湄洲灣莆頭作業區碼頭岸線的多維度論證研究

■錢 琴

（福建省港航建設發展有限公司，福州 350011）

0 前言

隨著沿海經濟的發展，海岸線已經變成了一項寶貴的戰略資源[1]，其利用和開發的合理性與否不但對碼頭等濱海工程影響顯著，乃至對區域經濟發展影響也有明顯影響[2-3]。

碼頭岸線的論證涉及因素眾多，涉及到不同的水文，地質和地貌等，對水深、水域、地質、地貌，陸域等均要考慮，并需要考慮與周圍工程的銜接[4-5]。

當前岸線使用上的問題一是深水岸線資源沒有得到充分保護，岸線使用功能區劃不合理[6]，另一個問題是在岸線規劃的過程中考慮問題單一，導致工程造價高或者后期港區維護費用高。

本文以湄洲灣灣底的莆頭作業區為例，參考其碼頭岸線論證過程，分析了多維度論證研究的方法和結論，對于海灣內的港區岸線規劃有一定的指導意義。

1 莆頭作業區項目背景和規劃

根據批復的《湄洲灣（南北岸）港區控制性詳細規劃（成果）》，莆頭作業區規劃為多用途碼頭區和件雜貨碼頭區，1#～11#泊位為多用途碼頭，12#～25#泊位為件雜貨碼頭。作為規劃港區的起步項目，碼頭岸線的位置涉及到不同的水文、地質和地貌等諸多方面，決定了后續項目的工程量（如炸礁量）、港區淤積情況、工程投資等，并對其他工程產生影響（水流因素等）。因此規劃岸線位置是否合理需進行充分論證，本文以規劃方案、前移方案和后移方案三個方案論述岸線位置的合理性。

2 莆頭作業區碼頭岸線論證的基本方案

結合工程實際，首先確定莆頭作業區規劃碼頭岸線的南端點[7-8]，考慮到如下兩個因素：

（1）莆頭作業區規劃碼頭岸線的南端點往陸側移動過多，會明顯增加港池水域的炸礁量，進港船舶直接靠泊1#泊位也將更加困難，并且對秀嶼作業區規劃碼頭岸線的北端泊位產生不利影響。

（2）莆頭作業區規劃碼頭岸線的南端點往海側移動過多，不僅1#泊位碼頭基槽的風化巖埋深更加偏深，而且對秀嶼作業區規劃碼頭岸線的北端泊位產生不利影響。

在南端點確定后，結合本次的研究目的，設置了3個碼頭岸線布置比選方案，分別命名為規劃方案、前移方案和后移方案。規劃方案為基準碼頭岸線，后移方案為基準碼頭岸線往陸側后退120m，前移方案為基準碼頭岸線圍繞1#規劃泊位的南端點逆時針旋轉約5.2°。為了比選三個方案的優劣，需要從多維度開展分析。三個方案的岸線示意圖見圖1。

3 從地質條件論證碼頭岸線

湄洲灣水域水流流速較緩、波浪小、泥沙回淤少、水域較寬闊、陸域縱深較大，水流、波浪、泥沙回淤、水域寬度和陸域縱深對本工程的碼頭岸線布置影響較小，但本區域地質條件復雜，地質條件對碼頭的建設規模、碼頭造價和疏浚施工難度影響較大，會直接影響到碼頭岸線的布置。

工程區域規劃岸線位置的原泥面標高普遍介于+2.0～+3.0m，水深較淺，難于滿足物探船舶作業的吃水要求，并且本區域土層從上而下普遍存在殘積土、全風化巖、強風化巖層，物探對強風化巖面的判定較困難，故本工程碼頭岸線的地質普查主要是采用鉆探方法。為分別沿規劃岸線及其海側、陸側布設了3條鉆探線，共33個鉆孔。

圖1 三個方案的岸線示意圖

從現有的鉆探資料分析，本工程地質情況復雜，巖面起伏較大，局部有礁石出露，規劃碼頭岸線南部風化巖埋深較深，北部風化巖埋深較淺，巖面從陸地向海域逐漸加深。利用本次鉆孔和已有鉆孔資料，以南段為0起點繪制了地質橫剖面圖，詳見圖2。

可見相對于期望的港池底標高，原規劃岸線有兩處需要炸礁，合計需要炸礁的尺度約130m，其他兩個方案均沒有明顯改善。規劃線前移后北側需要大面積炸礁，而岸線后退使得南側出現新的較大面積的炸礁。

從地質條件來分析，原規劃岸線基本合理。

圖2 碼頭岸線布置方案的風化巖巖面分布圖

4 從水流條件論證碼頭岸線

4.1 數學模型簡介

描述平面二維水流運動的基本方程組為[9]：

式中t、x、y分別為自變量時間及平面坐標；h=Z-ZD為水深，Z為水位，ZD為河床高程；u、v為沿x和y方向的流速；n為糙率系數，f為柯氏系數；EX、EY分別為X和Y方向上的離散系數；q為包括取排水在內的源項。

模型范圍：湄洲灣二維潮流數學模型上邊界自湄洲灣灣頂起，下邊界至湄州島外約12km，模型從外海納入整個湄州灣海域，縱向長度約45km，網格數為96695個。

邊界條件：口外開邊界潮位過程采用河海大學研發的《東中國海潮波推算軟件》計算成果。

網格尺度加密：對于工程敏感區域和地形復雜區域附近的網格進行加密處理，加密后最小網格尺度約20m。

其中，數模分析點的平面布置圖見圖3。

4.2 潮流模型結果分析

工程實施后，港區前沿水流流速有不同程度的減弱，其中莆頭作業區件雜貨碼頭區前沿（莆3#、莆4#點）漲潮流速減少了0.030～0.044m/s，落潮流速減少了0.019～0.047m/s；多用途碼頭區前沿（莆5#、莆6#點）漲潮流速減少了 0.086～0.111m/s，落潮流速減少了 0.042～0.094m/s。

