廈門港海滄港區(qū)港池水域維護(hù)疏浚分析

■皇甫凱龍

（福建省港航勘察設(shè)計(jì)院有限公司， 福州 350002）

碼頭泊位[1-2]作為裝卸作業(yè)單元，是碼頭和航道建設(shè)的重要部分，其港池水深直接關(guān)系到靠、停泊船舶級別，港池地形沖淤演變，特別是疏浚后回淤程度和地形變化，對港口吞吐量影響較大。

廈門灣海滄港區(qū)[3]受九龍江徑流和臺灣海峽潮流雙重影響，水動力條件復(fù)雜，泥沙具有季節(jié)性的變化特征，雖具有港闊、水深、浪小、少淤、潮流動力條件強(qiáng)勁等良好條件，但也有河口港屬性，其泥沙來源及運(yùn)移與港口航道水深維持密切相關(guān)。2019 年以前，各碼頭企業(yè)對港池的維護(hù)疏浚是根據(jù)靠泊船型的實(shí)際情況按需進(jìn)行， 資金由企業(yè)承擔(dān)，這抬高了港口公司的營運(yùn)人力、物力成本，制約了廈門港積極發(fā)展。 2019 年廈門港海滄港區(qū)港池水域開始納入統(tǒng)一維護(hù)，維護(hù)效果明顯，得到了港航企業(yè)的一致好評[4-5]。 目前2021 年度港池維護(hù)工作即將到期，為維護(hù)港池正常通航水深，確保船舶停、 靠泊安全和港區(qū)的正常生產(chǎn)， 對2022-2024 年度廈門港海滄港池維護(hù)工作進(jìn)行研究是必要的。

為保障船舶航行安全及維護(hù)疏浚工程合理、高效進(jìn)行，本次研究結(jié)合浚前、浚后水深測圖、數(shù)學(xué)模型研究成果、2020 年度和2021 年（部分月份）施工維護(hù)數(shù)據(jù)、港池水域回淤機(jī)理等資料，分析海滄港區(qū)港池水域淤積時(shí)間、空間分布規(guī)律，并對維護(hù)疏浚模式、船舶疏浚時(shí)機(jī)等進(jìn)行探索，為港口安全生產(chǎn)、疏浚安排提供參考和科學(xué)依據(jù)。

1 海滄港區(qū)淤積機(jī)理

近年來，國內(nèi)不少學(xué)者和機(jī)構(gòu)對海滄港區(qū)淤積機(jī)理進(jìn)行了研究，根據(jù)以往研究成果[6-7]，海滄港區(qū)淤積特點(diǎn)有：（1）淤積時(shí)間差異，即淤積存在年際差異和季節(jié)差異；（2）淤積空間分布差異，即13#～21#泊位淤積嚴(yán)重、嵩嶼1#～6#、海滄1#～12# 泊位淤積小且較為零散。 造成上述現(xiàn)象與該港區(qū)水流泥沙條件、 淤積環(huán)境以及港池維護(hù)施工等這些因素有關(guān)。主要淤積原因分析如下。

1.1 泥沙來源

①上游九龍江下泄來沙；②河口沙質(zhì)沉積物跟隨落潮水流刷灘來沙及整個(gè)廈門灣內(nèi)細(xì)顆粒泥沙來回搬運(yùn)；③人為因素（如疏浚等施工作業(yè)）導(dǎo)致的含沙量抬高和泥沙輸移；④海向輸沙；其中九龍江的來水輸沙起著決定性作用，其他因素在特定條件下也可能成為重要的影響因素。

1.2 淤積環(huán)境

泥沙淤積環(huán)境[8]是指容易造成泥沙淤積、沉降的客觀條件， 泥沙來源和泥沙淤積環(huán)境互為因果關(guān)系。 海滄港區(qū)淤積環(huán)境主要影響因素可能為：水深急劇增加引起的水體挾沙力下降；漲、落潮流的相互作用；水流擴(kuò)散和鹽淡水混合影響；風(fēng)動力因素；局部岸線及地形造成的歸槽水流；施工等影響因素。

