南通港吕四港区“挖入式”港池的总体布置

南通港吕四港区“挖入式”港池的总体布置
刘铮;杨玉森;杨希宏
【摘 要】Based on oceanographic data,sediment observation data and model testing result, full discussion is made to determine the feasibility of onshore continuous quays built on the radial sandbanks at Nantong Port Lusi Harbor. The general layout plan of large dredged-in basin is put forward, which updates the traditional layout of offshore quays with wide marginal bank and long trestle. The above plan will develop local deep-water shoreline and beach resources effectively, promote harmonious development of port and port industries, and provide references for the port construction of Jiangsu-north-coast radial sandbanks.%根据多年的水文、泥沙观测资料和模型试验研究成果，深入探讨在南通港吕四港区这类古辐射沙洲地区建近岸式连片码头的可能性，提出建设大型“挖入式”港池的工程设想和总体布置方案。该方案突破了传统意义上“宽边滩、长栈桥”的离岸式码头布置型式，有效开发利用当地的深水岸线和滩涂土地资源，促进港口与临港产业的协调发展创造了有利条件，为苏北海岸辐射沙洲地区的港口建设提供了新思路。
2.1 气象
1)降水：年平均降水量735.4 mm,最大月降水量302.7 mm,最大日降水量172.7 mm,降水强度≥10.0 mm的天数为218 d,降水强度≥25.0 mm的天数为56 d,降水强度≥50.0mm的天数为13 d。
2)风：根据吕四海洋站(N 32°08′,E 120°37′) 2006—2008年每日24次的测风资料统计,当地常风向为N向,频率12.24%；次常风向为ESE向,频率10.25%；强风向为NE向,该方向≥7级风的频率为0.15%；全方位≥7级风的频率为0.59%,全方位≥8级风的频率为0.02%,实测最大风速为N向的25.1m/s。吕四海洋站2006—2008年风玫瑰,见图2。
4)底质分布：拟建“挖入式”港池水域-10.0m以下海床底质粒径相对较细,中值粒径d50＜0.1 mm；-10.0～0.0m的水下岸坡区域d50=0.1～0.2mm,自深槽向浅滩沉积物粒径逐渐增大。d50=0.031～0.125mm的粉砂含量由水下岸坡向浅滩逐渐增高,d50＜0.031 mm的粘土含量相应减少。“挖入式”港池支航道沿程的底质总体上属沙质海岸,粉砂含量接近1/3,海床泥沙运动在一定程度上具有粉砂质海岸的特征。
3.1 总平面布置的原则
吕四港区“挖入式”港池的进港支航道需要开挖小庙洪水道南侧的浅滩区,浅滩区支航道的维护是工程可行性的关键。为减少支航道和港池内部的泥沙淤积,拟在支航道两侧修建防沙导流堤,支航道的起始段浅滩平缓,泥沙运动活跃,防沙导流堤的掩护范围应超出浅滩上主要波浪破碎带的范围。防沙导流堤的布置要考虑工程区域的泥沙环境、水动力条件变化和周边工程的影响。拟建防沙导流堤阻水和挑流的作用将影响小庙洪南水道的流场分布,根据多年观测可知现有南水道为落潮优势水道,防沙导流堤堤头的位置应有利于保持小庙洪深槽的基本稳定、不改变南水道的深槽性质。拟建防沙导流堤落潮时的挑流作用将影响大唐电厂水域的流场分布,防沙导流堤布置要关注大唐电厂码头前沿和取排水设施附近的流速和冲淤变化。随着防沙导流堤向深水区延伸,堤头口门处的横流将明显加大,为满足进出港船舶正常通航的要求,防沙导流堤应布置为潜堤,涨、落潮初期部分水体可漫过潜堤,减小堤头绕流和口门处的横流。
2)波浪：吕四海洋站位于拟建港区NW方向约5.0 km处,测波点水深12.4m,1990年以前采用人工方法观测波浪,2008-08-31改为浮标法观测。根据1987年、1989—1990年实测波浪资料统计,常浪向为ENE向,出现频率8.5%；次常浪向为N向,出现频率6.1%；强浪向为NNW向和N向,H1/10≥2.0m的出现频率均为0.12%。全方位H4%≥1.5m的出现频率为1.48%,全方位H4%≥2.0 m的出现频率为0.41%。1987年、1989—1990年吕四海洋站波高玫瑰,见图3。
【期刊名称】《港工技术》
【年(卷),期】2013(000)002
【总页数】4页(P13-16)
【关键词】南通港;吕四港区;辐射沙洲;“挖入式”港池;总体布置
【作 者】刘铮;杨玉森;杨希宏
【作者单位】中交第一航务勘察设计院有限公司，天津 300222;中交第一航务勘察设计院有限公司，天津 300222;中交第一航务勘察设计院有限公司，天津 300222
