滨海月亮湾海滨浴场整治工程平面方案优化

刘玉倩，韩春晓

（1.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津300220；2.中交天津航道局有限公司，天津300461）

滨海月亮湾海滨浴场整治工程平面方案优化

刘玉倩1，韩春晓2

（1.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津300220；2.中交天津航道局有限公司，天津300461）

月亮湾位于江苏滨海县废黄河口，北侧紧邻翻身河口，是江苏苏北地区少有的天然海滩之一，但是由于水体浑浊无法满足游客下海游泳的需求。为了配合滨海港城发展，规划新建一座海滨浴场。通过对比国内典型海滨浴场的水体含沙量，提出海滨浴场的使用要求为近岸水体含沙量不大于0.2 kg/m3。通过分析侵蚀性海岸特征和含沙量分布情况，从降低近岸水体含沙量的角度出发需要新建环抱式防波堤，提出口门-3.0 m、-4.0 m及-5.0 m布置方案，并采用二维潮流数模对流场及含沙量场进行模拟计算，对三种平面布置方案进行综合研究比较，得出-4.0 m方案为最优方案。

环抱式防波堤；侵蚀型海滩；含沙量；平面方案

1 工程概况

工程位于江苏省盐城市滨海县废黄河入海口附近海域，是苏北地区少有的天然海滩之一，与北侧翻身河口间距1.3 km，与北侧滨海港直线距离仅4.5 km，属于较为典型的侵蚀性海岸，海岸防护问题十分突出。2016年，滨海港城建设重点打造五个之最，即：黄海之滨最大的蓝沙海滩、最宏伟的黄海三面大佛、最浪漫的渔港风情街、最长的海堤景观平台和最生态的灵龙湖科教旅游基地。本工程即为其中的“蓝沙海滩”工程，但是由于侵蚀性海岸的特点，岸滩被冲刷掀扬的泥沙进入水体后，使得工程区水体含沙量较高。特别是近岸区域，平均含沙量可达1.0 kg/m3。为减小近岸沙滩附近水体含沙量，达到“蓝”的效果，拟在海湾南北两侧建设两道防波挡沙堤，形成环抱式半封闭港湾。

总平面布置方案主要考虑潮流、波浪、泥沙和地形地质等自然条件，并结合施工方法、施工工期和工程投资等多方面因素[1]。

2 自然条件

2.1 潮流

本工程海域潮流属规则半日潮流，具有明显的往复流特性。流速较大，最大流速自表层向底层逐渐减小。流速的大小与水深密切相关，呈现“岸边小、外海大”的特点。大部分垂线海流涨潮主流向在SE—SSE附近，落潮主流向在NW—NNW附近。涨潮流速大于落潮流速，落潮历时略大于涨潮历时。

2.2 波浪

该区常浪向为ENE向，次常浪向为NE向，出现频率分别为12.85%，11.17%，强浪向为NE向，该向H4%≥1.3 m的波高出现频率为0.95%，H4%≥1.6 m的波高出现频率为0.25%[2]。

2.3 地貌分析

废黄河三角洲海岸自1855年黄河从山东北归入海以后，主要的陆域泥沙来源被断绝，海岸一直处于侵蚀过程。经波浪筛选，较细颗粒被潮流带走，较粗颗粒继续留在岸滩上。

废黄河水下三角洲的侵蚀主要表现在以-10 m水深为代表的三角洲前缘的侵蚀内移。对比1904年与1937年的两版海图，图中-10 m等深线与岸滩间距由120 km缩窄至仅20 km，侵蚀范围达100 km，可见这33 a间的水下岸滩侵蚀非常迅速。而从1965年的海图上测量，-10 m等深线距离岸边12 km，从1937—1965年这28 a间侵蚀范围仅8 km，侵蚀强度开始趋于平缓。1994年水下测量数据显示，-10 m等深线距岸约5 km，即从1965—1994年这29 a间后退7 km，平均每年内移约240 m。经过1个世纪的演变，该海域-10 m等深线的内移速度已经趋于平缓[3]。

经过1989—2007年间多次水下地形测量及5条固定断面（图1）的测量，分析1989年11月、1993年5月、1994年1月及2004年5月的测量资料，可得出海岸近期侵蚀动态结论（表1）。岸坡侵蚀强度最大的部位在-2～-10 m，等深线内移速度从每年几十米到上百米不等。-2.0 m以浅的海滩侵蚀也在继续，其中1994年12月至1997年 9月，六合庄南段0 m线平均后退约40～50 m/a，-1.0 m线平均后退约25 m/a。

图1 水下测量固定断面示意图Fig.1Settled sections of underwater survey

表1 各断面等深线侵蚀速度表Table 1Erosion velocity of isobaths at each settled sections

断面I靠近废黄河口，也就是本工程拟建海滨浴场位置，-2 m、-5 m和-10 m等深线分别以70 m/a、130 m/a以及20 m/a的速度内移，目前天然的沙滩范围也将随之不断缩小，这成为海滨浴场建设的第一个难点。

