坎門漁港避風(fēng)錨地防波堤平面布置研究

邵燕華，趙 勇

（浙江省水利水電勘測設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310002）

1 工程概況

坎門中心漁港位于玉環(huán)市坎門街道，地處浙江東南沿海臺(tái)州市最南端，是浙南的一個(gè)重要漁業(yè)基地。漁港地理位置得天獨(dú)厚，發(fā)展前景廣闊，自然條件優(yōu)越，歷史上已形成漁業(yè)集散地和漁船避風(fēng)港。坎門漁港二期防波堤由東堤和西堤構(gòu)成，總長1 560 m，其中東堤長630 m，西堤長930 m，口門寬286 m，形成5.3 km2的港域面積，能容納3 000余艘漁船進(jìn)港避風(fēng)。圖1為坎門漁港地理位置圖。

坎門二期防波堤的建設(shè)雖然極大地削減外海波浪對港區(qū)的影響，為臺(tái)風(fēng)期漁港避風(fēng)提供有效的保護(hù)。但由于二期防波堤口門朝向東南方，東南向的混合浪可以長驅(qū)直入，因此，港區(qū)東側(cè)及口門附近避風(fēng)條件極差，而港池西側(cè)避風(fēng)條件相對較為理想，是目前港內(nèi)避風(fēng)的主要區(qū)域。由于口門朝向東南方，東南向混合浪可直接經(jīng)繞射進(jìn)入港池，如遇極端天氣，港內(nèi)漁船有效避風(fēng)水域明顯不足，15級臺(tái)風(fēng)正面襲擊時(shí)漁港港區(qū)可以使用的有效避風(fēng)面積（Hs≤1.00 m）僅為52.57 m2（除港區(qū)用地規(guī)劃）。圖2為15級臺(tái)風(fēng)正面襲擊港池有效波高等值線分布圖[1]。

圖1 工程地理位置圖

圖2 港池有效波高等值線分布圖

2 基礎(chǔ)資料

2.1 潮 位

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，工程區(qū)設(shè)計(jì)高水位2.97 m（1985國家高程基準(zhǔn)，下同），設(shè)計(jì)低水位-2.75 m，極端高水位5.34 m，極端低水位-3.67 m，多年平均高潮位2.14 m，平均潮位0.12 m。

2.2 波 浪

工程區(qū)外側(cè)有內(nèi)黃門山、黃門山和南排山島嶼的掩護(hù)，受外海波浪影響，主要為風(fēng)浪和涌浪組成的混合浪[2]。“十三五”期間，對漁船避風(fēng)錨地建設(shè)提出漁船就近避15級強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的目標(biāo)[3]，因此采用15級臺(tái)風(fēng)正面襲擊狀況作為輸入條件，利用波浪折射繞射變形聯(lián)合數(shù)學(xué)模型及其相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序，進(jìn)行二期防波堤口門處的波浪場計(jì)算[4]，結(jié)果見表1。對于本避風(fēng)錨地而言，最不利的波向是ESE向。

表1 二期防波堤口門處整體模型試驗(yàn)波要素一覽表

2.3 設(shè)計(jì)代表船型

根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，玉環(huán)市在冊海洋漁業(yè)船舶總計(jì)505艘。此外，臺(tái)灣、福建、江蘇及本省其他地區(qū)的部分漁船（180艘左右）也會(huì)到坎門中心漁港避風(fēng)。為了滿足玉環(huán)市及其他省份、地區(qū)部分漁船就近避強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的需求，坎門中心漁港避風(fēng)漁船數(shù)量宜控制在700艘左右。

結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，本次設(shè)計(jì)選取VQY811型漁船（400HP）和HG818型漁船（200HP）作為避風(fēng)錨地設(shè)計(jì)的代表船型。

3 避風(fēng)面積測算及泊穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 有效避風(fēng)面積測算[1]

避風(fēng)區(qū)泊船方式采用單船占用面積小，利用率較高的多船并排頂風(fēng)單錨系泊方式?？紤]漁汛季節(jié)、作業(yè)習(xí)慣等因素的影響，錨地內(nèi)仍需供漁船出入的航道，同時(shí)考慮今后漁船噸位加大的趨勢，初步確定所需避風(fēng)區(qū)水域面78萬m2。

3.2 泊穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)[6 - 7]

