古雷东港区泊位工程泥沙淤积研究

汪乐强

摘 要：通过建立古雷东港区潮流数学模型，采用泥沙回淤计算公式，计算了3种不同的港区平面布置下工程区域泥沙回淤量，得出3种方案实施后，工程区域回淤范围略有差异，回淤强度比较接近。

关键词：泊位工程 数值模拟 泥沙回淤 方案比选

近年来，随着古雷港区石化项目的相继落地，带动一批临港产业的建设发展，同时，政府出台的一系列支持港口发展的政策，带动了港口散杂货吞吐量的不断增长。为改善厦门港古雷港区港口基础设施差，促进临港工业发展，推动古雷经济区开发建设，需对港口建设合理规划，提高港口的服务水平。由于港口岸线是港口建设和发展所必需的基础要素，是稀缺且不可再生的宝贵战略资源。合理高效地利用当地有限的港口岸线资源，对于充分发挥港口强大的辐射功能和经济带动作用，更好地促进当地经济社会发展具有十分重要的作用。

为此，本文通过建立二维水动力数学模型，采用刘家驹提出的泥沙回淤计算公式，预测和比较了不同工程方案下港区泥沙回淤分布，为实际工程提供参考。

1.海域概况

古雷半岛位于福建省南部海岸，古雷港口经济区处于厦门、汕头两个特区的中点，与台湾隔海相望，具有明显的对台地缘人缘优势以及区域经济协作优势。经济区距台湾澎湖98海里，距厦门77海里、公路138公里，距汕头72海里、公路146公里，距香港230海里，具有承东启西、沟通南北、通江临海的优势，区位十分独特，是承接港澳台地区产业转移的便捷区域。

古雷东港区潮汐形态呈现明显的半日潮特征。工程水域内涨落潮主流向受地形制约（图1），其中，C2站和C3站涨落潮主流向为N-S向，落潮时流向由港内指向口门外，涨潮时由港口口门外指向港内；C8站主流向为NW-SE向；工程水域南侧海域涨落潮主流向为NE-SW向；工程水域北 侧海域涨落潮主流向呈两种特征，C5站和C6站靠近岸边，涨落潮主流向于岸线基本平行，其中C5站涨落潮为主流向涨落潮主流向为NE-SW向，C6站涨落潮主流向为N-S向；C4站和C7站离岸较远，呈明显的旋转流特征。

工程海域含沙量小，且垂向分布具有表层低、底层高的显著特征。大潮期间各站垂线平均含沙量在0.049kg/m3～0.091kg/m3之间，中潮期间在0.049kg/m3～0.087kg/m3之间，小潮期间在0.058kg/m3～0.092kg/m3之间。各站含沙量平面变化很小，最大值与最小值之间仅差0.025kg/m3。各站涨、落潮含沙量变化不大，落潮垂线平均含沙量介于0.046kg/m3～0.095kg/m3之间，平均值为0.066kg/m3，涨潮垂线平均含沙量介于0.049kg/m3～0.092kg/m3之间，平均值为0.065kg/m3。

2.潮流数学模型

2 . 1基本方程

水流控制方程通常可用两种形式（即Euler形式和Lagrange形式）来表达，两种形式都可用来描述同一物理过程。由于拉氏坐标是建立在流体质团上，跟随质团运动，随体导数说明沿流线相应物理量随时间的变化率，采用欧拉-拉格朗日差分，使方程变得较为简单，水流控制方程组如下：

2 . 2模型网格剖分

考虑到工程海湾的地貌复杂特征，计算网格非结构三角形网格，在码头附近网格有所加密，最小网格单元空间尺度为10～15m。方案计算时对码头所在的局部水域采用2014年实测最新地形进行修正，单元数共计65000多个。模型边界由东中国海潮波模型提供。数学模型计算范围与网格见图2。

2.3模型验证

验证资料采用水文测验单位提供的2013年12月在工程附近海域进行的水文测验的实测资料，具体站位布置图见图1。

本次数值模拟为大、中、小潮连续模拟，时间段为：2013年12月17日00时到2013年12月27日00时。

通过验证，模型与原型符合良好，模拟精度满足研究的需求。限于篇幅，此处仅列出古雷站潮位验证过程以及C3测站大小潮流速流向验证过程，见图3～图6。

3.泥沙回淤计算

3. 1 泊位工程方案布置

福建古雷东港区规划建设总平面布置考虑以下三组方案，分别见图7-图9。各方案的差异主要体现在：

（1）港区外侧防波堤的布局，如方案一和方案二，方案一中防波堤采用单防波堤形式，防波堤位于港池北侧，方案二中防波堤为南北两处，北侧防波堤走向更偏向于东侧，方案三则采用离岸式防波堤；

（2）港池位置，方案一和方案二的港池布局基本一致为挖入式港池，方案三港池采用顺岸布置形式。

3.2不同工况回淤预测

海岸工程中可能造成泥沙回淤的原因通常是泥沙在风浪作用下被掀起，并在潮流作用下输移，即所谓的风浪掀沙潮流输沙。涉海工程实施后，水动力环境发生了改变，原先动态平衡的动力格局重新调整，引发泥沙的冲淤过程。

为此，在海区潮流数值模拟的基础上，结合《海港水文规范》中泥沙回淤公式预测，给出了港区周边的淤积强度分布（图10～12）。

从预测结果可以看出，方案一～方案三实施后，港区周边海域由于水动力减弱，存在一定程度的泥沙回淤，回淤强度在0.10～0.20m/a，港池内最大回淤强度在0.20m/a。回淤范围主要集中在防波堤与陆地岸线所围的区域，方案三由于采用的是顺岸式码头结构，回淤区域主要集中在防波堤背水区，回淤强度稍弱于方案一和方案二。航道区内未见明显的回淤分布，总体来看，由于工程海域动力较强、含沙量相对较低，泥沙落淤的强度不大，三个方案实施后，回淤范围略有差异，回淤强度比较接近。

4.结语

采用潮流数学模型结合泥沙冲淤计算公式，估算各方案实施后工程区域及周边海域的泥沙冲淤强度分布，得出：

（1）方案一～方案三实施后，港区周边海域由于水动力减弱，存在一定程度的泥沙回淤，回淤强度在0.05～0.20m/a，港池内最大回淤强度在0.20m/a左右，回淤范围主要集中在防波堤与陆地岸线所围的区域。

（2）方案三由于采用的是顺岸式码头结构，回淤区域主要集中在防波堤背水区，回淤强度稍弱于方案一和方案二。

（3）航道区内未见明显的回淤分布，总体来看，由于工程海域动力较强、含沙量相对较低，泥沙落淤的强度不大，三个方案实施后，回淤范围略有差异，回淤强度比较接近。

参考文献：

[1]福建省港航管理局勘测中心.漳州码头水文泥沙测验分析报告[R].福州：福建省港航管理局勘测中心，2014.

[2]国家海洋局第三海洋研究所.漳州港古雷港区南2#、9#泊位工程水文测验及分析报告[R].杭州：国家海洋局第三海洋研究所，2009.

[3]中华人民共和国交通部.《海港水文规范》（JTJ/T213-98）.北京：交通出版社，1998.

[4]中国水利学会泥沙专业委员会.泥沙手册[Z]：中国环境科学出版社，1992.

[5]中华人民共和国交通部.《海岸与河口潮流泥沙模拟技术规程》（JTJ/T238-98）.北京：交通出版社，1998.

[6]刘家驹.海岸泥沙运动研究及应用[M].北京：海洋出版社，2009.