漳州古雷港南2号码头潮流特征及通航条件分析

王立辉，李杰，周伯豪，穆锦斌

(1.福州大学 土木工程学院，福州 350108;2.鄞州区水文站，浙江宁波 315100;3.浙江省水利河口研究院，杭州 310020)

0 引言

古雷港作业区地处福建省漳浦县东山湾古雷半岛西侧东山湾口东侧(图1).东山湾东、北、西三面均有陆域环抱，该湾呈不规则的梨形伸入陆地，南北约20 km，东西约15 km，湾顶由漳江入海.湾口朝南，口门狭窄，宽仅5 km，有塔屿、虎屿及大平屿为屏障，建港条件优越.［1]

图1 研究海域与测点分布

南2号液体化工码头工程位于古雷港作业区内，在东山湾口附近.码头前沿线呈正南北向布置，码头长480 m，由装卸平台、引桥、靠船墩等组成，采用连片式布置.南2号液体化工码头工程规模较大，靠离泊船舶装卸的物品较为敏感，因此了解该作业区水文特征对港口航运安全是至关重要的.

根据该海域的潮流特征，实测期间，在该码头作业区内布设4个流速测点(G1～G4)和1个临时潮位站(见图1);每个流速测点垂向上取表层(水面下0.5 m)，0.2H，0.4H，0.6H，0.8H 和底层(H 为水深)共6层，分别测量各层流速流向.各测点自2012年11月14日17:00(涨潮前1 h)开始观测，连续观测二涨二落(2个完整潮周期).本文利用这些测点的测量数据和历史资料进行综合分析，研究该作业区的水文特征，并应用其结论对该作业区的通航安全进行综合评价.

1 实测潮流特征分析

1.1 实测涨落潮流速流向分析

表1和2给出各测点垂线不同平均流速、不同流向出现的比例，图2为潮位过程线，图3为各测点各层流

表1 各测点垂线不同平均流速出现比例 %

表2 各测点垂线不同流向出现比例 %

图2 2012年11月14—16日潮位过程线

应用上述图表统计分析可知，该码头作业区潮流运动呈现明显往复流性质.作业区外侧港池涨落潮流向均与古雷港主航道纵轴方向基本一致，即涨潮流沿航道纵轴方向进入东山湾，流向偏N向;落潮流沿相反方向，为偏S向.内侧港池潮流流向较外侧港池复杂分散，分析其原因:外侧港池邻靠东山湾口古雷港主航道，而内侧港池潮流受水深、地形、地势以及海岸轮廓线影响明显.

1.2 实测平均流速、最大流速统计分析

根据实测得到的各层流速、流向，采用矢量分解和合成的方法计算垂线平均流速、流向.［2-4]首先计算各层流速的N分量和E分量，然后根据流速加权后的N分量和E分量均值，合成计算垂线平均流速及对应流向，并统计出最大流速及对应流向.实测平均流速及对应流向、实测最大流速及对应流向统计结果见表3和4.

图3 各层流矢分布

从表3和4可知，南2号液体化工码头港池的涨落潮平均流速及对应流向、最大流速及对应流向有下述特征:

(1)平均涨潮流向主要集中在N向，平均落潮流向主要集中在S向，平均涨落潮流向、最大涨落潮流向在垂向各层分布基本一致，这表明该海域潮流运动呈现明显往复流性质.

表3 实测平均流速流向统计

表4 实测最大流速及对应流向统计

(2)涨落潮流较均衡.内侧港池落潮流略占优势，落潮时的平均流速和最大流速都比涨潮时略大;外侧港池涨潮流略占优势，涨潮时的平均流速和最大流速都比落潮时略大.

(3)涨潮历时与落潮历时大致相当，不存在明显的涨落潮历时不等现象.

(4)涨潮和落潮时各层的平均流速均有自上至下逐渐减小的规律，底层平均涨落潮流速最小.平均涨落潮流速的最大值均出现在表层或0.2H，0.4H层;涨落潮最大流速在垂线上的分布一般以表层、0.2H层为最大，底层最小.这主要是因为海底摩擦作用，越接近底层，流速越小.

