 m水深處近底含沙量垂線分布如表1所示。

表1　大風(fēng)天實(shí)測含沙量Tab le1 Sand contentmeasured in galewind days

2.5波浪

根據(jù)2008年12月—2010年1月萊州灣-10m等深線處的觀測資料，本海區(qū)常浪向?yàn)镹E向，次常浪向?yàn)镹NE向；強(qiáng)浪向?yàn)镹E向。詳見波高玫瑰圖（圖3）。

圖3　廣利港區(qū)波高玫瑰圖Fig.3 Rose diagram ofwaveheight in GuangliPortarea

3　航道整治方案

粉沙質(zhì)海岸建港必須將整治與疏浚相結(jié)合，關(guān)鍵是解決口門以外航道的淤積問題。根據(jù)已有的類似建港經(jīng)驗(yàn)，粉沙質(zhì)海岸航道整治工程采用雙堤環(huán)抱布置形式時，口門應(yīng)布置在強(qiáng)泥沙活動帶以外。據(jù)粉沙質(zhì)海岸泥沙運(yùn)動特點(diǎn)，淺水區(qū)防波擋沙堤一般采用出水堤；混移質(zhì)對航道淤積影響較大時，可采用潛堤減淤，以進(jìn)一步降低工程造價(jià)[4]。

3.1航道等級

在航道主尺度計(jì)算過程中，除年平均淤積強(qiáng)度外，大風(fēng)天氣引起的航道驟淤需要引起足夠的重視。粉沙質(zhì)海岸航道泥沙驟淤的防治標(biāo)準(zhǔn)可取10 a一遇重現(xiàn)期[2]。

根據(jù)吞吐量及船型預(yù)測，廣利港區(qū)規(guī)劃近期航道等級為5 000噸級單線航道，航道通航寬度100m，航道設(shè)計(jì)底高程-8.5 m，滿足5 000噸級船舶單向乘潮進(jìn)港要求，可滿足3 000噸級船舶全天候進(jìn)港要求，10 a一遇大風(fēng)驟淤條件下可滿足3 000噸級船舶乘潮進(jìn)港要求。

3.2口門位置及寬度

由10 a一遇大風(fēng)過程（9711號臺風(fēng)）的波浪場計(jì)算結(jié)果可知，最大有效波高自-5 m水深起開始破碎。為避免波浪掀沙對港池及航道造成嚴(yán)重影響，將口門布置在-5 m水深之外，并分別對口門位于-5 m、-6 m、-7 m以及口門寬度為600 m、800m的方案進(jìn)行了數(shù)值模擬，得出結(jié)論如下：

1）口門越靠近外海，口門及航道橫流越大。在10 a一遇大風(fēng)作用下，口門位于-5.0 m天然水深時航道總淤積量較位于-6.0 m天然水深時多33.2萬m3，口門位于-7.0 m天然水深時航道總淤積量較-6.0m時少55.5萬m3。

2）口門位于-6.0m天然水深處，其寬度分別為800m和600m時，僅口門附近流場略有不同，口門附近最大橫流相差不超過0.05 m/s。在10 a一遇大風(fēng)作用下，口門寬度為600 m時航道淤積總量比800m時少5.4萬m3。

綜合考慮防沙減淤效果及工程造價(jià)，最終選擇口門位于-6.0m水深處，口門寬度800m。

3.3防波堤高程

通過斷面物理模型試驗(yàn)，以越沙率25%為標(biāo)準(zhǔn)，確定防御10 a一遇大風(fēng)驟淤的防波擋沙堤高度如表2。

表2　模型試驗(yàn)得出堤頂高程建議值Table2 Recommended elevation ofbreakwater creston thebasisofmodel testing

同時考慮港內(nèi)泊位條件，北側(cè)防波擋沙堤近岸段（水深-1.0～-1.5 m）需對港池進(jìn)行強(qiáng)浪向掩護(hù)，堤頂高程最終確定為5.0 m，并設(shè)置擋浪墻；-1.5～-5.0m防波擋沙堤近期以防沙為主，堤頂高程取為2.0 m；-5.0 m水深后采用折線潛堤布置，為減小口門流速，參考國內(nèi)已有建港經(jīng)驗(yàn)，堤頂高程由2.0m逐步過渡到-1.0m。

