北海國(guó)際客運(yùn)港航道擴(kuò)建工程方案分析

王大偉，黃 寧

(廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

北海國(guó)際客運(yùn)港位于北海市冠頭嶺東南岸、僑港港點(diǎn)東側(cè)，已建有4個(gè)2 000GT滾裝泊位和1個(gè)2 000噸級(jí)工作船泊位，船舶通過(guò)現(xiàn)狀進(jìn)出港航道直通外海。航道寬度約為50 m，設(shè)計(jì)底高程為-4.0 m。目前開(kāi)辟有北海至海口、北海至潿洲島的航線，隨著旅游開(kāi)發(fā)的不斷推進(jìn)，游客量將持續(xù)增加。目前北海國(guó)際客運(yùn)港的進(jìn)出港航道由客運(yùn)港與漁港共同使用，漁船經(jīng)常堵塞航道，導(dǎo)致安全事故頻發(fā)，難以滿足北海水上客運(yùn)專業(yè)化發(fā)展的需求。未來(lái)海上客運(yùn)發(fā)展趨勢(shì)是客、貨分離，專業(yè)的高速客船將成為近海客運(yùn)的主流。現(xiàn)有北海國(guó)際客運(yùn)港進(jìn)出港航道已不能滿足現(xiàn)狀客運(yùn)規(guī)模的需要，對(duì)客運(yùn)港進(jìn)出港航道進(jìn)行改擴(kuò)建已非常緊迫[1]。對(duì)此，本文從泊穩(wěn)、潮流和泥沙回淤等方面進(jìn)行了分析，證明擴(kuò)建后的航道泊穩(wěn)條件良好，泥沙回淤在可控范圍內(nèi)，建設(shè)方案是可行的。

1 項(xiàng)目背景

1.1 漁港與國(guó)際客運(yùn)港無(wú)明確界限

目前北海國(guó)際客運(yùn)港的進(jìn)出港航道由客運(yùn)港與漁港共同使用，港池西側(cè)水域?yàn)樯逃盟颍瑬|側(cè)為漁用水域。漁港與客運(yùn)港水域無(wú)明確界限，航道使用管理無(wú)序、混亂，常發(fā)生堵船、摩擦等事件。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅2019年，由于航道使用混亂，就曾發(fā)生26起客船和漁船碰撞、客船航班延誤的事件，這不僅加深了客運(yùn)港與漁港的矛盾，還使國(guó)際客運(yùn)港的旅游形象受損，流失大量客源，并造成了極其惡劣的社會(huì)影響。

1.2 漁船停靠無(wú)序，影響航道正常使用

目前漁港內(nèi)每天漁船停靠數(shù)量約為800艘，休漁期間增加至1 500艘。漁船在港池和航道內(nèi)的無(wú)序停泊，大量擠占了航道空間，使客滾船舶無(wú)法正常行駛，影響航道的正常使用。

1.3 漁商混用使航道安全管理壓力巨大

近年來(lái)，由于漁商共用航道，每年都會(huì)發(fā)生多起由于航道管理無(wú)序引起的堵船和船舶摩擦事件，特別在臺(tái)風(fēng)等惡劣天氣下，由于漁船擠占航道停靠，使船舶難以進(jìn)港避風(fēng)，安全矛盾突出。

1.4 旅游客運(yùn)發(fā)展要求提升航道專業(yè)化程度

近年來(lái)，隨著潿洲島旅游開(kāi)發(fā)不斷推進(jìn)，潿洲島客、貨吞吐量持續(xù)增長(zhǎng)。2019年全年潿洲島接待游客數(shù)量達(dá)到162萬(wàn)人次，相比2018年同比增長(zhǎng)了13.75%，平均每天游客接待量達(dá)到4 500人左右，最高峰時(shí)每天接待1.2萬(wàn)人次。

隨著海南省國(guó)際旅游島和潿洲島旅游開(kāi)發(fā)的不斷推進(jìn)，游客量將持續(xù)增加。現(xiàn)有的北海至海南及北海至潿洲島兩條航線在北海均只有北海國(guó)際客運(yùn)港一個(gè)始發(fā)港，港口與外海相通的進(jìn)出港航道由于漁商混用，管理手段落后，通過(guò)效率低下，安全事故頻發(fā)，難以滿足北海水上客運(yùn)專業(yè)化發(fā)展的需求。

