漳州古雷港南2號碼頭潮流特征及通航條件分析

王立輝，李杰，周伯豪，穆錦斌

(1.福州大學 土木工程學院，福州 350108;2.鄞州區(qū)水文站，浙江寧波 315100;3.浙江省水利河口研究院，杭州 310020)

0 引言

古雷港作業(yè)區(qū)地處福建省漳浦縣東山灣古雷半島西側東山灣口東側(圖1).東山灣東、北、西三面均有陸域環(huán)抱，該灣呈不規(guī)則的梨形伸入陸地，南北約20 km，東西約15 km，灣頂由漳江入海.灣口朝南，口門狹窄，寬僅5 km，有塔嶼、虎嶼及大平嶼為屏障，建港條件優(yōu)越.［1]

圖1 研究海域與測點分布

南2號液體化工碼頭工程位于古雷港作業(yè)區(qū)內，在東山灣口附近.碼頭前沿線呈正南北向布置，碼頭長480 m，由裝卸平臺、引橋、靠船墩等組成，采用連片式布置.南2號液體化工碼頭工程規(guī)模較大，靠離泊船舶裝卸的物品較為敏感，因此了解該作業(yè)區(qū)水文特征對港口航運安全是至關重要的.

根據該海域的潮流特征，實測期間，在該碼頭作業(yè)區(qū)內布設4個流速測點(G1～G4)和1個臨時潮位站(見圖1);每個流速測點垂向上取表層(水面下0.5 m)，0.2H，0.4H，0.6H，0.8H 和底層(H 為水深)共6層，分別測量各層流速流向.各測點自2012年11月14日17:00(漲潮前1 h)開始觀測，連續(xù)觀測二漲二落(2個完整潮周期).本文利用這些測點的測量數據和歷史資料進行綜合分析，研究該作業(yè)區(qū)的水文特征，并應用其結論對該作業(yè)區(qū)的通航安全進行綜合評價.

1 實測潮流特征分析

1.1 實測漲落潮流速流向分析

表1和2給出各測點垂線不同平均流速、不同流向出現的比例，圖2為潮位過程線，圖3為各測點各層流

表1 各測點垂線不同平均流速出現比例 %

表2 各測點垂線不同流向出現比例 %

圖2 2012年11月14—16日潮位過程線

應用上述圖表統(tǒng)計分析可知，該碼頭作業(yè)區(qū)潮流運動呈現明顯往復流性質.作業(yè)區(qū)外側港池漲落潮流向均與古雷港主航道縱軸方向基本一致，即漲潮流沿航道縱軸方向進入東山灣，流向偏N向;落潮流沿相反方向，為偏S向.內側港池潮流流向較外側港池復雜分散，分析其原因:外側港池鄰靠東山灣口古雷港主航道，而內側港池潮流受水深、地形、地勢以及海岸輪廓線影響明顯.

1.2 實測平均流速、最大流速統(tǒng)計分析

根據實測得到的各層流速、流向，采用矢量分解和合成的方法計算垂線平均流速、流向.［2-4]首先計算各層流速的N分量和E分量，然后根據流速加權后的N分量和E分量均值，合成計算垂線平均流速及對應流向，并統(tǒng)計出最大流速及對應流向.實測平均流速及對應流向、實測最大流速及對應流向統(tǒng)計結果見表3和4.

圖3 各層流矢分布

從表3和4可知，南2號液體化工碼頭港池的漲落潮平均流速及對應流向、最大流速及對應流向有下述特征:

(1)平均漲潮流向主要集中在N向，平均落潮流向主要集中在S向，平均漲落潮流向、最大漲落潮流向在垂向各層分布基本一致，這表明該海域潮流運動呈現明顯往復流性質.

表3 實測平均流速流向統(tǒng)計

表4 實測最大流速及對應流向統(tǒng)計

(2)漲落潮流較均衡.內側港池落潮流略占優(yōu)勢，落潮時的平均流速和最大流速都比漲潮時略大;外側港池漲潮流略占優(yōu)勢，漲潮時的平均流速和最大流速都比落潮時略大.

