濱海月亮灣海濱浴場(chǎng)整治工程平面方案優(yōu)化

劉玉倩，韓春曉

（1.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津300220；2.中交天津航道局有限公司，天津300461）

濱海月亮灣海濱浴場(chǎng)整治工程平面方案優(yōu)化

劉玉倩1，韓春曉2

（1.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津300220；2.中交天津航道局有限公司，天津300461）

月亮灣位于江蘇濱?？h廢黃河口，北側(cè)緊鄰翻身河口，是江蘇蘇北地區(qū)少有的天然海灘之一，但是由于水體渾濁無(wú)法滿足游客下海游泳的需求。為了配合濱海港城發(fā)展，規(guī)劃新建一座海濱浴場(chǎng)。通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)典型海濱浴場(chǎng)的水體含沙量，提出海濱浴場(chǎng)的使用要求為近岸水體含沙量不大于0.2 kg/m3。通過(guò)分析侵蝕性海岸特征和含沙量分布情況，從降低近岸水體含沙量的角度出發(fā)需要新建環(huán)抱式防波堤，提出口門(mén)-3.0 m、-4.0 m及-5.0 m布置方案，并采用二維潮流數(shù)模對(duì)流場(chǎng)及含沙量場(chǎng)進(jìn)行模擬計(jì)算，對(duì)三種平面布置方案進(jìn)行綜合研究比較，得出-4.0 m方案為最優(yōu)方案。

環(huán)抱式防波堤；侵蝕型海灘；含沙量；平面方案

1 工程概況

工程位于江蘇省鹽城市濱?？h廢黃河入?？诟浇Ｓ?，是蘇北地區(qū)少有的天然海灘之一，與北側(cè)翻身河口間距1.3 km，與北側(cè)濱海港直線距離僅4.5 km，屬于較為典型的侵蝕性海岸，海岸防護(hù)問(wèn)題十分突出。2016年，濱海港城建設(shè)重點(diǎn)打造五個(gè)之最，即：黃海之濱最大的藍(lán)沙海灘、最宏偉的黃海三面大佛、最浪漫的漁港風(fēng)情街、最長(zhǎng)的海堤景觀平臺(tái)和最生態(tài)的靈龍湖科教旅游基地。本工程即為其中的“藍(lán)沙海灘”工程，但是由于侵蝕性海岸的特點(diǎn)，岸灘被沖刷掀揚(yáng)的泥沙進(jìn)入水體后，使得工程區(qū)水體含沙量較高。特別是近岸區(qū)域，平均含沙量可達(dá)1.0 kg/m3。為減小近岸沙灘附近水體含沙量，達(dá)到“藍(lán)”的效果，擬在海灣南北兩側(cè)建設(shè)兩道防波擋沙堤，形成環(huán)抱式半封閉港灣。

總平面布置方案主要考慮潮流、波浪、泥沙和地形地質(zhì)等自然條件，并結(jié)合施工方法、施工工期和工程投資等多方面因素[1]。

2 自然條件

2.1 潮流

本工程海域潮流屬規(guī)則半日潮流，具有明顯的往復(fù)流特性。流速較大，最大流速自表層向底層逐漸減小。流速的大小與水深密切相關(guān)，呈現(xiàn)“岸邊小、外海大”的特點(diǎn)。大部分垂線海流漲潮主流向在SE—SSE附近，落潮主流向在NW—NNW附近。漲潮流速大于落潮流速，落潮歷時(shí)略大于漲潮歷時(shí)。

2.2 波浪

該區(qū)常浪向?yàn)镋NE向，次常浪向?yàn)镹E向，出現(xiàn)頻率分別為12.85%，11.17%，強(qiáng)浪向?yàn)镹E向，該向H4%≥1.3 m的波高出現(xiàn)頻率為0.95%，H4%≥1.6 m的波高出現(xiàn)頻率為0.25%[2]。

