南通港三夾沙南航道選線探討

尹進軍，賈雨少，黃志揚

（1.南通港集團建設投資有限公司，江蘇南通 222600；2.中交上海航道勘察設計研究院有限公司，上海 200120）

引言

南通港是長江三角洲綜合運輸體系的重要樞紐和主要港口之一，也是上海國際航運中心的組合港。長期以來南通港發展重心集中在沿江港區，近年來，隨著長江大保護、長江三角洲經濟一體化發展等國家戰略的深入實施，南通港沿海港區迎來前所未有的發展機遇。憑借“黃金水道”和“黃金海岸”的最佳交匯點之區位優勢，以中天鋼鐵為首的一大批重大臨港產業已入駐南通港通州灣港區。

通州灣港區進港航道位于蘇北輻射沙洲最南翼的小廟洪水道，自外海-18 m 等深線至通州灣一港池和東灶一港池，全長約80 km。航道沿程可分為呂四10 萬t 級進港航道、小廟洪上延航道、三夾沙南航道三段（圖1）。其中，呂四港區10 萬t 級進港航道已于2019 年3 月通過交工驗收，滿足10萬t 級散貨船乘潮單向通航；小廟洪上延航道現狀滿足2 萬t 級雜貨船乘潮雙向通航，正在開展5 萬t 級航道擴建工程設計[1]；三夾沙南航道現狀僅滿足2 萬t 級雜貨船乘潮單向通航，已不能適應港區發展的需求，航道升等勢在必行。

基于港區規劃、自然條件、海床穩定性、通航安全等因素，本文提出了2 個航道選線方案，通過航道條件、回淤情況、通航安全、工程量及投資等多方面比較分析，給出了推薦的航道軸線方案，為南通港三夾沙南航道開發提供了科學依據。

1 工程海域自然條件

1.1 風況

根據呂四海洋站2006～2008 年資料統計，工程海域常風向為N 向，出現頻率12.24 %，強風向為NE 向，最大風速為25.1 m/s。

據1949～2005 年的臺風資料統計，影響呂四海域的臺風共有124 個，平均每年2.2 個，最多的1989 年達7 個，臺風多發生在每年的5～11 月份。

1.2 水文

1）潮汐

工程海域潮汐屬正規半日潮，每日兩漲兩落。平均潮差3.73 m，最大潮差7.31 m。小廟洪水道主要受東海前進波控制，漲急流速一般出現在高潮位前2～3 小時，落急流速一般出現在低潮位前2～3 小時。

2）潮流

根據現場水文觀測資料[2]和相關研究成果[3-4]，工程海域潮流屬正規半日淺海潮流類型，潮流的運動形式以往復流為主，大潮流速明顯大于小潮，各垂線的最大流速一般出現在表層或近表層。航道進口段所在的小廟洪尾部深槽潮流動力較強，大潮期間急流流速約1.2～1.5 m/s，漲急流速大于落急流速，小潮期間急流流速約0.5～0.8 m/s，落急流速大于漲急流速，總體表現為漲潮優勢；蠣蚜山西側的西南水道動力弱于小廟洪尾部深槽，大潮急流流速約0.8～1.3 m/s，小潮急流流速約0.3～0.6 m/s，均呈落急流速大于漲急流速的特征，落潮流占優。

3）波浪

受外圍眾多沙洲的掩護，呂四海域波浪總體較小。據呂四海洋站實測資料統計，該海域無浪天約占全年43 %，常浪向為NW-SE，強浪向為NW-NE，各方向的年平均波高約0.48 m（不包括無浪天）。實測最大波高3.8 m，浪向為NE 向，發生于1982年8 月，出現頻率約五十年一遇。

1.3 泥沙

1）含沙量

小廟洪水道含沙量主要受風浪和潮流動力影響，具有風浪大、水體含沙量高和流速大、水體含沙量高的特點。水道內漲落潮含沙量基本一致，不同季節含沙量有差異，冬季含沙量大于夏季，其中冬季漲落潮平均含沙量0.41 kg/m3，夏季為0.22 kg/m3。全年大、中、小潮平均含沙量約0.26 kg/m3。

2）懸沙粒徑

根據2014 年10 月大、小潮含沙量資料，大潮期懸沙垂線平均中值粒徑在0.010～0.019 mm 之間，底層略大于表層；小潮期垂線平均懸沙中值粒徑在0.010～0.012 mm 之間，主要為細粉砂。

