如東LNG接收站碼頭選址與進港航道設計

劉紅宇，趙家德（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

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如東LNG接收站碼頭選址與進港航道設計

劉紅宇，趙家德
（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

如東LNG接收站是我國首次在輻射狀沙洲復雜海區建設的大型LNG接收站，工程設計難度大，碼頭選址和航道設計尤為復雜和特殊。通過長期深入細致的研究，解決了工程設計中的諸多技術難題。自2011年投產以來，已安全平穩運行4年多，至2015年底累計接卸包括目前世界最大的26.7萬m3LNG船100多艘次。

輻射狀沙洲；潮汐通道；LNG碼頭；碼頭選址；航道設計

引　言

如東LNG接收站是我國首次在輻射狀沙洲海區建設的大型LNG接收站，工程設計難度大。本文重點介紹該項目的碼頭選址、航道設計等兩個方面的內容。

1　自然條件

江蘇岸外射陽河口以南至長江口一帶長約300 km的廣大近海海域內，存在著由 70多條沙脊組成的呈輻射狀分布的輻射狀沙洲（見圖1）。

該輻射沙洲規模宏大、灘槽動態活躍、海洋動力復雜，建港難度大。

位于該輻射狀沙洲中南部的爛沙洋水道，水域寬闊、水深條件較好，該水道尾部存在一處淺灘沙洲—西太陽沙沙洲，這一“水道—沙洲”組合具有建設大型LNG接收站的可能。

為了進一步掌握該“水道—沙洲”海域的基礎資料，開展了地形測量、水文觀測、地質勘察和底質取樣等大量的現場勘測工作。

圖1　輻射狀沙洲情勢

地形測量的資料顯示，爛沙洋水道尾部與黃沙洋水道尾部相互串通；爛沙洋水道的尾部又分為北水道、中水道和南水道，其中，爛沙洋北水道水深條件最好，從西太陽沙至外海，最淺處水深為-11.9m，西太陽沙附近深槽水深超過-17m；爛沙洋水道尾部的西太陽沙淺灘最高處約為3m。多年的地形資料顯示，工程海域的“水道—沙洲”系統處于一種動態變化之中（見圖2）。

圖2　西太陽沙水域等深線變化對比

潮位資料顯示，本海區潮差大，平均潮差達到4.61m，最大潮差超過8m。

潮流觀測資料顯示，本海區流速，大潮期間多個測點的流速超過2m/s，最大流速接近3m/s。

底質取樣資料顯示，本海區底質主要以粘土質粉砂、粉砂、砂質粉砂、粉砂質砂、細砂和中砂組成。其中：細砂分布最廣，占現場測量區域總面積的45.6%，廣泛分布于岸灘、沙洲及上段深槽內；其次為砂質粉砂和粉砂質砂，分別占 24.2%和20.4%，這兩種砂主要分布于黃沙洋和爛沙洋深槽內；粉砂占6.8%，零星分布于黃沙洋、爛沙洋深槽及岸灘上；粘土質粉砂占2.5%，主要集中分布在爛沙洋南水道深槽內；而中砂僅占0.5%。

含沙量資料顯示，本海區含沙量較大，實測底層最大含沙量2.53kg/m3，且呈現出以下特點：大小潮含沙量差別大，大小潮的比值超過 3；含沙量沿垂線分布差別大，底表層的比值介于2.1～3.9之間，并表現為大潮比值大、小潮比值小。

2　碼頭選址

在如此復雜的海域建設對安全穩定運行有著更高要求的LNG接卸港需要回答以下幾個問題：

1）在灘槽動態活躍的西太陽沙海域，能否開發爛沙洋水道作為進港航道、能否開發西太陽沙淺灘使其具備建設LNG接收站的條件；

2）本海域潮流動力場的演變是否會影響本工程的建設；

3）工程建設是否會帶來工程海域地形地貌的不利改變；

4）由惡劣海況造成的灘槽沖淤變化是否會對工程產生不利影響。

針對上述問題，在選址工作中，首先開展了港址海域“水道—沙洲”系統演變規律與穩定性研究的相關工作。依據大量水文、泥沙和灘槽變化實測資料，并通過波浪和水流共同作用下海床泥沙活動性試驗，對爛沙洋水道演變規律和西太陽沙穩定性特征進行了全面系統的論證，得出了以下基本結論：

