北海國際客運港航道擴建工程方案分析

王大偉，黃 寧

(廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

北海國際客運港位于北海市冠頭嶺東南岸、僑港港點東側，已建有4個2 000GT滾裝泊位和1個2 000噸級工作船泊位，船舶通過現狀進出港航道直通外海。航道寬度約為50 m，設計底高程為-4.0 m。目前開辟有北海至?？?、北海至潿洲島的航線，隨著旅游開發(fā)的不斷推進，游客量將持續(xù)增加。目前北海國際客運港的進出港航道由客運港與漁港共同使用，漁船經常堵塞航道，導致安全事故頻發(fā)，難以滿足北海水上客運專業(yè)化發(fā)展的需求。未來海上客運發(fā)展趨勢是客、貨分離，專業(yè)的高速客船將成為近海客運的主流?，F有北海國際客運港進出港航道已不能滿足現狀客運規(guī)模的需要，對客運港進出港航道進行改擴建已非常緊迫[1]。對此，本文從泊穩(wěn)、潮流和泥沙回淤等方面進行了分析，證明擴建后的航道泊穩(wěn)條件良好，泥沙回淤在可控范圍內，建設方案是可行的。

1 項目背景

1.1 漁港與國際客運港無明確界限

目前北海國際客運港的進出港航道由客運港與漁港共同使用，港池西側水域為商用水域，東側為漁用水域。漁港與客運港水域無明確界限，航道使用管理無序、混亂，常發(fā)生堵船、摩擦等事件。據不完全統(tǒng)計，僅2019年，由于航道使用混亂，就曾發(fā)生26起客船和漁船碰撞、客船航班延誤的事件，這不僅加深了客運港與漁港的矛盾，還使國際客運港的旅游形象受損，流失大量客源，并造成了極其惡劣的社會影響。

1.2 漁船?？繜o序，影響航道正常使用

目前漁港內每天漁船?？繑盗考s為800艘，休漁期間增加至1 500艘。漁船在港池和航道內的無序停泊，大量擠占了航道空間，使客滾船舶無法正常行駛，影響航道的正常使用。

1.3 漁商混用使航道安全管理壓力巨大

近年來，由于漁商共用航道，每年都會發(fā)生多起由于航道管理無序引起的堵船和船舶摩擦事件，特別在臺風等惡劣天氣下，由于漁船擠占航道停靠，使船舶難以進港避風，安全矛盾突出。

1.4 旅游客運發(fā)展要求提升航道專業(yè)化程度

近年來，隨著潿洲島旅游開發(fā)不斷推進，潿洲島客、貨吞吐量持續(xù)增長。2019年全年潿洲島接待游客數量達到162萬人次，相比2018年同比增長了13.75%，平均每天游客接待量達到4 500人左右，最高峰時每天接待1.2萬人次。

隨著海南省國際旅游島和潿洲島旅游開發(fā)的不斷推進，游客量將持續(xù)增加?，F有的北海至海南及北海至潿洲島兩條航線在北海均只有北海國際客運港一個始發(fā)港，港口與外海相通的進出港航道由于漁商混用，管理手段落后，通過效率低下，安全事故頻發(fā)，難以滿足北海水上客運專業(yè)化發(fā)展的需求。

綜上分析，對現有航道進行改擴建是十分必要的。

2 建設條件

工程區(qū)處在鐵山灣與廉州灣海岸線過渡區(qū)的中部偏東水域，航道工程從北海國際客運港回旋水域起始直通外海。

2.1 地形地貌

北海國際客運港所在的海岸線相對順直，走向大致約為118°～298°，水下坡度沿海岸線自西北向東南方向逐漸減緩?？瓦\港口門區(qū)的地貌屬于海漫灘和淺海，海岸前沿有沙灘分布，工程區(qū)附近坡度自岸向海逐漸放緩，其中-2～-3 m線的坡度平均約為1/147，-3～-4 m線的坡度平均約為1/1 220，-4～-5 m線的坡度約為1/1 770。-3 m等深線從外海經過防波堤之間水域到達客運港碼頭前沿，碼頭泊位區(qū)地形介于-4～-5 m。防波堤內段，擬開挖航道區(qū)域的地形大都高于0 m線。