3）底質

根據2014 年10 月小廟洪尾部底質取樣結果，工程區域海床泥沙中值粒徑約0.03～0.15 mm，總體呈“深槽細、淺灘粗”的分布特征。小廟洪尾部深槽和西南水道底質中值粒徑一般在0.03～0.08 mm，粒徑小于0.004 mm 的粘性顆粒含沙量一般在15～ 20 %，三夾沙淺灘底質中值粒徑約0.1 mm，粘粒含量約10 %。

2 海床穩定性

本工程航道位于小廟洪水道尾部深槽和蠣蚜山西側的西南水道。多年地形資料分析表明，小廟洪水道是輻射沙脊群南翼一個相對獨立的水、沙系統，動力條件單一，水道不與相鄰的潮汐通道串連，且南側有固定的海堤邊界，水道整體穩定性較好。近20 年來工程海域實施了多項邊灘匡圍工程，但小廟洪水道尾部的灘槽形態一直較為穩定，-10 m等深線呈“向西延伸，向南拓展”的態勢[5-6]（圖2）。

圖2 小廟洪尾部深槽10 m 等深線變化Fig.2 Changes of 10 m isobath at the tail parts of Xiaomiaohong channel

在小廟洪尾部深槽南移受蠣岈山礁盤頂托的宏觀背景下，蠣岈山西側發育了一定規模的港汊，即西南水道。西南水道平面位置和形態長期穩定，水深常年維持在0～5 m，0 m 等深線寬度在500 m以上，其中0 m 等深線東側邊界穩定在蠣蚜山礁盤，西側邊界緩慢向東側推進（圖3）。2010～2020 年間，三夾沙灘面略有淤積，幅度在1 m 以內，三夾沙南航道2 萬t 級航道在三夾沙淺灘開挖而成，航道位置水深增深幅度在5～10 m 之間，靠近蠣蚜山的天然汊道水深也有所發展，增幅在1～2 m 之間（圖4）。

圖3 西南水道0 m 等深線變化Fig.3 Changes of 0 m isobath at Southwest channel

圖4 西南水道地形沖淤變化Fig.4 Erosion and deposition changes of Southwest channel（2010 年11 月～2020 年1 月）

總體而言，小廟洪尾段深槽的槽形單一，平面位置與水深較為穩定，西南水道長期以來水深和規模也較為穩定，為本工程航道的擴建提供了良好條件。

3 現狀航道概況

3.1 航道軸線

三夾沙南航道一期工程滿足2 萬t 級雜貨船乘潮單向通航要求。航道東起呂四進港航道一期上延工程航道終點G′，止于海門作業區二港池北側L 點（圖5），其中G′I 段軸線299 °15 ′17 ″-119 °15 ′17 ″，長2.44 km，IK 段軸線220 °33 ′57 ″-40 °33 ′57 ″，長4.43 km，KL 段軸線264°3′51″～84°3′51″，長 2.37 km，航道全長約9.24 km。航道通航寬度125 m，設計底高程-8 m，邊坡1:8。

圖5 現狀航道平面布置示意圖Fig.5 Layout of the first phase of Sanjiasha South Channel

圖6 航道統計分段示意圖Fig.6 Schematic diagram of channel segmentation

一期工程于2015 年1 月開工建設，2016 年1月通過交工驗收。

3.2 航道回淤

一期工程選線時，受東灶港通用碼頭制約，航道未充分利用現狀深槽，部分在三夾沙淺灘上開挖而成，最大開挖深度達8.0 m。航道回淤是航道維護和后期擴建關注的重要技術問題之一。在此采用2018 年4 月與2019 年6 月，歷時14 個月未實施維護疏浚的自然淤積資料進行航道回淤分析。

從2018 年4 月水深來看，三夾沙南航道一期工程沿程水深呈“兩端深，中部淺”的分布特征，航道尾端的L3～L6 單元及進口的C1～C4 單元平均水深約8.0～10.0 m，中段的C5～L2 單元水深相對較淺，平均水深在7～8 m 之間（圖7）。