(5)涨落潮最大流速均出现在半潮面附近时段，最小流速出现在高、低平潮附近的涨憩、落憩时段.流向转流发生在高、低平潮附近时刻，但其转流时刻比平潮时刻迟约1 h，说明该海域的潮波变化表现为明显的驻波形式.

1.3 垂线流速流向统计分析

从表5和图4可知，南2号液体化工码头作业区的垂线平均流速和垂线平均流向有下述特征:

(1)内侧港池落潮流的垂线平均流速较涨潮流略占优势;外侧港池则相反，涨潮流垂线平均流速较落潮流略占优势.

(2)在内、外侧港池潮流垂线平均流向分布中，涨潮流向主要集中在N向，落潮流向主要集中在S向.这表明该海域潮流运动在垂线平均流速流向统计上也呈明显往复流性质.

表5 垂线平均流速流向统计

图4 垂线平均流矢分布

1.4 作业区各测点差异分析

作业区内不同测点的地理位置差异致使各测点实测潮流的流速和流向特征也存在一定的差异.［1]

(1)整体涨落潮流向差异.该码头港池潮流运动呈现明显往复流性质，但内部也存在一定的差异.内侧港池涨落潮流向分布较分散，外侧港池涨落潮流向大致对称.内侧港池潮流流向较分散主要是因为受该码头及其附近多个工程的影响，从而流况受多路水流相互制约.此外，因内侧港池较浅，邻近海岸受海岸轮廓线的影响，特别是测点G2，其流况受海岸轮廓线影响明显.

(2)最大流速差异.该码头内侧港池涨落潮流速均较小，落潮流略占优势:落潮最大流速为77 cm/s，流向为N向，出现在测点 G1的0.2H层;实测涨潮最大流速为75 cm/s，流向为S向，出现在测点G1的表层和0.4H层.外侧港池涨落潮流速均较大，涨潮流略占优势:涨潮最大流速112 cm/s，流向为N向，出现在测点G3的表层;实测落潮最大流速为91 cm/s，流向为S向，出现在测点G4的表层和0.2H层.

(3)平面分布差异.作业海域的流速从海湾外侧港池到内侧港池海岸线附近呈逐渐减小的趋势;内侧港池涨落潮流速均较小，外侧港池涨落潮流速较大.外侧港池平均流速大小和分布规律基本一致，反映外侧港池水文特征差异较小的特点.

(4)潮流垂线分布差异.作业海域的垂线流速从古雷港主航道至内侧港池海岸线呈逐渐减小趋势，内侧港池垂线流速均较小，外侧港池垂线流速较大.内外港池垂线平均流速大小和分布规律基本一致，反映港池内潮流垂线平均流速流向特征差异较小的特点.

2 通航安全水文条件分析

通航安全是指在正常气象条件下，设计船型及标准吨位以下船舶在规定的航行水域内航行或靠离泊时不会发生事故.［5-6]影响通航安全的水文因素主要包括水流流速、水流流向与航道轴线的夹角和横流［7]，一般情况下这三者越小，船舶航行条件越好.另外，即使水流流向与航道轴线的夹角较大，但只要流速足够小，船舶的航行条件也较好.为避免潮流的横向作用，通常要求流舷角(船首线与水流流向之间的水平夹角)控制在±20°范围内，一般不宜大于30°，70 ～110°为最危险流舷角.［8]

南2号液体化工码头内、外侧港池水文特征分别依据上述测点G1，G2，G3和G4的水文数据进行分析.进入南2号泊位外侧港池附近航道为古雷港第II段主航道(见图1)，该段航道走向为352.3°/172.3°(航道正北向定义为0或360°);进入南2号泊位内侧港池附近航道为古雷港第II段主航道支线，支线航道走向为45°/135°;该码头前沿呈正南北向布置.

2.1 水文特征对船舶航行的影响分析

根据潮流实测数据统计，可得实测垂线平均流速流向、涨落急潮表层最大流速流向、实测涨落急潮垂线平均流速流向，见表6.

表6 水文特征统计

应用上述结果分析，船舶自古雷港第II段主航道和支线航道进入该码头内、外侧港池以及靠离泊的航行与潮流流向的关系及其影响如下:

(1)该码头前沿线呈正南北向布置，港池与古雷港第II段主航道相连;该码头港池水流流向相对于该段航道走向而言，航道与测点G4流向保持大约2.7 ～9.7°( ＜20°)的夹角，呈斜顺流或斜顶流航行，横流的影响较小;测点G3流向与南2号码头前沿走向大致一致，基本不会产生横流，有利于船舶靠离.

