濱海月亮灣海濱浴場整治工程平面方案優化

劉玉倩，韓春曉

（1.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津300220；2.中交天津航道局有限公司，天津300461）

濱海月亮灣海濱浴場整治工程平面方案優化

劉玉倩1，韓春曉2

（1.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津300220；2.中交天津航道局有限公司，天津300461）

月亮灣位于江蘇濱?？h廢黃河口，北側緊鄰翻身河口，是江蘇蘇北地區少有的天然海灘之一，但是由于水體渾濁無法滿足游客下海游泳的需求。為了配合濱海港城發展，規劃新建一座海濱浴場。通過對比國內典型海濱浴場的水體含沙量，提出海濱浴場的使用要求為近岸水體含沙量不大于0.2 kg/m3。通過分析侵蝕性海岸特征和含沙量分布情況，從降低近岸水體含沙量的角度出發需要新建環抱式防波堤，提出口門-3.0 m、-4.0 m及-5.0 m布置方案，并采用二維潮流數模對流場及含沙量場進行模擬計算，對三種平面布置方案進行綜合研究比較，得出-4.0 m方案為最優方案。

環抱式防波堤；侵蝕型海灘；含沙量；平面方案

1 工程概況

工程位于江蘇省鹽城市濱海縣廢黃河入?？诟浇Ｓ?，是蘇北地區少有的天然海灘之一，與北側翻身河口間距1.3 km，與北側濱海港直線距離僅4.5 km，屬于較為典型的侵蝕性海岸，海岸防護問題十分突出。2016年，濱海港城建設重點打造五個之最，即：黃海之濱最大的藍沙海灘、最宏偉的黃海三面大佛、最浪漫的漁港風情街、最長的海堤景觀平臺和最生態的靈龍湖科教旅游基地。本工程即為其中的“藍沙海灘”工程，但是由于侵蝕性海岸的特點，岸灘被沖刷掀揚的泥沙進入水體后，使得工程區水體含沙量較高。特別是近岸區域，平均含沙量可達1.0 kg/m3。為減小近岸沙灘附近水體含沙量，達到“藍”的效果，擬在海灣南北兩側建設兩道防波擋沙堤，形成環抱式半封閉港灣。

總平面布置方案主要考慮潮流、波浪、泥沙和地形地質等自然條件，并結合施工方法、施工工期和工程投資等多方面因素[1]。

2 自然條件

2.1 潮流

本工程海域潮流屬規則半日潮流，具有明顯的往復流特性。流速較大，最大流速自表層向底層逐漸減小。流速的大小與水深密切相關，呈現“岸邊小、外海大”的特點。大部分垂線海流漲潮主流向在SE—SSE附近，落潮主流向在NW—NNW附近。漲潮流速大于落潮流速，落潮歷時略大于漲潮歷時。

2.2 波浪

該區常浪向為ENE向，次常浪向為NE向，出現頻率分別為12.85%，11.17%，強浪向為NE向，該向H4%≥1.3 m的波高出現頻率為0.95%，H4%≥1.6 m的波高出現頻率為0.25%[2]。

2.3 地貌分析

廢黃河三角洲海岸自1855年黃河從山東北歸入海以后，主要的陸域泥沙來源被斷絕，海岸一直處于侵蝕過程。經波浪篩選，較細顆粒被潮流帶走，較粗顆粒繼續留在岸灘上。

廢黃河水下三角洲的侵蝕主要表現在以-10 m水深為代表的三角洲前緣的侵蝕內移。對比1904年與1937年的兩版海圖，圖中-10 m等深線與岸灘間距由120 km縮窄至僅20 km，侵蝕范圍達100 km，可見這33 a間的水下岸灘侵蝕非常迅速。而從1965年的海圖上測量，-10 m等深線距離岸邊12 km，從1937—1965年這28 a間侵蝕范圍僅8 km，侵蝕強度開始趨于平緩。1994年水下測量數據顯示，-10 m等深線距岸約5 km，即從1965—1994年這29 a間后退7 km，平均每年內移約240 m。經過1個世紀的演變，該海域-10 m等深線的內移速度已經趨于平緩[3]。

