连云港港徐圩港区30万t级原油码头港内水域泥沙回淤及减淤措施研究

黄小鹏，丁 琦，郭冬冬

（中交上海航道勘察设计研究院，上海 200120）

引 言

在淤泥质海岸建设港口，泥沙回淤是必须考虑的首要问题，对港口运营具有重要的参考意义。正在建设的连云港港徐圩港区属于新建港区，位于淤泥质浅滩开敞海域，坡缓水浅，风浪掀沙作用明显，必须修建防波堤以防浪档沙，因而港区的布置型式为环抱式。

环抱式港区的建设及营运初期，将不可避免地遇到回淤量较大的情况，例如天津港、黄骅港、京唐港等，在其建设历程中均受到过泥沙淤积量大的问题，其中天津港海岸性质与徐圩港相同，均为淤泥质海岸，可以作为参考来进行类比。在天津港15万t级航道建设时期[1]，总的年均淤积量为610万m3，其中外航道年均回淤量约280万m3，而港池的年均回淤量达到330万m3，淤积较大部位靠近口门回流区，离开口门越远淤积越轻。可见，港池回淤在总回淤中所占比重要大于航道，且靠近口门附近港池所面临的回淤问题更为严峻。

连云港港30万t级航道二期工程与徐圩港区六港池北侧盛虹30万t级原油码头计划于2019年同步建成。由于该码头是徐圩港区第一个建成的深水码头，正位于口门东侧回流、缓流区，从上述类似工程的经验来看，建成初期泥沙回淤量可能较大。为尽可能减少原油码头泊位维护疏浚给码头生产带来的影响，有必要进行30万t级原油码头港内水域泥沙回淤及减淤方案研究。

1 工程概况

连云港港徐圩港区位于海州湾埒子口以北至小丁港之间海岸，拟建盛虹30万t级原油码头（1#）泊位及5万t级液体散货码头（2#～5#）泊位均位于徐圩港区东防波堤内侧的六港池内，其中30万t级原油码头（1#）泊位位于靠近口门处，采用“蝶形”离岸布置，码头总长412 m；停泊水域宽度120 m（30万t级油船2倍船宽），设计底高程-23.8 m；船舶回旋水域设置于码头前方，回旋水域按椭圆形布置，长轴直径为735 m（2.2倍设计船长），短轴直径为668 m（2.0倍设计船长），设计底高程-21.5 m，乘潮水位3.35 m。港池水域与拟建连云港港徐圩港区30万t级航道延伸段衔接，平面布置见图1。

图1 六港池平面布置

2 回淤分析及预测

2.1 回淤环境综合分析

根据有关研究成果，防波堤建成后，在徐圩港区建设起步阶段，港区内淤积泥沙的来源主要有以下三个方面：一、防波堤口门进沙；二、港内浅滩冲刷供沙；三、周边地形冲刷的过程性供沙。

徐圩港区防波堤建成后，港内的泥沙运动机制依然为“波浪掀沙，潮流输沙”，因此波浪和潮流是主导六港池水域回淤最主要的动力条件。

1）波浪动力

波浪动力对六港池回淤的贡献主要有两个方面：一是港外浅滩泥沙被波浪掀动后由潮流挟带进入口门，部分落淤于六港池水域；二是在近期、中期建设阶段，港内滩面泥沙被波浪掀动后，随潮流运动，在港内深水区淤积，部分落淤于六港池盛虹码头水域。

2）潮流动力

潮流动力的主要贡献在于将泥沙挟带至动力相对较弱的水域落淤。根据数学模型的研究，口门处涨潮流速较大，为港外泥沙向港内输送提供有利条件，六港池距口门最近，港外输沙优先进入该水域，同时其南侧滩面掀沙后也易被潮流挟带进入深水区。由于六港池水域的回流区现象较为明显，在一个潮周期中的持续时间也较长，动力条件相对较弱，为水体中泥沙的落淤创造了较为有利的动力环境。

3）含沙量分布

根据实测资料分析与数模研究，徐圩港区的含沙量分布总体上由港区口门向港区底部逐渐减小。盛虹码头前沿水域位于口门附近的六港池，一方面受口外来沙影响较为直接，另一方面其南侧的浅滩也为泥沙提供了一定来源，因此含沙量在整个港区中相对较高。

综上，盛虹码头所在的六港池水域靠近徐圩港区口门，为波浪较大、流态复杂、泥沙供应相对充足的水域。根据以往的建设经验，其受到泥沙回淤的影响可能较大，需要采取相关措施来减轻回淤，以保证航道、港池、及码头前沿水域的正常运营。

2.2 回淤预测

利用泥沙数学模型，对六港池盛虹码头水域的回淤情况进行了预测，六港池水域的划分见图2，常年淤积强度分布见图3，各相关水域的回淤情况列于表1。

图2 六港池水域划分

图3 六港池水域常年冲淤强度分布示意

表1 盛虹30万t级码头（1#）水域常年回淤情况

徐圩港口门处潮流动力较强，泥沙不易落淤，淤强相对较小，向六港池方向动力逐渐减弱，淤强有所上升。盛虹30万t级码头回旋水域为回流区影响较大的水域，动力较弱，南侧滩面面积较大，因而淤强较大，平均淤强达到1.49 m/a，西南侧滩槽交界处淤强最大；由于泥沙输运方向主要由回旋水域指向泊位，因此30万t级码头泊位的淤强小于回旋水域，为0.98 m/a。

