某挖入式港池的波浪分析

◎ 杜冰茹 中鐵建港航局集團勘察設計院有限公司

1.引言

擬建客運港位于珠江口橫門島東側海岸，該海域常浪向為SE，次常浪向為SSE、NNE, 出現率分別為16.7%、15.0%、13.9%。H1/10波高大于0.5m、1.0m、1.5m出現率分別為78.0%、0.1%、0.03%。客運港碼頭港內客運船泊穩條件2年1遇H4%，順浪為0.6m，橫浪為0.4m。擬建工程采用挖入式港池，采用防波堤對港內客船進行掩護。本文通過建立二維波浪模型，計算不同方案下港內波高情況，評估各方案港內泊穩條件。為設計方案比選提供依據。

2.工程概況

2.1 工程方案

工程方案均為挖入式港池，港池底標高均為-5.0m，航道底標高均為-5.0m，停泊水域寬度40m。

（1）方案1。前沿布置了一座突堤與島式堤相結合的防波堤，形成一個含兩個口門的有掩水域。突堤寬度12m，突堤長度為52.4m，進出港單向航道底寬60m、雙向航道底寬105m，如圖1所示。

（2）方案2。前沿布置了兩座突堤式防波堤，形成一個單口門有掩水域，其中突堤式防波堤分別長46m、233m，寬度均為10m，口門寬度為132m，有效寬度為105m，進出港航道布置一條長約1.3km的雙向航道。如圖2所示。

（3）方案3。 前沿布置了一座突堤式防波堤，形成一個單口門的掩水域，其中防波堤長46m，島式防波堤長307m，寬度為10m。進出港航道布置一條長約1.3km的雙向航道，如圖3所示。

3.海區波況特征

擬建工程位于伶仃洋西部橫門東水道西岸，該工程區域附近無實測的波浪資料。附近有港珠澳大橋短期測波站。港珠澳大橋測波站選在港珠澳大橋西人工島附近，水深約10米左右，觀測時間2007 年4月1日-2008 年3 月31 日。

港珠澳大橋測波站年平均有效波高Hs為0.38m，月平均有效波高的最大值為0.47m。年平均Tz為2.34s，月平均Tz在2.25s–2.49s 之間。全年SSE-SW方位間浪的出現率約為50%，全年NE-NW方位間浪的出現率約為40%；次常浪向中，9月到2月基本為N向，其余月份仍為偏南向。港珠澳大橋測波站7秒以上周期的波浪能量主要分布在7-9秒周期附近，分析7秒以上周期波浪能量等效波高。

4.模型建立

港外水域采用緩坡方程模型，該模型考慮了任意反射系數海堤、護岸等岸線構成的任意變化水深地形水域的波浪的折射、繞射、反射和淺水效應。

4.1 模型結果

由于篇幅限制，這里僅對50年一遇高水位下50年一遇NE、E和SE向的入射波浪進行各方案的對比分析。其中，圖4～6表示各方案下NE入射浪的港區有效波高立體分布圖；圖7～9表示各方案下E入射浪港區有效波高立體分布圖；圖10～12表示各方案下SE向入射浪有效波高立體分布圖。

從結果圖可看出港外的水道、深坑和淺灘非常復雜，使得波高分布較“亂”。

工程北側的河涌也類似于航道的對波浪類反射作用，對NE-E向波在深槽二側能量集中。本工程浚后航道內外水深變化較大，浚深的航道的對波浪類反射作用使得波浪進入航道的一側波高顯著增大，使得高波帶通過口門進入港內，同時也加強了對堤頭的作用，堤頭結構應加強。由于港內直立墻護岸的波浪反射作用，港內波高有所增大，對港內泊穩是不利的。

對比各方案各個入射波向的計算結果可見，總體來說，方案一的港內波高相對小些。

4.2 各方案對比

（1）計算點。圖13為港內計算點分布圖。其中M01～M07為各泊位計算點。

（2）港內各泊位波浪結果。港內三個方案50年1遇重現期的最大H1%波高的比較見表1，由表一可見，方案一的港內波浪整體要小些。

（3）作業天數。方案一：M01-M02、M06-M07和修泊區域泊位1年中風與波浪不可作業天數年平均24天。

表1 50年1遇重現期的最大H1%波高比較

方案二：M01-M04和修泊區域泊位，主要為橫浪，M01-M04區域泊位1年中風與波浪不可作業天數年平均24天。M05-M07區域泊位1年中，主要為順浪，M5-M7區域泊位1年中風與波浪不可作業天數年平均14天。

方案三：M01-M04和修泊區域泊位，主要為橫浪，則M1-M4區域泊位1年中風與波浪不可作業天數年平均8天。M05-M07區域泊位1年中，主要為順浪，則M05-M07區域泊位1年中風與波浪不可作業天數年平均11天。

5.結論與建議

（1）從50年重現期的波浪結果看，方案一港內波高情況相對較小；從一年的泊穩條件看，方案三的港內泊穩條件要更優。在結構滿足安全使用的前提下，客運港更重視港內泊穩條件。因此，從波浪的角度上來說，方案3為推薦方案。

（2）具體方案的比選，還應考慮水流條件、泥沙回淤量和工程造價等分析。