工程區(qū)南向浪較小，南防波擋沙堤功能主要以防沙為主，前5 km（水深1.4～-0.4m）堤頂高程取為4.0m；-0.4～-5.0m水深處堤頂高程取為2.0 m；-5.0 m水深后采用折線潛堤布置，堤頂高程由2.0 m逐步過渡到-1.0 m。防波擋沙堤布置方案參見圖4。

3.4軸線方位

以5 000噸級單線航道為基礎(chǔ)，分別按軸線方位261?！?1。、251?！?1。、241?！?1。布置三個航道整治方案，并通過建立數(shù)學(xué)模型試驗(yàn)，對工程海域的大潮流場和10 a一遇大風(fēng)作用下三方案的航道淤積進(jìn)行對比分析，成果如表3。

圖4　防波擋沙堤布置示意圖Fig.4 Schematic layou tofbreakw ater/sedim ent bar rier

表3　航道軸線方位比選表Table 3 Com parison of channelaxisbearing

經(jīng)分析，總平面布置方案二的口門橫流、航道淤積總量均優(yōu)于總平面布置方案三。而總平面布置方案一雖然在淤積總量上優(yōu)于總平面布置方案二，但存在遠(yuǎn)期發(fā)展高等級航道受限等缺點(diǎn)。綜合考慮自然條件、遠(yuǎn)期發(fā)展、工程投資等因素，最終選取航道軸線方位為251。—71。為推薦方案。

4　結(jié)語

通過對廣利港區(qū)防波擋沙堤及航道布置方案進(jìn)行數(shù)學(xué)模型及物理模型試驗(yàn)研究，并以國內(nèi)已有粉沙質(zhì)海岸建港理論為基礎(chǔ)，最終確定廣利港區(qū)航道整治方案如下：

1）防波擋沙堤采用雙堤環(huán)抱、折線形布置，-5.0 m以淺為直線布置、為出水堤，折線段為潛堤?？陂T位于-6.0 m水深處，寬度800m；

2）航道等級選取為5 000噸級單線通航，設(shè)計(jì)底高程-8.5 m，通航寬度100 m，軸線方位為251?！?1。。

[1]曹祖德，楊華，侯志強(qiáng).粉沙質(zhì)海岸的泥沙運(yùn)動和外航道淤積[J].水道港口，2008，29（4）：247-253. CAO Zu-de,YANGHua,HOU Zhi-qiang.Sandmovementof siltsandy beach and the outer navigation siltation[J].JournalofWaterway and Harbor,2008,29(4):247-253.

[2]季則舟，侯志強(qiáng).粉沙質(zhì)海岸港口航道驟淤防治標(biāo)準(zhǔn)研究[J].港工技術(shù)，2010，47（1）：11-13. JIZe-zhou,HOUZhi-qiang.Study on standardsofprevention and regulation of sudden siltation in port navigation channel on silty coast[J].JournalofWaterway and Harbor,2010，47(1):11-13.

[3]JTS145—2015，港口與航道水文規(guī)范[S]. JTS145—2015,Codeofhydrology forharborand waterway[S].

[4]羅剛，楊希宏.粉沙質(zhì)海岸港口口門位置的選擇[J].中國港灣建設(shè)，2003（3）：10-13. LUO Gang,YANG Xi-hong.Site selection for entrance of ports located on silty sandy coasts[J].China Harbour Engineering,2003 (3):10-13.

Channel regulation in Guangli Port area of Dongying Port

PIQing-ling1,WEIMei-fang1,SUIJing-wei2
（1.CCCCFirstHarbor Consultants Co.,Ltd.,Tianjin 300222,China;2.Administrative Committeeof Dongying Economicand TechnologicalDevelopmentZone,Dongying,Shandong257091,China）

Based on the theory and experience of port construction in silt-sand coasts,the conditions to build Guangli Port area in Dongying Portwas analyzed and the proposals for channel regulation in Guangli Port area were studied in the light of model tests,whichmay be used as reference for the design ofsimilar projects.

silt-sandy;channel regulation;model test

U617

A

2095-7874（2016）06-0048-04

10.7640/zggw js201606012

2016-03-03

邳青嶺（1984—），男，天津市人，碩士，工程師，港口工程專業(yè)。E-mail：piqingling@fdine.net