古雷東港區泊位工程泥沙淤積研究

汪樂強

摘 要：通過建立古雷東港區潮流數學模型，采用泥沙回淤計算公式，計算了3種不同的港區平面布置下工程區域泥沙回淤量，得出3種方案實施后，工程區域回淤范圍略有差異，回淤強度比較接近。

關鍵詞：泊位工程 數值模擬 泥沙回淤 方案比選

近年來，隨著古雷港區石化項目的相繼落地，帶動一批臨港產業的建設發展，同時，政府出臺的一系列支持港口發展的政策，帶動了港口散雜貨吞吐量的不斷增長。為改善廈門港古雷港區港口基礎設施差，促進臨港工業發展，推動古雷經濟區開發建設，需對港口建設合理規劃，提高港口的服務水平。由于港口岸線是港口建設和發展所必需的基礎要素，是稀缺且不可再生的寶貴戰略資源。合理高效地利用當地有限的港口岸線資源，對于充分發揮港口強大的輻射功能和經濟帶動作用，更好地促進當地經濟社會發展具有十分重要的作用。

為此，本文通過建立二維水動力數學模型，采用劉家駒提出的泥沙回淤計算公式，預測和比較了不同工程方案下港區泥沙回淤分布，為實際工程提供參考。

1.海域概況

古雷半島位于福建省南部海岸，古雷港口經濟區處于廈門、汕頭兩個特區的中點，與臺灣隔海相望，具有明顯的對臺地緣人緣優勢以及區域經濟協作優勢。經濟區距臺灣澎湖98海里，距廈門77海里、公路138公里，距汕頭72海里、公路146公里，距香港230海里，具有承東啟西、溝通南北、通江臨海的優勢，區位十分獨特，是承接港澳臺地區產業轉移的便捷區域。

古雷東港區潮汐形態呈現明顯的半日潮特征。工程水域內漲落潮主流向受地形制約（圖1），其中，C2站和C3站漲落潮主流向為N-S向，落潮時流向由港內指向口門外，漲潮時由港口口門外指向港內；C8站主流向為NW-SE向；工程水域南側海域漲落潮主流向為NE-SW向；工程水域北 側海域漲落潮主流向呈兩種特征，C5站和C6站靠近岸邊，漲落潮主流向于岸線基本平行，其中C5站漲落潮為主流向漲落潮主流向為NE-SW向，C6站漲落潮主流向為N-S向；C4站和C7站離岸較遠，呈明顯的旋轉流特征。

工程海域含沙量小，且垂向分布具有表層低、底層高的顯著特征。大潮期間各站垂線平均含沙量在0.049kg/m3～0.091kg/m3之間，中潮期間在0.049kg/m3～0.087kg/m3之間，小潮期間在0.058kg/m3～0.092kg/m3之間。各站含沙量平面變化很小，最大值與最小值之間僅差0.025kg/m3。各站漲、落潮含沙量變化不大，落潮垂線平均含沙量介于0.046kg/m3～0.095kg/m3之間，平均值為0.066kg/m3，漲潮垂線平均含沙量介于0.049kg/m3～0.092kg/m3之間，平均值為0.065kg/m3。

2.潮流數學模型

2 . 1基本方程

水流控制方程通常可用兩種形式（即Euler形式和Lagrange形式）來表達，兩種形式都可用來描述同一物理過程。由于拉氏坐標是建立在流體質團上，跟隨質團運動，隨體導數說明沿流線相應物理量隨時間的變化率，采用歐拉-拉格朗日差分，使方程變得較為簡單，水流控制方程組如下：

2 . 2模型網格剖分

考慮到工程海灣的地貌復雜特征，計算網格非結構三角形網格，在碼頭附近網格有所加密，最小網格單元空間尺度為10～15m。方案計算時對碼頭所在的局部水域采用2014年實測最新地形進行修正，單元數共計65000多個。模型邊界由東中國海潮波模型提供。數學模型計算范圍與網格見圖2。

2.3模型驗證

驗證資料采用水文測驗單位提供的2013年12月在工程附近海域進行的水文測驗的實測資料，具體站位布置圖見圖1。

本次數值模擬為大、中、小潮連續模擬，時間段為：2013年12月17日00時到2013年12月27日00時。

通過驗證，模型與原型符合良好，模擬精度滿足研究的需求。限于篇幅，此處僅列出古雷站潮位驗證過程以及C3測站大小潮流速流向驗證過程，見圖3～圖6。

3.泥沙回淤計算

3. 1 泊位工程方案布置

福建古雷東港區規劃建設總平面布置考慮以下三組方案，分別見圖7-圖9。各方案的差異主要體現在：

（1）港區外側防波堤的布局，如方案一和方案二，方案一中防波堤采用單防波堤形式，防波堤位于港池北側，方案二中防波堤為南北兩處，北側防波堤走向更偏向于東側，方案三則采用離岸式防波堤；

（2）港池位置，方案一和方案二的港池布局基本一致為挖入式港池，方案三港池采用順岸布置形式。

3.2不同工況回淤預測

海岸工程中可能造成泥沙回淤的原因通常是泥沙在風浪作用下被掀起，并在潮流作用下輸移，即所謂的風浪掀沙潮流輸沙。涉海工程實施后，水動力環境發生了改變，原先動態平衡的動力格局重新調整，引發泥沙的沖淤過程。

為此，在海區潮流數值模擬的基礎上，結合《海港水文規范》中泥沙回淤公式預測，給出了港區周邊的淤積強度分布（圖10～12）。

從預測結果可以看出，方案一～方案三實施后，港區周邊海域由于水動力減弱，存在一定程度的泥沙回淤，回淤強度在0.10～0.20m/a，港池內最大回淤強度在0.20m/a。回淤范圍主要集中在防波堤與陸地岸線所圍的區域，方案三由于采用的是順岸式碼頭結構，回淤區域主要集中在防波堤背水區，回淤強度稍弱于方案一和方案二。航道區內未見明顯的回淤分布，總體來看，由于工程海域動力較強、含沙量相對較低，泥沙落淤的強度不大，三個方案實施后，回淤范圍略有差異，回淤強度比較接近。

4.結語

采用潮流數學模型結合泥沙沖淤計算公式，估算各方案實施后工程區域及周邊海域的泥沙沖淤強度分布，得出：

（1）方案一～方案三實施后，港區周邊海域由于水動力減弱，存在一定程度的泥沙回淤，回淤強度在0.05～0.20m/a，港池內最大回淤強度在0.20m/a左右，回淤范圍主要集中在防波堤與陸地岸線所圍的區域。

（2）方案三由于采用的是順岸式碼頭結構，回淤區域主要集中在防波堤背水區，回淤強度稍弱于方案一和方案二。

（3）航道區內未見明顯的回淤分布，總體來看，由于工程海域動力較強、含沙量相對較低，泥沙落淤的強度不大，三個方案實施后，回淤范圍略有差異，回淤強度比較接近。

參考文獻：

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