經過1989—2007年間多次水下地形測量及5條固定斷面（圖1）的測量，分析1989年11月、1993年5月、1994年1月及2004年5月的測量資料，可得出海岸近期侵蝕動態結論（表1）。岸坡侵蝕強度最大的部位在-2～-10 m，等深線內移速度從每年幾十米到上百米不等。-2.0 m以淺的海灘侵蝕也在繼續，其中1994年12月至1997年 9月，六合莊南段0 m線平均后退約40～50 m/a，-1.0 m線平均后退約25 m/a。

圖1 水下測量固定斷面示意圖Fig.1Settled sections of underwater survey

表1 各斷面等深線侵蝕速度表Table 1Erosion velocity of isobaths at each settled sections

斷面I靠近廢黃河口，也就是本工程擬建海濱浴場位置，-2 m、-5 m和-10 m等深線分別以70 m/a、130 m/a以及20 m/a的速度內移，目前天然的沙灘范圍也將隨之不斷縮小，這成為海濱浴場建設的第一個難點。

2.4 含沙量分析

在岸線仍遭侵蝕后退岸段的潮上帶和潮間帶的上部屬粉沙淤泥帶，主要出露古黃河沉積的黏土層，中值粒徑約0.008 mm，其中黏土含量為25%～30%，粉沙含量為70%左右，主要沉積物為粉砂[4]。

本海區水體含沙量呈近岸較高，向深水區明顯降低的分布特征。實測資料顯示，-2 m以淺水域含沙量可達1.3 kg/m3以上，-4 m等深線附近年平均含沙量約1.0 kg/m3，而-10 m等深線水域年平均含沙量降低為0.5 kg/m3，-20 m以深海域平均含沙量則不足0.1 kg/m3（如圖2）。本工程擬建海濱浴場供游客休閑度假，因此近岸水體的高含沙量成為了本工程的第二個難點。

圖2 工程區海域年平均含沙量場分布（單位：kg/m3）Fig.2Mean annual sediment field distribution of project sea area（kg/m3）

3 研究內容

3.1 海濱浴場整治標準

參考山東濰坊濱海旅游度假區人工沙灘、天津東疆灣海濱浴場及上海碧海金沙水上樂園等工程實例，適宜游客游泳的近岸水體含沙量不大于0.2 kg/m3。同時，考慮到工程海域的實際情況，天然水深-4 m以淺的水域天然含沙量已經大于1.0 kg/m3，因此整治難度較大，綜合分析將整治標準調整為每年旅游旺季時（6月中旬至9月下旬）近岸海域水體含沙量不大于0.2 kg/m3。

3.2 研究內容

本工程位于侵蝕型海岸沿線，近岸底質分布主要為粉砂，天然水體含沙量高達1.3 kg/m3。同時，工程北側距翻身河口僅1.3 km，而且流速較大。以上幾點均對海濱浴場的水體環境和穩定性產生不利影響，防波擋沙堤的建設主要應對以上幾點。

3.3 研究方案

根據經驗，防波擋沙堤的口門開口越大，灣內水體交換條件越好，但是對灣內水流的流態影響越大；口門位置離岸越遠，圈圍范圍越大，工程建成后圈圍水域近岸含沙量越小，但是灣內的淤積量也會很大，同時，由于整治建筑物伸出岸邊距離較遠，也會對周邊水動力環境產生不利影響。研究方案需要平衡各方面因素，由此本工程防波擋沙堤平面布置共提出了3類方案，其口門位置分別布置于-3.0 m、-4.0 m和-5.0 m水深處，如圖3，口門寬度暫定100 m，各方案參數見表2。

