福州港江阴港区13A 号、13B 号、13C 号泊位总平面布置方案优化

■陈 阜

（福建省福州港口发展中心，福州 350000）

福州港江阴港区现已基本形成以集装箱为主，汽车滚装、 散杂货和化工制品为辅的运输格局，并正逐步发展为集多式联运、商贸、仓储、加工为一体的综合性深水港区。 该港区陆路距福清市45 km、福州市85 km， 水路距马尾209.28 km、 上海985.27 km，基隆277.8 km，台中185.2 km。 电气化货运铁路江阴港铁路支线已通车，港区具有良好的集疏运通行条件。 本文以江阴港区13A 号、13B 号、13C 号泊位为例，探讨在湾顶和水闸下游等特殊水流动力条件下码头总平面优化布置，为类似工程设计和建设提供参考。

1 工程概况

1.1 工程位置

拟建工程位于兴化湾北岸湾顶位置，江阴半岛壁头角西侧海域，如图1 所示。

图1 工程区位示意图

1.2 建设规模

根据预测， 江阴工业液体化工品货运量2025 年将达到1500 万t 左右， 已建10 号～12 号泊位形成的吞吐能力约715 万t，近期缺口将达到785 万t 左右， 液体化工码头建设需求强劲。 《福州港总体规划》利用已建12# 泊位西北侧岸线布置3 个1～5 万吨级泊位。 考虑近期西部化工区的固体化工品和江阴工业区的散杂货运输需求，13A 号泊位规划为5 万吨级液体化工泊位、13B 和13C 分别规划为5万和1 万吨级泊位。

1.3 建设条件分析

通过对工程建设条件的比选分析，发现主导工程设计方案的主要因素有潮汐、潮流、波浪、泥沙（疏浚后回淤）等因素，而对于本工程处于湾顶且有水闸汇流的特殊水文条件而言，潮流和泥沙是关键因素，因此有必要了解工程区域的潮流和泥沙的运动状态。 交通运输部天津水运工程科学研究闫新兴等[1]在现场地貌调查及沉积物取样分析的基础上，对兴化湾的自然条件、沉积特征、泥沙来源及运移趋势进行了分析，判明石城岛以西（本工程区域）水下沉积物以粘土质粉砂分布为主， 泥沙粒径在0.01 mm 左右，以河流下泄泥沙沉积为主。 河海大学童朝锋等[2]运用通量机制分解法处理兴化湾各测站的水沙实测资料，通过探讨平流输沙、潮泵效应输沙、垂向净环流输沙机理，分析研究了兴化湾海域悬沙输移特征，进而讨论了净输沙对研究区域地形变化的影响；结果表明:在潮汐作用下，外海泥沙沿兴化水道与南日水道向湾内输移，但对湾内淤积产生的影响较小。

1.3.1 潮流

为了解工程水域的设计流速流向分布，有关单位于2013 年7 月16-17 日小潮期、2013 年7 月23-24 日大潮期进行了水文测验[3]。 测验点位详见图2， 其中：1 号测点J1 位于通用泊位区前沿；2 号测点J2 位于13A 号化工码头前沿；3 号测点J3 位于13A 号化工码头外侧。

图2 测验点位置

根据工程区大潮平均流速矢量图分析 （图3、图4）及流速流向统计表（表1），西部13B、13C 泊位水流与码头夹角不大， 但13A 号泊位水流为横流，与码头夹角大于45°。

图3 工程区大潮垂向平均流速矢量图

图4 工程区小潮垂向平均流速矢量图

表1 工程区垂向平流速流向特征值统计汇总

1.3.2 泥沙

兴化湾内含沙量基本不随涨、落潮流速变化而变化，2009 年2 月实测湾内涨、 落潮平均含沙量介于0.009 ～0.087 kg/m3， 最大含沙量介于0.020 ～0.157 kg/m3。 拟建工程港池区海水平均含沙量在0.0756～0.0798 kg/m3，单宽输沙量大潮大于小潮，净输沙方向基本顺余流方向， 海水中悬浮泥沙运移趋势自东南向西北（即往湾顶方向）。

工程附近自然水深在－2～－4 m，水深总体较浅，根据工可研设计方案，13A 号、13B 泊位码头停泊水域设计泥面高程－14.0 m，需要开挖10 m 左右才能满足设计船型停泊要求，13C 号泊位停泊水域和回旋水域设计泥面高程－9.5 m，分别需要疏浚7 m 左右；总计疏浚量达561 万m3。

工程区域自然条件下泥沙含量较小，基本处于冲淤平衡状态， 对于工程实施后如此大的疏浚工程，是否会出现较大量的淤积情况，需要通过试验研究进一步分析预测。

2 总平面方案的确定

2.1 相关规划对本工程的界定

根据《福州港总体规划》，如图5 所示，本工程位于西部化工码头区的最西端，规划为3 个1～5 万吨级泊位。 该规划已基本确定了13A 号、13B号及13C 号泊位的建设规模及平面布置。

图5 工程区域港口规划图

2.2 与周边现状设施和拟建工程的衔接

本工程西侧有过桥山水闸，两侧设闸2 座水闸共18 孔。 本工程东侧为已建的12 号泊位，亦是5 万吨级液体化工泊位，与本工程留有5 m 的间距。

2.3 平面布置方案和存在问题分析

根据总规、项目边界限定条件、建设需求及项目用海边界线已确定等因素，确定工程总平面布置方案（图6、7）。 本次研究提出了2 个总平面布置方案。

总平面方案一（图6）：13A 号、13B 号及13C 号码头前沿线以用海边界线为界，综合考虑水文测验及数模研究结论，13 号泊位前沿线与12 号泊位夹角成120°。 同时还研究了顺延12 号泊位码头前沿线作为比选方案， 即延长布置作为总平面布置方案二（图7）。 该方案在12 号泊位延长线延伸2 个5 万吨级泊位（预留布置1 个化工泊位），可尽量使得大型泊位疏浚区域集中布置， 减少工程投资，也利于后期集中维护。

