天津港高沙岭港区防波堤口门优化布置

王连成，夏悟民

（1.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222；2.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230）

高沙岭港区是天津港的一部分，其北部区域港界北起津晋高速延长线，西至海滨大道为界，南以海滨浴场东已建的南导堤为界。南部独流减河北岸预留发展区西至海滨大道，陆域至独流减河河口北治导线向北1.5 km。

1 一字形口门（方案1）

根据港口发展规模及原近期总体布局，并考虑填海造陆需要，初步确定了防波堤布置方案，其轴线距东外堤3 km，并以主航道为界分为北防波堤和南防波堤。为便于船舶航行及将来外堤的延伸，防波堤口门采取“一”字形正向布置方式（见图1），宽度暂定为1km。在规划方案的基础上进行了模型试验，发现了以下问题：

图1 方案1布置示意图

1）涨初时水流经由口门进入港内，受港外迅速升高的潮位影响，在口门内外产生一定的水位差，使流经口门进入港区的潮流产生最大为1.92m/s的较强流速。

2）受口门区较强水流影响，防波堤与港池之间的公共水域产生较大范围的回流，其中在中～南港池之间公共水域初始回流范围为2 km×1.5 km，最大强度1.26～1.35m/s。

3）由于口门与港池距离较近，使得较强进港水流直接面对中港池，其对中港池的影响非常明显。

这样强的水流对船舶进出靠泊均会产生不利影响。为优化口门布置，参考以往经验采取了针对性措施，以减小口门流速，以及由口门较强流速产生的港内较强回流对船舶进出的影响。为验证工程措施的效果，进行了模型试验。通过研究得到了一些关于防波堤口门设计的经验，可为今后类似工作提供参考。

2 延伸防波堤（方案1优化）

2.1 方案1a布置形式

在设计方案1的基础上，在两侧堤头分别平行于航道进行延伸，其中北堤延长1.664 km，南堤延长1.784 km。口门宽1000m（如图2、图3）。

2.2 优化方案试验结果分析

从试验结果来看，在原设计方案基础上通过延长防波堤的方式来改善口门段流速并未取得效果，其最大流速区域范围随着防波堤的加长而延伸，但是由于防波堤的延长，中港池及港内流态得到一定的改善。平均流速和最大流速分布见图4、图5。

3 “八”字形口门（方案2）

3.1 布置形式

在防波堤3+345～5+845设置进出港口门，口门采用“八”字形的布置形式（见图6），其中北斜堤长1000m，南斜堤长1218m，口门宽度1000m。

3.2 试验结果分析

涨潮时，水流经由口门段“八”字型防波堤段进入港内，由于口门防波堤平顺水流的作用，使口门段航道流速有了一定程度的减小，其最大为1.79m/s。

从港内流场来看，进港水流在口门内南、北两侧分别形成回流。两回流初始范围小，但强度均在1.00m/s以上。至涨急时两侧回流范围逐步增大，其北侧的回流平均强度在0.50m/s左右，南侧回流平均强度略大在0.70m/s。

中港池在涨潮时，中港池端部流速最大值达1.10m/s左右，同时港内产生多处回流，最大范围至港内2.0～3.0 km，最大强度0.77m/s。港内中部以里水域流速相对较小，平均流速在0.20m/s以内。

从方案2的试验结果来看，方案采用的“八”字口门可以有效减小口门水流对港池的影响，但口门段防波堤内同样存在着较强的水流。

4 局部浚深措施（方案2优化）

4.1 布置原则

在方案2的基础上，在“一”字口门开始拓宽至方案口门处，与航道水深相同（如图7、图8）。

图7 方案2a布置示意图

图8 方案2a特征点布置示意图

4.2 试验结果分析

通过对口门段航道进行拓宽的方式较大地改善了口门段水流条件，但是该段依然保持较大流速（见表1）。

表1 特征点流速流向汇总表

5 增加口门宽度（方案2优化）

5.1 布置原则

以方案2a为基础，在“一”字口门开始拓宽航道至方案口门外，与航道水深相同，其口门宽度沿原方案2口门堤头两点的连线向两侧分别放宽至1400m（方案2b）和1600m（方案2c），见图9、图10。

图9 方案2b布置示意图

图10 方案2c布置示意图

5.2 试验结果分析

通过放宽口门尺度以及对口门航道进行局部拓宽这两种工程措施同时进行，特别是调整口门宽度的方式能够根本上改善水流条件（见表2）。

表2 特征点流速流向汇总表

6 减小港内水域面积（方案3）

6.1 布置原则

与方案1相比较，该方案港域面积有所减小，将南港池以南的公共水域以及人工湖水域从方案中分离出去（如图11）。

图11 方案3布置示意图

6.2 试验结果分析

通过试验发现，由于港内水域的大幅减少（减幅约为43%），口门航道平均流速及其最大流速都有相应的变化。和方案1比较：平均流速由1.17m/s降低至0.64m/s，最大流速也由1.92m/s降低至1.42m/s。受口门流速降低的影响，中港池端部的最大流速仅为0.51m/s。

7 结语

1）方案1、2的试验结果表明：口门及其港内较大流速的出现是因为港域面积较大，所需的纳潮水体大，而口门及航道尺度限制造成过水断面较小所致。

2）通过对两方案进行的多组优化试验表明：在窄口门条件下进行延伸防波堤的方式并不能明显减小口门区域流速，随着防波堤的延伸，其最大流速区域也在相应的延伸；通过对口门段航道进行局部拓宽，增大水流进出港的过水断面能够起到降低进出港水流强度的目的。通过调整口门宽度的方式能够根本上改善水流条件。

3）从两种口门布局形式来看，由于“八”字口门延长了口门和中港池之间的距离，对口门处较强水流对中港池及港内潮流场影响起到一定的消减作用。而且其外窄内宽的设置能起到分散水流对港内影响的作用，因此对于口门布置形式，建议采用“八”字的布置形式。

[1] 天津临港产业区围海工程水动力及工程泥沙研究[R].交通部天津水运工程科学研究所，2007.

[2] 天津临港产业区工程方案潮流物理模型试验研究[R].交通部天津水运工程科学研究所，2008.

[3] 天津临港产业区波浪物理模型试验研究报告[R].交通部天津水运工程科学研究所，2008.

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