東營中心漁港水域總體布置

鄧宏彥

（中交天津港灣工程設(shè)計院有限公司，天津 300461）

0 引言

根據(jù)港口建設(shè)經(jīng)驗和相關(guān)規(guī)范，海港宜選在岸線基本穩(wěn)定、泥沙來源少、深水岸線離岸近的地段[1]，河口港港址不宜在河道的凸岸和未經(jīng)整治的攔門沙河段建港。在一些泥沙運動活躍的地段，如渤海灣西側(cè)的粉砂質(zhì)海岸，建港后泥沙維護工作量大。喬貫宇等[2]在河北樂亭縣研究了突出岸線的大型環(huán)抱式漁港，避開了附近的河口。東營中心漁港的建設(shè)，提供了一種在泥沙運動活躍的海岸充分利用河口建設(shè)港口的解決方案，對于類似工程的建設(shè)具有借鑒意義。

1 工程概況

工程位于渤海灣西南岸的黃河三角洲，沿岸為灘涂，工程區(qū)泥沙運動活躍，而漁船對港池泊穩(wěn)、波浪掩護要求[3]。根據(jù)我國沿海等級漁港建設(shè)要求[4]，中心漁港建設(shè)港池受掩護水域不得小于40萬m2，碼頭岸線不少于600 m，建設(shè)規(guī)模較大。水域、陸域配套設(shè)施應(yīng)齊全，充分發(fā)揮漁港的漁獲卸港、漁需補給、水產(chǎn)品加工的綜合基地作用。中心漁港包括碼頭、碼頭停泊水域、港內(nèi)錨地、進出港航道、魚貨交易場地、水產(chǎn)品加工區(qū)、物資存放區(qū)、管理辦公區(qū)等。在粉砂質(zhì)海岸建設(shè)本工程，總體布置對工程的成敗起著至關(guān)重要的作用。

2 建設(shè)條件分析

東營市海岸線北起順江溝河口，南至淄脈溝口，全長為412.67 km，0 m至岸線灘涂面積1 019 km2，-10 m等深線以內(nèi)淺海面積4 800 km2。大部分為灘涂，受黃河入?？谟绊懀晒┙ㄔO(shè)港口的區(qū)域非常少。

東營港向南約5 km為黃河入海分支流神仙溝南河道，河床標高為-2.0～1.80 m之間。該河道現(xiàn)已改道，已改流為雨水、市政排水出口。勝利油田Ⅰ-50樁井位于河道內(nèi)側(cè)，距河口約1 000 m，該處有效河床寬約310 m，河口處有效河床寬約280 m，見圖1?？衫帽舅蜓噩F(xiàn)有引堤建設(shè)順岸碼頭，水域掩護條件非常好。河口距離渤海-4.0 m等深線約4 km，據(jù)多年觀察，本水域海底有沖刷變深的趨勢。引堤南側(cè)魚窩棚已形成約59萬m2的場地，地面標高為0.4～3.8 m，經(jīng)進一步吹填平整即可形成碼頭后方陸域。該區(qū)域在東營城市總體規(guī)劃中，可變更為漁港經(jīng)濟區(qū)。因此，在神仙溝南河道入海口建設(shè)漁港，建設(shè)條件良好。

圖1 工程地形圖Fig.1 Engineering topographic map

3 總體布置

泥沙運動較活躍的海岸或河口建港時，宜設(shè)置兼有防浪、擋沙、導(dǎo)流作用的防波堤或擋沙堤[1]。海岸在2個方向均有較強泥沙運動的海岸宜配置雙突堤。雙突堤的布置采用環(huán)抱式，圈圍需要的港池水域，或在港池外側(cè)以逐漸縮窄兩堤間的寬度或以大致平行的布置形式將兩堤向深水區(qū)延申，突堤采用出水堤。

總體布置的關(guān)鍵因素是泥沙和波浪。經(jīng)過現(xiàn)狀的波浪、泥沙分析→初步方案提出→波浪、泥沙數(shù)學模型分析→方案比選與優(yōu)化過程，確定最佳的總體布置方案。提出初步方案所需設(shè)計參數(shù)的分析過程和方法如下：