圖7 一期工程航道水深變化示意圖Fig.7 Changing process of waterway depth

至2019 年6 月，除航道外段的C1～C4 單元略有沖深（平均沖刷幅度約0.2 m/a）外，其余航段有不同程度的淤淺。主要淤積部位有兩處，一是航道末段，越靠近港內深處回淤強度越大，其中L6 單元14 個月平均淤淺1.1 m，淤積強度為0.94 m/a；二是航道中段（W1～W3、C5 單元），14 個月平均淤淺0.66～1.02 m，淤積強度為0.57～0.88 m/a。

根據一期工程交工以來的水深測圖，高灘開挖段淤強在1.0 m/a 以內，航道回淤總體不大，航道進一步開發和擴建是可行的。

4 航道選線

4.1 選線方案

人工開挖航道選線時已經過較充分論證，因而后續擴建時，一般沿用現狀航道軸線以減少工程投資。本工程航道由2 萬t 級擴建至5 萬t 級，現狀航道軸線主要存在以下2 方面問題：

1）2 萬t 級航道部分在三夾沙淺灘開挖而成，灘槽高差高達8 m，擴建至5 萬t 級航道后，航道需要進一步拓寬浚深，其中增深幅度約4 m，拓寬寬度約120 m，回淤強度和回淤總量進一步增大。現狀航道回淤強度總體不大，考慮航道運行時間不長、資料有限，仍需重點研究擴建后航道回淤情況。

2）現狀航道進口轉彎段的轉角約79 °，不利 于船舶操縱。海門作業區和三夾沙作業區起步較晚，現狀航道通航船舶主要為2 萬t 級以下，且船舶流量較小，水上交通事故極少發生。擴建航道設計船型為5 萬t 級散貨船，船舶滿載乘潮進港時為順流航行，船舶操縱難度較大，現狀航線方案的通航安全也需重點研究。

針對上述現狀航道軸線方案存在的不足，提出了兩個沿天然汊道布置的比線方案——東線方案和西線方案（圖8）。

圖8 航道軸線布置示意圖Fig.8 Layout of channel axis

1）東線方案

蠣蚜山西側港汊天然水深條件優于現狀航道開挖所在的三夾沙淺灘，為了減小航道回淤量，東線方案沿蠣蚜山西側港汊布置。自呂四進港航道一期上延航道終點G′點開始，沿269 °4 ′5 ″-89 °4 ′5 ″的方位角航行約1.55 km 至I 點，左轉約30.9 °沿238 °13 ′14 ″-58 °13 ′14 ″的方位角航行約4.07 km至K 點，航道全長5.62 km。東線方案與現狀東灶港2萬t 級通用碼頭和棧橋沖突，需先行拆除碼頭和棧橋構筑物。

2）西線方案

此外，為了避免船舶單次轉向角度過大，將現狀軸線方案轉彎段優化為2 次連續轉向，轉彎段間的直線段長度滿足《海港總體設計規范》（JTS 165-2013）中5 倍設計船長的要求，以此作為比選方案之二的西線方案。

自呂四進港航道一期上延航道終點G′點開始，沿299 °15 ′17 ″-119 °15 ′17 ″的方位角航行約1.66 km 至I 點，左轉約39.3 °沿259 °54 ′36 ″-79 °54 ′ 36 ″的方位角航行約1.2 km 至I′點，左轉約39.3 °沿220 °33 ′56 ″-40 °33 ′56 ″的方位角航行約3.65 km至K 點，航道全長6.51 km。優化后，最大轉向角減小一半。

4.2 方案比選

針對提出的東線、西線2 個方案，從水深條件及工程量、航道回淤、通航條件、與港區適應性、對蠣岈山保護區的影響、費用等多方面因素開展方案比選。

1）水深條件及工程量

東線方案位于蠣蚜山西側天然港汊，多年來水深維持在0～5 m，2020 年地形下0 m 等深線寬度約400 m，2 m 等深線寬度在250 m 以上。西線方案基本沿用現狀航道軸線，僅轉彎段局部優化，原航道125 m 寬度內水深多維持在8 m 左右，拓寬120 m范圍多為三夾沙淺灘，水深在0 m 左右。從現狀水深情況來看，實施了一期工程的西線方案相對較優。

按照設計底高程-11.7 m、挖槽底寬238～255 m、設計邊坡1：8，根據2020 年水下地形測量資料計算得東線、西線方案基建疏浚工程量分別約1 424萬m3、1 072.3 萬m3，西線方案工程量較小。