1）工程海域內的灘槽總體格局與太平洋前進潮波和南黃海旋轉駐潮波兩大潮波系統輻合的流場環境相一致，決定了其灘槽總體格局在相當長時間內相對穩定，利用輻射沙洲深水潮流通道進行海港開發具有可能的條件。爛沙洋水道相對穩定，呈現出“北水道南逼、中水道西延、南水道擴展”的演變趨勢。

2）西太陽沙淺灘雖呈現一定的沖淤變化，但沙洲-5m以下區域處于相對穩定的狀態。該區域的東北側40余年來一直呈沖刷動態。

3）在平均波浪情況下只有5m水深以淺海域泥沙是活動的，在 50年一遇波浪的影響下，可以使-6～-16m以深的泥沙起動。反映出大浪作用下西太陽沙海域泥沙有較強活動性，大浪是造成灘槽短期沖淤波動的主導動力。

根據上述研究結論，將LNG碼頭布置在爛沙洋北水道深槽內，在西太陽沙沙洲上建設人工島，用于布置LNG接收站。碼頭與人工島相距約2 km，采用透空棧橋連接（見圖3）。

圖3　LNG碼頭及航道總平面布置

針對 LNG碼頭與人工島的選址布置方案，又開展了 LNG接卸港與動力泥沙環境和灘槽演變環境的適應性研究和風暴潮對 LNG接卸港人工島穩定和碼頭運行影響研究兩項工作。通過研究，得出了以下基本結論：

1）工程建設對本海域水道潮量的影響很小，各水道之間的潮流動力也沒有因工程建設帶來變化。

2）工程建設后，將會在建筑物周邊發生一定的沖淤變化，但沖淤變化僅局限在建筑物周邊局部區域，不會對整體格局造成不利影響。

3）在現狀灘槽地形條件下，不同重現期大浪作用下，人工島島壁前沿將發生沖刷，最大沖刷深度接近4m；大浪可對LNG港池產生的1m左右的短期淤積在。

通過對工程海域自然條件和工程穩定性的全面系統研究，得出了“爛沙洋北水道基本穩定、西太陽沙核心部位基本穩定、建設LNG接卸港沒有顛覆性問題”的基本結論，證明了在西太陽沙海域建設大型LNG接卸港在技術上是可行的。

3　進港航道設計

本項目到港設計船型見表1。

表1　設計船型主尺度

根據《海港總體設計規范》的規定，本項目航道設計水深為15m，設計寬度為345m。按照《液化天然氣碼頭設計規范》中“液化天然氣碼頭進出港航道設計水深的計算基準面宜采用當地理論最低潮面”的規定，本工程航道設計底高程為-15.0m。

本海區測圖資料顯示，爛沙洋北水道整體水深較大，但進港航道中部存在一段水深較淺的區域，其中最淺處高程為-11.9m，天然海底高程淺于-15.0m的區域約有16 km長。若按照《液化天然氣碼頭設計規范》的要求，進港航道總挖方量約1 500萬方。航道回淤分析研究表明，爛沙洋北水道在整體上是穩定的，在水道內開挖進港航道在技術上是可行的。但是，由于本工程所在海域泥沙運動較為活躍，航道開挖后將會產生較大的泥沙回淤，根據預測，本項目航道開挖后，年回淤量在400萬方左右。