2.4 含沙量分析

在岸线仍遭侵蚀后退岸段的潮上带和潮间带的上部属粉沙淤泥带，主要出露古黄河沉积的黏土层，中值粒径约0.008 mm，其中黏土含量为25%～30%，粉沙含量为70%左右，主要沉积物为粉砂[4]。

本海区水体含沙量呈近岸较高，向深水区明显降低的分布特征。实测资料显示，-2 m以浅水域含沙量可达1.3 kg/m3以上，-4 m等深线附近年平均含沙量约1.0 kg/m3，而-10 m等深线水域年平均含沙量降低为0.5 kg/m3，-20 m以深海域平均含沙量则不足0.1 kg/m3（如图2）。本工程拟建海滨浴场供游客休闲度假，因此近岸水体的高含沙量成为了本工程的第二个难点。

图2 工程区海域年平均含沙量场分布（单位：kg/m3）Fig.2Mean annual sediment field distribution of project sea area（kg/m3）

3 研究内容

3.1 海滨浴场整治标准

参考山东潍坊滨海旅游度假区人工沙滩、天津东疆湾海滨浴场及上海碧海金沙水上乐园等工程实例，适宜游客游泳的近岸水体含沙量不大于0.2 kg/m3。同时，考虑到工程海域的实际情况，天然水深-4 m以浅的水域天然含沙量已经大于1.0 kg/m3，因此整治难度较大，综合分析将整治标准调整为每年旅游旺季时（6月中旬至9月下旬）近岸海域水体含沙量不大于0.2 kg/m3。

3.2 研究内容

本工程位于侵蚀型海岸沿线，近岸底质分布主要为粉砂，天然水体含沙量高达1.3 kg/m3。同时，工程北侧距翻身河口仅1.3 km，而且流速较大。以上几点均对海滨浴场的水体环境和稳定性产生不利影响，防波挡沙堤的建设主要应对以上几点。

3.3 研究方案

根据经验，防波挡沙堤的口门开口越大，湾内水体交换条件越好，但是对湾内水流的流态影响越大；口门位置离岸越远，圈围范围越大，工程建成后圈围水域近岸含沙量越小，但是湾内的淤积量也会很大，同时，由于整治建筑物伸出岸边距离较远，也会对周边水动力环境产生不利影响。研究方案需要平衡各方面因素，由此本工程防波挡沙堤平面布置共提出了3类方案，其口门位置分别布置于-3.0 m、-4.0 m和-5.0 m水深处，如图3，口门宽度暂定100 m，各方案参数见表2。

图3 不同方案平面布置示意图Fig.3Layouts of different options

表23 类方案参数表Table 2Parameter of 3 options

为了深入比较不同平面布置方案的优缺点，由试验单位建立了工程海域的平面二维潮流泥沙数学模型，利用东中国海潮波数学模型模拟两大潮波系统在江苏岸外辐合的潮波运动，由此建立南黄海海域潮流数学模型，并以此建立工程区模型计算分析各方案实施后的流场和含沙量场分布。

3.4 研究方案对周边水动力环境的影响分析

工程区位于废黄河闸下的湾内，涨潮时主要为东南流，落潮主要为西北流，湾内流速相对较小，由岸向外海流速有逐渐增大趋势。对比3个方案的流矢图得出，防波挡沙堤对涨潮东南流和落潮西北流均存在局部的阻水、挑流作用。-3.0 m方案堤身南北两侧1 km范围内由于阻水作用，平均流速减小5～20 cm/s，堤头1 km范围内由于挑流影响平均增大5～15 cm/s，对北侧翻身河口的水动力无影响。-4.0 m方案对水动力场的影响与-3.0 m方案基本一致。而-5.0 m方案对流态的影响明显大于以上两个方案，堤身南北两侧2 km范围内由于阻水作用平均流速减小5～20 cm/s，堤头1.5 km范围内由于挑流影响平均流速增大5～15 cm/s，而且已经影响到北侧的翻身河口，翻身河口水动力减小2～5 cm/s[5]。

考虑到翻身河口的流速稳定性，-5.0 m方案较另外两个方案显示出较大的局限性。因此，选用-3.0 m方案和-4.0 m方案进行进一步研究。

3.5 研究方案对含沙量及泥沙淤积的影响分析

含沙量场的分析基于-3.0 m方案和-4.0 m方案进行，两个方案口门处年平均含沙量分别为1.1 kg/m3和1.0 kg/m3。根据工程建设后不同时刻湾内水流流态和水流强度分布特征，将湾内水域分成7个区域进行研究。

-3.0 m方案涨潮期间在湾内形成逆时针回流，港外高含沙量水体进入湾内后，主要淤积在口门附近，见图4。回流影响范围内（二区、三区）3个月的淤积量为0.8～0.9 m；随湾内泥沙沿程落淤，近岸水体含沙量逐渐减小，淤积幅度也越来越小，至近岸六区、七区，3个月的淤积幅度为0.02～0.05 m。含沙量的分布也呈现了由口门向近岸逐渐减小的趋势，口门处一区至三区的含沙量均可达1.0 kg/m3以上，至五区，含沙量降至0.5 kg/m3，至近岸段南侧的七区含沙量才降至0.2 kg/m3，近岸段的北侧仍属于六区，水体含沙量介于0.2～0.4 kg/m3。

