福州港江陰港區(qū)13A 號、13B 號、13C 號泊位總平面布置方案優(yōu)化

■陳 阜

（福建省福州港口發(fā)展中心，福州 350000）

福州港江陰港區(qū)現(xiàn)已基本形成以集裝箱為主，汽車滾裝、 散雜貨和化工制品為輔的運輸格局，并正逐步發(fā)展為集多式聯(lián)運、商貿(mào)、倉儲、加工為一體的綜合性深水港區(qū)。 該港區(qū)陸路距福清市45 km、福州市85 km， 水路距馬尾209.28 km、 上海985.27 km，基隆277.8 km，臺中185.2 km。 電氣化貨運鐵路江陰港鐵路支線已通車，港區(qū)具有良好的集疏運通行條件。 本文以江陰港區(qū)13A 號、13B 號、13C 號泊位為例，探討在灣頂和水閘下游等特殊水流動力條件下碼頭總平面優(yōu)化布置，為類似工程設(shè)計和建設(shè)提供參考。

1 工程概況

1.1 工程位置

擬建工程位于興化灣北岸灣頂位置，江陰半島壁頭角西側(cè)海域，如圖1 所示。

圖1 工程區(qū)位示意圖

1.2 建設(shè)規(guī)模

根據(jù)預(yù)測， 江陰工業(yè)液體化工品貨運量2025 年將達(dá)到1500 萬t 左右， 已建10 號～12 號泊位形成的吞吐能力約715 萬t，近期缺口將達(dá)到785 萬t 左右， 液體化工碼頭建設(shè)需求強(qiáng)勁。 《福州港總體規(guī)劃》利用已建12# 泊位西北側(cè)岸線布置3 個1～5 萬噸級泊位。 考慮近期西部化工區(qū)的固體化工品和江陰工業(yè)區(qū)的散雜貨運輸需求，13A 號泊位規(guī)劃為5 萬噸級液體化工泊位、13B 和13C 分別規(guī)劃為5萬和1 萬噸級泊位。

1.3 建設(shè)條件分析

通過對工程建設(shè)條件的比選分析，發(fā)現(xiàn)主導(dǎo)工程設(shè)計方案的主要因素有潮汐、潮流、波浪、泥沙（疏浚后回淤）等因素，而對于本工程處于灣頂且有水閘匯流的特殊水文條件而言，潮流和泥沙是關(guān)鍵因素，因此有必要了解工程區(qū)域的潮流和泥沙的運動狀態(tài)。 交通運輸部天津水運工程科學(xué)研究閆新興等[1]在現(xiàn)場地貌調(diào)查及沉積物取樣分析的基礎(chǔ)上，對興化灣的自然條件、沉積特征、泥沙來源及運移趨勢進(jìn)行了分析，判明石城島以西（本工程區(qū)域）水下沉積物以粘土質(zhì)粉砂分布為主， 泥沙粒徑在0.01 mm 左右，以河流下泄泥沙沉積為主。 河海大學(xué)童朝鋒等[2]運用通量機(jī)制分解法處理興化灣各測站的水沙實測資料，通過探討平流輸沙、潮泵效應(yīng)輸沙、垂向凈環(huán)流輸沙機(jī)理，分析研究了興化灣海域懸沙輸移特征，進(jìn)而討論了凈輸沙對研究區(qū)域地形變化的影響；結(jié)果表明:在潮汐作用下，外海泥沙沿興化水道與南日水道向灣內(nèi)輸移，但對灣內(nèi)淤積產(chǎn)生的影響較小。

1.3.1 潮流

為了解工程水域的設(shè)計流速流向分布，有關(guān)單位于2013 年7 月16-17 日小潮期、2013 年7 月23-24 日大潮期進(jìn)行了水文測驗[3]。 測驗點位詳見圖2， 其中：1 號測點J1 位于通用泊位區(qū)前沿；2 號測點J2 位于13A 號化工碼頭前沿；3 號測點J3 位于13A 號化工碼頭外側(cè)。

圖2 測驗點位置

根據(jù)工程區(qū)大潮平均流速矢量圖分析 （圖3、圖4）及流速流向統(tǒng)計表（表1），西部13B、13C 泊位水流與碼頭夾角不大， 但13A 號泊位水流為橫流，與碼頭夾角大于45°。