綜上分析，對(duì)現(xiàn)有航道進(jìn)行改擴(kuò)建是十分必要的。

2 建設(shè)條件

工程區(qū)處在鐵山灣與廉州灣海岸線過(guò)渡區(qū)的中部偏東水域，航道工程從北海國(guó)際客運(yùn)港回旋水域起始直通外海。

2.1 地形地貌

北海國(guó)際客運(yùn)港所在的海岸線相對(duì)順直，走向大致約為118°～298°，水下坡度沿海岸線自西北向東南方向逐漸減緩。客運(yùn)港口門區(qū)的地貌屬于海漫灘和淺海，海岸前沿有沙灘分布，工程區(qū)附近坡度自岸向海逐漸放緩，其中-2～-3 m線的坡度平均約為1/147，-3～-4 m線的坡度平均約為1/1 220，-4～-5 m線的坡度約為1/1 770。-3 m等深線從外海經(jīng)過(guò)防波堤之間水域到達(dá)客運(yùn)港碼頭前沿，碼頭泊位區(qū)地形介于-4～-5 m。防波堤內(nèi)段，擬開(kāi)挖航道區(qū)域的地形大都高于0 m線。

2.2 潮汐和潮流

工程海域區(qū)潮汐屬不正規(guī)日潮為主的混合潮型，一月之中大部分時(shí)間為日潮，半日潮每月為5～11 d，尤以7、8月份最多。潮汐漲落受季風(fēng)影響，冬季受偏北風(fēng)影響，潮位較低，夏季受偏南風(fēng)影響，潮位較高。日潮平均漲潮歷時(shí)為14 h 40 min，日潮平均落潮歷時(shí)為10 h 25 min。

工程區(qū)潮位特征值(北海水尺零點(diǎn))如下：歷年最高潮位為5.64 m，大潮平均高潮位為5.25 m，大潮平均低潮位為0.53 m，平均潮位為2.43 m，最大潮差為5.36 m，平均潮差為2.50 m。

3 工程方案

本工程在原有航道的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)建，并修建分隔欄將漁船航道與客運(yùn)航道分隔。北海國(guó)際客運(yùn)港航道擴(kuò)建工程由客運(yùn)專用進(jìn)出港航道、航道分隔結(jié)構(gòu)和海側(cè)的攔沙堤三個(gè)部分組成，其平面布置見(jiàn)圖1。

3.1 北海國(guó)際客運(yùn)港專用進(jìn)出港航道

航道長(zhǎng)度約為4.288 km，分為三段[2](見(jiàn)表1)。

表1 北海國(guó)際客運(yùn)港專用進(jìn)出港航道參數(shù)表

3.2 漁港航道

現(xiàn)有航道作為漁船專用航道，航道底寬50 m，底高程-4.0 m。

圖1 工程平面布置圖

3.3 漁港和客運(yùn)港航道分隔結(jié)構(gòu)

客運(yùn)航道和漁港航道中間設(shè)置分隔欄，分隔欄采用圓筒墩式結(jié)構(gòu)+浮筒方案(見(jiàn)下頁(yè)圖2)，總長(zhǎng)為978.1 m。海側(cè)口門處連續(xù)布置7個(gè)墩式結(jié)構(gòu)，往北側(cè)再依次布置30個(gè)墩式結(jié)構(gòu)+31套浮筒錨鏈系統(tǒng)，墩式結(jié)構(gòu)與浮筒錨鏈系統(tǒng)間隔布置。墩式結(jié)構(gòu)共37個(gè)，海側(cè)端部200 m范圍內(nèi)布置11個(gè)墩，單個(gè)墩平面尺寸為10.5 m×10.5 m；再往陸域側(cè)依次布置26個(gè)墩，單個(gè)墩平面尺寸為9 m×9 m。墩頂高程為6.5 m。墩式結(jié)構(gòu)的下構(gòu)采用預(yù)制鋼筋混凝土圓筒，圓筒底高程為-5.5 m(-5.0 m)，高為8.2 m(7.7 m)，圓筒外徑為9.3 m(7.8 m)，趾長(zhǎng)為1.2 m，壁厚為0.34 m。圓筒頂上設(shè)C40混凝土胸墻，平面尺寸為10.5 m×10.5 m(9 m×9 m)，胸墻東西兩側(cè)豎向各布置3套SA400 mm×1 500 mm橡膠護(hù)舷。圓筒置于拋石基床上[3]。

