唐山港京唐港区沿岸建港前后潮汐、海流特性分析

2011-06-06章始红卓玉生

中国港湾建设 2011年4期

章始红，卓玉生

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

0 引言

唐山港京唐港区位于唐山市乐亭县境内，东经119°01′，北纬39°13′。地处渤海湾北岸的大清河口与滦河口之间，京唐港区自上世纪80年代开始筹建选址，1989年港区正式开始建设，1991年8月28日首次通航，1993年7月实现国际通航。到目前为止，已经建成第一、第二港池和第三、第四、第五港池的部分泊位，正在形成5个港池整体运营的规模布局，拥有件杂、散杂、多用途、集装箱、煤炭专用、水泥专用、纯碱专用、液化石油气专用、液化品专用及通用散货等功能较为齐全的5万～10万吨级泊位31个，2011年将完成20万吨级航道的建设。2009年港区年吞吐量突破1亿t。根据《唐山港总体规划》，京唐港区共规划建设6个港池，规划自然岸线长度19 km，规划岸线总长45 km，可建设各类泊位近150个；港区规划面积88 km2，其中，规划水域面积23 km2，陆域面积65 km2。

京唐港区附近海岸岸线大致呈NE~SW走向，是我国发育最典型的沙坝－泻湖海岸，也是我国第一个在细沙粉砂质海岸建设的挖入式大中型港口，并建有双环抱防浪挡沙堤。本文搜集了港口建设过程中潮位和海流观测资料，通过对比，分析建港前后潮汐、海流变化情况。

1 潮汐

1.1 潮位资料

京唐港区最早的潮位资料时间是1980年1—12月，此后是1987年4月—1988年3月、1993年6月—1995年5月。

1.2 潮汐性质

根据目前所掌握的潮汐资料进行了调和分析，计算潮汐性质判别系数K介于0.5～2.0之间，为不规则半日潮。

1.3 高程关系

由于根据几次实测潮位资料计算理论最低潮面的结果比较稳定，为保持高程基准的连续性，目前的高程关系一直采用1980年实测潮位资料的计算结果。理论最低潮面与1956年黄海高程系的关系如图1所示（以下潮位均以当地理论最低潮面起算）。

1.4 潮位特征值

京唐港区附近海域风增、减水比较显著，观测时间段不同，其潮位特征值统计结果也有所差异，根据实测资料统计如表1所示。

表1 京唐港区潮位特征值统计表m

从表1中可以看出，三次观测结果最高潮位、最低潮位、最大潮差变化很大，主要是受风增、减水影响，平均潮差相对比较稳定。

1.5 设计水位

根据京唐港区水位实测资料，按照JTJ213-98《海港水文规范》的统计计算方法，计算京唐港区的设计水位值见表2（以当地理论最低潮面起算）。

表2 京唐港区设计水位历史采用值 m

从表2中可以看出，京唐港区设计水位的采用值较为稳定。

2 海流

从京唐港区起步阶段开始，在不同的阶段进行了多次海流观测，每次海流观测的目的不尽一致，所以测流点的布设针对性比较强，历次测流站位布置见图2。流场受地形的影响比较大，因此即便是同一测点位置在不同建设阶段进行的观测，由于前后地形发生大的变化，降低了观测资料的可比性。从总体上看，京唐港区附近水域海流比较弱，具有明显的往复流特性，海流以潮流为主，潮流的变化规律基本代表了海流的变化规律。

2.1 潮流性质

根据每次海流观测的实测资料进行潮流的准调和分析，计算潮流性质判别系数K，由于测站位置、观测时间不同，K值存在一定的差别，但基本介于0.5～2.0之间，可以判定本海区潮流性质为不规则半日潮流。

2.2 流场分布特点

在京唐港区附近进行的海流观测比较多，但如前所述，流场受地形的影响比较大，所以以下选择几次有代表性的海流观测结果，并对京唐港区附近的流场进行简要分析。

2.2.1 建港前流场分布特点

1986年布设了3条垂直于岸线的测流断面，共8条测流垂线进行大、中、小潮3个潮次水文观测（观测起始日期为10月18日、10月22日和10月25日），并进行表面流路观测。根据实测资料分析，京唐港区沿岸海流特征为：