2.2 潮汐和潮流

工程海域區(qū)潮汐屬不正規(guī)日潮為主的混合潮型，一月之中大部分時間為日潮，半日潮每月為5～11 d，尤以7、8月份最多。潮汐漲落受季風影響，冬季受偏北風影響，潮位較低，夏季受偏南風影響，潮位較高。日潮平均漲潮歷時為14 h 40 min，日潮平均落潮歷時為10 h 25 min。

工程區(qū)潮位特征值(北海水尺零點)如下：歷年最高潮位為5.64 m，大潮平均高潮位為5.25 m，大潮平均低潮位為0.53 m，平均潮位為2.43 m，最大潮差為5.36 m，平均潮差為2.50 m。

3 工程方案

本工程在原有航道的基礎上進行擴建，并修建分隔欄將漁船航道與客運航道分隔。北海國際客運港航道擴建工程由客運專用進出港航道、航道分隔結構和海側的攔沙堤三個部分組成，其平面布置見圖1。

3.1 北海國際客運港專用進出港航道

航道長度約為4.288 km，分為三段[2](見表1)。

表1 北海國際客運港專用進出港航道參數表

3.2 漁港航道

現有航道作為漁船專用航道，航道底寬50 m，底高程-4.0 m。

圖1 工程平面布置圖

3.3 漁港和客運港航道分隔結構

客運航道和漁港航道中間設置分隔欄，分隔欄采用圓筒墩式結構+浮筒方案(見下頁圖2)，總長為978.1 m。海側口門處連續(xù)布置7個墩式結構，往北側再依次布置30個墩式結構+31套浮筒錨鏈系統(tǒng)，墩式結構與浮筒錨鏈系統(tǒng)間隔布置。墩式結構共37個，海側端部200 m范圍內布置11個墩，單個墩平面尺寸為10.5 m×10.5 m；再往陸域側依次布置26個墩，單個墩平面尺寸為9 m×9 m。墩頂高程為6.5 m。墩式結構的下構采用預制鋼筋混凝土圓筒，圓筒底高程為-5.5 m(-5.0 m)，高為8.2 m(7.7 m)，圓筒外徑為9.3 m(7.8 m)，趾長為1.2 m，壁厚為0.34 m。圓筒頂上設C40混凝土胸墻，平面尺寸為10.5 m×10.5 m(9 m×9 m)，胸墻東西兩側豎向各布置3套SA400 mm×1 500 mm橡膠護舷。圓筒置于拋石基床上[3]。

共布置31套浮筒錨鏈系統(tǒng)，單套錨鏈系統(tǒng)由警示錨鏈和浮筒組成，布置在墩式結構中間，凈跨14 m或12.5 m。警示錨鏈布置在漁港側的胸墻頂部，浮筒布置于分隔欄中心線，通過錨鏈連成整體并固定于兩側預制蓋板上，固定點高程約為3 m，浮筒可隨水位自動升降。

3.4 航道東側的攔沙堤

客運航道東邊海側增設攔沙堤。攔砂堤采用斜坡式結構，長383 m，頂寬為10.0～5.0 m，坡比為1∶2，頂高程為2.50～6.50 m，比原泥面高1.0～2.50 m，既能防止東側銀灘岸線的沿岸輸沙進入航道內，又能實現結構的透空性[4]。

圖2 分隔墩平面布置圖

4 港內泊穩(wěn)條件分析

為了論證港池、航道在改擴建后工程水域水動力的變化，特別是極端天氣條件下的水動力狀況與船舶安全避險措施，開展了相應的波浪、潮流和泥沙數學模擬研究[5]。

(a)SE向

(b)SSW向圖3 兩年一遇H4%波高分布示意圖(設計高水位)

如圖3所示給出了航道擴建實施后兩年一遇SE向、SSW向波浪組合設計高水位和兩年一遇增水極值作用下港內H4%波高分布圖。根據波高分布可知，由于新建東擋沙堤的長度增加，較好地掩護了SE 方向的波浪，因此SE 方向作用下碼頭前的波高最小。而由于外海SSW 方向的深水波要素最大，且隨著東擋沙堤東移，港區(qū)口門寬度增加，現有西擋沙堤對SSW 方向的波浪掩護作用有限。因此，SSW 方向作用下的港內泊位前H4%波高最大。

根據統(tǒng)計結果，航道設置中間分隔欄后有效地掩護了SSW 方向傳播至客運港碼頭附近水域的波浪，泊位前H4%波高基本上在0.4 m附近，不同方向作用下，碼頭前的波高進一步地減小。

