舟山黃澤山島北側岸線潮流特征及其影響分析

鄔昊辰，孫驍帆，浦偉慶

（1.寧波舟山港股份有限公司，浙江 寧波 315040；2.中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海 200032）

引 言

黃澤山島位于舟山群島中北部，周邊水深條件好、高等級航道貫通，具備建設大型碼頭泊位的基本條件，其部分岸線已納入《寧波-舟山港總體規劃》，前階段已依托西南側岸線建成了30 萬t 級大型碼頭泊位。不同于其南側利用島嶼間通道水域的建港條件，黃澤山北側岸線所處水域相對開闊，除了水深條件、波浪掩護條件的差異外，其潮流場分布也有較大不同，并對岸線利用和碼頭布置有顯著影響。結合相關基礎資料和模型研究，對該岸段潮流特征及其建港影響進行了分析。舟山群島及我國其他區域的一些島嶼或半島岬角岸線的潮流場特征與該區有一定的相似性，本文所采用的分析方法適用于類似典型場景。

1 岸線現狀

黃澤山島東西長約2.8 km，南北寬約0.7～ 2.1 km，自然海岸線長約15 km，其中西側約4.9 km岸線已納入港口規劃并開發利用[1]，建設有30 萬t級原油泊位1 個、8 萬t 級原油泊位1 個、1 萬t 級成品油泊位2 個以及后方罐區等設施，其余岸線多處于自然未開發狀態。島嶼以基巖海岸為主，人工海岸次之，海岸抗侵蝕能力強，岸線相對穩定。島嶼南北兩側20 m 等深線離岸約200～800 m 左右，10 m 等深線離岸僅50～400 m 左右，深水區相對貼岸分布，滿足建設大中型碼頭泊位的水深要求。其中，北側岸線介于東北側岬角磯頭和西北側礁盤之間，其連線長約2 km，連線以外水深＞10 m。

圖1 黃澤山島岸線現狀地形示意

2 岸線利用規劃

我國現行《海港總體設計規范》指出，利用天然島嶼布置的港口，對于較大的島嶼，可利用自然岸線布置，對于較小的島嶼，可將鄰近的多個小島連片統一布置[2]。在舟山港域已有的大量工程實例中，也總結出了順應流態、歸順流場、避開轉流回流段等原則和措施[3-4]。黃澤山島南北兩側均有一定的岸線長度，自身可布置碼頭泊位，但部分區域宜通過人工圍墾填補凹岸，兼顧歸順水流及港口陸域需要。現階段，規劃部門已對相關岸線的利用和碼頭泊位布置開展了一定的規劃研究，形成了基本布局方案[5]，其中：黃澤山北側沿-6 m 等深線連接東西凹岸淺灘形成北側圍墾，結合北側水深條件，自東向西布置≥30 萬t 級泊位及5 萬～12 萬t 級泊位。

圖2 黃澤山島北側岸線規劃布局示意

3 潮流場特征分析

3.1 潮流條件概況

黃澤山所在的舟山群島區域是我國典型的強潮流海域，漲潮時東海潮波經黃澤洋傳入本區，而后進入杭州灣，落潮時來自杭州灣的落潮流經本區域流向外海。受島礁地形影響，漲潮流在黃澤山附近分成三個部分，分別通過雙子山與衢山島之間通道、雙子山與黃澤山之間通道和黃澤山北側通道，三股漲潮流繞過小衢山后繼續向西進入杭州灣水域。落潮時，流路基本相反。實測資料[6]和數值模擬[7]均表明，島嶼附近的潮流動力較強，同時島嶼背流側和局部凹灣內多有回流產生，其中黃澤山東北側磯頭以西的漲潮回流較為顯著，對碼頭布置有較大影響。