(3)漲潮歷時與落潮歷時大致相當，不存在明顯的漲落潮歷時不等現象.

(4)漲潮和落潮時各層的平均流速均有自上至下逐漸減小的規(guī)律，底層平均漲落潮流速最小.平均漲落潮流速的最大值均出現在表層或0.2H，0.4H層;漲落潮最大流速在垂線上的分布一般以表層、0.2H層為最大，底層最小.這主要是因為海底摩擦作用，越接近底層，流速越小.

(5)漲落潮最大流速均出現在半潮面附近時段，最小流速出現在高、低平潮附近的漲憩、落憩時段.流向轉流發(fā)生在高、低平潮附近時刻，但其轉流時刻比平潮時刻遲約1 h，說明該海域的潮波變化表現為明顯的駐波形式.

1.3 垂線流速流向統(tǒng)計分析

從表5和圖4可知，南2號液體化工碼頭作業(yè)區(qū)的垂線平均流速和垂線平均流向有下述特征:

(1)內側港池落潮流的垂線平均流速較漲潮流略占優(yōu)勢;外側港池則相反，漲潮流垂線平均流速較落潮流略占優(yōu)勢.

(2)在內、外側港池潮流垂線平均流向分布中，漲潮流向主要集中在N向，落潮流向主要集中在S向.這表明該海域潮流運動在垂線平均流速流向統(tǒng)計上也呈明顯往復流性質.

表5 垂線平均流速流向統(tǒng)計

圖4 垂線平均流矢分布

1.4 作業(yè)區(qū)各測點差異分析

作業(yè)區(qū)內不同測點的地理位置差異致使各測點實測潮流的流速和流向特征也存在一定的差異.［1]

(1)整體漲落潮流向差異.該碼頭港池潮流運動呈現明顯往復流性質，但內部也存在一定的差異.內側港池漲落潮流向分布較分散，外側港池漲落潮流向大致對稱.內側港池潮流流向較分散主要是因為受該碼頭及其附近多個工程的影響，從而流況受多路水流相互制約.此外，因內側港池較淺，鄰近海岸受海岸輪廓線的影響，特別是測點G2，其流況受海岸輪廓線影響明顯.

(2)最大流速差異.該碼頭內側港池漲落潮流速均較小，落潮流略占優(yōu)勢:落潮最大流速為77 cm/s，流向為N向，出現在測點 G1的0.2H層;實測漲潮最大流速為75 cm/s，流向為S向，出現在測點G1的表層和0.4H層.外側港池漲落潮流速均較大，漲潮流略占優(yōu)勢:漲潮最大流速112 cm/s，流向為N向，出現在測點G3的表層;實測落潮最大流速為91 cm/s，流向為S向，出現在測點G4的表層和0.2H層.

(3)平面分布差異.作業(yè)海域的流速從海灣外側港池到內側港池海岸線附近呈逐漸減小的趨勢;內側港池漲落潮流速均較小，外側港池漲落潮流速較大.外側港池平均流速大小和分布規(guī)律基本一致，反映外側港池水文特征差異較小的特點.

(4)潮流垂線分布差異.作業(yè)海域的垂線流速從古雷港主航道至內側港池海岸線呈逐漸減小趨勢，內側港池垂線流速均較小，外側港池垂線流速較大.內外港池垂線平均流速大小和分布規(guī)律基本一致，反映港池內潮流垂線平均流速流向特征差異較小的特點.