由于本項目是該港第一個項目，且運量較小，一期工程只有350萬t/a，僅依靠本項目的經營難以承擔航道的開挖和維護費用；加之本海域泥沙運動復雜，航道開挖存在較大的風險。根據測算，在年運量為350萬t時，折合每6天才有一個航次，航行密度很低。基于上述分析，提出了利用天然水深，近期采取乘潮進港的設計方案。

爛沙洋北水道最淺處的水深約為-11.9m，考慮船舶乘潮進出航道時，乘潮水位不應低于3.1m，乘潮延時不應少于3 h。本地區為規則半日潮海區，通過對當地實測潮位資料統計，當地平均海平面為3.93m，當乘潮水位為3.1m，保證率為100%時，乘潮延時大于 6 h，大大超過船舶在航道內航行的時間。

鑒于 LNG船舶只允許在白天進出港口，且對船舶滯期有較嚴格的要求，為了進一步分析 LNG船舶乘潮進出港口的可靠性，對乘潮水位進行了復核。復核方法如下：

1）每月選取大、中、小潮各一天的潮位逐時觀測記錄，作潮位過程線；

2）根據LNG船舶只能白天進港的通航特點：日出至日落為白天，日落至次日的日出為夜間來劃分；

3）日出至日落每天取一個潮乘潮水位3.1m的延時；

4）對乘潮延時進行統計。

復核結果見表2。

表2　乘潮水位延時復核結果

從表2中可知，乘潮水位為3.1m的對應乘潮延時，最短延時也達到3.0 h。因此，即使在小潮的情況下，每天（白天）亦可保證有一個潮次供LNG船舶乘潮進港。

LNG船舶采用乘潮方式進出港口，一旦LNG船舶在碼頭系泊期間出現緊急情況需要離泊，而潮位不滿足船舶出港需要時，LNG船舶將無法離泊出港，屆時將可能給船舶或碼頭帶來安全風險。為了解決這一問題，在設計中采用了設置應急內錨地的方案。應急內錨地布置在港池的東側距碼頭約1 800m處，設置了1個直徑為1 180m的應急內錨地，錨地邊緣距航道邊線345m。應急內錨地范圍內，天然泥面底高程均低于-14.4m，無需疏浚即可滿足本工程LNG船舶逃離碼頭至應急內錨地錨泊的使用要求。

LNG船舶采用乘潮方式進出港口，在國內LNG接收站尚無經驗。本項目是國內第一個采用乘潮方式進出港口的LNG接收站。自項目投產以來，共接卸了一百多艘次LNG船舶，其中曾出現過1個月接卸8艘LNG船舶的情況，航道的實際使用情況證明，設計提出的航道方案是可行的、合理的。

4　結　語

如東LNG接收站是我國首次在復雜的輻射狀沙洲海區建設的大型 LNG接收站，該項目目前已通過整體驗收。本項目的建設填補了在輻射沙洲建設10萬t級以上碼頭的空白，為洋口港后續港口項目的開發建設奠定了重要基礎，也為其它類似海區的港口建設提供了有益借鑒。

Site Selection and Approach Channel Design For Rudong LNG Receiving Terminal

Liu Hongyu，Zhao Jiade
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

The design of the LNG Terminal at Rudong in Jiansu Province，the first one ever designed along the coast of East China in the complex waters with radial sand bars （the ones in outstretched-fingers shapes），presents a great difficulty，particularly in the selection of the terminal site and the design of the approach channel.The technical conundrums encountered in the process of the design have been solved through meticulous studies and painstaking efforts.Since 25th of May in 2011，when the terminal accommodated its first LNG carrier，the terminal has been operated in ease and safety for consecutive five years.Counting to the end of 2015，it has accommodated more than a hundred LNG carriers，including one of the largest in the world with capacity of 267 000m3.

radial sand bars； tidal passage； LNG terminal； terminal site selection； design of approach channel

U651

A

1004-9592（2016）04-0025-04

10.16403/j.cnki.ggjs20160406

2015-11-30

劉紅宇（1966-），男，高級工程師，主要從事港口工程總圖設計工作。