图4 -3.0 m方案淤积计算分布图（3个月）Fig.4Sedimental carculation of-3.0 m option(3 months)

-4.0 m方案与-3.0 m方案的流态类似，主要淤积也是发生在口门附近，见图5。回流影响范围内（二区、三区）3个月的淤积量为0.8～0.9 m；至近岸六区、七区，3个月的淤积幅度降低为0.02～0.04 m。含沙量的分布较-3.0 m方案有较大改善，口门处一区至三区的含沙量约为0.8～1.0 kg/m3，五区含沙量降至0.6 kg/m3，至近岸区含沙量0.2 kg/m3，不仅近岸段含沙量小于0.2 kg/m3的范围可以覆盖整条岸线，从口门至岸线的沿程含沙量也大幅下降[5]。

图5 -4.0 m方案淤积计算分布图（3个月）Fig.5Sedimental carculation of-4.0 m option(3 months)

试验数据显示，两个方案中，-4.0 m方案可以实现近岸水体含沙量降至0.2 kg/m3的目标。

3.6 综合比选

综合分析，认为口门-4.0 m平面方案既可以满足整治标准的要求，又不会对周围水动力环境尤其是翻身河口的流态产生影响。平面方案整体评价见表3。

表3 平面方案整体评价表Table 3General evaluation of overall plans

另外，由于防波挡沙堤的平面布置和堤身长度直接关系到工程的施工方法、施工工期和工程投资，在满足需要的前提下选用较为经济合理的方案，-4.0 m方案为最佳方案。

4 结语

月亮湾位于苏北侵蚀性海岸，具有高水体含沙量的特征。本文通过3类平面方案进行对比研究，以达到保护岸滩、降低近岸水体含沙量至夏季下海游泳的目的。目前，整治工程正在建设中，北堤已建设完成，南堤堤身也已向海侧推进完成了550 m。尽管还没有全部竣工，但是从卫星图上已经可以看到工程海域水体工程前后已经发生了明显变化，工程后堤身内侧海水颜色明显变浅变蓝，含沙量大幅下降。

[1]JTS 165—2013，海港总体设计规范[S]. JTS 165—2013,Design code of general layout for sea ports[S].

[2]JTS 145—2015，港口与航道水文规范[S]. JTS 145—2015,Code of hydrology for harbour and waterway[S].

[3]中交第一航务工程勘察设计院有限公司.盐城港滨海港区中电投煤炭码头一期工程工程可行性研究报告[R].天津：中交第一航务工程勘察设计院有限公司，2010.

CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.Feasibility study report on the phase I coal jetty project of CPI of Binhai Terminal of Yancheng Port[R].Tianjin:CCCC First Harbor Consultants Co., Ltd.,2010.

[4]南京水利科学研究院.江苏滨海港10万吨级航道工程海岸稳定性和泥沙运动研究[R].南京：南京水利科学研究院，2007.

Nanjing Hydraulic Research Institute.Research on coastal stability and sediment movement of 100 000 t channel project of Binhai Terminal in Jiangsu[R].Nanjing:Nanjing Hydraulic Research Institute,2007.

[5]南京水利科学研究院.滨海县“碧海”工程生态提升效果数学模型研究[R].南京：南京水利科学研究院，2016.

Nanjing Hydraulic Research Institute.Study on mathematical model of'blue sea'ecological improvement project in Binhai[R].Nanjing:Nanjing Hydraulic Research Institute,2016.

[6]JTS 154-1—2011防波堤设计与施工规范[S]. JTS 154-1—2011,Code of design and construction of breakwaters [S].

Optimization of overall plans of Yueliangwan Beach regulating project in Binhai

LIU Yu-qian1,HAN Chun-xiao2
（1.CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.,Tianjin 300220,China; 2.CCCC Tianjin Dredging Co.,Ltd.,Tianjin 300461,China）

Yueliangwan is located at estuary of Feihuanghe in Binhai Country.It is next to estuary of Fanshen River in the north,and is one of the rear natural beach in north of Jiangsu Province.But,it could not satisfy the requirement of swimming for visitors because of the muddy water.In order to coordinate with the development of port city in Binhai,it is planned to build a new bathing beach.Comparing with the sediment concentration of typical bathing beaches in China,the standard of sediment concentration in nearshore water area is no more than 0.2 kg/m3.We analyzed the characteristics of erosion beach and the sediment distribution,the surrounding breakwater is needed from the point of view of reducing the sediment concentration nearshore,we proposed the overall plans with entrance of breakwater set in-3.0 m,-4.0 m and-5.0 m.Adopted with 2D numerical model of current and sediment,the current and sediment concentration are simulated and calculated.Comprehensive comparison of the 3 plans scheme shows that-4.0 m scheme is the best.

surrounding breakwater;erosion beach;sediment concentration;overall plan

U652.72

A

2095-7874（2017）06-0067-05

10.7640/zggwjs201706015

2017-03-03

2017-04-23

刘玉倩（1984—），女，河北衡水人，工程师，硕士研究生，主要从事港口及航道总体设计工作。E-mail：liuyuqian@fdine.net