關(guān)于淤泥粉砂質(zhì)海岸的航道分段備淤深度研究

白洪爐 滄州港務(wù)集團(tuán)有限公司

黃驊港是我國(guó)在淤泥粉沙質(zhì)海岸建設(shè)的第一個(gè)大型港口，位于河北省滄州市以東90公里的渤海之濱，河北山東兩省交界處，環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的中部，是冀中南和我國(guó)西北地區(qū)最便捷的出海口，擁有廣闊的腹地。

黃驊港綜合港區(qū)和散貨港區(qū)航道自建成至今一直存在著較為嚴(yán)重的淤積。黃驊港航道回淤的最大特點(diǎn)是驟淤量占全年回淤量的大部分，遇罕見(jiàn)大風(fēng)，甚至占年回淤量的絕大部分。為了保證船舶航行安全以及黃驊港安全、快速、穩(wěn)定地發(fā)展，在進(jìn)行常年維護(hù)性疏浚的基礎(chǔ)上，航道整體必須考慮一定備淤深度，從而抵御大風(fēng)驟淤的影響，本文基于保障航道通航安全及降低疏浚成本角度，分析了黃驊港大風(fēng)狀況和驟淤特點(diǎn)，提出了維護(hù)性疏浚的分段備淤深度建議。通過(guò)本項(xiàng)目對(duì)黃驊港綜合港區(qū)散貨港區(qū)航道維護(hù)疏浚工程合理、高效的實(shí)施提供依據(jù)，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性與示范意義。

1.航道尺度及維護(hù)性疏浚基本情況

1.1 航道尺度情況

黃驊港綜合港區(qū)散貨港區(qū)航道全長(zhǎng)60.5km，其中0～3+700km為10萬(wàn)噸級(jí)航道，設(shè)計(jì)底寬210m，設(shè)計(jì)底標(biāo)高-14.5 m，邊坡坡度1:5；3+700～60+500k m為20萬(wàn)噸級(jí)航道，設(shè)計(jì)底寬250 m，設(shè)計(jì)底標(biāo)高-18.3 m，邊坡坡度1:5。航道里程0～44+000 方位角為239.5°～59.5°，在航道里程44+000處向北偏轉(zhuǎn)13°，折線(xiàn)段軸線(xiàn)方位角為226.5°～46.5°。

1.2 維護(hù)性疏浚情況

由于特殊的海洋底質(zhì)環(huán)境，該航道自建成以來(lái)一直存在較大的回淤，因此一直常年不間斷地進(jìn)行維護(hù)性疏浚工作，主要采用艙容為5000～10000m3的耙吸式挖泥船進(jìn)行外拋?zhàn)鳂I(yè)。近年來(lái)每年的疏浚費(fèi)用均保持在3～4億元，維護(hù)成本過(guò)高給港口企業(yè)帶來(lái)了沉重的財(cái)務(wù)負(fù)擔(dān)。

2.港區(qū)大風(fēng)統(tǒng)計(jì)和航道回淤情況

2.1 港區(qū)大風(fēng)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)近年的大風(fēng)資料統(tǒng)計(jì)歷年大風(fēng)次數(shù)和大風(fēng)總能量，由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知：從大風(fēng)出現(xiàn)的次數(shù)看，近年來(lái)平均出現(xiàn)6級(jí)以上大風(fēng)的次數(shù)為每年26次；從大風(fēng)能量看，逐年的累積大風(fēng)能量也呈交替不等形式，風(fēng)能最小為2011年，風(fēng)能最大為2003年。

2.2 航道回淤情況

根據(jù)已掌握的現(xiàn)場(chǎng)資料并結(jié)合最新的工程條件，利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算黃驊港綜合港區(qū)重現(xiàn)期為15年一遇大風(fēng)驟淤情況。計(jì)算表明在15年一遇的大風(fēng)影響下，該航道內(nèi)最大淤積強(qiáng)度1.15m，最大淤?gòu)?qiáng)發(fā)生在航道20+0附近，平均淤?gòu)?qiáng)約0.47m，全航道總淤積量為733.8萬(wàn)m3。15年一遇大風(fēng)驟淤淤?gòu)?qiáng)沿程分布如圖1所示。

