燕窩山陸島交通碼頭工程水域平面布置

周 躍，金頡臻，浦偉慶

(中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海 200032)

1 工程背景

浙江舟山群島新區地處我國東南沿海和長江出海口南側，是長江三角洲江海聯運和海上門戶的通道。“滬舟甬通道” 是新區未來綜合交通網絡的重要組成部分，上海—洋山—岱山—舟山本島(北向通道)是3 條跨海陸路通道之一。是溝通舟山群島新區與長三角經濟圈的重要橋梁、國家沿海大通道的輔助通道、促進我國現代海洋產業發展的重要支撐、保障國防人員和物資等暢通運輸的重要通道。

鑒于北向通道(陸路)尚未全線貫通，舟山本島及岱山與上海、嵊泗、衢山等地之間的對接仍須依靠傳統的水運交通運輸，為適應寧波舟山港主通道通車后舟山北向車、客水陸運輸轉換樞紐節點北移岱山的水運交通新格局，保障北向通道全線建成運營前的水運交通路徑，需在岱山島北側建設陸島交通碼頭。

碼頭工程選址于岱山本島北側的燕窩山島西側，通過引橋與饅頭山相連，到達陸域客運中心。該段岸線北向和西向海域開敞，50 a一遇極端高水位H1%達6.29 m。此外，工程所處水域受鯗蓬山、東墾山等周邊島嶼影響，存在潮流挑流、回流和泥沙大量落淤等現象，屬于典型的外海開敞式島礁地形[1]。因此，本文圍繞工程所處海域的波浪條件和水文泥沙條件，綜合考慮客運船舶系靠泊要求、工程投資以及未來港池日常營運成本等關鍵技術經濟問題，對工程水域平面布置的可行性進行了相關論證，并確定了工程的水域平面布置方案。工程整體效果見圖1。

圖1 工程鳥瞰圖

2 建設條件

本工程所處海域三面臨海，水域開闊，見圖2。偏北向和偏東向外海大浪能直接傳入對港池產生影響；偏西到偏北面向杭州灣，在大風條件下會形成一定風區浪影響。目前，工程周邊無其他港口工程。

圖2 工程位置

1)工程所處水域為外海開敞式，波況不佳，對建設陸島交通碼頭不利。

本工程地處舟山群島中部、岱山島北側水域，周邊島嶼眾多。偏北向分布有崎嶇列島，東北到東向依次有嵊泗列島、衢山島等島嶼作屏障，東到南向有岱山本島、中街山列島、秀山島、長白島、舟山本島、金塘島等，對外海偏N—SE 向外海大浪有一定的掩護作用。但由于偏N 向崎嶇列島與衢山島間、偏E 向衢山島與岱山島間水域相對開闊，偏N 向和偏E 向外海大浪仍能直接傳入而對岱山北側產生影響，其中偏E 向波浪可受燕窩山自身的掩護。同時，工程區偏W—NW 向面向杭州灣，水域開闊，在大風條件下會形成一定風區浪影響。

根據2018 年2 月—2019 年2 月工程前沿20 m水深處設置的短期波浪觀測站，整年觀測期內的波浪特征如下:①工程點常浪向為N 向，頻率13.5%；次常浪向為NE 向，頻率11.6%。②工程點強浪向為NNW 向，最大H1∕10波高為2.6 m；次強浪向為NNE向，最大H1∕10波高為2.5m。③H1∕10＞0.6 m的波浪占總體的30.3%，且主要集中于ENE—WNW 波向(占總體的29.7%)；H1∕10波高＞1.0 m 的頻率占6.1%，集中于ENE—NW 向。④平均波周期T主要集中于2～5 s，合計頻率99%；T＞5 s 的頻率占0.2%，主要集中于偏E—NE 向。測期平均波周期T最大值為6.0 s，對應波向為ENE 向，對應H1∕10波高0.2 m；T＜5 s對應的最大H1∕10波高為2.5 m，波向WNW 向，其次為1.8 m，波向NNW 向[2]。

本工程設計船型為3 000 噸級車客渡船或1 000總噸級客船，碼頭前沿泊穩條件要求為各向入射波浪在2 a 一遇設計高水位碼頭前沿波高H4%不大于0.6 m。根據波況分析及測波結果，工程所在位置的港池需要建設防波堤以保證船舶停靠和安全營運。

