南萬漁港防波堤及口門平面布置方案研究

李醒，王娜，王剛,于德雙，陳丁

（中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)工程研究所，北京 100141）

廣西北海南萬中心漁港位于北海半島西南端，東、西、北三面環(huán)陸，南面是北部灣，是一個(gè)典型灘涂港灣。南萬中心漁港前身為廣西北海漁業(yè)基地，為國家“五·五”計(jì)劃安排的項(xiàng)目，是我國十大漁業(yè)基地之一。2001 年，北海漁業(yè)基地被列為國家一級漁港進(jìn)行建設(shè)，并在2002 年升格為國家中心漁港，為全國首批6 個(gè)試點(diǎn)建設(shè)的中心漁港之一[1]。此次漁港的建設(shè)，將為我國南沙海域的海洋捕撈作業(yè)提供強(qiáng)大的功能齊全的后方基地。

由于前期資金的投入不足，防波堤修建長度不夠，口門水域波浪較大，南向波浪可以直接傳到港內(nèi)，造成港內(nèi)部分水域的波浪較大，船舶停泊的有效掩護(hù)水域面積不足。此次漁港的建設(shè)，采用修建防波堤的方式來掩護(hù)港內(nèi)水域。防波堤及口門的長度、走向等平面布置方案直接影響港內(nèi)波高掩護(hù)，水流泥沙運(yùn)動(dòng)及航道走向等方面，關(guān)系漁港建設(shè)效果的關(guān)鍵。本文將重點(diǎn)研究這些方面。

1 研究對象概況

1.1 潮流

本地區(qū)海岸潮汐屬不正規(guī)日潮為主的混合潮型。潮流類型主要為往復(fù)流，漲潮流自東南流向西北，落潮流則相反，一般落潮流速大于漲潮流速。漁港的漲落潮水流也具有往復(fù)流的性質(zhì)，主流向與深槽方向一致。

1.2 風(fēng)況

北海地區(qū)風(fēng)向季節(jié)性變化顯著，冬季盛吹北風(fēng)，夏季盛行東南風(fēng)，常風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)，次常風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，頻率分別為22.19%和10.8%，強(qiáng)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，最大風(fēng)速為29 m/s。

1.3 波浪

作用于本地區(qū)海岸帶的波浪主要是風(fēng)浪，由于漁港東西北三面環(huán)陸，南面臨海，所以只有SE～SW 向波浪對港區(qū)影響較大，常浪向?yàn)镾E，其次為SW；強(qiáng)浪向分別為SE 和SW。

1.4 泥沙環(huán)境

北部灣東、西部及雷州半島西岸10～20 m 水深范圍內(nèi)分布有大量的粉砂質(zhì)黏土沉積物，是近岸海區(qū)海相來沙的沙源之一，本地區(qū)含沙量一般在0.02 kg/m3以內(nèi)[2]。

2 平面布置方案簡介

2.1 布置考慮因素

在進(jìn)行漁港防波堤及口門平面布置方案設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮港內(nèi)波浪掩護(hù)、泥沙回淤及潮流流向及方便大型遠(yuǎn)洋漁船進(jìn)出港的需要，主要從以下三個(gè)角度布置方案，分別是漁船進(jìn)出口門在東側(cè)還是在西側(cè)，西側(cè)封口還是留出口門，西側(cè)防波堤走向和長度。

2.2 方案介紹

根據(jù)上述考慮因素，共設(shè)計(jì)了6 個(gè)方案（F1—F6，見圖1），其中F1—F4 西側(cè)不封口，F(xiàn)6 西側(cè)封口，東側(cè)為漁船進(jìn)出口門，F(xiàn)5 東側(cè)封口，西側(cè)為漁船進(jìn)出口門。具體方案介紹如下：

圖1 不同方案平面布置示意圖

方案1：島堤長度250 m，軸線走向?yàn)闁|東南（SEE）至西西北(NWW)，東側(cè)口門寬度240 m；方案2 在方案1 的基礎(chǔ)上，增加延長原東防波堤80 m，走向?yàn)槟掀?5°，東側(cè)口門寬度160 m；方案3：島堤長度為250 m，軸線走向?yàn)闁|偏南40°，東側(cè)口門寬度263 m；方案4在方案3 的基礎(chǔ)上，延長東防波堤同方案2，東側(cè)口門寬度182 m；方案5 防波堤四段，第一段延長原東防波堤95 m，第二段為圓弧段140 m，第三段走向?yàn)闁|西向，長度為55 m 的直線段，第四段為直線段，長度為179 m，走向?yàn)楸逼?0°，口門寬度為172 m。方案6 防波堤三段，第一段延長原西防波堤67 m，第二段為圓弧段141 m，第三段走向?yàn)闁|西向，長度為40 m 的直線段，口門寬度為190 m。