(2)进出南2号码头内侧泊位的古雷港主航道支线航道走向与测点G2涨落潮流向保持大约30～57°(＞20°)的夹角，船舶呈强烈斜顺流或强烈斜顶流航行，横流对出入港池航行的影响较大.G1处涨落潮流向与码头前沿夹角为0～12°(＜20°)，基本无横流，利于船舶靠离.

2.2 横流流速对船舶航行的影响分析

应用由水文特征分析所得到的最大流速及对应流向、涨落潮垂线平均流速及对应流向结果，对比航道走向计算各测点最大横流流速，见表7.

表7 第II段主航道内横流流速计算

由表7可知，外侧港池实测涨落潮最大流速、垂线平均流速对应的流向与古雷港第II段主航道走向夹角较小，产生的横流流速值均较小(＜20 cm/s)，不需要特别关注.内侧港池测点G2处潮流的流向与古雷港第II段主航道支线航道之间夹角较大，产生的横流速度较大，对船舶的出入港池航行影响比较显著，船舶容易发生偏离航线的情况.内、外港池泊位附近的测点G1和G3实测涨落潮最大流速、垂线平均流速对应流向与码头前沿走向基本一致，基本无横流，利于船舶的靠离.

2.3 船舶通航操纵分析

潮流使船舶速度产生变化，同时使船舶偏离计划航线或产生艏摇、飘移等情况，导致船舶搁浅或与航标发生碰撞.［9-10]综上可知，本工程附近水域涨潮流主要集中在偏N向，落潮流主要集中在偏S向.涨落潮流向基本与码头前沿平行，主航道与潮流流向交角较小，潮流对船舶影响较小.支线航道与潮流流向交角较大，潮流对船舶影响较大，因此船舶在支线航道航行时应对潮流的影响给予足够的重视，通过提高船速和增加压舵角控制船舶的保向性能，或借助拖船使船舶处于航道中心线上.［11]

船舶进港时应及早发现相应航标，根据航标的指示，在入港池前做好转向准备.［12]在航道中行驶的船舶应根据潮流情况合理调整潮流压角，保持船舶的航迹在航道中心线上，控制船速，进入港池.船舶离泊出港时应及时调整好船位，驶入出港航道.［13]进入航道后，利用航道浮标和DGPS系统核定船位，保持船舶航行于航道中心线上.根据航标的指示，在到达航道转弯前做好转向准备，使船舶顺利转入新一段航道.

建议当潮流流速较大，特别是在涨落潮时段，不需要乘潮通过的较小船舶应尽量在锚地或港池内停泊，待潮流平稳时再出入港池.同时，船舶进出港前应向当地海事部门通报，得到许可后方可航行，确保航道通航有序.

船舶靠泊时速度过大容易导致船舶与码头发生碰撞.［14]船舶离泊时，如船舶与码头横向距离拉开不足或者过早动车，尤其是在船舶掉头离泊时，船舶容易在风流的作用下回撞靠泊码头.［15]因此，该码头应配备足够数量的拖船协助船舶靠离泊，控制船舶的横移速度.

3 结论

(1)古雷港南2号液体化工码头作业区潮流为正规半日潮流，潮流运动呈明显往复流性质，涨潮历时与落潮历时大致相当.外侧港池涨潮流略占优，流向大致为N向;内侧港池落潮流略占优，流向为S向.内、外侧港池涨落潮垂线分布基本一致，而流速有自表层至底层逐渐减小的垂线分布规律.涨落潮最大流速一般出现在半潮面附近时段，最小流速出现在高、低平潮附近时段.

(2)港池通航条件安全性分析结果表明，古雷港南2号液体化工码头作业区外侧港池水流流向与船舶航行方向近似一致，船舶出入外侧港池航行基本上可不考虑潮流的影响，而出入内侧港池则呈强烈斜顺流或强烈斜顶流航行，容易偏离航线。因此，应引起注意，采取必要措施保障船舶航行安全.

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