1）河口處泥沙運動活躍，對工程前的波浪、泥沙進行分析，對N、NNE、NE、E、SE向波浪進行數(shù)值模擬分析，推算不同水深的波高，對泥沙淤積進行數(shù)值模擬分析，分析該區(qū)域的岸線演變趨勢[5]。

2） 對水工建筑物前的波浪進行初步分析計算，主要是淺水變形計算，只計算淺水校正和底摩阻損失，周期不變。采用公式HI=KaKfH0（式中：Ka為淺水系數(shù)，Kf為波能損耗系數(shù)，H0為計算深水平均波高）分段計算波浪淺水變形的平均波高，再將平均波高轉(zhuǎn)換為累計率波高；對于港池內(nèi)側(cè)波浪考慮雙突堤繞射波浪進行分析，初步確定口門寬度。

3）對開挖航道按照粉砂質(zhì)海岸航道淤積進行淤積強度計算。

3.1 總體布置方案

神仙溝南河道河口，類似挖入式港池，避風條件好，可以依托建港，也可在河口外側(cè)，另辟水域建港，重點解決河口泥沙、波浪問題。結(jié)合港口功能要求[6]，根據(jù)初步設(shè)計參數(shù)分析中的波浪、泥沙計算結(jié)果，提出3個平面方案進行研究。

1）總體布置方案1：采用環(huán)抱式方案，在航道處不設(shè)置擋沙堤（見圖2）。

在河口，另辟河口北側(cè)Ⅰ-60樁井位東側(cè)，向北布置552 m順岸碼頭，再折向東建設(shè)562 m防波堤兼碼頭，向東南方向建設(shè)550 m防波堤。在河口南側(cè)防波堤末端向東北方向建設(shè)防波堤274 m，與北側(cè)防波堤形成環(huán)抱式港池，港池底高程為-4.0 m，港池面積70萬m2，口門寬度170 m?？陂T以外布置開敞式航道，寬度50 m，至-4.0 m自然水深。

圖2 平面方案1Fig.2 Layout 1

2） 總體布置方案2：雙突堤方案，利用河口為港池（見圖3）。

充分利用河口水域，形成約50萬m2港池，港池底高程為-4.0 m。沿河口南岸防潮堤順岸布置碼頭1 058 m，北岸布置護岸1 285 m，向東海側(cè)水域設(shè)置口門，寬度210.5 m。

沿南岸防潮堤末端往東北方向布置南防沙堤3 287 m，至-3.0 m水深，垂直于等深線布置，沿口門北側(cè)樁井Ⅰ-60端部往東北方向建設(shè)北防沙堤3 900 m，至-3.0 m水深，南北防沙堤口門寬度為200 m，口門朝向東北偏東。防沙堤內(nèi)開挖航道長4 280 m，航道寬度為60 m，航道底高程-4.0 m。

圖3 平面方案2Fig.3 Layout 2

3） 布置平面方案3：采用島式環(huán)抱堤方案，碼頭及港池遠離河口（見圖4）。

在河口外側(cè)水域內(nèi)建設(shè)港口。在河口南岸防潮堤末端，往東北偏東方向建設(shè)南防沙堤3 287 m至-3.0 m水深。在南防沙堤跟部向東1 542 m處，垂直于南堤，向北建設(shè)西防沙堤353 m。由西防沙堤的末端往東建設(shè)北防沙堤1 885 m，與南防沙堤東段形成環(huán)抱式港池，水域面積為50萬m2，形成口門寬度為161 m。航道寬度為50 m。順岸碼頭由距南防沙堤的跟部1 557 m處開始沿南防沙堤往東布置，長1 058 m，港池的底標高為-4.0 m。

圖4 平面方案3Fig.4 Layout 3

3.2 方案分析

1） 波浪分析

沿岸灘涂坡度緩，小于1∶1 000，波浪在近岸時已破碎。對于總體布置方案，波浪數(shù)模進行SE、E、NE3個方向的數(shù)值模擬。通過對方案的港內(nèi)波浪數(shù)值模擬，得到港內(nèi)不同方向的設(shè)計高水位2 a一遇H4%波高，以及港外防沙堤前的H1%、H13%等波浪要素。

