厦门南部航道自然条件分析及建设方案研究

2019-10-10林姗

福建建筑 2019年9期

林姗

(福建省港航勘察设计研究院福建福州 350002)

0 引言

翔安港区是厦门港未来发展的重要港区之一，其进港航道(即刘五店航道)在运营过程中易受政治因素影响，开通厦门南部航道不仅可作为翔安港区进港备用通道，同时能够起到联系厦门东、西港区的作用，解决港内驳运问题，从而推进厦门港口结构调整[1]。

由于水深条件良好的大、小金门水道和厦门东侧水道(南段)均处于台湾控制水域内，若要避开控制水域，进出翔安港区的船舶，只能绕道大担岛北侧的船路礁浅滩，乘潮通航至烟屿西侧再接入刘五店航道。船路礁浅滩水浅滩长，开辟深水航道困难较大，工程的关键在于浅滩的可挖性、航槽开挖后的回淤强度，以及滩槽的稳定性。因此，开展船路礁浅滩开挖建设厦门南部航道的研究工作很有必要[2]。

1 海域水动力条件

1.1 浅滩水文

厦门湾海域潮波为正规半日潮，潮差较大，属于强潮海域。来自外海的潮流经过大、小担岛后分别进入厦门九龙湾、西海域和同安湾海域，船路礁浅滩正好位于两股水流的交汇处，加上大、小担岛对波浪的掩护作用，水动力和波浪动力均较弱，因而形成大范围的浅滩[3]。

1.2 地形地貌

船路礁浅滩，北临厦门岛白石炮台海岸，东南为大担、二担等岛屿群，东北为厦门东侧水道，西南为青屿水道。船路礁浅滩南北长约4.3km，水深小于5.0m，浅滩东西平均宽约5km，浅滩宽阔平缓，最浅水深仅0.9m。浅滩将大担岛和白石炮台海岸连成一片，横亘于青屿水道和厦门东侧水道之间。浅滩西侧等深线走向近西北—东南向。浅滩平面形态近于倒梯形，即北面宽南面窄，横向上则为中部隆起、两侧渐深的形态。底质主要为含贝壳的泥质沙。除船路礁盘外，未发现其它礁石出露。

2 船路礁附近海床演变分析

2.1 历史冲淤演变分析

船路礁浅滩的水下地形资料较少，已收集到的只有1938年海图(1∶25000)、1959年海图(1∶50000)、1995年东海域测图(1∶5000)和2004年7月测图(1∶10000)。从这4个不同年份的测图水下地形分析，60多年来，浅滩水下地形没有格局变化。1938年～1995年的年间，浅滩平均淤积仅15cm，1995年～2004年近10年间浅滩水深仅相差1cm，淤积十分缓慢。

从钻孔资料揭示地层特征及变化表明，历史时期船路礁浅滩附近曾有过大流速出现，搬运中粗砂等粗颗粒沉积物沉积，既有海相沉积又有陆相沉积，反映浅滩是在漫长的历史时期内逐渐沉积形成。

2.2 近期冲淤变化

图1为2004年7月～2015年6月工程海域地形冲淤变化等值线图(正为淤)。由图1可以看出，与2004年地形比较，2015年主要变化为：

(1)厦门主航道东侧600m以内出现0.2m～1m左右的淤积，且从南向北逐渐减少。

(2)厦金航道两侧300m～400m范围略有淤积，西侧淤积0.2m～0.6m，东侧0m～0.2m。

(3)两航道之间的其它区域略有冲刷，冲刷幅度0.2m～0.6m。

(4)船路礁～厦金航道东侧为冲刷区，其中船路礁西侧2km出现与厦金航道走向基本一致的冲刷带，最大冲刷深度达3m以上；其次是与拟建航道走向一致的冲刷带，最大冲刷深度2m，据了解为航道疏浚所致；测图其它区域冲刷0.2m～0.8m。

(5)船路礁以东区域，冲淤总体处于平衡状态。

图1 拟建南部航道海床2004年7月～2015年6月冲淤变化(正为淤)

3 厦门南部航道建设方案

3.1 航道平面布置及设计通航标准

由于受水下地形条件以及台湾控制水域的限制，进港航线选择的余地不大，在航道起点(即主航道4#锚地附近)选择两个航线方案进行比较，穿越船路礁浅滩段航线唯一，即在海上一日游航线的基础上进行拓宽增深。厦门南部航道航线选择比较如下：

(1)平面布置方案一

航线自主航道四担岛附近的N1点起，沿NNE方向穿越4#锚地边角，于N2点接入一日游航道至烟屿西侧的H点。航线全长约8.8km,如图2所示。

(2)平面布置方案二

航线自主航道附近的N1′点为起点，沿ENE方向穿越4#锚地，接入一日游航道至烟屿西侧的H点。航线全长约8.6km，如图3所示。

根据翔安港区货运量现状、自然条件、现有航道运营状况以及业主的相关要求，厦门南部航道通航标准为满足5万吨级船舶乘潮、单线通航，兼顾5千吨级船舶乘潮、双线通航。

图2 方案一平面布置图

图3 方案二平面布置图

3.2 二维潮流数学模型计算、泥沙回淤分析研究

根据初步的设计方案，通过二维潮流数学模型计算，研究厦门南部航道规划方案的水动力特性，计算分析航道工程对海岸动力、岸滩的影响及航道回淤情况，从水流和泥沙淤积角度对方案进行优化并提出建议，为航道工程可行性研究提供依据。