共布置31套浮筒錨鏈系統(tǒng)，單套錨鏈系統(tǒng)由警示錨鏈和浮筒組成，布置在墩式結(jié)構(gòu)中間，凈跨14 m或12.5 m。警示錨鏈布置在漁港側(cè)的胸墻頂部，浮筒布置于分隔欄中心線，通過(guò)錨鏈連成整體并固定于兩側(cè)預(yù)制蓋板上，固定點(diǎn)高程約為3 m，浮筒可隨水位自動(dòng)升降。

3.4 航道東側(cè)的攔沙堤

客運(yùn)航道東邊海側(cè)增設(shè)攔沙堤。攔砂堤采用斜坡式結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)383 m，頂寬為10.0～5.0 m，坡比為1∶2，頂高程為2.50～6.50 m，比原泥面高1.0～2.50 m，既能防止東側(cè)銀灘岸線的沿岸輸沙進(jìn)入航道內(nèi)，又能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的透空性[4]。

圖2 分隔墩平面布置圖

4 港內(nèi)泊穩(wěn)條件分析

為了論證港池、航道在改擴(kuò)建后工程水域水動(dòng)力的變化，特別是極端天氣條件下的水動(dòng)力狀況與船舶安全避險(xiǎn)措施，開(kāi)展了相應(yīng)的波浪、潮流和泥沙數(shù)學(xué)模擬研究[5]。

(a)SE向

(b)SSW向圖3 兩年一遇H4%波高分布示意圖(設(shè)計(jì)高水位)

如圖3所示給出了航道擴(kuò)建實(shí)施后兩年一遇SE向、SSW向波浪組合設(shè)計(jì)高水位和兩年一遇增水極值作用下港內(nèi)H4%波高分布圖。根據(jù)波高分布可知，由于新建東擋沙堤的長(zhǎng)度增加，較好地掩護(hù)了SE 方向的波浪，因此SE 方向作用下碼頭前的波高最小。而由于外海SSW 方向的深水波要素最大，且隨著東擋沙堤?hào)|移，港區(qū)口門寬度增加，現(xiàn)有西擋沙堤對(duì)SSW 方向的波浪掩護(hù)作用有限。因此，SSW 方向作用下的港內(nèi)泊位前H4%波高最大。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，航道設(shè)置中間分隔欄后有效地掩護(hù)了SSW 方向傳播至客運(yùn)港碼頭附近水域的波浪，泊位前H4%波高基本上在0.4 m附近，不同方向作用下，碼頭前的波高進(jìn)一步地減小。

根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS 165-2013)的規(guī)定，2 000噸級(jí)滾裝船裝卸作業(yè)的允許波高要求為：橫浪H4%≤0.4 m，順浪H4%≤0.6 m。考慮到東、西擋沙堤以及港區(qū)總體平面布置，北海國(guó)際客運(yùn)港泊穩(wěn)條件宜采用橫浪標(biāo)準(zhǔn)來(lái)分析。結(jié)合兩年一遇港內(nèi)波浪計(jì)算結(jié)果，同時(shí)考慮正常情況下漁港及客運(yùn)港停泊較多船舶，船舶對(duì)港內(nèi)波浪的衰減也起一定作用，因此在兩年一遇增水極值條件下，碼頭H4%波高基本滿足船舶裝卸作業(yè)的允許波高。

5 潮流分析

潮流計(jì)算分析主要針對(duì)航道內(nèi)采樣點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)分析全潮過(guò)程中國(guó)際客運(yùn)港進(jìn)港航道和漁港進(jìn)港航道水流條件，與航道中心線走向平行的流速分量為縱流，與航道中心線垂直的流速分量為橫流。

5.1 國(guó)際客運(yùn)港進(jìn)港航道

經(jīng)過(guò)分析，在典型大潮條件下，航道內(nèi)漲急、落急流速分別為0.49 m/s、0.31 m/s，但在漲急時(shí)刻，潮流走向與航道中心線幾乎呈正交狀，航道內(nèi)各采樣點(diǎn)的最大橫流值為0.39～0.49 m/s，橫流值自岸側(cè)向外海逐漸增加。一個(gè)大潮周期(25 h)，外航道段橫流>0.25 m/s的時(shí)長(zhǎng)為5.75～8 h；橫流>0.375 m/s的時(shí)長(zhǎng)為1.25～4.25 h；沒(méi)有出現(xiàn)>0.5 m/s的橫流。典型大潮條件下考慮增減水情況國(guó)際客運(yùn)港航道內(nèi)的橫流極值見(jiàn)表2。

