如东LNG接收站码头选址与进港航道设计

刘红宇，赵家德（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）



如东LNG接收站码头选址与进港航道设计

刘红宇，赵家德
（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

如东LNG接收站是我国首次在辐射状沙洲复杂海区建设的大型LNG接收站，工程设计难度大，码头选址和航道设计尤为复杂和特殊。通过长期深入细致的研究，解决了工程设计中的诸多技术难题。自2011年投产以来，已安全平稳运行4年多，至2015年底累计接卸包括目前世界最大的26.7万m3LNG船100多艘次。

辐射状沙洲；潮汐通道；LNG码头；码头选址；航道设计

引　言

如东LNG接收站是我国首次在辐射状沙洲海区建设的大型LNG接收站，工程设计难度大。本文重点介绍该项目的码头选址、航道设计等两个方面的内容。

1　自然条件

江苏岸外射阳河口以南至长江口一带长约300 km的广大近海海域内，存在着由 70多条沙脊组成的呈辐射状分布的辐射状沙洲（见图1）。

该辐射沙洲规模宏大、滩槽动态活跃、海洋动力复杂，建港难度大。

位于该辐射状沙洲中南部的烂沙洋水道，水域宽阔、水深条件较好，该水道尾部存在一处浅滩沙洲—西太阳沙沙洲，这一“水道—沙洲”组合具有建设大型LNG接收站的可能。

为了进一步掌握该“水道—沙洲”海域的基础资料，开展了地形测量、水文观测、地质勘察和底质取样等大量的现场勘测工作。

图1　辐射状沙洲情势

地形测量的资料显示，烂沙洋水道尾部与黄沙洋水道尾部相互串通；烂沙洋水道的尾部又分为北水道、中水道和南水道，其中，烂沙洋北水道水深条件最好，从西太阳沙至外海，最浅处水深为-11.9m，西太阳沙附近深槽水深超过-17m；烂沙洋水道尾部的西太阳沙浅滩最高处约为3m。多年的地形资料显示，工程海域的“水道—沙洲”系统处于一种动态变化之中（见图2）。

图2　西太阳沙水域等深线变化对比

潮位资料显示，本海区潮差大，平均潮差达到4.61m，最大潮差超过8m。

潮流观测资料显示，本海区流速，大潮期间多个测点的流速超过2m/s，最大流速接近3m/s。

底质取样资料显示，本海区底质主要以粘土质粉砂、粉砂、砂质粉砂、粉砂质砂、细砂和中砂组成。其中：细砂分布最广，占现场测量区域总面积的45.6%，广泛分布于岸滩、沙洲及上段深槽内；其次为砂质粉砂和粉砂质砂，分别占 24.2%和20.4%，这两种砂主要分布于黄沙洋和烂沙洋深槽内；粉砂占6.8%，零星分布于黄沙洋、烂沙洋深槽及岸滩上；粘土质粉砂占2.5%，主要集中分布在烂沙洋南水道深槽内；而中砂仅占0.5%。

含沙量资料显示，本海区含沙量较大，实测底层最大含沙量2.53kg/m3，且呈现出以下特点：大小潮含沙量差别大，大小潮的比值超过 3；含沙量沿垂线分布差别大，底表层的比值介于2.1～3.9之间，并表现为大潮比值大、小潮比值小。

2　码头选址

在如此复杂的海域建设对安全稳定运行有着更高要求的LNG接卸港需要回答以下几个问题：

1）在滩槽动态活跃的西太阳沙海域，能否开发烂沙洋水道作为进港航道、能否开发西太阳沙浅滩使其具备建设LNG接收站的条件；

2）本海域潮流动力场的演变是否会影响本工程的建设；

3）工程建设是否会带来工程海域地形地貌的不利改变；

4）由恶劣海况造成的滩槽冲淤变化是否会对工程产生不利影响。

针对上述问题，在选址工作中，首先开展了港址海域“水道—沙洲”系统演变规律与稳定性研究的相关工作。依据大量水文、泥沙和滩槽变化实测资料，并通过波浪和水流共同作用下海床泥沙活动性试验，对烂沙洋水道演变规律和西太阳沙稳定性特征进行了全面系统的论证，得出了以下基本结论：

1）工程海域内的滩槽总体格局与太平洋前进潮波和南黄海旋转驻潮波两大潮波系统辐合的流场环境相一致，决定了其滩槽总体格局在相当长时间内相对稳定，利用辐射沙洲深水潮流通道进行海港开发具有可能的条件。烂沙洋水道相对稳定，呈现出“北水道南逼、中水道西延、南水道扩展”的演变趋势。

2）西太阳沙浅滩虽呈现一定的冲淤变化，但沙洲-5m以下区域处于相对稳定的状态。该区域的东北侧40余年来一直呈冲刷动态。

3）在平均波浪情况下只有5m水深以浅海域泥沙是活动的，在 50年一遇波浪的影响下，可以使-6～-16m以深的泥沙起动。反映出大浪作用下西太阳沙海域泥沙有较强活动性，大浪是造成滩槽短期冲淤波动的主导动力。

根据上述研究结论，将LNG码头布置在烂沙洋北水道深槽内，在西太阳沙沙洲上建设人工岛，用于布置LNG接收站。码头与人工岛相距约2 km，采用透空栈桥连接（见图3）。

图3　LNG码头及航道总平面布置

针对 LNG码头与人工岛的选址布置方案，又开展了 LNG接卸港与动力泥沙环境和滩槽演变环境的适应性研究和风暴潮对 LNG接卸港人工岛稳定和码头运行影响研究两项工作。通过研究，得出了以下基本结论：