圖3 工程區(qū)大潮垂向平均流速矢量圖

圖4 工程區(qū)小潮垂向平均流速矢量圖

表1 工程區(qū)垂向平流速流向特征值統(tǒng)計匯總

1.3.2 泥沙

興化灣內(nèi)含沙量基本不隨漲、落潮流速變化而變化，2009 年2 月實測灣內(nèi)漲、 落潮平均含沙量介于0.009 ～0.087 kg/m3， 最大含沙量介于0.020 ～0.157 kg/m3。 擬建工程港池區(qū)海水平均含沙量在0.0756～0.0798 kg/m3，單寬輸沙量大潮大于小潮，凈輸沙方向基本順余流方向， 海水中懸浮泥沙運移趨勢自東南向西北（即往灣頂方向）。

工程附近自然水深在－2～－4 m，水深總體較淺，根據(jù)工可研設(shè)計方案，13A 號、13B 泊位碼頭停泊水域設(shè)計泥面高程－14.0 m，需要開挖10 m 左右才能滿足設(shè)計船型停泊要求，13C 號泊位停泊水域和回旋水域設(shè)計泥面高程－9.5 m，分別需要疏浚7 m 左右；總計疏浚量達(dá)561 萬m3。

工程區(qū)域自然條件下泥沙含量較小，基本處于沖淤平衡狀態(tài)， 對于工程實施后如此大的疏浚工程，是否會出現(xiàn)較大量的淤積情況，需要通過試驗研究進(jìn)一步分析預(yù)測。

2 總平面方案的確定

2.1 相關(guān)規(guī)劃對本工程的界定

根據(jù)《福州港總體規(guī)劃》，如圖5 所示，本工程位于西部化工碼頭區(qū)的最西端，規(guī)劃為3 個1～5 萬噸級泊位。 該規(guī)劃已基本確定了13A 號、13B號及13C 號泊位的建設(shè)規(guī)模及平面布置。

圖5 工程區(qū)域港口規(guī)劃圖

2.2 與周邊現(xiàn)狀設(shè)施和擬建工程的銜接

本工程西側(cè)有過橋山水閘，兩側(cè)設(shè)閘2 座水閘共18 孔。 本工程東側(cè)為已建的12 號泊位，亦是5 萬噸級液體化工泊位，與本工程留有5 m 的間距。

2.3 平面布置方案和存在問題分析

根據(jù)總規(guī)、項目邊界限定條件、建設(shè)需求及項目用海邊界線已確定等因素，確定工程總平面布置方案（圖6、7）。 本次研究提出了2 個總平面布置方案。

總平面方案一（圖6）：13A 號、13B 號及13C 號碼頭前沿線以用海邊界線為界，綜合考慮水文測驗及數(shù)模研究結(jié)論，13 號泊位前沿線與12 號泊位夾角成120°。 同時還研究了順延12 號泊位碼頭前沿線作為比選方案， 即延長布置作為總平面布置方案二（圖7）。 該方案在12 號泊位延長線延伸2 個5 萬噸級泊位（預(yù)留布置1 個化工泊位），可盡量使得大型泊位疏浚區(qū)域集中布置， 減少工程投資，也利于后期集中維護(hù)。

圖6 總平面方案一：斜向布置方案

圖7 總平面方案二：延長布置方案

3 總平面方案比選優(yōu)化數(shù)模試驗研究

3.1 平面優(yōu)化思路

為解決橫流問題，設(shè)計對總平面布置形態(tài)提出多方案比選的同時，也進(jìn)行了水工結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化比選。 總體思路是通過阻水結(jié)構(gòu)形成對自身及周邊水域的掩護(hù)，使得船舶靠離泊有安全保障。

因13B 號、13C 號泊位為通用碼頭， 需要較大堆場面積滿足日常堆存使用， 因此考慮13B 號、13C 號泊位滿堂式接岸布置，這樣受橫流影響小。13A 號碼頭為化工碼頭，罐區(qū)設(shè)置在后方，因此需要在前方建設(shè)碼頭和管廊將物料輸送至罐區(qū)。 故本次方案主要就13A 號泊位總平面布置進(jìn)行比選，結(jié)合港區(qū)現(xiàn)狀情況并綜合幾種工況對工程前后流態(tài)變化以及沖淤變化影響作對比分析。

3.2 數(shù)模試驗研究

為了掌握碼頭水域流場分布情況，評估本工程建設(shè)對工程相鄰海域可能產(chǎn)生的影響，研究碼頭前沿流態(tài)特征，評估港池、碼頭、航道水域的海床沖淤特征，就此開展了數(shù)模試驗研究工作[4]。 計算工況如表2 所示。

表2 潮流數(shù)模研究工況分類

本次試驗研究重點研究了3 個組合方案的流態(tài)變化情況。 組合方案一為總圖方案一（斜向布置）+13A 號泊位樁基方案； 組合方案二為總圖方案一（斜向布置）+13A 號沉箱方案； 組合方案三為總圖方案二（延長布置方案）+13A 號、13B 號樁基方案。