2 通航安全水文條件分析

通航安全是指在正常氣象條件下，設計船型及標準噸位以下船舶在規(guī)定的航行水域內航行或靠離泊時不會發(fā)生事故.［5-6]影響通航安全的水文因素主要包括水流流速、水流流向與航道軸線的夾角和橫流［7]，一般情況下這三者越小，船舶航行條件越好.另外，即使水流流向與航道軸線的夾角較大，但只要流速足夠小，船舶的航行條件也較好.為避免潮流的橫向作用，通常要求流舷角(船首線與水流流向之間的水平夾角)控制在±20°范圍內，一般不宜大于30°，70 ～110°為最危險流舷角.［8]

南2號液體化工碼頭內、外側港池水文特征分別依據上述測點G1，G2，G3和G4的水文數據進行分析.進入南2號泊位外側港池附近航道為古雷港第II段主航道(見圖1)，該段航道走向為352.3°/172.3°(航道正北向定義為0或360°);進入南2號泊位內側港池附近航道為古雷港第II段主航道支線，支線航道走向為45°/135°;該碼頭前沿呈正南北向布置.

2.1 水文特征對船舶航行的影響分析

根據潮流實測數據統(tǒng)計，可得實測垂線平均流速流向、漲落急潮表層最大流速流向、實測漲落急潮垂線平均流速流向，見表6.

表6 水文特征統(tǒng)計

應用上述結果分析，船舶自古雷港第II段主航道和支線航道進入該碼頭內、外側港池以及靠離泊的航行與潮流流向的關系及其影響如下:

(1)該碼頭前沿線呈正南北向布置，港池與古雷港第II段主航道相連;該碼頭港池水流流向相對于該段航道走向而言，航道與測點G4流向保持大約2.7 ～9.7°( ＜20°)的夾角，呈斜順流或斜頂流航行，橫流的影響較小;測點G3流向與南2號碼頭前沿走向大致一致，基本不會產生橫流，有利于船舶靠離.

(2)進出南2號碼頭內側泊位的古雷港主航道支線航道走向與測點G2漲落潮流向保持大約30～57°(＞20°)的夾角，船舶呈強烈斜順流或強烈斜頂流航行，橫流對出入港池航行的影響較大.G1處漲落潮流向與碼頭前沿夾角為0～12°(＜20°)，基本無橫流，利于船舶靠離.

2.2 橫流流速對船舶航行的影響分析

應用由水文特征分析所得到的最大流速及對應流向、漲落潮垂線平均流速及對應流向結果，對比航道走向計算各測點最大橫流流速，見表7.

表7 第II段主航道內橫流流速計算

由表7可知，外側港池實測漲落潮最大流速、垂線平均流速對應的流向與古雷港第II段主航道走向夾角較小，產生的橫流流速值均較小(＜20 cm/s)，不需要特別關注.內側港池測點G2處潮流的流向與古雷港第II段主航道支線航道之間夾角較大，產生的橫流速度較大，對船舶的出入港池航行影響比較顯著，船舶容易發(fā)生偏離航線的情況.內、外港池泊位附近的測點G1和G3實測漲落潮最大流速、垂線平均流速對應流向與碼頭前沿走向基本一致，基本無橫流，利于船舶的靠離.

2.3 船舶通航操縱分析

潮流使船舶速度產生變化，同時使船舶偏離計劃航線或產生艏搖、飄移等情況，導致船舶擱淺或與航標發(fā)生碰撞.［9-10]綜上可知，本工程附近水域漲潮流主要集中在偏N向，落潮流主要集中在偏S向.漲落潮流向基本與碼頭前沿平行，主航道與潮流流向交角較小，潮流對船舶影響較小.支線航道與潮流流向交角較大，潮流對船舶影響較大，因此船舶在支線航道航行時應對潮流的影響給予足夠的重視，通過提高船速和增加壓舵角控制船舶的保向性能，或借助拖船使船舶處于航道中心線上.［11]

船舶進港時應及早發(fā)現相應航標，根據航標的指示，在入港池前做好轉向準備.［12]在航道中行駛的船舶應根據潮流情況合理調整潮流壓角，保持船舶的航跡在航道中心線上，控制船速，進入港池.船舶離泊出港時應及時調整好船位，駛入出港航道.［13]進入航道后，利用航道浮標和DGPS系統(tǒng)核定船位，保持船舶航行于航道中心線上.根據航標的指示，在到達航道轉彎前做好轉向準備，使船舶順利轉入新一段航道.