2)工程所處水域外側水深，建設實體防波堤難度大，投資高。

類似工程位置，若需要建設陸島交通碼頭，須建設實體防波堤進行掩護，滿足港池泊穩條件要求。本工程所需停泊水域寬度為28.8 m、回旋水域短軸直徑為120 m，根據港池水域需要，若建設實體防波堤，為保證港池尺度和漲落潮通暢，須將防波堤建設于碼頭外150～200 m 處。然而，本工程所在水域外側水深急劇加深，距擬建位置外側約150 m 處，部分等深線已達-20 m，此處建設實體防波堤需大量石料，每延米工程費用約為水深-10 m 處的3 倍。而且，實體防波堤的建設將造成嚴重的港池淤積。

3)工程所處水域潮流流態復雜。

根據工程布設的6 個定點測站的實測資料，工程區域除燕窩山東側測站外，總體漲、落潮流主流向為W—E 向，近岸區域受地形影響較明顯。

大潮期垂線平均最大漲、落潮流速在0.77～2.34 m∕s，其中外側潮流動力整體強于內側:燕窩山—東墾山連線以外測站漲、落潮最大流速普遍大于2 m∕s，連線以內測站最大流速不超過1.1 m∕s，處在連線附近的測站漲潮最大流速1.15 m∕s、落潮最大流速2.07 m∕s。大潮期垂線平均最大漲、落潮流速對應流向，除燕窩山東側測站外，漲潮流向在233°～271°(WS—W)、落潮流向在60°～93°(EN—E)[3]。大、中、小潮垂線平均流矢見圖3。

圖3 水文測驗大、中、小潮垂線平均流矢

流速情況表明，漲潮水流由東向西通過燕窩山北側后，受燕窩山西側—東墾山之間凹灣地形影響，潮流向灣內偏轉，灣內流速小于灣外深水區；落潮水流基本沿相反方向，由西向東通過東墾山北側后，向灣內偏轉，灣內流速小于灣外深水區，但近燕窩山區域受其北側磯頭挑流作用，流速也較大。

上述觀測結果表明，擬建碼頭處受島礁地形影響，流速大、磯頭存在挑流現象，為滿足船舶安全通航、系靠泊和作業的要求，有必要采用人工導流措施進行流態歸順，改善港池水域的泊穩條件和進出港通航條件。

綜上所述，本工程的建設須采用創新平面布置和結構方案來解決港池波浪、水流、淤積等工程問題。

3 平面布置難點

1)工程所處水域為典型的外海開敞式島礁地形，未來工程運營受波浪、潮流、泥沙影響較大，不適合建設常規陸島交通碼頭。因此，如何減小港池作業波高，歸順泊位前沿的流態，創造港池泊穩條件，提高客輪、車客渡船系靠泊和上下旅客安全，并盡可能減少港池淤積是本工程水域平面布置成敗的關鍵技術問題。

2)工程所在水域受海底地形條件和潮流泥沙影響，不適合通過建設實體防波堤為港池創造合理的避風條件。因此，如何采用先進設計理念對平面、結構方案進行優化調整從而為船舶系泊停靠提供條件是本工程水域平面布置成敗的關鍵技術問題。

在工程設計過程中首先須解決港池作業波高這個核心問題，在船舶安全停泊作業的前提下，盡可能優化水流流態、減少港池淤積，從而提高陸島交通碼頭經濟效益。

4 平面布置論證

4.1 平面布置思路

工程所處水域流態復雜，水深變化劇烈，風浪、涌浪較大，基于前期觀測、研究成果，在現狀條件下，無論是否建設實體防波堤，都無法同時解決泊穩條件和港池淤積兩大核心問題。因此，在水域平面布置上，須結合特殊結構形式才能為客輪和車客渡提供安全系泊的港池作業條件。根據以上設計原則，將工程水域平面布置設計思路歸納為:

1)將實體防波堤設計調整為透空式防波堤，并結合防波堤與碼頭結構，布置于同一平面位置。

2)將碼頭與防波堤平面布置于水深合適區域，減少波浪對碼頭與防波堤結構的作用力。

3)考慮碼頭與防波堤的布置形態和位置，阻擋波浪、歸順水流，以滿足船舶安全系靠泊運營作業條件與港池有限淤積，并最大化體現工程設計方案的經濟性。

4.2 平面布置方案

工程選址區域地形復雜，偏北向海域開闊、易受W—EW 向波浪的影響，泊穩條件差，深槽水域潮流動力較強、漲落潮流不平順，工程實施后泥沙有回淤、建港條件較差。

4.2.1 防波堤平面布置

防波堤前沿線位置和軸線方位角的確定應綜合考慮水深條件、潮流條件、泥沙淤積條件、波浪掩護效果等因素。影響港內泊穩條件的主要因素為波浪的繞射和透射，波浪繞射主要可通過防波堤平面位置、軸線布置優化及長度增加得到改善，波浪透射主要通過密排樁和碼頭擋浪結構的優化得到改善。