圖3 不同方案平面布置示意圖Fig.3Layouts of different options

表23 類方案參數表Table 2Parameter of 3 options

為了深入比較不同平面布置方案的優缺點，由試驗單位建立了工程海域的平面二維潮流泥沙數學模型，利用東中國海潮波數學模型模擬兩大潮波系統在江蘇岸外輻合的潮波運動，由此建立南黃海海域潮流數學模型，并以此建立工程區模型計算分析各方案實施后的流場和含沙量場分布。

3.4 研究方案對周邊水動力環境的影響分析

工程區位于廢黃河閘下的灣內，漲潮時主要為東南流，落潮主要為西北流，灣內流速相對較小，由岸向外海流速有逐漸增大趨勢。對比3個方案的流矢圖得出，防波擋沙堤對漲潮東南流和落潮西北流均存在局部的阻水、挑流作用。-3.0 m方案堤身南北兩側1 km范圍內由于阻水作用，平均流速減小5～20 cm/s，堤頭1 km范圍內由于挑流影響平均增大5～15 cm/s，對北側翻身河口的水動力無影響。-4.0 m方案對水動力場的影響與-3.0 m方案基本一致。而-5.0 m方案對流態的影響明顯大于以上兩個方案，堤身南北兩側2 km范圍內由于阻水作用平均流速減小5～20 cm/s，堤頭1.5 km范圍內由于挑流影響平均流速增大5～15 cm/s，而且已經影響到北側的翻身河口，翻身河口水動力減小2～5 cm/s[5]。

考慮到翻身河口的流速穩定性，-5.0 m方案較另外兩個方案顯示出較大的局限性。因此，選用-3.0 m方案和-4.0 m方案進行進一步研究。

3.5 研究方案對含沙量及泥沙淤積的影響分析

含沙量場的分析基于-3.0 m方案和-4.0 m方案進行，兩個方案口門處年平均含沙量分別為1.1 kg/m3和1.0 kg/m3。根據工程建設后不同時刻灣內水流流態和水流強度分布特征，將灣內水域分成7個區域進行研究。

-3.0 m方案漲潮期間在灣內形成逆時針回流，港外高含沙量水體進入灣內后，主要淤積在口門附近，見圖4。回流影響范圍內（二區、三區）3個月的淤積量為0.8～0.9 m；隨灣內泥沙沿程落淤，近岸水體含沙量逐漸減小，淤積幅度也越來越小，至近岸六區、七區，3個月的淤積幅度為0.02～0.05 m。含沙量的分布也呈現了由口門向近岸逐漸減小的趨勢，口門處一區至三區的含沙量均可達1.0 kg/m3以上，至五區，含沙量降至0.5 kg/m3，至近岸段南側的七區含沙量才降至0.2 kg/m3，近岸段的北側仍屬于六區，水體含沙量介于0.2～0.4 kg/m3。

圖4 -3.0 m方案淤積計算分布圖（3個月）Fig.4Sedimental carculation of-3.0 m option(3 months)

-4.0 m方案與-3.0 m方案的流態類似，主要淤積也是發生在口門附近，見圖5。回流影響范圍內（二區、三區）3個月的淤積量為0.8～0.9 m；至近岸六區、七區，3個月的淤積幅度降低為0.02～0.04 m。含沙量的分布較-3.0 m方案有較大改善，口門處一區至三區的含沙量約為0.8～1.0 kg/m3，五區含沙量降至0.6 kg/m3，至近岸區含沙量0.2 kg/m3，不僅近岸段含沙量小于0.2 kg/m3的范圍可以覆蓋整條岸線，從口門至岸線的沿程含沙量也大幅下降[5]。

圖5 -4.0 m方案淤積計算分布圖（3個月）Fig.5Sedimental carculation of-4.0 m option(3 months)

