湄洲灣莆頭作業(yè)區(qū)碼頭岸線的多維度論證研究

■錢 琴

（福建省港航建設(shè)發(fā)展有限公司，福州 350011）

0 前言

隨著沿海經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，海岸線已經(jīng)變成了一項(xiàng)寶貴的戰(zhàn)略資源[1]，其利用和開發(fā)的合理性與否不但對(duì)碼頭等濱海工程影響顯著，乃至對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響也有明顯影響[2-3]。

碼頭岸線的論證涉及因素眾多，涉及到不同的水文，地質(zhì)和地貌等，對(duì)水深、水域、地質(zhì)、地貌，陸域等均要考慮，并需要考慮與周圍工程的銜接[4-5]。

當(dāng)前岸線使用上的問(wèn)題一是深水岸線資源沒(méi)有得到充分保護(hù)，岸線使用功能區(qū)劃不合理[6]，另一個(gè)問(wèn)題是在岸線規(guī)劃的過(guò)程中考慮問(wèn)題單一，導(dǎo)致工程造價(jià)高或者后期港區(qū)維護(hù)費(fèi)用高。

本文以湄洲灣灣底的莆頭作業(yè)區(qū)為例，參考其碼頭岸線論證過(guò)程，分析了多維度論證研究的方法和結(jié)論，對(duì)于海灣內(nèi)的港區(qū)岸線規(guī)劃有一定的指導(dǎo)意義。

1 莆頭作業(yè)區(qū)項(xiàng)目背景和規(guī)劃

根據(jù)批復(fù)的《湄洲灣（南北岸）港區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃（成果）》，莆頭作業(yè)區(qū)規(guī)劃為多用途碼頭區(qū)和件雜貨碼頭區(qū)，1#～11#泊位為多用途碼頭，12#～25#泊位為件雜貨碼頭。作為規(guī)劃港區(qū)的起步項(xiàng)目，碼頭岸線的位置涉及到不同的水文、地質(zhì)和地貌等諸多方面，決定了后續(xù)項(xiàng)目的工程量（如炸礁量）、港區(qū)淤積情況、工程投資等，并對(duì)其他工程產(chǎn)生影響（水流因素等）。因此規(guī)劃岸線位置是否合理需進(jìn)行充分論證，本文以規(guī)劃方案、前移方案和后移方案三個(gè)方案論述岸線位置的合理性。

2 莆頭作業(yè)區(qū)碼頭岸線論證的基本方案

結(jié)合工程實(shí)際，首先確定莆頭作業(yè)區(qū)規(guī)劃碼頭岸線的南端點(diǎn)[7-8]，考慮到如下兩個(gè)因素：

（1）莆頭作業(yè)區(qū)規(guī)劃碼頭岸線的南端點(diǎn)往陸側(cè)移動(dòng)過(guò)多，會(huì)明顯增加港池水域的炸礁量，進(jìn)港船舶直接靠泊1#泊位也將更加困難，并且對(duì)秀嶼作業(yè)區(qū)規(guī)劃碼頭岸線的北端泊位產(chǎn)生不利影響。

（2）莆頭作業(yè)區(qū)規(guī)劃碼頭岸線的南端點(diǎn)往海側(cè)移動(dòng)過(guò)多，不僅1#泊位碼頭基槽的風(fēng)化巖埋深更加偏深，而且對(duì)秀嶼作業(yè)區(qū)規(guī)劃碼頭岸線的北端泊位產(chǎn)生不利影響。

在南端點(diǎn)確定后，結(jié)合本次的研究目的，設(shè)置了3個(gè)碼頭岸線布置比選方案，分別命名為規(guī)劃方案、前移方案和后移方案。規(guī)劃方案為基準(zhǔn)碼頭岸線，后移方案為基準(zhǔn)碼頭岸線往陸側(cè)后退120m，前移方案為基準(zhǔn)碼頭岸線圍繞1#規(guī)劃泊位的南端點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)約5.2°。為了比選三個(gè)方案的優(yōu)劣，需要從多維度開展分析。三個(gè)方案的岸線示意圖見(jiàn)圖1。

3 從地質(zhì)條件論證碼頭岸線

湄洲灣水域水流流速較緩、波浪小、泥沙回淤少、水域較寬闊、陸域縱深較大，水流、波浪、泥沙回淤、水域?qū)挾群完懹蚩v深對(duì)本工程的碼頭岸線布置影響較小，但本區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)條件對(duì)碼頭的建設(shè)規(guī)模、碼頭造價(jià)和疏浚施工難度影響較大，會(huì)直接影響到碼頭岸線的布置。