2 海滄港區(qū)年度維護(hù)量預(yù)測

2.1 依據(jù)維護(hù)測圖預(yù)測年度維護(hù)量

依據(jù)2020 年3 月-2021 年3 月時(shí)間段內(nèi)考核測圖、浚前測圖，以各泊位維護(hù)底高程為標(biāo)準(zhǔn)，按維護(hù)范圍計(jì)算實(shí)際維護(hù)疏浚量， 依據(jù)2 次測圖時(shí)間間隔把疏浚量換算為日維護(hù)疏浚量； 綜合不同時(shí)段日維護(hù)疏浚量， 按相應(yīng)權(quán)重推算各泊位年維護(hù)疏浚工程量。 經(jīng)預(yù)測，2022-2024 年度海滄港區(qū)回旋水域每年維護(hù)疏浚量為96.46 萬m3。 海滄港區(qū)停泊水域由于受①船舶?？款l繁影響， 施工單位施工窗口短、次數(shù)多，并非為連續(xù)性施工，考核期內(nèi)無完整浚前測圖； ②船舶靠泊影響分區(qū)分時(shí)段施工，區(qū)域內(nèi)相互影響較為嚴(yán)重，導(dǎo)致工程量誤差較大，其停泊水域維護(hù)量不能采用考核測圖、浚前測圖資料進(jìn)行預(yù)測。

2.2 依據(jù)淤強(qiáng)預(yù)測年度維護(hù)量

南京水利科學(xué)研究院[9]通過建立廈門海域潮流泥沙數(shù)學(xué)模型推算了海滄港區(qū)各泊位淤強(qiáng)，淤強(qiáng)范圍為0.16～1.51 m/a， 再乘以相應(yīng)泊位維護(hù)面積，得出各泊位維護(hù)量，經(jīng)淤強(qiáng)成果預(yù)測，2022-2024 年度海滄港區(qū)停泊水域每年維護(hù)疏浚量為50.90 萬m3，回旋水域每年維護(hù)疏浚量為102.92 萬m3。

2.3 依據(jù)施工船舶資料預(yù)測年度維護(hù)量

根據(jù)耙吸式挖泥船施工排水量變化計(jì)算艙內(nèi)疏浚物重度、外拋量；并通過密度轉(zhuǎn)化公式將船內(nèi)土樣重度標(biāo)準(zhǔn)重度土方量；依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)重度外拋量和船舶溢流時(shí)間對應(yīng)的折算系數(shù)將船舶標(biāo)準(zhǔn)重度外拋量換算為標(biāo)準(zhǔn)重度下方量；因港池維護(hù)施工間隔時(shí)間不是正好1 年，然后將海滄港區(qū)淤積1 個(gè)月的下方量換算成標(biāo)準(zhǔn)重土方量的折算系數(shù)為0.81，即標(biāo)準(zhǔn)重度的土方量為0.81 倍下方量（即實(shí)際重度的總挖泥土方量）； 海滄港區(qū)淤積3 個(gè)月的下方量換算成標(biāo)準(zhǔn)重土方量的折算系數(shù)為0.85，即標(biāo)準(zhǔn)重度的土方量為0.85 倍下方量；各泊位水域上方量及換算后的下方量按月統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出月均/季均上方量及換算后的下方量， 即可推算出年度回淤維護(hù)工程量。經(jīng)預(yù)測，2022-2024 年度海滄港區(qū)停泊水域每年維護(hù)疏浚量為112.67 萬m3， 回旋水域每年維護(hù)疏浚量為105.75 萬m3。

2.4 年維護(hù)疏浚量預(yù)測對比分析

依據(jù)維護(hù)測圖、淤強(qiáng)成果、施工船舶資料預(yù)測年度維護(hù)疏浚量存在差別，預(yù)測工程量對比詳見表1。

表1 海滄港區(qū)年維護(hù)量預(yù)測對比（單位：萬m3）

海滄港區(qū)回旋水域采用維護(hù)測圖、 船舶資料、淤強(qiáng)成果等3 種方法預(yù)測維護(hù)量， 結(jié)果基本接近，本研究采用維護(hù)測圖預(yù)測海滄港區(qū)回旋水域年度維護(hù)量。