試驗數據顯示，兩個方案中，-4.0 m方案可以實現近岸水體含沙量降至0.2 kg/m3的目標。

3.6 綜合比選

綜合分析，認為口門-4.0 m平面方案既可以滿足整治標準的要求，又不會對周圍水動力環境尤其是翻身河口的流態產生影響。平面方案整體評價見表3。

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

另外，由于防波擋沙堤的平面布置和堤身長度直接關系到工程的施工方法、施工工期和工程投資，在滿足需要的前提下選用較為經濟合理的方案，-4.0 m方案為最佳方案。

4 結語

月亮灣位于蘇北侵蝕性海岸，具有高水體含沙量的特征。本文通過3類平面方案進行對比研究，以達到保護岸灘、降低近岸水體含沙量至夏季下海游泳的目的。目前，整治工程正在建設中，北堤已建設完成，南堤堤身也已向海側推進完成了550 m。盡管還沒有全部竣工，但是從衛星圖上已經可以看到工程海域水體工程前后已經發生了明顯變化，工程后堤身內側海水顏色明顯變淺變藍，含沙量大幅下降。

[1]JTS 165—2013，海港總體設計規范[S]. JTS 165—2013,Design code of general layout for sea ports[S].

[2]JTS 145—2015，港口與航道水文規范[S]. JTS 145—2015,Code of hydrology for harbour and waterway[S].

[3]中交第一航務工程勘察設計院有限公司.鹽城港濱海港區中電投煤炭碼頭一期工程工程可行性研究報告[R].天津：中交第一航務工程勘察設計院有限公司，2010.

CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.Feasibility study report on the phase I coal jetty project of CPI of Binhai Terminal of Yancheng Port[R].Tianjin:CCCC First Harbor Consultants Co., Ltd.,2010.

[4]南京水利科學研究院.江蘇濱海港10萬噸級航道工程海岸穩定性和泥沙運動研究[R].南京：南京水利科學研究院，2007.

Nanjing Hydraulic Research Institute.Research on coastal stability and sediment movement of 100 000 t channel project of Binhai Terminal in Jiangsu[R].Nanjing:Nanjing Hydraulic Research Institute,2007.

[5]南京水利科學研究院.濱?？h“碧海”工程生態提升效果數學模型研究[R].南京：南京水利科學研究院，2016.

Nanjing Hydraulic Research Institute.Study on mathematical model of'blue sea'ecological improvement project in Binhai[R].Nanjing:Nanjing Hydraulic Research Institute,2016.

[6]JTS 154-1—2011防波堤設計與施工規范[S]. JTS 154-1—2011,Code of design and construction of breakwaters [S].

Optimization of overall plans of Yueliangwan Beach regulating project in Binhai

LIU Yu-qian1,HAN Chun-xiao2
（1.CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.,Tianjin 300220,China; 2.CCCC Tianjin Dredging Co.,Ltd.,Tianjin 300461,China）

Yueliangwan is located at estuary of Feihuanghe in Binhai Country.It is next to estuary of Fanshen River in the north,and is one of the rear natural beach in north of Jiangsu Province.But,it could not satisfy the requirement of swimming for visitors because of the muddy water.In order to coordinate with the development of port city in Binhai,it is planned to build a new bathing beach.Comparing with the sediment concentration of typical bathing beaches in China,the standard of sediment concentration in nearshore water area is no more than 0.2 kg/m3.We analyzed the characteristics of erosion beach and the sediment distribution,the surrounding breakwater is needed from the point of view of reducing the sediment concentration nearshore,we proposed the overall plans with entrance of breakwater set in-3.0 m,-4.0 m and-5.0 m.Adopted with 2D numerical model of current and sediment,the current and sediment concentration are simulated and calculated.Comprehensive comparison of the 3 plans scheme shows that-4.0 m scheme is the best.

surrounding breakwater;erosion beach;sediment concentration;overall plan

U652.72

A

2095-7874（2017）06-0067-05

10.7640/zggwjs201706015

2017-03-03

2017-04-23

劉玉倩（1984—），女，河北衡水人，工程師，碩士研究生，主要從事港口及航道總體設計工作。E-mail：liuyuqian@fdine.net