可見工程實施后，漲急時莆頭作業區件雜貨碼頭區西南側由于多用途碼頭區的挑流作用而使水流流向與碼頭前沿線夾角稍大，其余作業區碼頭前沿線與水流流路都基本平順。

落急時莆頭作業區多用途碼頭區北側由于件雜貨碼頭區的挑流作用而使水流流向與碼頭前沿線夾角稍大，其余作業區碼頭前沿線與水流流路都基本平順。

與其天然情況相比，工程實施前后除工程區附近水域的流場流態略有變化外，其余地方流場流態基本不變。

圖3 數模分析點的平面布置圖

表1 工程實施后莆田港區各測點流速變化表（大潮）

后移方案水流條件與規劃方案相比變化很小，只是莆頭作業區多用途泊位碼頭前沿線與水流夾角會稍為增大，多用途碼頭區與雜貨碼頭區的轉角處的挑流作用會稍為減弱。前移方案水流條件與規劃方案相比變化很小，只是莆頭作業區多用途泊位碼頭前沿線與水流夾角會稍為減小，多用途碼頭區與雜貨碼頭區的轉角處的挑流作用會稍為增強。

5 從泥沙回淤分析論證碼頭岸線

岸線規劃還要考慮港區周圍的岸灘演變及港區的回淤情況[10]。湄洲灣海域總體岸線穩定，沿海丘陵植物茂密，水土保持較好，且無較大河流匯流入海灣，陸相來沙很少，且多年來湄洲灣水清沙少，灣內泥沙進出基本平衡，其淤積部分主要是部分懸移泥沙運動形成。

本研究用中國工程標準化協會水運工程委員會推薦的公式進行淤積強度的估算：

式中，P——年回淤強度，單位m/s；

w0——粘性泥沙絮凝陳訴，取0.00027～0.00042m/s；

S——當地年均泥沙含量（kg/m3）；

T——沉降歷史，1年的總秒數（s）；

H1，H2——開挖前后工程區的水深；

V1，V2——開挖前后工程區的流速；

K1，K2——經驗系數，分別取0.35和0.13；

θ——水流流向與航槽夾角，（°）；

γ0——淤積泥沙的干容重，（kg/m3）。

根據估算，規劃方案的工程實施后，莆頭作業區碼頭每年大約淤積18.7～56.7cm，莆頭作業區港池每年回淤量約11萬m3，莆頭支航道每年回淤量約9.2萬m3，共計20.2 萬 m3。

后移方案方案回淤量與規劃方案相比變化不大，但由于水流流速的減弱，回淤量少量增加。而前移方案由于水流流速的增強，回淤量少量減少。

6 綜合比選分析

規劃碼頭岸線位置的地質條件與碼頭規劃建設規模基本相適應，規劃碼頭岸線是基本合理的。雖然規劃碼頭岸線前移可以減少疏浚量和少量炸礁量，但會增加圍海面積，加劇碼頭挖填方的不平衡。

結合到莆頭作業區，碼頭岸線論證的主要原則如下:

（1）統籌考慮本工程及后續泊位的關系；

（2）碼頭岸線位置盡可能做到岸線各泊位建設規模與地質條件相適應，盡量減少工程炸礁；

（3）碼頭岸線的規劃、前移、后移方案的優缺點比較及對建設投資的影響，綜合論證選擇碼頭岸線。

根據上述原則，綜合比選3個岸線方案的結果，匯總見下表。

表2 岸線方案的比選結果匯總表

綜合上述研究，再考慮到更改岸線會涉及用海面積、挖填方、納泥量、水流、回淤等的變化以及規劃的修編，涉及范圍廣，歷時長，故研究認為維持規劃碼頭岸線不變。

7 結論與建議

根據本文研究，從地質條件、水流條件和泥沙回淤方面，對港區岸線利用進行分析，技術上是可行的。

針對湄洲灣灣底的莆頭作業區岸線規劃而言，有如下結論：

（1）規劃碼頭岸線位置的地質條件與碼頭規劃建設規模基本相適應，規劃碼頭岸線是基本合理的，存在局部的炸礁問題。

（2）規劃碼頭岸線往陸側后退，則會增加炸礁量和粘土開挖量，從而增加工程投資，且回淤量會略微增加，增大后期維護費用。

（3）如果規劃碼頭岸線前移，可以減少后期維護疏浚量，但會增加圍海面積，加劇碼頭挖填方的不平衡，且炸礁范圍同樣增加。

可見規劃碼頭岸線位置的地質條件與碼頭規劃建設規模基本相適應，規劃碼頭岸線是基本合理的。

實際上本工程位置在海灣內，所受波浪因素影響較小，其他因素還需要綜合考慮波浪要素的影響，并環境評價等因素的對比論證分析[11]。

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[3]柯海.淺議岸線規劃的原則與方法[J].海洋與海岸帶開發,1990(01):36-39.

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[8]程書恒,秦洪喜,李雪野.連云港港徐圩港區一港池南側岸線碼頭前沿線位置研究[J].中國水運(下半月),2017,17(06):203-205+228.

[9]中交第四航務工程勘察設計院有限公司.湄洲灣港秀嶼港區莆頭作業區岸線論證報告[R].2010.1.

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[11]黃義成,周軍.淺析選定集裝箱碼頭岸線的影響因素[J].水運工程,2002(07):52-55.