工程區(qū)域規(guī)劃岸線位置的原泥面標(biāo)高普遍介于+2.0～+3.0m，水深較淺，難于滿足物探船舶作業(yè)的吃水要求，并且本區(qū)域土層從上而下普遍存在殘積土、全風(fēng)化巖、強(qiáng)風(fēng)化巖層，物探對(duì)強(qiáng)風(fēng)化巖面的判定較困難，故本工程碼頭岸線的地質(zhì)普查主要是采用鉆探方法。為分別沿規(guī)劃岸線及其海側(cè)、陸側(cè)布設(shè)了3條鉆探線，共33個(gè)鉆孔。

圖1 三個(gè)方案的岸線示意圖

從現(xiàn)有的鉆探資料分析，本工程地質(zhì)情況復(fù)雜，巖面起伏較大，局部有礁石出露，規(guī)劃碼頭岸線南部風(fēng)化巖埋深較深，北部風(fēng)化巖埋深較淺，巖面從陸地向海域逐漸加深。利用本次鉆孔和已有鉆孔資料，以南段為0起點(diǎn)繪制了地質(zhì)橫剖面圖，詳見(jiàn)圖2。

可見(jiàn)相對(duì)于期望的港池底標(biāo)高，原規(guī)劃岸線有兩處需要炸礁，合計(jì)需要炸礁的尺度約130m，其他兩個(gè)方案均沒(méi)有明顯改善。規(guī)劃線前移后北側(cè)需要大面積炸礁，而岸線后退使得南側(cè)出現(xiàn)新的較大面積的炸礁。

從地質(zhì)條件來(lái)分析，原規(guī)劃岸線基本合理。

圖2 碼頭岸線布置方案的風(fēng)化巖巖面分布圖

4 從水流條件論證碼頭岸線

4.1 數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)介

描述平面二維水流運(yùn)動(dòng)的基本方程組為[9]：

式中t、x、y分別為自變量時(shí)間及平面坐標(biāo)；h=Z-ZD為水深，Z為水位，ZD為河床高程；u、v為沿x和y方向的流速；n為糙率系數(shù)，f為柯氏系數(shù)；EX、EY分別為X和Y方向上的離散系數(shù)；q為包括取排水在內(nèi)的源項(xiàng)。

模型范圍：湄洲灣二維潮流數(shù)學(xué)模型上邊界自湄洲灣灣頂起，下邊界至湄州島外約12km，模型從外海納入整個(gè)湄州灣海域，縱向長(zhǎng)度約45km，網(wǎng)格數(shù)為96695個(gè)。

邊界條件：口外開邊界潮位過(guò)程采用河海大學(xué)研發(fā)的《東中國(guó)海潮波推算軟件》計(jì)算成果。

網(wǎng)格尺度加密：對(duì)于工程敏感區(qū)域和地形復(fù)雜區(qū)域附近的網(wǎng)格進(jìn)行加密處理，加密后最小網(wǎng)格尺度約20m。

其中，數(shù)模分析點(diǎn)的平面布置圖見(jiàn)圖3。

4.2 潮流模型結(jié)果分析

工程實(shí)施后，港區(qū)前沿水流流速有不同程度的減弱，其中莆頭作業(yè)區(qū)件雜貨碼頭區(qū)前沿（莆3#、莆4#點(diǎn)）漲潮流速減少了0.030～0.044m/s，落潮流速減少了0.019～0.047m/s；多用途碼頭區(qū)前沿（莆5#、莆6#點(diǎn)）漲潮流速減少了 0.086～0.111m/s，落潮流速減少了 0.042～0.094m/s。

可見(jiàn)工程實(shí)施后，漲急時(shí)莆頭作業(yè)區(qū)件雜貨碼頭區(qū)西南側(cè)由于多用途碼頭區(qū)的挑流作用而使水流流向與碼頭前沿線夾角稍大，其余作業(yè)區(qū)碼頭前沿線與水流流路都基本平順。

落急時(shí)莆頭作業(yè)區(qū)多用途碼頭區(qū)北側(cè)由于件雜貨碼頭區(qū)的挑流作用而使水流流向與碼頭前沿線夾角稍大，其余作業(yè)區(qū)碼頭前沿線與水流流路都基本平順。

與其天然情況相比，工程實(shí)施前后除工程區(qū)附近水域的流場(chǎng)流態(tài)略有變化外，其余地方流場(chǎng)流態(tài)基本不變。

圖3 數(shù)模分析點(diǎn)的平面布置圖

表1 工程實(shí)施后莆田港區(qū)各測(cè)點(diǎn)流速變化表（大潮）

后移方案水流條件與規(guī)劃方案相比變化很小，只是莆頭作業(yè)區(qū)多用途泊位碼頭前沿線與水流夾角會(huì)稍為增大，多用途碼頭區(qū)與雜貨碼頭區(qū)的轉(zhuǎn)角處的挑流作用會(huì)稍為減弱。前移方案水流條件與規(guī)劃方案相比變化很小，只是莆頭作業(yè)區(qū)多用途泊位碼頭前沿線與水流夾角會(huì)稍為減小，多用途碼頭區(qū)與雜貨碼頭區(qū)的轉(zhuǎn)角處的挑流作用會(huì)稍為增強(qiáng)。