3 减淤措施研究

3.1 港内减淤措施综述

淤泥质港口的回淤问题一直是困扰港口建设、生产的核心技术问题。回淤量与港口所在海域的动力、泥沙条件以及口门的形状息息相关[2]。除此之外，沿海地区盐淡水混合引起的密度流对于泥沙回淤的影响也很重要。当港池位于外海或者宽阔的湖面时，风以及风生流对泥沙产生的扰动也对泥沙回淤有着重要影响。

根据国内外的相关研究成果，淤泥质港口的减淤方法分被动和主动减淤两种，前者是指无机械设备的方法（如优化港口入口形态、增设导流设施、引入适航水深等）；后者为机械设备法（射流泵、水流喷射等）。

徐圩港区所处海域无大型径流汇入，水体中的盐度垂向分布比较均匀，因此不存在盐水楔引起密度流所导致的回淤较大的问题，无需对此采取措施；港区口门的防波堤已按规划修建完成，因此口门形态已无优化余地；受限于六港池内水域的面积，也无法建造潜堤、导流堤等。因此，适合盛虹码头水域的减淤措施主要有三个，一是在泊位区附近设置积淤槽，二是扰动疏浚，三是适航水深法。考虑工程实际情况，选用积淤槽减淤方案比较具有可操作性，本文也主要就积淤槽方案的减淤效果进行分析和研究。

3.2 减淤方案设计

1）积淤槽平面布置

本工程维护疏浚减淤措施采用积淤槽方案，来减少工程水域的年维护疏浚工程量。通过不同位置和尺度的积淤槽实施方案对比研究发现，积淤槽宽度为100 m，中心线布置在30万t级原油码头泊位处，减淤效果最好，因此本工程积淤槽平行于泊位布置，总宽度为100 m，其中50 m宽度置于原泊位区中，50 m宽度置于原回旋水域中，中心线长度约650 m，总面积约6.4万m2，设计底高程为-26.5 m。积淤槽具体位置详见图4，具体设计尺度详见表2。

图4 积淤槽平面布置

表2 积淤槽基建尺度

2）积淤槽基建及维护工程量

根据2013年徐圩港区1：10 000测图进行港池内积淤槽基建工程量的计算。港池疏浚到设计底高程后，进行积淤槽的挖槽施工，根据回淤分析及数模研究成果，积淤槽内年淤强取值为1.4 m/a，经计算，积淤槽基建工程量为24.1万m3，年回淤量约8.96万m3，积淤槽设计水深-26.5 m，30万t级（1#）码头的停泊水域设计水深为-24.0 m，回旋水域设计水深为-21.7 m。因此积淤槽维护周期可定为3年，每次维护疏浚总量为27.6万m3，具体基建尺度及工程量见表2。

4 积淤槽减淤综合分析

4.1 回淤强度对比分析

根据本工程流场、波浪场、含沙量分布等特征以及回淤动力和回淤环境分析，经数学模型计算，积淤槽建设完工后，对盛虹30万t级原油（1#）码头前沿停泊水域的淤强减少作用明显,积淤槽实施前后具体回淤强度对比见表3。

表3 水域回淤强度对比

4.2 减淤效果对比分析

积淤槽实施后，盛虹30万t级原油码头（1#）停泊水域和回旋水域的淤强明显减少，特别是码头停泊水域，淤强减少约35%，相比减淤措施实施前，每年维护疏浚总量减少约10.5万m3，占原疏浚总量比约13.4%。积淤槽实施前后具体回淤量对比见表4。

表4 水域维护疏浚工程量对比

4.3 经济效益综合对比分析

根据上述计算结果，结合相关编制规定，并按照合理、经济的施工技术路线和船机配备方案，进行积淤槽实施前后的费用计算和对比。疏浚单价根据交通部交基发（1997）246号文发布的关于《疏浚工程概算、预算编制规定》及配套定额测算。费用对比分析见表5。

表5 积淤槽实施前后经济效益对比

从表5可以看出，积淤槽实施后，码头停泊水域的年维护次数减少一次，增加了相应的船舶可停泊时间，具有很好的社会和经济效益，对码头的运营和管理增益明显。积淤槽需要每3年维护一次，因此水域维护的费用周期按照三年来计算，相比较而言，积淤槽实施后三年维护费用减少约235万元，占比3.5%，可见维护工程的经济费用减少也较明显。

5 结 语

1）通过泥沙和潮流数学模型，对徐圩港区港内水域回淤环境进行了综合分析，认为波浪和潮流是主导港池水域回淤最主要的动力条件。

2）根据数模回淤研究成果，积淤槽的建设，对港池水域的淤强减弱作用明显；积淤槽实施后，年维护疏浚总量及年维护次数均减少，可见积淤槽的减淤效果较好，可以在港池减淤实施中推广应用。

3）通过经济效益对比发现，积淤槽的实施，不仅减少了港池年维护费用，还增加了港内停泊水域的使用时间，有利于港口码头的运营和管理，社会效益和经济效益突出，具有可实施性。

4）积淤槽的挖槽深度、相对位置、设计尺度及对泥沙淤积的中、长期影响尚未能进一步研究，因此关于积淤槽的减淤效果尚有进一步的研究空间。