3.2.1 流場變化分析

組合方案一～組合方案三的流場變化情況如圖8～13 所示， 組合方案一和方案二13A、13B、13C泊位距駁岸線40 m 近泊區(qū)最大橫流沿駁岸線分布如圖14 所示，可知：（1）13A 號、13B 號、13C 號泊位和堆場圍海工程建設(shè)后，對附近10～12 號泊位流態(tài)影響，組合方案一（斜向布置+13A 號透空結(jié)構(gòu)）要比組合方案二（斜向布置+13A 號沉箱結(jié)構(gòu)）小，組合方案二建設(shè)更加有利于改善10～12 號泊位前沿水域流態(tài)。 （2）組合方案二對周邊流速改變要強(qiáng)于方案一；工程對周邊10～12 號泊位后方水域流速有減少作用，對于12 號泊位前沿流速有一定增加，但影響強(qiáng)度較小， 對興化灣江陰港其他泊位前沿和回旋水域以及進(jìn)港航道水動力強(qiáng)度影響非常小。（3）13A 號、13B 號和13C 號泊位前沿橫流，組合方案二比方案小一，組合方案二最大橫流各泊位均小于0.2 m/s， 組合方案一13B 號和13A 號泊位前橫流接近或者超過0.5 m/s，采用組合方案一，13A 號泊位前沿橫流對船舶停泊不利。 （4）計算表明，本工程13 號泊位的建成， 有利于減小東側(cè)12 號泊位的橫流強(qiáng)度；13A 號、13B 號、13C 號泊位工程建成后，周邊現(xiàn)有泊位橫流最大發(fā)生在12 號泊位， 最大橫流不超過0.35 m/s，方案二比方案一更加有利于削弱12 號泊位橫流，方案二條件下，12 號最大橫流為0.23 m/s。

圖8 組合方案一：大潮漲急流場

圖9 組合方案二：大潮漲急流場

圖14 工程區(qū)近泊區(qū)最大橫流沿駁岸線分布

圖10 組合方案一：大潮落急流場

圖11 組合方案二：大潮落急流場

圖12 組合方案三：大潮期漲急流場

圖13 組合方案三：大潮期落急流場

3.2.2 回淤量分析

根據(jù)規(guī)范推薦公式對工程實施后的泥沙回淤進(jìn)行預(yù)測估算，結(jié)果表明，兩方案淤積強(qiáng)度和分布基本一致，方案一比方案二回淤略小，平常浪作用下， 方案一工程區(qū)各區(qū)段回淤強(qiáng)度在0.07～0.57 m/a，年淤積總計33.05 萬m3/a；方案二工程區(qū)各區(qū)段回淤強(qiáng)度在0.18～0.58 m/a， 年淤積總計35.87 萬m3/a；不同方案大風(fēng)天并考慮風(fēng)浪為50 年一遇， 兩方案工程區(qū)域水域平均驟強(qiáng)也基本相當(dāng)，方案一工程區(qū)域水域主要區(qū)段平均驟強(qiáng)約0.03～0.10 m/d，驟淤總計5.70 萬m3/d，方案二工程區(qū)域水域主要區(qū)段平均驟強(qiáng)約0.03～0.11 m/d， 驟淤總計6.04 萬m3/d。

3.3 數(shù)模研究的推薦方案

結(jié)合流場、泥沙回淤強(qiáng)度來看，組合方案二（斜向布置+沉箱方案）總體流態(tài)比較平順，橫流小，淤積量相對少，建議平面布置和碼頭結(jié)構(gòu)采用組合方案二。

4 研究結(jié)論和建議

（1）海港碼頭設(shè)計方案研究需考慮自身結(jié)構(gòu)安全及維護(hù)運營成本，同時也要考慮到新建項目帶來的流場變化對周邊已建設(shè)施正常靠離泊安全的影響。 （2）通過對灣頂且有水閘匯流的特殊水文條件的工程平面布置方案比選和數(shù)模試驗驗證，得出了最優(yōu)平面布置方案，利用自身結(jié)構(gòu)擋水引導(dǎo)流態(tài)趨于船舶安全靠泊方向轉(zhuǎn)變。 （3）重力式結(jié)構(gòu)方案對碼頭前沿大潮漲落潮流速歸順效果明顯，但具體實施時還需要結(jié)合海域使用論證用?？尚行浴?（4）數(shù)學(xué)模型研究工作受研究區(qū)域資料完備程度及計算手段局限，計算結(jié)果可作為總體平面布置方案優(yōu)化設(shè)計的參考依據(jù)，具體設(shè)計階段還需結(jié)合系泊專項研究和物理模型研究做更準(zhǔn)確的判斷，確保工程運行安全。