古雷東港區(qū)泊位工程泥沙淤積研究

汪樂強(qiáng)

摘 要：通過建立古雷東港區(qū)潮流數(shù)學(xué)模型，采用泥沙回淤計(jì)算公式，計(jì)算了3種不同的港區(qū)平面布置下工程區(qū)域泥沙回淤量，得出3種方案實(shí)施后，工程區(qū)域回淤范圍略有差異，回淤強(qiáng)度比較接近。

關(guān)鍵詞：泊位工程 數(shù)值模擬 泥沙回淤 方案比選

近年來，隨著古雷港區(qū)石化項(xiàng)目的相繼落地，帶動(dòng)一批臨港產(chǎn)業(yè)的建設(shè)發(fā)展，同時(shí)，政府出臺(tái)的一系列支持港口發(fā)展的政策，帶動(dòng)了港口散雜貨吞吐量的不斷增長(zhǎng)。為改善廈門港古雷港區(qū)港口基礎(chǔ)設(shè)施差，促進(jìn)臨港工業(yè)發(fā)展，推動(dòng)古雷經(jīng)濟(jì)區(qū)開發(fā)建設(shè)，需對(duì)港口建設(shè)合理規(guī)劃，提高港口的服務(wù)水平。由于港口岸線是港口建設(shè)和發(fā)展所必需的基礎(chǔ)要素，是稀缺且不可再生的寶貴戰(zhàn)略資源。合理高效地利用當(dāng)?shù)赜邢薜母劭诎毒€資源，對(duì)于充分發(fā)揮港口強(qiáng)大的輻射功能和經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)作用，更好地促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有十分重要的作用。

為此，本文通過建立二維水動(dòng)力數(shù)學(xué)模型，采用劉家駒提出的泥沙回淤計(jì)算公式，預(yù)測(cè)和比較了不同工程方案下港區(qū)泥沙回淤分布，為實(shí)際工程提供參考。

1.海域概況

古雷半島位于福建省南部海岸，古雷港口經(jīng)濟(jì)區(qū)處于廈門、汕頭兩個(gè)特區(qū)的中點(diǎn)，與臺(tái)灣隔海相望，具有明顯的對(duì)臺(tái)地緣人緣優(yōu)勢(shì)以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)作優(yōu)勢(shì)。經(jīng)濟(jì)區(qū)距臺(tái)灣澎湖98海里，距廈門77海里、公路138公里，距汕頭72海里、公路146公里，距香港230海里，具有承東啟西、溝通南北、通江臨海的優(yōu)勢(shì)，區(qū)位十分獨(dú)特，是承接港澳臺(tái)地區(qū)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的便捷區(qū)域。

古雷東港區(qū)潮汐形態(tài)呈現(xiàn)明顯的半日潮特征。工程水域內(nèi)漲落潮主流向受地形制約（圖1），其中，C2站和C3站漲落潮主流向?yàn)镹-S向，落潮時(shí)流向由港內(nèi)指向口門外，漲潮時(shí)由港口口門外指向港內(nèi)；C8站主流向?yàn)镹W-SE向；工程水域南側(cè)海域漲落潮主流向?yàn)镹E-SW向；工程水域北 側(cè)海域漲落潮主流向呈兩種特征，C5站和C6站靠近岸邊，漲落潮主流向于岸線基本平行，其中C5站漲落潮為主流向漲落潮主流向?yàn)镹E-SW向，C6站漲落潮主流向?yàn)镹-S向；C4站和C7站離岸較遠(yuǎn)，呈明顯的旋轉(zhuǎn)流特征。

工程海域含沙量小，且垂向分布具有表層低、底層高的顯著特征。大潮期間各站垂線平均含沙量在0.049kg/m3～0.091kg/m3之間，中潮期間在0.049kg/m3～0.087kg/m3之間，小潮期間在0.058kg/m3～0.092kg/m3之間。各站含沙量平面變化很小，最大值與最小值之間僅差0.025kg/m3。各站漲、落潮含沙量變化不大，落潮垂線平均含沙量介于0.046kg/m3～0.095kg/m3之間，平均值為0.066kg/m3，漲潮垂線平均含沙量介于0.049kg/m3～0.092kg/m3之間，平均值為0.065kg/m3。

2.潮流數(shù)學(xué)模型

2 . 1基本方程

水流控制方程通?？捎脙煞N形式（即Euler形式和Lagrange形式）來表達(dá)，兩種形式都可用來描述同一物理過程。由于拉氏坐標(biāo)是建立在流體質(zhì)團(tuán)上，跟隨質(zhì)團(tuán)運(yùn)動(dòng)，隨體導(dǎo)數(shù)說明沿流線相應(yīng)物理量隨時(shí)間的變化率，采用歐拉-拉格朗日差分，使方程變得較為簡(jiǎn)單，水流控制方程組如下：