圖1 航道15年一遇大風(fēng)淤積淤?gòu)?qiáng)分布圖

3.航道備淤深度的研究

備淤深度是考慮兩次疏浚之間的航道淤積深度。應(yīng)估算不同備淤深度的回淤速率，確定最優(yōu)的方案。根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)備淤深度的規(guī)定，計(jì)算的或?qū)嶋H觀(guān)測(cè)的港口泥沙回淤?gòu)?qiáng)度，按合理的挖泥間隔期內(nèi)產(chǎn)生的淤積量確定，不宜小于0.4m。對(duì)不淤港口可不計(jì)備淤深度；對(duì)淤積嚴(yán)重的港口，可適當(dāng)增加備淤深度。

3.1 備淤深度理論計(jì)算公式

理論上，備淤深度取值為：

式中：

H為備淤深度，單位為m；

P為平均淤?gòu)?qiáng)，單位為m/年；

T為維護(hù)疏浚周期，單位為年；

t為疏浚施工時(shí)間，單位為年。

另外，還需要考慮最小備淤深度的取值，其計(jì)算公式為：

式中：

P0為年淤?gòu)?qiáng)，單位為m/年；

Hmin為最小備淤深度，單位為m；

ty為維護(hù)周期內(nèi)回淤厚度所占全年淤?gòu)?qiáng)的百分比。

3.2 驟淤備淤深度分析

綜合港航道是以驟淤為主的航道，確定備淤深度時(shí)還應(yīng)綜合考慮驟淤發(fā)生的規(guī)律，明確航道設(shè)計(jì)中的驟淤重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)，如果沿航道驟淤?gòu)?qiáng)度變化較大時(shí)，應(yīng)確定不同的沿程驟淤備淤深度。

在該航道的設(shè)計(jì)文件中，綜合港20萬(wàn)噸級(jí)航道的通航標(biāo)準(zhǔn)為：正常情況滿(mǎn)足20萬(wàn)噸級(jí)散貨船滿(mǎn)載乘潮通航的要求；當(dāng)發(fā)生10年一遇泥沙驟淤時(shí)，仍能保證15萬(wàn)噸級(jí)散貨船滿(mǎn)載乘潮通航的水深要求；經(jīng)過(guò)維護(hù)性疏浚后滿(mǎn)足20萬(wàn)噸級(jí)散貨船滿(mǎn)載乘潮出港。但為確保20萬(wàn)噸散貨船全時(shí)段暢通，且在發(fā)生15年一遇大風(fēng)驟淤時(shí)不考慮降低航道等級(jí)來(lái)滿(mǎn)足通航要求，按照抵御15年一遇大風(fēng)驟淤進(jìn)行備淤，大風(fēng)驟淤的備淤深度應(yīng)不小于航道的驟淤淤?gòu)?qiáng)。根據(jù)3.2中的綜合港20萬(wàn)噸級(jí)航道在15年一遇大風(fēng)情況下的驟淤分布情況，并將航道的備淤深度在0.4m的基礎(chǔ)上進(jìn)行增加，最終備淤深度確定范圍在0.4m-1.2m之間。

4.結(jié)論

備淤深度的綜合確定不僅與航道的淤積情況有著直接的關(guān)系,而除港區(qū)所處位置的自然條件外,還與疏浚的規(guī)范程度(包括溢流時(shí)間、拋泥位置等)、拋泥區(qū)泥沙擴(kuò)散等因素有關(guān),這些因素均會(huì)直接導(dǎo)致航道淤積的增加。因此,在綜合考慮以上各種因素的基礎(chǔ)上,結(jié)合港區(qū)疏浚能力及施工的實(shí)際需要,將航道合理分成7段進(jìn)行統(tǒng)計(jì),最終確定了黃驊港綜合港區(qū)散貨港區(qū)航道的分段備淤深度,結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 航道分段備淤深度推薦值

對(duì)于備淤深度的開(kāi)挖，根據(jù)港區(qū)的疏浚能力進(jìn)行協(xié)調(diào),若港區(qū)的疏浚能力較強(qiáng),可將備淤深度一次性疏浚達(dá)到;若港區(qū)的疏浚能力存在一定的局限性,也可進(jìn)行分期實(shí)施。在邊坡的施工過(guò)程中,應(yīng)先挖邊坡頂層的泥土，然后逐層下挖，同時(shí)注意坡腳及底邊線(xiàn)的施工情況。