海滄港區(qū)停泊水域采用船舶資料、淤強(qiáng)成果等2 種方法預(yù)測維護(hù)量，結(jié)果相差較大，原因可能為：停泊水域靠泊頻繁，施工窗口短、次數(shù)多，非連續(xù)性施工，且施工單位經(jīng)常采用超深開挖的方式以確保考核期考核通過，造成廢方量較大，本研究推薦采用淤強(qiáng)成果預(yù)測海滄港區(qū)停泊水域年度維護(hù)量。

綜上分析，2022-2024 年度海滄港區(qū)每年維護(hù)疏浚工程量為147.36 萬m3， 其中回旋水域維護(hù)量96.46 萬m3，停泊水域維護(hù)量50.90 萬m3。

3 海滄港區(qū)維護(hù)模式分析

3.1 一次性維護(hù)疏浚模式

碼頭企業(yè)依據(jù)泊位靠泊需求，結(jié)合港池水深維護(hù)測量情況，向代建單位就維護(hù)水域范圍、施工期限、維護(hù)高程等申請維護(hù)，將資料提交給設(shè)計(jì)院，設(shè)計(jì)院依據(jù)技術(shù)資料計(jì)算維護(hù)工程量后，由代建單位向施工單位發(fā)出港池維護(hù)疏浚指令。 施工單位接到指令后調(diào)遣船舶前往港池水域進(jìn)行維護(hù)疏浚。 疏浚工程量根據(jù)浚前測圖按實(shí)計(jì)列，完工后，提供浚后測圖，按照碼頭企業(yè)維護(hù)需求進(jìn)行驗(yàn)收，測量成果提交碼頭企業(yè)。

3.2 常年維護(hù)性疏浚模式

施工單位采取包干方式將各碼頭泊位港池水域維護(hù)至碼頭企業(yè)確認(rèn)的維護(hù)底高程，根據(jù)港池水域測圖按季、月定時(shí)進(jìn)行考核。 由于各港池水域面積大，分散區(qū)域廣，可分時(shí)間段分批考核，維護(hù)工程量按預(yù)測維護(hù)工程量包干。

不同維護(hù)模式特點(diǎn)對比詳見表2。

表2 不同維護(hù)模式特點(diǎn)對比

3.3 海滄港區(qū)維護(hù)模式分析

海滄港區(qū)西段泊位為典型的淺水深用港區(qū)，上游來水、來沙對港池回淤存在較大影響，特別是上游泄洪存在不確定性，受季節(jié)、天氣影響明顯，使海滄港區(qū)回淤不均衡，回淤速率也相對較快且規(guī)律性差；同時(shí)海滄港區(qū)岸線長，生產(chǎn)任務(wù)繁重，通航船舶多，通航環(huán)境復(fù)雜；綜合分析海滄港區(qū)特殊地理位置、淤積特點(diǎn)等因素，要求維護(hù)疏浚必須啟動快、時(shí)間短，必要時(shí)需采用搶通方式予以保障，施工船舶進(jìn)出場較為頻繁。 一次性維護(hù)模式對浚前測量、施工進(jìn)場、施工圖設(shè)計(jì)等工作時(shí)間要求較長，拖延了港池水域的維護(hù)進(jìn)程， 影響海滄港區(qū)的正常生產(chǎn)。此外，鑒于海滄航道采用常年維護(hù)性疏浚模式包干計(jì)取工程量，為避免港池維護(hù)采用不同的維護(hù)模式帶來施工相互干擾和計(jì)量不準(zhǔn)確的不利影響，2022-2024 年度海滄港區(qū)港池維護(hù)建議采用常年維護(hù)性疏浚模式進(jìn)行維護(hù)。