方案1，防波堤外側(cè)波浪較小，極端高水位H1%波高2.4 m，周期8.5 s[5]。環(huán)抱式港池掩護條件較好，口門附近波浪較大，為1.2～2.4 m?？陂T寬度170 m較大，需要減少寬度，增加港內(nèi)錨地受掩護面積。碼頭前沿2 a一遇H4%波高0.3～1.2 m。

方案2，港池在河口處，受較長的雙側(cè)防沙堤掩護，港池泊穩(wěn)條件非常好。港池內(nèi)波浪在0.4 m以下，口門處的波浪較大，最大波高達4 m，向港池側(cè)波浪逐漸減少。

方案3，港池在外海側(cè)，防沙堤外側(cè)波浪H1%波高4.1 m。港池2 a一遇H4%波高0.4～1.9 m。碼頭前方水域泊穩(wěn)條件較好，口門側(cè)波浪較大。

2） 泥沙分析

海底近岸淺水區(qū)普遍處于侵蝕狀態(tài)，較大波浪作用下掀沙使一部分泥沙進入水體，大量泥沙在床面附近運動，在波浪和漲潮流作用下可以掀至附近水域沉積，造成海底驟然的沖淤變化[7]。通過對方案的泥沙淤積數(shù)值模擬，得到航道的年平均淤強。

方案1，開敞航道淤積強度較大，年淤積強度接近開挖深度，港池口門附近年淤積強度1.3 m，港池內(nèi)年淤積強度0.73 m，港池、航道開挖后難以維持。

方案2和方案3，修建防沙堤后，港池、航道內(nèi)海底淤積主要由懸沙落淤造成。開挖至2 m水深時，航道口門年淤積強度19.6 cm/a，開挖至3.2 m水深時，航道口門年淤積強度16.3 cm/a。水體含沙量沿航道向內(nèi)逐漸減小，水體變清，淤積航道外段最大，向內(nèi)逐漸減小。

3.3 分析結(jié)論

各方案的泥沙和波浪條件見表1。

表1 各方案波浪泥沙情況比較Table 1 Comparison of wave and sediment conditions among different schemes

開挖后的開敞式航道在泥沙作用下難以維持，年淤積量為51.2萬m3；方案2雙突堤掩護的港池內(nèi)的波浪條件得到明顯改善，滿足漁船的正常裝卸作業(yè)、停泊、錨地避風功能，泥沙淤積主要集中在口門及航道外段，港池側(cè)淤強小于0.05 m，年淤積量4.3萬m3。方案3港池在外海，建設(shè)、維護、使用、避風等不如方案2，總體布置采用方案2，即以河口為港池海側(cè)布置兩道防沙堤的方案。

4 工程實施

在施工過程中，由于南側(cè)、北側(cè)臨近區(qū)域規(guī)劃調(diào)整，出現(xiàn)了一些填海工程，對本工程區(qū)域的水動力條件造成了較大的影響，防沙堤端部出現(xiàn)較大的沖刷，地形圖顯示達到-5 m的水深。根據(jù)港口使用需求，對防沙堤長度進行了調(diào)整，縮短650 m[8]。東營中心漁港已投入使用，通過前后地形圖對比，雙突堤內(nèi)側(cè)航道接近口門段有沖刷加深的趨勢，港池波浪小，經(jīng)歷多個風暴潮考驗，便利了漁船避風、卸港。

5 結(jié)語

本文通過對東營中心漁港總體布置、波浪、泥沙的研究，以及建成后的效果，得出以下結(jié)論：

1）對于坡度緩的海岸，根據(jù)技術(shù)標準人工計算波浪、泥沙，結(jié)合計算機數(shù)值模擬分析，能夠快速確定最佳的總體布置方案。

2）在粉砂質(zhì)海岸，通過建設(shè)雙突堤防沙堤，提供了在泥沙運動活躍的河口建設(shè)港口的方案，并將河口水域整體作為受掩護的港池。

3）航道走向與等深線垂直，長度最短，降低淤積。

4）雙突堤堤頭和雙堤內(nèi)側(cè)流速增加，出現(xiàn)沖刷加深趨勢，有利于維持航道水深，但在防沙堤結(jié)構(gòu)設(shè)計時要充分注意。