1）工程建设对本海域水道潮量的影响很小，各水道之间的潮流动力也没有因工程建设带来变化。

2）工程建设后，将会在建筑物周边发生一定的冲淤变化，但冲淤变化仅局限在建筑物周边局部区域，不会对整体格局造成不利影响。

3）在现状滩槽地形条件下，不同重现期大浪作用下，人工岛岛壁前沿将发生冲刷，最大冲刷深度接近4m；大浪可对LNG港池产生的1m左右的短期淤积在。

通过对工程海域自然条件和工程稳定性的全面系统研究，得出了“烂沙洋北水道基本稳定、西太阳沙核心部位基本稳定、建设LNG接卸港没有颠覆性问题”的基本结论，证明了在西太阳沙海域建设大型LNG接卸港在技术上是可行的。

3　进港航道设计

本项目到港设计船型见表1。

表1　设计船型主尺度

根据《海港总体设计规范》的规定，本项目航道设计水深为15m，设计宽度为345m。按照《液化天然气码头设计规范》中“液化天然气码头进出港航道设计水深的计算基准面宜采用当地理论最低潮面”的规定，本工程航道设计底高程为-15.0m。

本海区测图资料显示，烂沙洋北水道整体水深较大，但进港航道中部存在一段水深较浅的区域，其中最浅处高程为-11.9m，天然海底高程浅于-15.0m的区域约有16 km长。若按照《液化天然气码头设计规范》的要求，进港航道总挖方量约1 500万方。航道回淤分析研究表明，烂沙洋北水道在整体上是稳定的，在水道内开挖进港航道在技术上是可行的。但是，由于本工程所在海域泥沙运动较为活跃，航道开挖后将会产生较大的泥沙回淤，根据预测，本项目航道开挖后，年回淤量在400万方左右。

由于本项目是该港第一个项目，且运量较小，一期工程只有350万t/a，仅依靠本项目的经营难以承担航道的开挖和维护费用；加之本海域泥沙运动复杂，航道开挖存在较大的风险。根据测算，在年运量为350万t时，折合每6天才有一个航次，航行密度很低。基于上述分析，提出了利用天然水深，近期采取乘潮进港的设计方案。

烂沙洋北水道最浅处的水深约为-11.9m，考虑船舶乘潮进出航道时，乘潮水位不应低于3.1m，乘潮延时不应少于3 h。本地区为规则半日潮海区，通过对当地实测潮位资料统计，当地平均海平面为3.93m，当乘潮水位为3.1m，保证率为100%时，乘潮延时大于 6 h，大大超过船舶在航道内航行的时间。

鉴于 LNG船舶只允许在白天进出港口，且对船舶滞期有较严格的要求，为了进一步分析 LNG船舶乘潮进出港口的可靠性，对乘潮水位进行了复核。复核方法如下：

1）每月选取大、中、小潮各一天的潮位逐时观测记录，作潮位过程线；

2）根据LNG船舶只能白天进港的通航特点：日出至日落为白天，日落至次日的日出为夜间来划分；

3）日出至日落每天取一个潮乘潮水位3.1m的延时；

4）对乘潮延时进行统计。

复核结果见表2。

表2　乘潮水位延时复核结果

从表2中可知，乘潮水位为3.1m的对应乘潮延时，最短延时也达到3.0 h。因此，即使在小潮的情况下，每天（白天）亦可保证有一个潮次供LNG船舶乘潮进港。

LNG船舶采用乘潮方式进出港口，一旦LNG船舶在码头系泊期间出现紧急情况需要离泊，而潮位不满足船舶出港需要时，LNG船舶将无法离泊出港，届时将可能给船舶或码头带来安全风险。为了解决这一问题，在设计中采用了设置应急内锚地的方案。应急内锚地布置在港池的东侧距码头约1 800m处，设置了1个直径为1 180m的应急内锚地，锚地边缘距航道边线345m。应急内锚地范围内，天然泥面底高程均低于-14.4m，无需疏浚即可满足本工程LNG船舶逃离码头至应急内锚地锚泊的使用要求。

LNG船舶采用乘潮方式进出港口，在国内LNG接收站尚无经验。本项目是国内第一个采用乘潮方式进出港口的LNG接收站。自项目投产以来，共接卸了一百多艘次LNG船舶，其中曾出现过1个月接卸8艘LNG船舶的情况，航道的实际使用情况证明，设计提出的航道方案是可行的、合理的。

4　结　语

如东LNG接收站是我国首次在复杂的辐射状沙洲海区建设的大型 LNG接收站，该项目目前已通过整体验收。本项目的建设填补了在辐射沙洲建设10万t级以上码头的空白，为洋口港后续港口项目的开发建设奠定了重要基础，也为其它类似海区的港口建设提供了有益借鉴。

Site Selection and Approach Channel Design For Rudong LNG Receiving Terminal

Liu Hongyu，Zhao Jiade
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

The design of the LNG Terminal at Rudong in Jiansu Province，the first one ever designed along the coast of East China in the complex waters with radial sand bars （the ones in outstretched-fingers shapes），presents a great difficulty，particularly in the selection of the terminal site and the design of the approach channel.The technical conundrums encountered in the process of the design have been solved through meticulous studies and painstaking efforts.Since 25th of May in 2011，when the terminal accommodated its first LNG carrier，the terminal has been operated in ease and safety for consecutive five years.Counting to the end of 2015，it has accommodated more than a hundred LNG carriers，including one of the largest in the world with capacity of 267 000m3.

radial sand bars； tidal passage； LNG terminal； terminal site selection； design of approach channel

U651

A

1004-9592（2016）04-0025-04

10.16403/j.cnki.ggjs20160406

2015-11-30

刘红宇（1966-），男，高级工程师，主要从事港口工程总图设计工作。