圖3 黃澤山北側流場分布（數值模擬）

3.2 基礎資料準備

1）現場潮流觀測

由于本區潮流場的復雜性，為滿足岸線規劃和碼頭泊位布置方案細化研究的要求，需開展有針對性的現場潮流觀測。本區的潮流觀測主要遵循以下原則：

a.測站位置結合擬選碼頭前沿線、港池水域、航道連接水域進行布置，并形成相應的代表斷面，同時兼顧模型試驗驗證點的需要；

b.觀測范圍充分涵蓋不利流態（回流區）的可能影響范圍；

c.觀測時間覆蓋大、中、小潮期；

d.流場變化幅度較大的區域采用沉底（固定式）觀測。

結合已有規劃布局方案，以及根據原有資料對現場流態的預判分析，在黃澤山北側水域共布置了7 個定點站和6 條ADCP 斷面，其中3 個定點針對碼頭前沿線、4 個定點針對港池及兩側延伸水域，4條斷面為橫斷面、2 條斷面為縱斷面，斷面布置在回流區一側相對密集。

圖4 黃澤山北側岸線潮流觀測點和斷面布置示意

2）地形測量

在上述工作前，提前進行一定范圍和精度的地形觀測，作為碼頭前沿線初步選擇以及潮流場預判分析的依據。

3.3 實測流資料的分析

1）潮流性質

海域的潮流以半日潮流為主，潮流的往復流運動形態較明顯。

2）流速流向

定點站中漲潮測點最大流速為1.9 m/s，落潮測點最大流速為2.2 m/s。定點站漲潮垂線最大流速在0.5～1.5 m/s 之間，落潮垂線最大流速在1.2～1.7 m/s之間，落潮各層最大流速基本大于漲潮，落潮流為優勢流。除受島嶼磯頭影響區域外，大部分測點漲潮主流向介于250°～270°左右，落潮主流向介于70°～80°左右。流速的空間分布方面，總體上離岸深水區流速大于近岸，東側回流區內流速總體小于流場平順的區域。

3）回流區影響范圍和時間的判斷

利用定點及ADCP 逐時的準同步流矢圖，基本可辨別出東側回流區的范圍。由圖分析可知，本區初漲后1 h 左右（漲急前1 h），東側近岸的部分測點流向開始向內（南）壓攏，漲急時刻可觀察到明顯的逆時針回流區，范圍自東側磯頭向西延伸至縱斷面中段，漲急后1～2 h 回流區范圍基本無大的變化，而水流強度逐漸減弱。總體上，根據實測資料，本段岸線存在漲潮回流影響的范圍約為東西長 1.2 km、南北寬0.9 km 的橢圓形水域，影響時間持續3 h 左右；從實測潮流和潮位的關系來看，大致發生于高平潮前2.5 h 至高平潮后0.5 h 左右。本區30 萬t 級及以上大型船舶一般需乘高潮進港，選擇漲（流）末或落（流）初靠泊，基本可避開強回流影響時段，因此該回流區主要影響在泊船舶系泊水流荷載和離泊時間選擇。

4）碼頭前沿橫流影響的分析

根據實測流資料，可對初始碼頭前沿線布置方案的橫流大小和過程進行分析。如圖5 所示，初始方案碼頭前沿線沿程最大橫流（流速的橫向分量）約在0.2～0.5 m/s 左右，推開流和壓攏流均存在。同時，可得出固定點位的流速、流向、橫流大小的時間過程線（圖6），用于分析橫流發生的時段和歷時頻率。該程度的潮流強度及橫向流影響，對于大型船舶的系泊安全是較為不利的。

圖5 碼頭前沿縱斷面最大橫流分布（單位：m/s）

圖6 碼頭前沿定點站流速橫流過程線（流速m/s，流向°）

3.4 潮流數值模擬分析

在充分獲取代表現狀的實測資料及相應分析的基礎上，進一步針對本段岸線的碼頭平面布置方案，開展潮流數學模型試驗，預測工程實施后港區的流場情況[7]。需注意的是，該數學模型的建立過程，除需對各定點潮流資料進行驗證外（見圖7），還應關注回流影響范圍的模擬情況與實測資料的吻合性，以確保回流區這一關鍵要素模擬情況與現場的吻合性（見圖8，與實測位置、范圍基本匹配）。

圖7 潮流數學模型定點站流速V(m/s)和流向Dir(°)