根據(jù)農(nóng)業(yè)部相關(guān)規(guī)定，浙江省避風(fēng)錨地建設(shè)相關(guān)規(guī)劃，并參照其他省份的泊穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)，本次初定泊穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)為:在15級臺(tái)風(fēng)作用、設(shè)計(jì)高水位情況下港內(nèi)H13%≤1.00 m的水域范圍。

4 防波堤平面布置研究

4.1 總體布置方案研究

根據(jù)所處區(qū)域的波浪、潮流、泥沙和地質(zhì)地貌和港區(qū)的功能定位、施工條件等多方面技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及漁船航線習(xí)慣等因素，擬定多方案防波堤總體布置形態(tài)[8-9]，滿足漁船避風(fēng)要求（見表3）。

表3 防波堤總體布置方案表

圖5 堤線平面布置方案1

圖6 堤線平面布置方案2

圖7 堤線平面布置方案3

圖8 堤線平面布置方案4

圖9 堤線平面布置方案5

圖10 堤線平面布置方案6

4.2 模型試驗(yàn)

為了更好地驗(yàn)證和優(yōu)化防波堤平面布置對港區(qū)和航道的掩護(hù)效果，河海大學(xué)對防波堤平面布置進(jìn)行整體波浪模型試驗(yàn)[10]。

4.2.1 模型布置和比尺

整體防浪掩護(hù)模型試驗(yàn)的尺寸為多向不規(guī)則港池（30.00 m×40.00 m×1.00 m，造波機(jī)長為24.00 m），采用正態(tài)模型，按照Froude數(shù)相似律設(shè)計(jì)（見圖11）。

圖11 試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒贾脠D

cm，水平長度20.0 ～ 22.0 cm，模擬的波高（H1%）在7.0 ～ 8.4 cm，模型的譜峰周期在1.760 ～ 1.850 s。

4.2.3 試驗(yàn)工況

波要素采用50 a一遇的ESE向設(shè)計(jì)波要素，且與設(shè)計(jì)高水位相組合進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)中采用不規(guī)則波波況。

4.2.4 試驗(yàn)儀器和方法

港內(nèi)波高應(yīng)用背景水利水電科學(xué)研究院研制的DJ1800型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和多個(gè)電容式浪高儀布置35個(gè)測點(diǎn)（見圖12），采樣間隔為0.013 s，采集時(shí)長為120.000 s，每組試驗(yàn)重復(fù)3次。

圖12 試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒ǜ邷y點(diǎn)布置圖

4.2.2 模型制作

根據(jù)擋浪板透空堤斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與透空堤相接的實(shí)體斜坡堤采用同比尺換算的塊石模擬?？刂颇Ｐ退?1.0 ～ 14.0

圖13 有效波高HS等值線分布圖（方案1）

4.2.5 波浪情況

各方案有效波高等值線分布見圖13～18；各個(gè)工況避風(fēng)錨地有效避風(fēng)面積見表4。

圖14 有效波高HS等值線分布圖（方案2）

圖15 有效波高HS等值線分布圖（方案3）

圖16 有效波高HS等值線分布圖（方案4）

圖17 有效波高HS等值線分布圖（方案5）

圖18 有效波高HS等值線分布圖（方案6）

表4 各個(gè)工況避風(fēng)錨地有效避風(fēng)面積表

4.2.6 投資效益

各個(gè)工況工程投資效益見表5。

表5 各個(gè)方案工程投資效益表

5 結(jié) 論

防波堤的平面布置與所處區(qū)域的波浪、潮流、泥沙、地質(zhì)地貌和港區(qū)的功能定位、施工條件等多方面技術(shù)因素、經(jīng)濟(jì)因素相關(guān)。由于本工程為港中港建堤，主要從波浪和經(jīng)濟(jì)2個(gè)因素進(jìn)行多方案比選，并結(jié)合模型試驗(yàn)等研究最終確定方案。

（1）根據(jù)6種防波堤總體形態(tài)，采用單透空堤、雙突堤（實(shí)體堤與透空堤相結(jié)合），雙突堤的防浪掩護(hù)效果高于單突堤，實(shí)體堤防浪效果優(yōu)于透空堤。防波堤最終確定為雙突堤。

（2）結(jié)合雙突堤，采用實(shí)體堤和透空堤結(jié)構(gòu)分段布置，研究3種口門布置方案，口門為100 m的平面布置方案為最佳口門布置方案。

（3）結(jié)合工程地質(zhì)條件、施工條件、工程造價(jià)等因素，分析工程效益，方案2、方案3級方案5效益較好。

（4）確定方案3為最終推薦防波堤平面布置方案。