模型試驗結果表明，在設計高水位及設計低水位與8 級、7 級風組合作用下，碼頭內側H4%波高大于0.6 m 的設計要求，在增加底高程為-0.4 m 的擋浪板后，7 級風波浪作用下碼頭內側H4%波高滿足小于0.6 m 的設計要求。根據模型試驗結果，本工程防波堤水域布置如下:1)通過不同長度防波堤的港內波浪對比分析，在不考慮波浪透射的情況下，滿足全部4 個泊位(長度400 m)在8 級風波況下的H4%≤0.6 m，同時考慮工程建設經濟性，確定防波堤長度為650 m。2)防波堤軸線方位角總體同碼頭方位角，為N55°～N235°，水深為-10～-8 m。根據波浪整體物理模型試驗成果，東西兩側防波堤軸向從有利改善港內泊穩條件角度考慮進行合理布置。中間段防波堤長度440 m，防波堤結構與車、客渡碼頭平臺、連接平臺結構結合，采用密排樁結構，平臺頂面高程6.0 m，防波堤密排樁頂高程0.65 m，軸線方位角為N55°～N235°；東側防波堤，長度90 m，采用密排樁結構，軸線曲線布置，平行于引橋中心線(曲率半徑120 m)，并作為引橋的部分結構樁，該段引橋頂面高程6.0 m，防波堤密排樁頂高程3.0 m；西側防波堤長度120 m，采用密排樁＋斜頂樁＋高樁墩臺結構，頂高程4.0 m，前沿設置反弧形擋墻，防浪墻頂高程5.0 m，其中東側48 m 段軸線方位角為N55°～N235°。西側72 m 段軸線方位角向內偏轉5°，為N50°～N230°。工程水域平面布置見圖4，工程典型斷面見圖5。

圖4 工程平面布置(單位:m)

圖5 工程典型斷面(高程:m；尺寸:mm)

4.2.2 東、西兩側防波堤內收對港池淤積的影響

根據波浪整體物理模型試驗，結合以往工程經驗，為保證船舶安全停靠，東側防波堤內收與引橋結構結合，西側72 m 防波堤方位角內偏轉5°。此設計方案將導致港池淤積量的增加，為調整設計引起的淤積量增加，對兩個平面布置方案開展了數模分析[4]。年沖淤分布見圖6。

圖6 年沖淤分布

經計算，常規方案港池年淤積量約為10 萬m3，防波堤內收方案港池年淤積量約為12.6 萬m3。內收方案增加的淤積方量在建設方的承受范圍之內，為提高港池防風擋浪效果、創造良好避風條件、提高旅客出行舒適度，故選擇防波堤內收方案作為最終實施方案。

4.2.3 水域平面布置

根據本工程風、浪、流、泥沙、地形等自然特點，碼頭水域總平面布置將車客渡泊位、客運泊位均布置于防波堤內側，分東、中、西3 個區域布置，呈品字形。

防波堤內檔東側、西側區域各布置1 個3 000 總噸級車客渡泊位，其靠泊平臺寬21 m、高程6.0 m。車客渡船通過鋼吊橋與接岸平臺連接。

東西兩側靠泊平臺中間布置接岸設施平臺，長185 m、寬37 m(包括鋼吊橋、吊橋架墩)，高程6.0 m，局部放坡，鋼吊橋擱置段高程5.0 m。平臺上布置2 座吊橋架控制室及1 座變電所。

內檔中間區域布置2 個1 000 總噸級客運泊位(2＃、3＃泊位)，位于接岸設施平臺內側，其平臺尺度為185 m×16 m，為方便旅客上下船，碼頭面頂高程取3.30 m，平臺上設置一線候船室。港內短駁大巴車位布置于車客渡泊位靠泊平臺處，旅客可在一線候船室作短暫停留，通過踏步到客運碼頭平臺，并通過登船橋或固定踏步上下船。

5 結論

1)燕窩山陸島交通碼頭工程水域周邊存在潮流挑流、回流和泥沙大量落淤等現象，屬于典型的外海開敞式島礁地形。擬建水域受海底地形條件和潮流泥沙影響，不適合通過建設實體防波堤為港池創造合理的避風條件。

2)為減少波浪、歸順水流創造港池泊穩條件，并減少港池淤積，將實體防波堤設計為透空式，并結合防波堤與碼頭結構布置于同一平面位置。通過多個數學模型和物理模型驗證，成功解決避風問題、淤積問題、潮流問題和工程經濟問題，滿足了客運船舶安全停靠的需求，為工程的實施奠定了技術基礎，為外海開敞碼頭的建設提供了設計思路與參考。