江苏滨海LNG码头总平面布置设计要点

吴永强，朴 正

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

引 言

随着江苏省快速发展低碳经济，建设生态、宜居城市和节能减排，对清洁能源天然气的需求量急剧增加。同时，江苏省天然气季节调峰能力严重不足，特别是缺少事故应急保障气源，冬季“气荒”问题十分突出， 拟建的江苏滨海LNG项目是解决江苏地区调峰气源和应急补充气源的重要保障，是优化江苏省天然气供气结构的首选方案。

1 工程简述

本工程年设计接卸 LNG船舶能力为 300万 t（近期），新建LNG泊位1个，码头设计船型为8万～26.6万m3LNG船舶，为考虑近、远期结合，LNG码头采用双侧靠船布置，码头与栈桥呈“L”型，近期泊位布置码头北侧，码头长度为400 m。码头距离防潮大堤450 m，通过栈桥与防潮大堤连接。远期规划LNG码头布置在LNG码头南侧，码头南北两侧LNG船舶共用系缆墩。为LNG码头提供掩护条件以及考虑 LNG码头南侧港口预留区发展，拟建LNG码头南侧布置长约2 510 m防波堤，堤头布置在约-8 m等深线位置，口门宽度700 m，堤顶高程为4.0 m。本工程航道通航宽度取320 m，航道设计底高程为-14.9 m。滨海港区已建10万t级航道通航宽度为240 m，航道底高程为-14.5 m，航道边坡 1:4。进出港航道需要加宽、浚深、延长才能满足本工程建设需要。

工程所处的海岸是侵蚀性粉沙质海岸，海岸的海床在水动力作用下不断遭受侵蚀，近岸等深线随时间变化而逐步向岸移动，海底坡度逐步变陡，海床呈现横向及深度的变化。通过多年研究成果显示，-15 m以深海底基本稳定，15 m以浅海底仍处于侵蚀过程中。深水临岸是苏北地区建港条件相对优良的岸段，在此建设本项目是可行的，但也存在浪大、流急、含沙量高的特点。工程海域常风向为SE向，强风向为NE向，该向≥7级风出现频率为0.27 %。常浪向为ENE向，强浪向为NE向，该向H4%≥1.3 m的波高出现频率为0.95 %。海域潮流属规则半日潮流，流速较大。大、中、小潮垂线平均流速分别为1.2 m/s、1.0 m/s和0.7 m/s左右。本海域基本上没有外来泥沙来源，水体的含沙量主要为近岸泥沙冲刷后向两侧和深水区扩散的泥沙。-5 m等深线附近平均含沙量为0.98 kg/m3，-10 m等深线附近平均含沙量0.58 kg/m3，-20 m以外水深平均含沙量不足0.1 kg/m3，含沙量由岸向海逐渐递减。

图1 滨海港区规划

图2 总平面布置示意

2 海岸稳定性分析

码头区所处的海岸是侵蚀性粉沙质海岸，自1855年黄河北归山东入海之后，大量陆域泥沙来源断绝，海床在水动力作用下不断遭受侵蚀，近岸等深线随时间变化而逐步向岸移动，海底坡度逐步变陡，海床呈现横向及深度的变化。通过多年研究显示[1]，-15 m以深海底基本稳定，-15 m以浅海底仍处于侵蚀过程中。水下岸坡由于侵蚀内移，坡度变陡，并形成侵蚀陡坎。陡坡段侵蚀下切较快，年下蚀率为0.25～0.56 m，而缓坡段相对较慢，年下蚀率在0.15 m。

根据近百年岸滩侵蚀地形资料，结合-10 m等深线变化，受波浪、潮流海岸动力共同作用下，废黄河三角洲海域水下等深线内移，但侵蚀内移速率进一步趋缓（见表 1），该海岸侵蚀的变缓规律为LNG码头建港稳定性分析提供必要条件。

图3 16年间废黄河三角洲等深线变化

表1 -10 m等深线内移速率

3 码头平面布置

本工程近期建设 1个最大靠泊船型为 26.6万m³ 的LNG泊位，同时远期预留1个26.6万m³的LNG泊位。国内传统的LNG布置为“蝶”形布置，近远期考虑单侧串靠型布置，受工程水域限制，工程近、远期建设采用“一”字形双侧靠船的方式，如图4。

图4 码头平面布置示意

为获得较优的码头平面布置，结合OCIMF的理论，并运用OPTIMOOR设计软件，对满载、压载两种不同情况下船舶的靠泊系缆力进行分析，通过计算，码头平面布置各缆绳的系泊条件较好，能够满足使用要求。

图5 LNG船舶缆绳布置示意

4 防波堤布置

中电投已建的滨海港区南、北防波挡沙堤堤头位置分别为-10 m、-14 m，新建LNG码头防波挡沙堤如布置-10 m，将把口门流场调整到中电投防波堤口门（见图6、图7），通过堤头布置在-6 m、-8 m、-10 m不同位置的相关潮流泥沙数模研究以及对已建防波堤及翻身河口等已建设施周边的影响分析，确定防波挡沙堤堤头布置在-8 m等深线。