2.3 地貌分析

廢黃河三角洲海岸自1855年黃河從山東北歸入海以后，主要的陸域泥沙來(lái)源被斷絕，海岸一直處于侵蝕過(guò)程。經(jīng)波浪篩選，較細(xì)顆粒被潮流帶走，較粗顆粒繼續(xù)留在岸灘上。

廢黃河水下三角洲的侵蝕主要表現(xiàn)在以-10 m水深為代表的三角洲前緣的侵蝕內(nèi)移。對(duì)比1904年與1937年的兩版海圖，圖中-10 m等深線與岸灘間距由120 km縮窄至僅20 km，侵蝕范圍達(dá)100 km，可見(jiàn)這33 a間的水下岸灘侵蝕非常迅速。而從1965年的海圖上測(cè)量，-10 m等深線距離岸邊12 km，從1937—1965年這28 a間侵蝕范圍僅8 km，侵蝕強(qiáng)度開(kāi)始趨于平緩。1994年水下測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，-10 m等深線距岸約5 km，即從1965—1994年這29 a間后退7 km，平均每年內(nèi)移約240 m。經(jīng)過(guò)1個(gè)世紀(jì)的演變，該海域-10 m等深線的內(nèi)移速度已經(jīng)趨于平緩[3]。

經(jīng)過(guò)1989—2007年間多次水下地形測(cè)量及5條固定斷面（圖1）的測(cè)量，分析1989年11月、1993年5月、1994年1月及2004年5月的測(cè)量資料，可得出海岸近期侵蝕動(dòng)態(tài)結(jié)論（表1）。岸坡侵蝕強(qiáng)度最大的部位在-2～-10 m，等深線內(nèi)移速度從每年幾十米到上百米不等。-2.0 m以淺的海灘侵蝕也在繼續(xù)，其中1994年12月至1997年 9月，六合莊南段0 m線平均后退約40～50 m/a，-1.0 m線平均后退約25 m/a。

圖1 水下測(cè)量固定斷面示意圖Fig.1Settled sections of underwater survey

表1 各斷面等深線侵蝕速度表Table 1Erosion velocity of isobaths at each settled sections

斷面I靠近廢黃河口，也就是本工程擬建海濱浴場(chǎng)位置，-2 m、-5 m和-10 m等深線分別以70 m/a、130 m/a以及20 m/a的速度內(nèi)移，目前天然的沙灘范圍也將隨之不斷縮小，這成為海濱浴場(chǎng)建設(shè)的第一個(gè)難點(diǎn)。

2.4 含沙量分析

在岸線仍遭侵蝕后退岸段的潮上帶和潮間帶的上部屬粉沙淤泥帶，主要出露古黃河沉積的黏土層，中值粒徑約0.008 mm，其中黏土含量為25%～30%，粉沙含量為70%左右，主要沉積物為粉砂[4]。

本海區(qū)水體含沙量呈近岸較高，向深水區(qū)明顯降低的分布特征。實(shí)測(cè)資料顯示，-2 m以淺水域含沙量可達(dá)1.3 kg/m3以上，-4 m等深線附近年平均含沙量約1.0 kg/m3，而-10 m等深線水域年平均含沙量降低為0.5 kg/m3，-20 m以深海域平均含沙量則不足0.1 kg/m3（如圖2）。本工程擬建海濱浴場(chǎng)供游客休閑度假，因此近岸水體的高含沙量成為了本工程的第二個(gè)難點(diǎn)。

圖2 工程區(qū)海域年平均含沙量場(chǎng)分布（單位：kg/m3）Fig.2Mean annual sediment field distribution of project sea area（kg/m3）

3 研究?jī)?nèi)容

3.1 海濱浴場(chǎng)整治標(biāo)準(zhǔn)