4 海滄港區(qū)維護(hù)時(shí)機(jī)探討

受港池水域作業(yè)空間限制，廈門港海滄港區(qū)碼頭營運(yùn)與港池維護(hù)難以同時(shí)兼顧，維護(hù)工作開展艱難，在港池維護(hù)疏浚工作中，可能因介入時(shí)間不對，造成泥沙回淤到港池中，為盡量保障港區(qū)正常營運(yùn)作業(yè)，減少施工干擾緊急避讓，最大限度地提高施工效率，海滄港區(qū)維護(hù)時(shí)機(jī)建議如下：

（1）加強(qiáng)維護(hù)施工管理，編制詳細(xì)的維護(hù)施工方案，提供技術(shù)、船機(jī)設(shè)備、人力、物質(zhì)保障；

（2）全天候監(jiān)控進(jìn)出港船舶動態(tài)，高頻與港口調(diào)度、進(jìn)出港船舶聯(lián)系，嚴(yán)格制定避讓措施，避讓位置根據(jù)港口調(diào)度要求選擇，避免忙中出錯(cuò)；

（3）施工期間加強(qiáng)施工檢測，確保淺點(diǎn)及時(shí)掃除，提高挖泥船時(shí)間利用率；

（4）盡可能避開漲潮時(shí)段，充分利用退潮流帶動泥水往外海輸送；

（5）預(yù)留一定幅度的回淤空間。

5 結(jié)語

本文結(jié)合海滄港區(qū)港池浚前、 浚后水深測圖、數(shù)學(xué)模型研究成果、2020 年度、2021 年（部分月份）施工船舶維護(hù)數(shù)據(jù)，以及港池水域回淤機(jī)理等資料分析海滄港區(qū)港池水域淤積時(shí)間、 空間分布規(guī)律，預(yù)測了海滄港區(qū)港池水域2022-2024 年度維護(hù)疏浚工程量，并對維護(hù)疏浚模式、船舶疏浚時(shí)機(jī)等進(jìn)行探索，具體結(jié)論如下：

（1）海滄港區(qū)淤積特點(diǎn)具有淤積時(shí)間差異，即淤積存在年際差異和季節(jié)差異；淤積空間分布差異，即13#～21#泊位淤積嚴(yán)重、嵩嶼1#～6#、海滄1#～12#泊位淤積小且較為零散。

（2）海滄港區(qū)回旋水域采用維護(hù)測圖、船舶資料、 淤強(qiáng)成果等3 種方法預(yù)測維護(hù)量基本接近，推薦采用維護(hù)測圖預(yù)測海滄港區(qū)回旋水域年度維護(hù)量，經(jīng)預(yù)測2022-2024 年度海滄港區(qū)回旋水域每年維護(hù)工程量為96.46 萬m3。

（3）海滄港區(qū)停泊水域采用船舶資料、淤強(qiáng)成果等2 種方法預(yù)測維護(hù)量結(jié)果相差較大，停泊水域靠泊頻繁，原因可能為施工窗口短、次數(shù)多，非連續(xù)性施工，且施工單位經(jīng)常采用超深開挖的方式來確保考核期考核通過，造成廢方量較大，推薦采用淤強(qiáng)成果預(yù)測海滄港區(qū)停泊水域年度維護(hù)量，經(jīng)預(yù)測2022-2024 年度海滄港區(qū)停泊水域每年維護(hù)工程量為50.90 萬m3。

（4）鑒于海滄港區(qū)淤積特點(diǎn)、維護(hù)疏浚工程量、施工概況等影響因素，為避免港池維護(hù)采用不同的維護(hù)模式帶來施工相互干擾和計(jì)量不準(zhǔn)確的不利影響，2022-2024 年度海滄港區(qū)港池維護(hù)采用常年維護(hù)性疏浚模式進(jìn)行維護(hù)。

（5）受碼頭港池水域操作面限制，應(yīng)合理安排船舶疏浚作業(yè)。