3.2.1计算工况

(1)工程前(P0)

2015年厦门湾现状边界地形，高集海堤开口850m+210m，东西海域清淤完成，双鱼岛建成。

(2)方案一

P0基础上，南部航道方案一形成，航道底标高-10.2m，宽度170m，边坡1∶7，航道东段长5115m，走向59°～239°，航道西段长3639m，走向31°～211°。

(3)方案二

P0基础上，南部航道方案二形成，航道底标高-10.2m，宽度170m，边坡1∶7，航道长8645m，走向均为59°～239°。

3.2.2数模研究结论

(1)该项研究建立了厦门湾、大嶝岛和围头湾大范围二维潮流数学模型，2008年9月水文测验大、小潮验证结果良好，满足规范要求，本模型可以较好地模拟厦门湾海域潮流场。

(2)水流计算分析结果表明，规划南部航道流速分布为两头大、中间小，西侧大，东侧小。各方案实施后，需航道段流速均有一定程度减小，挖深越大，流速减小越多。由于航道与水流流向夹角较大，涨、落急时航道内横流相对较大，计算大潮条件下最大横流1m/s左右。为避免横流对船舶安全影响，建议根据船舶性能，选取平潮流速较弱时段通过。

(3)回淤计算结果表明，正常条件下，不同方案航道年回淤厚度0～0.82m/a，航道年回淤量30～65万m3。一般情况下，航道开挖越深，回淤越大。10年一遇风浪条件下，短期淤积最大0.09m，回淤量3.4～7.5万m3。

(4)与工程前比较，各方案对厦门湾主要航道锚地流场没有影响，对航道东段北侧滩面流速和波浪基本没有影响，因而，南部航道实施对周边海域及厦门岸滩没有明显不利影响。

(5)方案一规划航道开挖深度最大超过7m，在潮流和波浪作用下，航道开挖初期航道两侧床面将出现一定程度冲淤调整，并将增加航道短期淤积量，航道疏浚时需预留足够的超挖水深。

(6)根据工程经验，一般建设初期航道回淤量较大，年回淤可能超过1m，建议加强航道开挖后现场监测，必要时先开挖一段试挖槽并及时跟踪航道回淤情况。

3.3 航道设计优化

考虑到航行实际情况，结合数模试验结论，对航道做进一步优化。

3.3.1航道通航宽度

根据数模试验结论，N1～N2航段横流较大，最大横流接近1m/s，发生在落急时段，N2～H航段横流相对较小，大约在0.2m/s～0.55m/s之间，考虑到本次船舶为乘高潮进港方式，高平潮时段流速相对较小，因此，风流压偏角取10°计算。5万吨级船舶单线通航宽度取185m，同时可满足5千吨级杂货船双线通航要求。航道通航宽度计算如表1所示。

表1 航道通航宽度计算表

根据航道平面布置方案，由主航道进入南部航道需大角度转弯，方案一N1点转向角为72°，转弯半径取2500m；方案二N1′点转向角为100°，转弯半径R取3000m；各方案与厦金航道相交段转弯半径R取1240m。加宽方式均采用折线切割法。

3.3.2航道设计底高程及乘潮方式

厦门港主航道可满足5万吨级船舶不乘潮通航要求，自南部航道起点N1～翔安港区全程长约20km均需乘潮通航，按平均航速8kn计，船舶进港、靠泊约需3h。

由于目前已建成的刘五店航道L3～L6航段长约12km，底高程为-12.0m，5万吨级船舶需乘2.82m的潮位通航，根据厦门乘潮水位表，该潮位保证率90%，历时可达6h；刘五店航道L3～L6航段可满足万吨级船舶不乘潮通航。

N1～N2～H段长约8.8km为新建航道，水深条件较差，需大范围开挖方可满足通航要求，为尽量减少开挖工程量，同时避开落急时段靠泊作业，设计安排5万吨级船舶于高平潮前1h自N1点进入南部航道，高平潮后2h到达码头完成靠泊。因此，对于N1～N2～H段，取乘潮保证率90%，乘潮历时2h的乘潮水位4.62m，可满足5万吨级船舶乘潮通航要求；高平潮后2h乘潮水位为4.02m，刘五店航道底高程-12.0m，也可满足5万吨级船舶乘潮通航要求和万吨级船舶不乘潮通航要求。因此，N1(N1')～N2～H段设计底高程4.62-14.82=-10.2m，取-10.2m。

5千吨级杂货船在东、西港区之间航行，需要利用刘五店航道、厦门南部航道和厦金航道，厦金航道设计底高程5.5m，5千吨级杂货船在厦金航道段航行需乘潮通航，乘潮水位为9.05-5.50=3.55m，取3.6m，保证率取90%，乘潮历时可达5h。因此，将与厦金航道相交段连接水域浚深至-5.5m，即可满足5千吨级杂货船在东、西部港区之间乘潮通航(刘五店航道段不乘潮通航，厦门南部航道设计底高程在-5.5m以下)的航行要求，如表2所示。