2 . 2模型網(wǎng)格剖分

考慮到工程海灣的地貌復(fù)雜特征，計(jì)算網(wǎng)格非結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格，在碼頭附近網(wǎng)格有所加密，最小網(wǎng)格單元空間尺度為10～15m。方案計(jì)算時(shí)對(duì)碼頭所在的局部水域采用2014年實(shí)測(cè)最新地形進(jìn)行修正，單元數(shù)共計(jì)65000多個(gè)。模型邊界由東中國(guó)海潮波模型提供。數(shù)學(xué)模型計(jì)算范圍與網(wǎng)格見圖2。

2.3模型驗(yàn)證

驗(yàn)證資料采用水文測(cè)驗(yàn)單位提供的2013年12月在工程附近海域進(jìn)行的水文測(cè)驗(yàn)的實(shí)測(cè)資料，具體站位布置圖見圖1。

本次數(shù)值模擬為大、中、小潮連續(xù)模擬，時(shí)間段為：2013年12月17日00時(shí)到2013年12月27日00時(shí)。

通過驗(yàn)證，模型與原型符合良好，模擬精度滿足研究的需求。限于篇幅，此處僅列出古雷站潮位驗(yàn)證過程以及C3測(cè)站大小潮流速流向驗(yàn)證過程，見圖3～圖6。

3.泥沙回淤計(jì)算

3. 1 泊位工程方案布置

福建古雷東港區(qū)規(guī)劃建設(shè)總平面布置考慮以下三組方案，分別見圖7-圖9。各方案的差異主要體現(xiàn)在：

（1）港區(qū)外側(cè)防波堤的布局，如方案一和方案二，方案一中防波堤采用單防波堤形式，防波堤位于港池北側(cè)，方案二中防波堤為南北兩處，北側(cè)防波堤走向更偏向于東側(cè)，方案三則采用離岸式防波堤；

（2）港池位置，方案一和方案二的港池布局基本一致為挖入式港池，方案三港池采用順岸布置形式。

3.2不同工況回淤預(yù)測(cè)

海岸工程中可能造成泥沙回淤的原因通常是泥沙在風(fēng)浪作用下被掀起，并在潮流作用下輸移，即所謂的風(fēng)浪掀沙潮流輸沙。涉海工程實(shí)施后，水動(dòng)力環(huán)境發(fā)生了改變，原先動(dòng)態(tài)平衡的動(dòng)力格局重新調(diào)整，引發(fā)泥沙的沖淤過程。

為此，在海區(qū)潮流數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，結(jié)合《海港水文規(guī)范》中泥沙回淤公式預(yù)測(cè)，給出了港區(qū)周邊的淤積強(qiáng)度分布（圖10～12）。

從預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出，方案一～方案三實(shí)施后，港區(qū)周邊海域由于水動(dòng)力減弱，存在一定程度的泥沙回淤，回淤強(qiáng)度在0.10～0.20m/a，港池內(nèi)最大回淤強(qiáng)度在0.20m/a?；赜俜秶饕性诜啦ǖ膛c陸地岸線所圍的區(qū)域，方案三由于采用的是順岸式碼頭結(jié)構(gòu)，回淤區(qū)域主要集中在防波堤背水區(qū)，回淤強(qiáng)度稍弱于方案一和方案二。航道區(qū)內(nèi)未見明顯的回淤分布，總體來看，由于工程海域動(dòng)力較強(qiáng)、含沙量相對(duì)較低，泥沙落淤的強(qiáng)度不大，三個(gè)方案實(shí)施后，回淤范圍略有差異，回淤強(qiáng)度比較接近。

4.結(jié)語

采用潮流數(shù)學(xué)模型結(jié)合泥沙沖淤計(jì)算公式，估算各方案實(shí)施后工程區(qū)域及周邊海域的泥沙沖淤強(qiáng)度分布，得出：

（1）方案一～方案三實(shí)施后，港區(qū)周邊海域由于水動(dòng)力減弱，存在一定程度的泥沙回淤，回淤強(qiáng)度在0.05～0.20m/a，港池內(nèi)最大回淤強(qiáng)度在0.20m/a左右，回淤范圍主要集中在防波堤與陸地岸線所圍的區(qū)域。

（2）方案三由于采用的是順岸式碼頭結(jié)構(gòu)，回淤區(qū)域主要集中在防波堤背水區(qū)，回淤強(qiáng)度稍弱于方案一和方案二。

（3）航道區(qū)內(nèi)未見明顯的回淤分布，總體來看，由于工程海域動(dòng)力較強(qiáng)、含沙量相對(duì)較低，泥沙落淤的強(qiáng)度不大，三個(gè)方案實(shí)施后，回淤范圍略有差異，回淤強(qiáng)度比較接近。

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