图6 工程区局部流态示意（堤头-6 m）

图7 工程区局部流态示意（堤头-10 m）

口门宽度按600 m、700 m、800 m分别进行波浪数值模拟和操船通航研究，口门宽度为800 m，虽然船舶通航较为顺畅，但NE、ENE向入射和经过北防波挡沙堤的绕射到 LNG港池内波浪较大，泊稳不利，同时进入港池内泥沙也较大；口门宽度为600 m，港内泊稳有所改善，进入港池泥沙相对较少，但通航安全受到影响。结合相关试验研究，在港内泊稳和船舶通航安全平衡中确定口门宽度为700 m，进而确定防波挡沙堤布置。

图8 操船模拟（满载靠泊）

5 通航安全分析

滨海港区已建有南、北防波挡沙堤，在口门产生的横流一定程度上影响 LNG船舶的航行。滨海港区进港航道最大横流流速为1.6 m/s，主要出现在西北流时期，横流流速超过1.5 m/s的历时为3小时；滨海港区主航道向 LNG进港航道转折区域东南、西北流时最大横流速度分别为 1.24 m/s和1.2 m/s，横流流速超过1.0 m/s的历时分别为1.5和2.0小时。进港航道口门段东南流和西北流期间最大横流流速分别为 1.1 m/s和 0.6 m/s，横流超过1.0 m/s的历时为1.5小时。

根据潮流泥沙数值模拟报告[4]的流场数据，结合操船模拟试验，建议在白天T2～T4，T11～T15之间通过，（其中 T4时段流速最缓，是通航的最佳时机），而有涡旋期间则不要通航。（部分成功的试验关键是掌握当时当地准确的流，而在实践中很难做到，因此不建议在T5～T9之间通航，否则在航道转弯处易发生船身受海流不均，开始抢流，之后流变，难以预判，导致增加通航风险）。采取船舶候潮候流，选择最佳潮流窗口区通航，解决在强潮流自然条件下的通航安全问题。

图9 候流通航潮位时段示意

6 泥沙淤积分析

6.1 泥沙来源与淤积形式

工程区所处的废黄河三角洲岸段属缺沙的侵蚀性海岸，被冲刷的泥沙随潮流运动向两侧输移。在波浪作用下实际的沿岸输沙量较小，滨海港区南、北堤建设后，近岸浅滩及水下岸坡表层活动性较强的粗化层泥沙被拦截在防波挡沙堤根部，对口门及口外航道没有直接影响。防波挡沙堤附近的水下岸坡多裸露着质地密实的废黄河三角洲沉积，正常天气条件下岸坡表层零星分布的粗化层泥沙对港内、外航道淤积也没有直接影响。因此，滨海港区航道与拟建 LNG港池航道的淤积主要为悬沙淤积，淤积的泥沙为海床侵蚀过程中进入水体的细颗粒悬浮泥沙，其平均中值粒径0.01 mm左右。

6.2 港池、航道泥沙淤积分析

图10 港池淤积分区

滨海港区外航道区域的泥沙淤积属潮流流经航道时的悬沙落淤。处于防波挡沙堤掩护区内的内航道则为涨潮浑水进入拦沙堤口门后的沿程落淤。LNG港池、航道紧靠滨海港区南侧，其进港航道与港池的泥沙淤积形式与10万t级航道一致，属于悬沙落淤。在港内航道泥沙沿程落淤过程中，水体含沙量逐渐减小。2012年7月实测资料显示防波堤外侧最大含沙量可到1.39～2.05 kg/m3左右，平均含沙量为0.9 kg/m3左右；口门附近最大和平均含沙量分别为0.88 kg/m3、0.41 kg/m3；浑水进入港池后在港内泥沙沿程落淤过程中，水体含沙量逐渐减小，至港池中部平均含沙量减少至0.21 kg/m3、至港池南侧LNG的回旋水域平均含沙量仅为0.06 kg/m3，即反映水体悬沙沿程落淤过程中含沙量递减的现象。另泥沙沿程落淤过程中，淤积泥沙粒径也会逐渐变细。港内悬沙中值粒径在0.006～0.011 mm之间。

正常天气条件下，进港航道的泥沙淤积主要由东南流带来的悬沙在北堤掩护区内的落淤和西北流期间沿堤水流携带悬沙在口门处的悬沙落淤；短期大浪作用下，波浪对北堤、LNG堤深水段的局部冲刷在防波挡沙堤阻水作用下沿堤向深水区运动，产生短时期高强度淤积。

尽管大风浪作用期间工程区海域水体含沙量显著增大，但由于大浪作用时间短暂，所引起的航道、港池淤积均不超过10 cm。因此，对于细颗粒泥沙淤积来说，大风浪作用期间的泥沙骤淤问题并不严重。

7 结 语

江苏滨海 LNG码头工程是在国内侵蚀性粉沙质海岸上拟建的第一个 LNG码头，本文通过相关侵蚀性粉沙质海岸研究成果，论述了 LNG码头建设的稳定性分析；结合相关数模、物模和操船模拟确定口门的布置，采取候流、候潮解决 LNG船舶在强潮流自然条件下的通航安全；受水域限制，本工程考虑近、远期双侧靠船，为类似工程提供借鉴。