根據《海港總體設計規(guī)范》(JTS 165-2013)的規(guī)定，2 000噸級滾裝船裝卸作業(yè)的允許波高要求為：橫浪H4%≤0.4 m，順浪H4%≤0.6 m?？紤]到東、西擋沙堤以及港區(qū)總體平面布置，北海國際客運港泊穩(wěn)條件宜采用橫浪標準來分析。結合兩年一遇港內波浪計算結果，同時考慮正常情況下漁港及客運港停泊較多船舶，船舶對港內波浪的衰減也起一定作用，因此在兩年一遇增水極值條件下，碼頭H4%波高基本滿足船舶裝卸作業(yè)的允許波高。

5 潮流分析

潮流計算分析主要針對航道內采樣點，統(tǒng)計分析全潮過程中國際客運港進港航道和漁港進港航道水流條件，與航道中心線走向平行的流速分量為縱流，與航道中心線垂直的流速分量為橫流。

5.1 國際客運港進港航道

經過分析，在典型大潮條件下，航道內漲急、落急流速分別為0.49 m/s、0.31 m/s，但在漲急時刻，潮流走向與航道中心線幾乎呈正交狀，航道內各采樣點的最大橫流值為0.39～0.49 m/s，橫流值自岸側向外海逐漸增加。一個大潮周期(25 h)，外航道段橫流>0.25 m/s的時長為5.75～8 h；橫流>0.375 m/s的時長為1.25～4.25 h；沒有出現>0.5 m/s的橫流。典型大潮條件下考慮增減水情況國際客運港航道內的橫流極值見表2。

表2 大潮條件下國際客運港航道內橫流極值表

總體來看，國際客運港進港航道擴建工程實施后，在典型大潮期、漲潮時段、潮流流速較大時段，潮流流向與航道中心線幾乎呈正交狀，橫流相對較大，最大約為0.49 m/s；當遇到兩年一遇增水時，航道內橫流不同程度增加，平均增加約0.09 m/s，最大橫流達0.58 m/s；當遇到50 年一遇增水時，航道內橫流平均增加約0.13 m/s，最大橫流達0.62 m/s。此外，表層流會更大，船舶行駛時應注意安全。

5.2 漁港航道

國際客運港航道擴建工程實施前，典型大潮條件下，漁港航道內橫流極值為0～0.49 m/s，橫流值自港內向外海逐漸增加。一個大潮周期(25 h)，航道段橫流>0.25 m/s的時長為5.5～7.25 h；橫流>0.375 m/s的時長為3.5～4 h；沒有出現>0.5 m/s的橫流。國際客運港航道擴建工程實施后，漁港航道內橫流極值呈減小趨勢，減小幅度≤0.02 m/s。

6 泥沙回淤分析

港池和航道開挖后的泥沙回淤包括兩部分，即懸移質引起的淤積和推移質引起的淤積。

表3 工程實施后國際客運港進港航道的泥沙回淤強度統(tǒng)計表

如表3所示為航道內的泥沙回淤計算成果。該工程實施后，航道的泥沙回淤強度為0.17～0.48 m/a，平均回淤強度約為0.30 m/a，其中泥沙回淤強度在口門外附近較大，向外海側逐漸減小。

國際客運港進港航道擴建工程長期穩(wěn)定后，航道兩側邊坡基本穩(wěn)定，底沙滾落到穩(wěn)定的邊坡后不再繼續(xù)進入航道內，航道內泥沙回淤計算時不再考慮底沙淤積，而以懸沙引起淤積為主，則航道內的泥沙回淤強度一般≤0.12 m/a，對應航道內的泥沙年總回淤量≤50 000 m3。

7 結語

(1)北海國際客運港航道擴建工程可有效解決客船與漁船混用航道的問題，實現客、貨分離，減少安全事故的發(fā)生，建設方案是可行和有效的。

(2)通過波浪、潮流和泥沙數學模擬研究，因航道及港內水深的調整，通過航道進入內港池的波浪有所變化，不同部位的變化幅度有所差異?？瓦\碼頭港區(qū)靠離泊作業(yè)條件良好，漁港南區(qū)在不同波浪動力下波高均略有增加，幅度都在可接受范圍內，而漁港北區(qū)因客運港回旋水域及碼頭水深調整使波高略有減小趨勢。由于客運和漁船分開使用航道，航道水域使用效率和運營安全都有明顯改善。