5 從泥沙回淤分析論證碼頭岸線

岸線規(guī)劃還要考慮港區(qū)周圍的岸灘演變及港區(qū)的回淤情況[10]。湄洲灣海域總體岸線穩(wěn)定，沿海丘陵植物茂密，水土保持較好，且無(wú)較大河流匯流入海灣，陸相來(lái)沙很少，且多年來(lái)湄洲灣水清沙少，灣內(nèi)泥沙進(jìn)出基本平衡，其淤積部分主要是部分懸移泥沙運(yùn)動(dòng)形成。

本研究用中國(guó)工程標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)水運(yùn)工程委員會(huì)推薦的公式進(jìn)行淤積強(qiáng)度的估算：

式中，P——年回淤?gòu)?qiáng)度，單位m/s；

w0——粘性泥沙絮凝陳訴，取0.00027～0.00042m/s；

S——當(dāng)?shù)啬昃嗌澈浚╧g/m3）；

T——沉降歷史，1年的總秒數(shù)（s）；

H1，H2——開挖前后工程區(qū)的水深；

V1，V2——開挖前后工程區(qū)的流速；

K1，K2——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，分別取0.35和0.13；

θ——水流流向與航槽夾角，（°）；

γ0——淤積泥沙的干容重，（kg/m3）。

根據(jù)估算，規(guī)劃方案的工程實(shí)施后，莆頭作業(yè)區(qū)碼頭每年大約淤積18.7～56.7cm，莆頭作業(yè)區(qū)港池每年回淤量約11萬(wàn)m3，莆頭支航道每年回淤量約9.2萬(wàn)m3，共計(jì)20.2 萬(wàn) m3。

后移方案方案回淤量與規(guī)劃方案相比變化不大，但由于水流流速的減弱，回淤量少量增加。而前移方案由于水流流速的增強(qiáng)，回淤量少量減少。

6 綜合比選分析

規(guī)劃碼頭岸線位置的地質(zhì)條件與碼頭規(guī)劃建設(shè)規(guī)?；鞠噙m應(yīng)，規(guī)劃碼頭岸線是基本合理的。雖然規(guī)劃碼頭岸線前移可以減少疏浚量和少量炸礁量，但會(huì)增加圍海面積，加劇碼頭挖填方的不平衡。

結(jié)合到莆頭作業(yè)區(qū)，碼頭岸線論證的主要原則如下:

（1）統(tǒng)籌考慮本工程及后續(xù)泊位的關(guān)系；

（2）碼頭岸線位置盡可能做到岸線各泊位建設(shè)規(guī)模與地質(zhì)條件相適應(yīng)，盡量減少工程炸礁；

（3）碼頭岸線的規(guī)劃、前移、后移方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較及對(duì)建設(shè)投資的影響，綜合論證選擇碼頭岸線。

根據(jù)上述原則，綜合比選3個(gè)岸線方案的結(jié)果，匯總見(jiàn)下表。

表2 岸線方案的比選結(jié)果匯總表

綜合上述研究，再考慮到更改岸線會(huì)涉及用海面積、挖填方、納泥量、水流、回淤等的變化以及規(guī)劃的修編，涉及范圍廣，歷時(shí)長(zhǎng)，故研究認(rèn)為維持規(guī)劃碼頭岸線不變。

7 結(jié)論與建議

根據(jù)本文研究，從地質(zhì)條件、水流條件和泥沙回淤方面，對(duì)港區(qū)岸線利用進(jìn)行分析，技術(shù)上是可行的。

針對(duì)湄洲灣灣底的莆頭作業(yè)區(qū)岸線規(guī)劃而言，有如下結(jié)論：

（1）規(guī)劃碼頭岸線位置的地質(zhì)條件與碼頭規(guī)劃建設(shè)規(guī)?；鞠噙m應(yīng)，規(guī)劃碼頭岸線是基本合理的，存在局部的炸礁問(wèn)題。

（2）規(guī)劃碼頭岸線往陸側(cè)后退，則會(huì)增加炸礁量和粘土開挖量，從而增加工程投資，且回淤量會(huì)略微增加，增大后期維護(hù)費(fèi)用。

（3）如果規(guī)劃碼頭岸線前移，可以減少后期維護(hù)疏浚量，但會(huì)增加圍海面積，加劇碼頭挖填方的不平衡，且炸礁范圍同樣增加。

可見(jiàn)規(guī)劃碼頭岸線位置的地質(zhì)條件與碼頭規(guī)劃建設(shè)規(guī)?；鞠噙m應(yīng)，規(guī)劃碼頭岸線是基本合理的。

實(shí)際上本工程位置在海灣內(nèi)，所受波浪因素影響較小，其他因素還需要綜合考慮波浪要素的影響，并環(huán)境評(píng)價(jià)等因素的對(duì)比論證分析[11]。

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