參考山東濰坊濱海旅游度假區(qū)人工沙灘、天津東疆灣海濱浴場(chǎng)及上海碧海金沙水上樂(lè)園等工程實(shí)例，適宜游客游泳的近岸水體含沙量不大于0.2 kg/m3。同時(shí)，考慮到工程海域的實(shí)際情況，天然水深-4 m以淺的水域天然含沙量已經(jīng)大于1.0 kg/m3，因此整治難度較大，綜合分析將整治標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整為每年旅游旺季時(shí)（6月中旬至9月下旬）近岸海域水體含沙量不大于0.2 kg/m3。

3.2 研究?jī)?nèi)容

本工程位于侵蝕型海岸沿線，近岸底質(zhì)分布主要為粉砂，天然水體含沙量高達(dá)1.3 kg/m3。同時(shí)，工程北側(cè)距翻身河口僅1.3 km，而且流速較大。以上幾點(diǎn)均對(duì)海濱浴場(chǎng)的水體環(huán)境和穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，防波擋沙堤的建設(shè)主要應(yīng)對(duì)以上幾點(diǎn)。

3.3 研究方案

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，防波擋沙堤的口門(mén)開(kāi)口越大，灣內(nèi)水體交換條件越好，但是對(duì)灣內(nèi)水流的流態(tài)影響越大；口門(mén)位置離岸越遠(yuǎn)，圈圍范圍越大，工程建成后圈圍水域近岸含沙量越小，但是灣內(nèi)的淤積量也會(huì)很大，同時(shí)，由于整治建筑物伸出岸邊距離較遠(yuǎn)，也會(huì)對(duì)周邊水動(dòng)力環(huán)境產(chǎn)生不利影響。研究方案需要平衡各方面因素，由此本工程防波擋沙堤平面布置共提出了3類(lèi)方案，其口門(mén)位置分別布置于-3.0 m、-4.0 m和-5.0 m水深處，如圖3，口門(mén)寬度暫定100 m，各方案參數(shù)見(jiàn)表2。

圖3 不同方案平面布置示意圖Fig.3Layouts of different options

表23 類(lèi)方案參數(shù)表Table 2Parameter of 3 options

為了深入比較不同平面布置方案的優(yōu)缺點(diǎn)，由試驗(yàn)單位建立了工程海域的平面二維潮流泥沙數(shù)學(xué)模型，利用東中國(guó)海潮波數(shù)學(xué)模型模擬兩大潮波系統(tǒng)在江蘇岸外輻合的潮波運(yùn)動(dòng)，由此建立南黃海海域潮流數(shù)學(xué)模型，并以此建立工程區(qū)模型計(jì)算分析各方案實(shí)施后的流場(chǎng)和含沙量場(chǎng)分布。

3.4 研究方案對(duì)周邊水動(dòng)力環(huán)境的影響分析

工程區(qū)位于廢黃河閘下的灣內(nèi)，漲潮時(shí)主要為東南流，落潮主要為西北流，灣內(nèi)流速相對(duì)較小，由岸向外海流速有逐漸增大趨勢(shì)。對(duì)比3個(gè)方案的流矢圖得出，防波擋沙堤對(duì)漲潮東南流和落潮西北流均存在局部的阻水、挑流作用。-3.0 m方案堤身南北兩側(cè)1 km范圍內(nèi)由于阻水作用，平均流速減小5～20 cm/s，堤頭1 km范圍內(nèi)由于挑流影響平均增大5～15 cm/s，對(duì)北側(cè)翻身河口的水動(dòng)力無(wú)影響。-4.0 m方案對(duì)水動(dòng)力場(chǎng)的影響與-3.0 m方案基本一致。而-5.0 m方案對(duì)流態(tài)的影響明顯大于以上兩個(gè)方案，堤身南北兩側(cè)2 km范圍內(nèi)由于阻水作用平均流速減小5～20 cm/s，堤頭1.5 km范圍內(nèi)由于挑流影響平均流速增大5～15 cm/s，而且已經(jīng)影響到北側(cè)的翻身河口，翻身河口水動(dòng)力減小2～5 cm/s[5]。