【正文语种】中 文
【中图分类】U656.135;U651.4
南通港吕四港区横跨通州、海门和启东三市,是江苏省实施沿海开发战略的重要依托,在促进“长三角”地区产业结构调整中将发挥重要作用。吕四港区具有突出的区位优势、丰富的滩涂土地资源,良好的岸线资源和日臻完善的集疏运条件。从上世纪80年代以来,吕四港区的发展始终处于江苏沿海辐射沙脊海港开发与实践的前沿,在利用潮汐水道和边滩建港方面开展了大量的前期勘测和研究工作。2003年大唐吕四港电厂码头的开工建设拉开了当地港口建设的序幕,2010年初在交通运输部和江苏省人民政府联合批复的《南通港吕四港区总体规划》中确定吕四港区将以服务临港工业为主,也初步确定了利用小庙洪水道南岸的浅滩建设栈桥式码头的方案。沪—崇—启大桥建成通车后由上海至启东的车程只需约1.0 h,上海和“长三角”地区对吕四港区的经济辐射作用将更直接,港区的区位优势将更突出。为了有效开发利用吕四港区的深水岸线和滩涂后备土地资源,突破传统“宽边滩、长栈桥”的港口开发模式对港口发展的制约,促进港口建设与临港产业的协调发展,提出在吕四港区开发建设大型“挖入式”港池的方案,进港航道将是整个吕四港区建设的重中之重。
在防沙导流堤的掩护范围内,总平面布置方案1中支航道的轴线布置为折线型,外段支航道的方位为262°56′—82°56′,与小庙洪主航道相交处的转向角为42°16′,支航道总长度约9.42 km；总平面布置方案2中支航道的轴线布置为直线型,支航道方位为253° 44′—73°44′,与小庙洪主航道相交处的转向角为51° 28′,支航道总长约9.05 km。方案1中防沙导流堤的堤头对邻近电厂码头的影响相对较小,支航道与吕四港主航道的交角较小,有利于减小防沙导流堤口门的横流流速,对船舶航行更有利。根据潮流和泥沙模型试验的研究成果,上述方案中“挖入式”港池和防沙导流堤的总平面布置基本符合当地的潮流变化规律,对整体流场的影响不大,能够保持深槽的基本稳定。方案1中支航道走向与水流交角和泥沙淤积强度均较小,拟以总平面布置方案1作为推荐方案。吕四港区“挖入式”港池的总平面布置,见图5。
5)水体含沙量：小庙洪水道内的水体含沙量受风浪和潮流影响,大风浪天气水体含沙量较高。“挖入式”港池支航道沿程海床底部的平均含沙量为0.244～0.310 kg/m3,正常天气条件下的含沙量为0.242～0.301 kg/m3。2011年“梅花”台风期间刮起9级大风时,0.0 m等深线附近海床底部的最大含沙量为1.94 kg/m3,-5.0 m和-10.0 m等深线处的最大含沙量分别为1.34 kg/m3和1.29 kg/m3,由此可知浅水区海床底部的含沙量明显高于深水区。
3)潮流：小庙洪水道的潮流为规划半日潮流,最大流速出现在中潮位附近且流速较大,南支水道最大落潮流速可达2.0 m/s以上,涨、落潮期间1.0 m/s以上流速均匀延续3.0～4.0 h；深槽水域的潮流呈往夏流形态,流向与深槽轴向一致。小庙洪北、中水道和南水道的北汊呈涨潮水道性质,南水道的南汊为落潮水道。中、低潮期间近岸浅滩区的潮流表现为涨潮漫滩和落潮归槽。在落潮后期滩面的水体汇入深槽流出,落槽时浅滩水体的归槽流动维持深槽水深方面起主要作用。小庙洪海域的浅滩和深槽,见图4。
南通港吕四港区“挖入式”港池东与大唐电厂围堤相接,西连大洋渔港,南接启东市现有海堤,北至规划中的边滩围垦线。根据“挖入式”港池海域的底质取样分析结果,港区“挖入式”支航道的沿程总体属于沙质海岸,粉砂含量近1/3,海床的泥沙运动具有一定的粉砂质海岸特性。吕四港区附近的卫星影像图片,见图1。
根据国内同类粉砂质海岸港口航道工程的实践经验,本着疏浚与整治相结合的原则,在按规范计算通航水深的基础上适当加大疏浚超深量,使支航道在经历重现期10 a一遇的大风泥沙骤淤后仍能正常通航。在支航道的两侧建设防沙导流堤,主要阻挡水体下部泥沙对支航道造成的淤积,提高“挖入式”港池内的码头泊位利用率,减少由支航道骤淤碍航对港口营运的不利影响。防沙导流堤由北、南2部分组成,由于横沙对口门形成天然掩护,考虑支航道的发展规模和操船安全等因素,北、南2道堤防沙导流堤轴线的间距为750 m。考虑到起步工程阶段小庙洪水道现有水深和进港船型的实际情况,支航道拟按2.0万t级船舶乘潮通航标准设计建设,航道有效宽度150 m、设计底高程-10.0 m(从吕四港区理论最低潮面起算,下同),乘潮水位采用历时4.0 h、保证率90%的高潮位3.92m。利用绞吸式挖泥船将疏浚土方全部吹填至“挖入式”港池内部用于造陆,最大限度降低疏浚弃土对海洋环境的影响,较好地解决本地填土资源匮乏的问题。
2.2 水文
1)潮位特征值和设计水位：吕四港区HK1+HO1/ HM2=0.5,属规则半日潮型。根07-11出现最高潮位7.74 m；2006-03-29出现最低潮位-0.34m；最大潮差7.31m,最小潮差0.31 m,平均潮差3.73 m。根据吕四海洋站2006—2008年潮位资料推算的设计高水位为6.08 m,设计低水位为0.72 m；极端水位采用1986—2008年潮位资料计算,重现期100 a一遇的年极值高水位为8.39 m,年极值低水位为-0.61m；重现期50 a一遇的极端高水位为8.16m,极端低水位为-0.50m。