图6 总平面方案一：斜向布置方案

图7 总平面方案二：延长布置方案

3 总平面方案比选优化数模试验研究

3.1 平面优化思路

为解决横流问题，设计对总平面布置形态提出多方案比选的同时，也进行了水工结构方面的优化比选。 总体思路是通过阻水结构形成对自身及周边水域的掩护，使得船舶靠离泊有安全保障。

因13B 号、13C 号泊位为通用码头， 需要较大堆场面积满足日常堆存使用， 因此考虑13B 号、13C 号泊位满堂式接岸布置，这样受横流影响小。13A 号码头为化工码头，罐区设置在后方，因此需要在前方建设码头和管廊将物料输送至罐区。 故本次方案主要就13A 号泊位总平面布置进行比选，结合港区现状情况并综合几种工况对工程前后流态变化以及冲淤变化影响作对比分析。

3.2 数模试验研究

为了掌握码头水域流场分布情况，评估本工程建设对工程相邻海域可能产生的影响，研究码头前沿流态特征，评估港池、码头、航道水域的海床冲淤特征，就此开展了数模试验研究工作[4]。 计算工况如表2 所示。

表2 潮流数模研究工况分类

本次试验研究重点研究了3 个组合方案的流态变化情况。 组合方案一为总图方案一（斜向布置）+13A 号泊位桩基方案； 组合方案二为总图方案一（斜向布置）+13A 号沉箱方案； 组合方案三为总图方案二（延长布置方案）+13A 号、13B 号桩基方案。

3.2.1 流场变化分析

组合方案一～组合方案三的流场变化情况如图8～13 所示， 组合方案一和方案二13A、13B、13C泊位距驳岸线40 m 近泊区最大横流沿驳岸线分布如图14 所示，可知：（1）13A 号、13B 号、13C 号泊位和堆场围海工程建设后，对附近10～12 号泊位流态影响，组合方案一（斜向布置+13A 号透空结构）要比组合方案二（斜向布置+13A 号沉箱结构）小，组合方案二建设更加有利于改善10～12 号泊位前沿水域流态。 （2）组合方案二对周边流速改变要强于方案一；工程对周边10～12 号泊位后方水域流速有减少作用，对于12 号泊位前沿流速有一定增加，但影响强度较小， 对兴化湾江阴港其他泊位前沿和回旋水域以及进港航道水动力强度影响非常小。（3）13A 号、13B 号和13C 号泊位前沿横流，组合方案二比方案小一，组合方案二最大横流各泊位均小于0.2 m/s， 组合方案一13B 号和13A 号泊位前横流接近或者超过0.5 m/s，采用组合方案一，13A 号泊位前沿横流对船舶停泊不利。 （4）计算表明，本工程13 号泊位的建成， 有利于减小东侧12 号泊位的横流强度；13A 号、13B 号、13C 号泊位工程建成后，周边现有泊位横流最大发生在12 号泊位， 最大横流不超过0.35 m/s，方案二比方案一更加有利于削弱12 号泊位横流，方案二条件下，12 号最大横流为0.23 m/s。

图8 组合方案一：大潮涨急流场

图9 组合方案二：大潮涨急流场

图14 工程区近泊区最大横流沿驳岸线分布

图10 组合方案一：大潮落急流场

图11 组合方案二：大潮落急流场

图12 组合方案三：大潮期涨急流场

图13 组合方案三：大潮期落急流场

3.2.2 回淤量分析

根据规范推荐公式对工程实施后的泥沙回淤进行预测估算，结果表明，两方案淤积强度和分布基本一致，方案一比方案二回淤略小，平常浪作用下， 方案一工程区各区段回淤强度在0.07～0.57 m/a，年淤积总计33.05 万m3/a；方案二工程区各区段回淤强度在0.18～0.58 m/a， 年淤积总计35.87 万m3/a；不同方案大风天并考虑风浪为50 年一遇， 两方案工程区域水域平均骤强也基本相当，方案一工程区域水域主要区段平均骤强约0.03～0.10 m/d，骤淤总计5.70 万m3/d，方案二工程区域水域主要区段平均骤强约0.03～0.11 m/d， 骤淤总计6.04 万m3/d。

3.3 数模研究的推荐方案

结合流场、泥沙回淤强度来看，组合方案二（斜向布置+沉箱方案）总体流态比较平顺，横流小，淤积量相对少，建议平面布置和码头结构采用组合方案二。

4 研究结论和建议

（1）海港码头设计方案研究需考虑自身结构安全及维护运营成本，同时也要考虑到新建项目带来的流场变化对周边已建设施正常靠离泊安全的影响。 （2）通过对湾顶且有水闸汇流的特殊水文条件的工程平面布置方案比选和数模试验验证，得出了最优平面布置方案，利用自身结构挡水引导流态趋于船舶安全靠泊方向转变。 （3）重力式结构方案对码头前沿大潮涨落潮流速归顺效果明显，但具体实施时还需要结合海域使用论证用海可行性。 （4）数学模型研究工作受研究区域资料完备程度及计算手段局限，计算结果可作为总体平面布置方案优化设计的参考依据，具体设计阶段还需结合系泊专项研究和物理模型研究做更准确的判断，确保工程运行安全。