1）余流最大值为0.15 m/s，发生于浅水区（-2.0 m等深线处）表层，流向为东偏南，总体上，余流值较小，流向无明显规律；

2）海流流向分布以往复流为主，稍具旋转流特性；

3）转流时刻发生于平潮前后，呈前进波特性；

4）海流主流轴方向为涨潮西南向，落潮东北向，基本与岸线走向平行；

5）实测最大流速为0.84 m/s，流向为涨潮流方向，发生在-7.0 m等深线处；

6）流速与潮汐对应关系为涨潮流略大于落潮流，但在中潮汛，落潮流略强；

7）海流的平面分布规律为近岸流速小于深水区的流速；

8）海流垂线分布规律为表层最大，底层最小，但最大流速发生的时刻表底层基本一致；

9）浮标流路测量结果为表面流路较顺直，流向与岸线基本平行；

不同水深处主流向统计结果见表3。

表3 不同水深处涨落潮流主流向统计表

2.2.2 不同时期港口建筑物对流场的影响

京唐港自1989年开工以后，在不同阶段一共进行了10多次的海流观测。规模比较大的有从1991年11月开始，于1993年底结束的京唐港水文泥沙监测工作；在挡沙堤二期工程建设过程中，1996年进行过水文测验；挡沙堤完工后，在2000年又进行了水文测验；在三期挡沙堤布置研究时，为了配合挡沙堤布置及泥沙淤积研究，2004年9月又进行了大范围的海流测验等，其中根据2004年9月测流资料，选取大潮实测流速、流向值绘制海流矢量图见图3。由于每次水文测验的目的不同，水文测验的范围、测点位置和测验内容也有差别。以下结合上述几次主要海流观测结果，分区介绍海流特征。

1）挡沙堤外侧浅水区的海流状况。在1993年11月观测时，一期挡沙堤东堤1＋500 m处300 m挑流堤已形成，西堤600 m已到位。根据测流资料分析，在挡沙堤工程实施后，距东堤1 200 m处的9302站其流向与工程前原始流场相比已明显发生变化，特别是涨潮流流向已左偏10°～20°（转向堤头方向）。

落潮流基本没有变化。在西堤西侧，距西堤600 m范围内，流场受西堤影响更明显，无论涨潮流还是落潮流，其流向均具沿堤趋势，可见离堤越近，挡沙堤对流场的影响越大，流场越强影响越大。随着一、二期挡沙堤的完工，挡沙堤对其外侧浅水区流场的影响范围将更大，由于没有实测资料，不能进行比较，但参考有关的数模计算结果，估计在离堤约4 km范围的流场（浅水区）都会不同程度地受挡沙堤的影响。

2）内航道海流状况。在东、西挡沙堤所掩护的航道水域，由于港内水域纳潮量（受港内总水域面积和潮差的限制）较小，内航道及港池的流速较小，最大流速一般不会超过30 cm/s，流向不稳定，随机性较强。

3）挡沙堤外侧附近深水区海流状况。根据2000年9—10月的测流资料，在挡沙堤以外大约8.5 m水深处，由于东挡沙堤及挑流堤的影响，其涨、落潮流主流向都向深水方向偏转，西堤外侧-8.5 m处受西堤的影响比较小。

4）沿堤流。从1991年11月开始至1993年8月，前后进行了4次针对沿堤流的观测，由于当时挡沙堤一期工程正在建设，各次观测时，挡沙堤都不一致，根据观测资料分析，沿堤流特征表现为：沿堤流实测最大流速值均是堤头处大于堤根处（指没有二期挑流堤的情况下），沿堤流的强弱主要取决于潮汛，天文大潮时潮流较强，沿堤流较强，反之亦然，距堤越近沿堤流越明显。对比挡沙堤不同长度，挡沙堤越长，沿堤流越强。

在二期挡沙堤施工期时，没有进行专门的沿堤流观测，但是在1996年11—12月的水文观测中，测流点位围绕挡沙堤和挑流堤布设（测流点位置参见图2），从这次观测结果分析，靠近挡沙堤出水堤的测点，其主要分潮M2长轴方向向沿堤方向偏转。随着二期挡沙堤到位，对挡沙堤附近水域的影响更加明显，1996年观测时的9604站与2000年时的0002站位置比较接近，两次实测最大流速基本接近，但实测最大涨潮流流向2000年较1996年偏转10°至30°，实测最大落潮流流向2000年较1996年大致偏转10°。分析1996年海流实测资料计算的余流结果，发现余流表现出较强的规律性，余流流速普遍比原始流场大，最大余流值超过20 cm/s，余流流向与挡沙堤及挑流堤方向几乎一致，其中底层余流流向沿堤性更强。

5）离港口建筑物较远海域。从2004年观测结果看，除离挡沙堤较近的0404垂线受到影响较为明显外，其他垂线受港口建筑物影响均不明显。