考慮到翻身河口的流速穩(wěn)定性，-5.0 m方案較另外兩個(gè)方案顯示出較大的局限性。因此，選用-3.0 m方案和-4.0 m方案進(jìn)行進(jìn)一步研究。

3.5 研究方案對(duì)含沙量及泥沙淤積的影響分析

含沙量場(chǎng)的分析基于-3.0 m方案和-4.0 m方案進(jìn)行，兩個(gè)方案口門(mén)處年平均含沙量分別為1.1 kg/m3和1.0 kg/m3。根據(jù)工程建設(shè)后不同時(shí)刻灣內(nèi)水流流態(tài)和水流強(qiáng)度分布特征，將灣內(nèi)水域分成7個(gè)區(qū)域進(jìn)行研究。

-3.0 m方案漲潮期間在灣內(nèi)形成逆時(shí)針回流，港外高含沙量水體進(jìn)入灣內(nèi)后，主要淤積在口門(mén)附近，見(jiàn)圖4?；亓饔绊懛秶鷥?nèi)（二區(qū)、三區(qū)）3個(gè)月的淤積量為0.8～0.9 m；隨灣內(nèi)泥沙沿程落淤，近岸水體含沙量逐漸減小，淤積幅度也越來(lái)越小，至近岸六區(qū)、七區(qū)，3個(gè)月的淤積幅度為0.02～0.05 m。含沙量的分布也呈現(xiàn)了由口門(mén)向近岸逐漸減小的趨勢(shì)，口門(mén)處一區(qū)至三區(qū)的含沙量均可達(dá)1.0 kg/m3以上，至五區(qū)，含沙量降至0.5 kg/m3，至近岸段南側(cè)的七區(qū)含沙量才降至0.2 kg/m3，近岸段的北側(cè)仍屬于六區(qū)，水體含沙量介于0.2～0.4 kg/m3。

圖4 -3.0 m方案淤積計(jì)算分布圖（3個(gè)月）Fig.4Sedimental carculation of-3.0 m option(3 months)

-4.0 m方案與-3.0 m方案的流態(tài)類(lèi)似，主要淤積也是發(fā)生在口門(mén)附近，見(jiàn)圖5?；亓饔绊懛秶鷥?nèi)（二區(qū)、三區(qū)）3個(gè)月的淤積量為0.8～0.9 m；至近岸六區(qū)、七區(qū)，3個(gè)月的淤積幅度降低為0.02～0.04 m。含沙量的分布較-3.0 m方案有較大改善，口門(mén)處一區(qū)至三區(qū)的含沙量約為0.8～1.0 kg/m3，五區(qū)含沙量降至0.6 kg/m3，至近岸區(qū)含沙量0.2 kg/m3，不僅近岸段含沙量小于0.2 kg/m3的范圍可以覆蓋整條岸線，從口門(mén)至岸線的沿程含沙量也大幅下降[5]。

圖5 -4.0 m方案淤積計(jì)算分布圖（3個(gè)月）Fig.5Sedimental carculation of-4.0 m option(3 months)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，兩個(gè)方案中，-4.0 m方案可以實(shí)現(xiàn)近岸水體含沙量降至0.2 kg/m3的目標(biāo)。

3.6 綜合比選

綜合分析，認(rèn)為口門(mén)-4.0 m平面方案既可以滿足整治標(biāo)準(zhǔn)的要求，又不會(huì)對(duì)周?chē)畡?dòng)力環(huán)境尤其是翻身河口的流態(tài)產(chǎn)生影響。平面方案整體評(píng)價(jià)見(jiàn)表3。

表3 平面方案整體評(píng)價(jià)表Table 3General evaluation of overall plans

另外，由于防波擋沙堤的平面布置和堤身長(zhǎng)度直接關(guān)系到工程的施工方法、施工工期和工程投資，在滿足需要的前提下選用較為經(jīng)濟(jì)合理的方案，-4.0 m方案為最佳方案。

