西江中上游某港挖入式港池岸線規(guī)劃設(shè)計(jì)研究

西江素有黃金水道之稱，是中國西南水運(yùn)出海大道重要通道，是廣西最繁忙的內(nèi)河航道，廣西內(nèi)河運(yùn)量的90%需經(jīng)過此段。為了更好的建設(shè)西江航運(yùn)，國務(wù)院批準(zhǔn)西江黃金水道上升為國家戰(zhàn)略，為西江中上游內(nèi)河港口建設(shè)提供了良好契機(jī)。由于其天然航道彎曲狹窄、中上游大多為丘陵地帶，岸線后方陸域縱深易受山地限制，優(yōu)質(zhì)岸線資源較少，對西江沿線港口建設(shè)提出了新要求。

本文以西江中上游梧州市赤水港區(qū)二期工程項(xiàng)目為例，介紹挖入式港池解決岸線不足的思路和設(shè)計(jì)方案的選擇方法。通過分析各方案對河道水流影響的變化、港池回淤情況、土方平衡、使用便利性及工程造價(jià)，綜合比較，選擇最優(yōu)方案。

1.工程概況

梧州赤水作業(yè)區(qū)，位于西江中上游的梧州赤水港，是水路、公路、鐵路和航空立體交通網(wǎng)絡(luò)體系的節(jié)點(diǎn)樞紐。工程擬建10個(gè)3000噸級泊位及相應(yīng)的配套設(shè)施。計(jì)劃吞吐量600萬噸/年，其中集裝箱35萬噸/年，件雜貨100萬噸/年、散糧150萬噸/年。

1.1 地理位置

圖1 港池岸線布置三個(gè)方案示意圖

本工程位于梧州市赤水村潯江西南岸，長洲水利樞紐工程上游8.2km處。水深條件好，常年水位平穩(wěn)（20.014m）；河段河面寬闊（約1200m）；水深流順（常水位深13～30m，枯水期主槽流速0.3m/s），河床和岸坡穩(wěn)定；工程位于河道右岸且為彎曲河道的凹岸，河床以沖刷為主，港池泥沙不易落淤；上游的水電站攔截了河道的部分泥沙。

1.2 地形分析

工程位置屬于典型的丘陵地帶，場地平均高程約23m，存在一處低洼地（平均高程約16m），岸線西側(cè)為現(xiàn)有港口設(shè)施；東側(cè)為山體（頂高程＞105m）和規(guī)劃綠地；南側(cè)（后方）約800m處為在建沿江大道，未來與港口連通，南側(cè)約1.5km處為鐵路貨運(yùn)場（高程約60m）。受地形限制，可利用自然岸線約740m，后方陸域縱深約800m。

1.3 河道來沙分析

通過分析西江流域干支流主要水文站泥沙實(shí)測資料，該河段徑流量主要來自西江上游紅水河。每年進(jìn)入的泥沙為6356萬t。經(jīng)過分析長洲庫區(qū)干、支流河床泥沙懸移質(zhì)、河床質(zhì)級配，庫區(qū)河床泥沙中，粒徑小于0.25mm的泥沙占94%，實(shí)測懸移質(zhì)中，粒徑小于0.25mm的泥沙分別占99.8%，該區(qū)泥沙淤積基本為懸移質(zhì)淤積。

2.挖入式港池岸線設(shè)計(jì)方案

2.1 挖入式港池設(shè)計(jì)原則

（1）港池設(shè)計(jì)方案應(yīng)充分考慮船舶?？啃枨?，在滿足靠泊安全和泊位岸線需求的基礎(chǔ)上，盡量少占用陸域面積；

（2）港池設(shè)計(jì)需充分結(jié)合地形地貌，考慮土方平衡，降低工程造價(jià)；

（3）港池建設(shè)應(yīng)避免對河道水流造成不良影響；

（4）為降低后期運(yùn)營成本，設(shè)計(jì)方案的回淤情況應(yīng)能滿足要求。

2.2 港池設(shè)計(jì)方案

考慮地形地貌、貨種貨量需求、泊位等級規(guī)模、泊位布置方式、船舶停靠便利性、水流方向、口門布置、港池軸線走向、后方陸域縱深等因素不同，布置了三種港池方案，方案一港池底部布置2個(gè)泊位，兩邊各布置3個(gè)泊位，見圖1；方案二港池底部布置1個(gè)泊位，兩邊各布置4個(gè)泊位；方案三港池底部布置2個(gè)，結(jié)合地形呈喇叭形開口。