3 波浪、潮流泥沙數(shù)值模型結(jié)論

3.1 潮流結(jié)論

由于港池內(nèi)的水流流速較小，港池內(nèi)橫流較小，不論何種情況下，最大橫流分量均不超過0.02 m/s，最大縱流分量不超過0.03 m/s。不同工況實(shí)施后，航道內(nèi)的橫向流速分量略有減小，方案五航道內(nèi)最大橫向流速在小潮期達(dá)到0.22 m/s，中潮期達(dá)到0.20 m/s；其余工況條件下，航道水域最大橫向流速小潮期均不超過0.10 m/s 中潮期均不超過0.10 m/s。方案五效果最差。潮流結(jié)果表明口門航道在東側(cè)最有利[3]。

3.2 泥沙結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測資料分析，以0.01 kg/m3作為年平均代表含沙量，計(jì)算港池錨地的回淤強(qiáng)度，結(jié)果表明方案一至方案四口門回淤水域由于較少的掩護(hù)，淤強(qiáng)稍大，為4.0 cm/a，方案五、六淤強(qiáng)為2.4cm/a.。港池和錨地水域淤強(qiáng)在2.7～2.8 cm/a 左右，淤強(qiáng)很小。方案五、六泥沙掩護(hù)效果強(qiáng)于方案一至方案四。泥沙結(jié)果表明單口門方案泥沙掩護(hù)效果強(qiáng)于雙口門方案[3]。

3.3 波浪結(jié)論

防波堤一段方案（方案一、三），兩種方案的防波堤長度相同，差異是軸線的走向不同，兩種方案分別對偏SE 方向和偏SW 方向的外海波浪掩護(hù)效果不同，防波堤對偏W～SW 方向的波浪掩護(hù)效果尚可，但兩個(gè)方案ESE～S 方向的外海波浪經(jīng)口門進(jìn)入堤內(nèi)側(cè)繞射后，在港內(nèi)的大浪水域面積相對較大，計(jì)算表明，這兩種方案最不利的來波方向是SE～SSE 方向，方案一50 年一遇和設(shè)計(jì)高水位組合條件下港內(nèi)波高H1%小于1.0 的水域面積為50.9 萬m2；方案三港內(nèi)波高H1%小于1.0的水域面積為49.1 萬m2；方案一的掩護(hù)效果略好于方案三。

防波堤兩段方案（方案二、四），這兩種方案分別對應(yīng)于方案一和方案三，不同的是，在原東防波堤堤頭開始向外延伸，延伸段長80 m，使東側(cè)口門寬度相對變小，提高對偏SE方向的外海波浪掩護(hù)作用。計(jì)算表明，東防波堤延長后，可以一定程度上改善港內(nèi)水域的波浪狀況，方案二50 年一遇和設(shè)計(jì)高水位組合條件下港內(nèi)波高H1%小于1.0 m 的水域面積為62.0 萬m2；方案四港內(nèi)波高H1%小于1.0 的水域面積為56.7 萬m2。方案二的掩護(hù)效果略好于方案四。

防波堤多段方案（方案五、方案六），方案五和方案六分別將東側(cè)口門完全封閉、或?qū)⑽鱾?cè)口門完全封閉。因此影響方案五港內(nèi)波浪的外海浪主要是偏W～SW方向，影響方案六港內(nèi)波浪條件的波浪方向主要是ESE～SSE 方向。計(jì)算表明，方案五50 年一遇和設(shè)計(jì)高水位組合條件下港內(nèi)波高H1%小于1.0 m 的水域面積為66.8 萬m2；方案六港內(nèi)波高H1%小于1.0 m 的水域面積為50.1 萬m2[4]。

綜合幾種方案港內(nèi)波浪的掩護(hù)效果計(jì)算結(jié)果，應(yīng)主要考慮對偏ESE～SSE 方向的外海波浪的掩護(hù)。就六個(gè)方案計(jì)算的港內(nèi)波浪掩護(hù)效果來看，方案五最優(yōu)，方案二次之。

3.4 方案優(yōu)化

綜合以上波浪、潮流泥沙的研究結(jié)論，綜合考慮防波堤長度的投資及方便漁船進(jìn)出港的航道走向，方案二是較為合理的方案，并在此方案基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，將西側(cè)封口。

4 結(jié)論

（1）口門布置在東側(cè)，航道橫流較小，航道走向更方便漁船進(jìn)出港，航道口門選擇布置在東側(cè)；

（2）單口門方案更有利于減少港內(nèi)泥沙回淤，選擇單口門方案；

（3）東西防波堤的走向決定了港內(nèi)波浪掩護(hù)效果，根據(jù)數(shù)模結(jié)論選擇最合適的防波堤走向和長度。

綜合以上三條結(jié)論，口門開在東側(cè)的單口門，選擇合適的防波堤走向和長度的平面布置方案最合適。