表2 大潮條件下國(guó)際客運(yùn)港航道內(nèi)橫流極值表

總體來(lái)看，國(guó)際客運(yùn)港進(jìn)港航道擴(kuò)建工程實(shí)施后，在典型大潮期、漲潮時(shí)段、潮流流速較大時(shí)段，潮流流向與航道中心線幾乎呈正交狀，橫流相對(duì)較大，最大約為0.49 m/s；當(dāng)遇到兩年一遇增水時(shí)，航道內(nèi)橫流不同程度增加，平均增加約0.09 m/s，最大橫流達(dá)0.58 m/s；當(dāng)遇到50 年一遇增水時(shí)，航道內(nèi)橫流平均增加約0.13 m/s，最大橫流達(dá)0.62 m/s。此外，表層流會(huì)更大，船舶行駛時(shí)應(yīng)注意安全。

5.2 漁港航道

國(guó)際客運(yùn)港航道擴(kuò)建工程實(shí)施前，典型大潮條件下，漁港航道內(nèi)橫流極值為0～0.49 m/s，橫流值自港內(nèi)向外海逐漸增加。一個(gè)大潮周期(25 h)，航道段橫流>0.25 m/s的時(shí)長(zhǎng)為5.5～7.25 h；橫流>0.375 m/s的時(shí)長(zhǎng)為3.5～4 h；沒(méi)有出現(xiàn)>0.5 m/s的橫流。國(guó)際客運(yùn)港航道擴(kuò)建工程實(shí)施后，漁港航道內(nèi)橫流極值呈減小趨勢(shì)，減小幅度≤0.02 m/s。

6 泥沙回淤分析

港池和航道開(kāi)挖后的泥沙回淤包括兩部分，即懸移質(zhì)引起的淤積和推移質(zhì)引起的淤積。

表3 工程實(shí)施后國(guó)際客運(yùn)港進(jìn)港航道的泥沙回淤?gòu)?qiáng)度統(tǒng)計(jì)表

如表3所示為航道內(nèi)的泥沙回淤計(jì)算成果。該工程實(shí)施后，航道的泥沙回淤?gòu)?qiáng)度為0.17～0.48 m/a，平均回淤?gòu)?qiáng)度約為0.30 m/a，其中泥沙回淤?gòu)?qiáng)度在口門外附近較大，向外海側(cè)逐漸減小。

國(guó)際客運(yùn)港進(jìn)港航道擴(kuò)建工程長(zhǎng)期穩(wěn)定后，航道兩側(cè)邊坡基本穩(wěn)定，底沙滾落到穩(wěn)定的邊坡后不再繼續(xù)進(jìn)入航道內(nèi)，航道內(nèi)泥沙回淤計(jì)算時(shí)不再考慮底沙淤積，而以懸沙引起淤積為主，則航道內(nèi)的泥沙回淤?gòu)?qiáng)度一般≤0.12 m/a，對(duì)應(yīng)航道內(nèi)的泥沙年總回淤量≤50 000 m3。

7 結(jié)語(yǔ)

(1)北海國(guó)際客運(yùn)港航道擴(kuò)建工程可有效解決客船與漁船混用航道的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)客、貨分離，減少安全事故的發(fā)生，建設(shè)方案是可行和有效的。

(2)通過(guò)波浪、潮流和泥沙數(shù)學(xué)模擬研究，因航道及港內(nèi)水深的調(diào)整，通過(guò)航道進(jìn)入內(nèi)港池的波浪有所變化，不同部位的變化幅度有所差異。客運(yùn)碼頭港區(qū)靠離泊作業(yè)條件良好，漁港南區(qū)在不同波浪動(dòng)力下波高均略有增加，幅度都在可接受范圍內(nèi)，而漁港北區(qū)因客運(yùn)港回旋水域及碼頭水深調(diào)整使波高略有減小趨勢(shì)。由于客運(yùn)和漁船分開(kāi)使用航道，航道水域使用效率和運(yùn)營(yíng)安全都有明顯改善。