表1 挖入式布置方案規(guī)模特性表

表2 工程河段枯、中、洪水期流速及水流特征

表3 設(shè)計(jì)方案汛期中水和大水工程河段水動力特征

三個(gè)方案均能滿足泊位數(shù)量，各方案規(guī)模特性見表1。

3.港池建設(shè)對河道水流影響分析

3.1 現(xiàn)狀河道水動力特征

工程河段為單一河段，無入?yún)R和分流等情況，水流特性受長洲水利樞紐調(diào)度運(yùn)行影響。本文分別分析了洪、中、枯水文條件下的流速及水流特征。

經(jīng)分析，工程河段受下游水利樞紐調(diào)度水位的影響，枯水期流量小、河道水動力較弱，河道流速在0.36m/s以內(nèi)，汛期洪峰流量大，河道基本恢復(fù)天然狀態(tài)，局部河段水流流速達(dá)到2.11m/s，河道水流流向基本順直，流態(tài)較為均勻，深槽及邊灘無明顯不良的流態(tài)產(chǎn)生。

圖2 三個(gè)方案港池內(nèi)懸沙濃度等值線圖（單位g/m3）

圖3 三個(gè)方案數(shù)模技術(shù)結(jié)果圖

3.2 不同設(shè)計(jì)方案分析

因枯水期河道水流量小，水位高，水深大，河道水動力較弱，工程建設(shè)后影響較小。故本文通過建立水動力數(shù)學(xué)模型，重點(diǎn)分析汛期中水（長洲水利樞紐汛限水位18.014m運(yùn)行）和汛期大水（全開泄洪）時(shí)三個(gè)設(shè)計(jì)方案對工程河段水動力特征的影響，結(jié)果見表3。

經(jīng)分析，三個(gè)方案實(shí)施后，港池內(nèi)形成了回流區(qū)，河段水流流態(tài)變化均不大，主流位于中槽偏向左岸，水流流向基本順直，河道中間及兩側(cè)無明顯不利的流態(tài)產(chǎn)生。工程河段水流流速變化在0.08m/s以內(nèi)，主航道流向變化在1°范圍內(nèi)。綜上可得，港池建設(shè)對河道水流影響不大。

表5 岸線布置方案數(shù)模計(jì)算分析結(jié)果匯總表

4.港池回淤分析

4.1 挖入式港池淤積類型分析

借助水庫異重流有關(guān)理論來進(jìn)行判斷分析港池淤積類型，港池產(chǎn)生異重流的臨界流速為0.08m/s。右岸邊灘枯水期流速為0.19m/s，汛期邊灘流速為0.85～1.05m/s，均大于異重流臨界流速0.08m/s，因此，擬建工程開挖港池內(nèi)不會產(chǎn)生異重流?？膳袛?，淤積類型主要是回流淤積。

4.2 河道水沙特征分析

通過建立工程泥沙輸運(yùn)模型分析的，工程河段來沙量與徑流量變化趨勢相同，主要集中在洪水期。結(jié)果如圖2所示。

工程實(shí)施后，方案一口門區(qū)懸沙濃度為220g/m3，港池內(nèi)部懸沙濃度沿程遞減，港池端部懸沙濃度為180g/m3，回流區(qū)中心部位形成了懸沙濃度較低區(qū)域，中心區(qū)濃度為188g/m3。方案二和方案三港池內(nèi)懸沙濃度分布規(guī)律與方案一類似，方案二港池為30～220g/m3，方案三港池為180～220g/m3。

4.3 港池回淤數(shù)學(xué)模型試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果分析

通過二維水流泥沙數(shù)學(xué)模型（見圖7-9），計(jì)算得三個(gè)方案的回淤形態(tài)、淤積強(qiáng)度、年淤積量等數(shù)據(jù)結(jié)果如表4：

經(jīng)分析，各方案淤積呈環(huán)狀或帶狀分布，各方案年平均淤積強(qiáng)度在0.351m/a以內(nèi)，均小于河港平面規(guī)范中最小富裕強(qiáng)度0.5m（石質(zhì)基床）的要求，可每年清淤一次。其中方案一港池回淤強(qiáng)度最小，年淤積量最小。

表6 技術(shù)指標(biāo)對比表

5.岸線規(guī)劃方案比選

各方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對比如下表6所示。

通過對三個(gè)方案的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，從岸線利用率、工程實(shí)施、后方用地空間、清淤維護(hù)、投資估算等多個(gè)角度比較分析，方案一的岸線利用率最高，年淤強(qiáng)度最小，船舶可在內(nèi)港池進(jìn)行調(diào)頭，便于船舶?？浚次徊贾靡?guī)整便于管理，可滿足工程貨種貨量需求，后方用地空間合理，投資費(fèi)用適中，綜合分析選擇方案一為推薦方案。

6.結(jié)論

（1）挖入式港池泥沙淤積量大小與港池平面布置、港池開口寬度及港池軸線與主流的交角大小等因素密切相關(guān)，建議在滿足航運(yùn)要求的前提下，選擇合適的口門寬度、減小港池軸線與主流交角，從而減少港池回流強(qiáng)度及泥沙回淤強(qiáng)度、降低港池清淤維護(hù)成本。

（2）通過對三個(gè)方案對河道水流影響情況、回淤情況、岸線利用率、工程實(shí)施、預(yù)留發(fā)展空間、工程估算等多方面綜合分析比較，方案一的綜合評比最優(yōu)，選擇方案一為推薦方案。