4 結(jié)語(yǔ)

月亮灣位于蘇北侵蝕性海岸，具有高水體含沙量的特征。本文通過(guò)3類(lèi)平面方案進(jìn)行對(duì)比研究，以達(dá)到保護(hù)岸灘、降低近岸水體含沙量至夏季下海游泳的目的。目前，整治工程正在建設(shè)中，北堤已建設(shè)完成，南堤堤身也已向海側(cè)推進(jìn)完成了550 m。盡管還沒(méi)有全部竣工，但是從衛(wèi)星圖上已經(jīng)可以看到工程海域水體工程前后已經(jīng)發(fā)生了明顯變化，工程后堤身內(nèi)側(cè)海水顏色明顯變淺變藍(lán)，含沙量大幅下降。

[1]JTS 165—2013，海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. JTS 165—2013,Design code of general layout for sea ports[S].

[2]JTS 145—2015，港口與航道水文規(guī)范[S]. JTS 145—2015,Code of hydrology for harbour and waterway[S].

[3]中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司.鹽城港濱海港區(qū)中電投煤炭碼頭一期工程工程可行性研究報(bào)告[R].天津：中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，2010.

CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.Feasibility study report on the phase I coal jetty project of CPI of Binhai Terminal of Yancheng Port[R].Tianjin:CCCC First Harbor Consultants Co., Ltd.,2010.

[4]南京水利科學(xué)研究院.江蘇濱海港10萬(wàn)噸級(jí)航道工程海岸穩(wěn)定性和泥沙運(yùn)動(dòng)研究[R].南京：南京水利科學(xué)研究院，2007.

Nanjing Hydraulic Research Institute.Research on coastal stability and sediment movement of 100 000 t channel project of Binhai Terminal in Jiangsu[R].Nanjing:Nanjing Hydraulic Research Institute,2007.

[5]南京水利科學(xué)研究院.濱海縣“碧?！惫こ躺鷳B(tài)提升效果數(shù)學(xué)模型研究[R].南京：南京水利科學(xué)研究院，2016.

Nanjing Hydraulic Research Institute.Study on mathematical model of'blue sea'ecological improvement project in Binhai[R].Nanjing:Nanjing Hydraulic Research Institute,2016.

[6]JTS 154-1—2011防波堤設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S]. JTS 154-1—2011,Code of design and construction of breakwaters [S].

Optimization of overall plans of Yueliangwan Beach regulating project in Binhai

LIU Yu-qian1,HAN Chun-xiao2
（1.CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.,Tianjin 300220,China; 2.CCCC Tianjin Dredging Co.,Ltd.,Tianjin 300461,China）

Yueliangwan is located at estuary of Feihuanghe in Binhai Country.It is next to estuary of Fanshen River in the north,and is one of the rear natural beach in north of Jiangsu Province.But,it could not satisfy the requirement of swimming for visitors because of the muddy water.In order to coordinate with the development of port city in Binhai,it is planned to build a new bathing beach.Comparing with the sediment concentration of typical bathing beaches in China,the standard of sediment concentration in nearshore water area is no more than 0.2 kg/m3.We analyzed the characteristics of erosion beach and the sediment distribution,the surrounding breakwater is needed from the point of view of reducing the sediment concentration nearshore,we proposed the overall plans with entrance of breakwater set in-3.0 m,-4.0 m and-5.0 m.Adopted with 2D numerical model of current and sediment,the current and sediment concentration are simulated and calculated.Comprehensive comparison of the 3 plans scheme shows that-4.0 m scheme is the best.

surrounding breakwater;erosion beach;sediment concentration;overall plan

U652.72

A

2095-7874（2017）06-0067-05

10.7640/zggwjs201706015

2017-03-03

2017-04-23

劉玉倩（1984—），女，河北衡水人，工程師，碩士研究生，主要從事港口及航道總體設(shè)計(jì)工作。E-mail：liuyuqian@fdine.net