圖8 現狀漲潮流場及回流區模擬

碼頭布置方案的模擬結果表明，在連接東西凹岸淺灘形成平直岸線后，原有東側漲潮回流區的范圍受到一定壓縮，而碼頭布置通過平移盡量避開回流影響的區域，可將不利流態的影響降低到相對可接受的范圍。通過進一步優化布置，碼頭前沿最大橫流約可控制在0.3 m/s 左右，且僅發生于碼頭東端，大部分范圍的流態較為平順。

圖9 碼頭優化布置方案流場模擬

4 流場影響分析及碼頭布置建議

4.1 流場影響分析

黃澤山北側岸線的潮流場具有強潮流島嶼岸線的典型特征，流場強度、流態分布受到島礁地形的顯著影響，由于島嶼磯頭的挑流作用，以及岸線走向本身與當地主流向存在夾角而形成的背流區，在相應時段形成了較大范圍的轉流、回流形態。對本段深水岸線而言，由于規劃泊位的船舶大型化，以及規劃貨種的危險品性質，碼頭布置對潮流環境有較高的敏感性。現狀潮流場一方面使碼頭區較難保證水流沿程平順，導致部分區段的流夾角和橫流偏大，另一方面在港池回旋水域和航道連接水域存在旋轉和切變流，對船舶靠離泊、系泊作業的安全造成不利影響。

由此，在進行岸線和碼頭布置規劃時，首先需對岸線進行一定的取舍，其次需通過優化平面布置使碼頭前沿線盡可能與當地流場相適應。而通過實測資料和數值模擬的分析，已可基本掌握現狀條件及工程實施后的潮流場特征，包括不利流態的影響范圍、強度、持續時間，可作為相應碼頭布置的依據。

4.2 碼頭前沿線布置建議

在基本明確本區碼頭等級及占用岸線長度的前提下，單從潮流條件方面，對碼頭前沿線的布置大致可遵循以下思路：

1）基于實測資料，按平順于主流向的原則，劃定碼頭前沿線的大致方位角（前沿線的離岸距離還需結合水深條件等因素綜合確定）；

2）基于實測資料，確定岸線端部水域不利流態的影響范圍，使碼頭區基本避開該水域；

3）基于實測資料，估算碼頭沿線橫流情況，并調整碼頭前沿線位置，使最大橫流基本不超過某一閾值（在寧波舟山港的強潮流港區，對30 萬t級左右大型/超大型船舶，該閾值常按0.3 m/s 考慮）；

4）基于模型試驗，根據工后流場預測情況，復核不利流態的影響程度，并按1）～3）條相同的原則，進一步微調得到相對較優的布置方案；

5）如受限于環境條件，難以完全滿足第3）條時，因確保不利流態的影響僅限于局部，如碼頭端部（且基本不影響船舶實際停靠位置），且影響的頻率可控制在較低量級，后期還需通過其他研究手段（如船舶操縱仿真、系靠泊試驗、工后復測潮流等）進一步復核潮流的影響；

6）如受限于環境條件，有較大范圍的碼頭區流態不理想時，應考慮采取一定的工程措施，包括整治建筑物、碼頭結構措施等[8,9]，緩解該不利影響，并通過模型試驗論證相應措施的效果。

本區現階段碼頭規劃布置主要施行了1）～4）條內容，優化后碼頭前沿線的流場影響基本可控。該研究思路可適用于其他條件相似的岸線。

5 結 語

在類似黃澤山島北側的島嶼或半島岬角岸線，常存在一定范圍的復雜流場影響。在建港前期研究階段，應開展充分的流場觀測，采取定點和走航斷面相結合的形式，覆蓋所關注的水域，并在不規則流態區域適當加密。基于實測資料的分析提出相對合理的碼頭前沿線布置方案，并采用模型試驗手段對工程實施后的流場情況進行模擬預測，進一步優化布置，保證流場影響可控。在具體項目階段，必要時還應采用更精確的技術手段對相關影響進行深化研究。此外，在寧波舟山港一些潮流較復雜的港區，近年來也采取了一些工程建成后復測潮流的措施，對流場的影響進行了有效的后評估。