建議當潮流流速較大，特別是在漲落潮時段，不需要乘潮通過的較小船舶應盡量在錨地或港池內停泊，待潮流平穩(wěn)時再出入港池.同時，船舶進出港前應向當地海事部門通報，得到許可后方可航行，確保航道通航有序.

船舶靠泊時速度過大容易導致船舶與碼頭發(fā)生碰撞.［14]船舶離泊時，如船舶與碼頭橫向距離拉開不足或者過早動車，尤其是在船舶掉頭離泊時，船舶容易在風流的作用下回撞靠泊碼頭.［15]因此，該碼頭應配備足夠數量的拖船協(xié)助船舶靠離泊，控制船舶的橫移速度.

3 結論

(1)古雷港南2號液體化工碼頭作業(yè)區(qū)潮流為正規(guī)半日潮流，潮流運動呈明顯往復流性質，漲潮歷時與落潮歷時大致相當.外側港池漲潮流略占優(yōu)，流向大致為N向;內側港池落潮流略占優(yōu)，流向為S向.內、外側港池漲落潮垂線分布基本一致，而流速有自表層至底層逐漸減小的垂線分布規(guī)律.漲落潮最大流速一般出現在半潮面附近時段，最小流速出現在高、低平潮附近時段.

(2)港池通航條件安全性分析結果表明，古雷港南2號液體化工碼頭作業(yè)區(qū)外側港池水流流向與船舶航行方向近似一致，船舶出入外側港池航行基本上可不考慮潮流的影響，而出入內側港池則呈強烈斜順流或強烈斜頂流航行，容易偏離航線。因此，應引起注意，采取必要措施保障船舶航行安全.

［1]鄭斌鑫，廖康明，曾志，等.東山灣潮流動力特征研究［J].臺灣海峽，2009，28(4):546-552.

［2]吳德安，張忍順.陳家塢槽潮流特征及潮流流速垂線分布［J].水利水運工程學報，2004(3):48-52.

［3]劉國亭，許家?guī)?上海洋山深水港區(qū)水文泥沙特征分析［J].水道港口，2003，24(3):141-146.

［4]余軍浩，趙軍方，張永剛.大連灣入口北部海區(qū)的潮流特征［J].海洋通報，2002，21(6):25-30.

［5]GAN Langxiong，PENG Jiamin，TAN Zhirong.Design of channel bends［J].上海海事大學學報，2007，28(1):111-115.

［6]解鳴曉，張瑋，李國臣.雙導堤口門區(qū)航道橫流特性對通航影響研究［J].武漢理工大學學報:交通科學與工程版，2009，33(5):968-971.

［7]李偉，胡甚平，尤慶華，等.港口水域通航風險評價的未確知測度模型［J].上海海事大學學報，2009，30(3):13-21.

［8]曾定勇，倪曉波，黃大吉.南麂島附近海域潮汐和潮流的特征［J].海洋學報，2012，34(3):1-10.

［9]肖亮希，郭國平.橋區(qū)水域通航環(huán)境與安全研究［J].中國水運，2007，5(3):12-13.

［10]陸悅銘，薛一東，閆偉.船長與引航員的信息交流［J].上海海事大學學報，2008，29(3):25-31.

［11]劉臣，程小兵，平克軍.天津濱海新區(qū)沿海潮流特征及通航條件分析［J].港工技術，2012，49(4):1-4.

［12]熊振南，張壽桂，翁躍宗.大型船舶在港口航道的操縱安全綜合評價法［J]上海海事大學學報，2008，29(4):1-9.

［13]劉子君，胡建軍.深圳港媽灣零號碼頭漲潮時的安全靠泊方法［J].世界海運，2008，31(2):25-26.

［14]陳方杰，李能榮.超大型油船進靠洋山港碼頭操縱方法探討［J].中國航海，2009，32(2):103-107.

［15]李日嶺.大型船舶自主靠泊方法的研究［D].大連:大連海事大學，2012.