2）航道回淤

采用二維潮流泥沙數學模型和《港口與航道水文規范（JTS 145-2015（2022 版））》中的粉沙質海岸航道淤積計算公式分別預測了航道的正常天氣年回淤與大風天回淤[2]，西線方案沿程最大回淤強度約2.46 m/a，常年回淤量約194.5 萬m3/a，一場7級風過程航道回淤量約15.4 萬m3，一場10 級風過程航道回淤量約31.0 萬m3。

東線方案沿程最大回淤強度約1.8 m/a，常年回淤量約150 萬m3，一場7 級風過程航道回淤量約10.0 萬m3，一場10 級風過程航道回淤量約21.0 萬m3。

可見，東線方案年回淤量較西線方案少23 %左右，但西線方案在大風天未出現明顯驟淤，年回淤量也處于可接受范圍。

3）通航安全

三夾沙南航道近期主要服務于海門作業區一港池的中天鋼鐵碼頭，自航道起點至一港池，需經過多次轉向。航道進口大轉彎段，東、西線方案最大轉向角分別約34.8 °、65.6 °；海門作業區一港池口門轉彎段，東、西線方案轉向角分別為50.1 °、32.4 °，東線方案轉向角總體較小。

二維潮流數模計算結果表明[2]，航道擴建后，東線方案進口轉彎段橫流約0.4～0.8 m/s，直線段橫流在0.3 m/s 以下；西線方案轉彎段橫流約0.7～ 1.2 m/s，進口段和西南水道直線段橫流也在0.3 m/s以下。2 個方案橫流差異主要在轉彎段，東線方案小于西線方案，船舶操縱難度也相對較小。

為了合理評估2 個軸線方案的通航安全，開展了船舶操縱仿真試驗。試驗結果表明，模擬試驗的航跡帶寬度小于設計的通航寬度，且航跡均能保持在航道內，東線、西線方案均能滿足5 萬t 級散貨船單向通航和2 萬t 級船舶會遇的安全要求。在進口大轉彎段，東線方案船舶航跡線與航道邊界的平均距離為56 m，最小距離約30 m，西線方案船舶航跡線與航道邊界的平均距離為30 m，最小距離約9 m，東線方案較西線方案有更大的安全余量。

4）與港區適應性

根據《南通港總體規劃（2018～2035 年）》，三夾沙作業區北側、東側及內港池均規劃布置多個碼頭泊位（圖9）。西線方案與三夾沙作業區及海門作業區適應性均較好，船舶由西線航道進港靠泊和離港后進入航道出海均十分便捷。東線方案與海門作業區適應性較好，但與三夾沙作業區北側、東側規劃的泊位適應性較差，船舶進港時需要沿航道航行至港內回旋水域掉頭后再航行至相應碼頭前沿靠泊，或同時維護一條進港主航道和一條支航道，維護成本較高。

圖9 三夾沙、海門作業區規劃示意圖Fig.9 Planning schematic diagram of Sanjiasha and Haimen port area

5）對蠣岈山保護區影響

西線方案與蠣岈山保護區最小距離約417 m，東線方案與保護區最小距離約140 m。由于東線方案距離保護區更近，基建疏浚與維護疏浚對蠣岈山保護區不利影響相對較大。

6）工程費用

西線方案基本在現狀航道軸線上擴建，為減小疏浚施工對現狀航道通航船舶的影響，可選擇耙吸船艏吹工藝，基建疏浚工程費用約3.97 億元。東線方案位于蠣蚜山西側港汊，航道疏浚施工不影響現狀航道通航，可采用絞吸船直吹工藝，基建疏浚工程費用約4.25 億元。維護疏浚一般采用耙吸船挖運拋工藝，西線、東線方案維護疏浚費用分別約0.65億元、0.50 億元。2 個方案導助航等其他工程費用占比較小，東線、西線方案工程費用總體相差不大，西線方案略小0.15 億元。需指出的是，東線方案還需先行拆除現狀通航碼頭和棧橋，拆除與相關補償費用達數億元以上。在考慮碼頭與棧橋拆除與補償的情況下，東線方案工程投資大于西線方案。

綜上，與東線方案相比，西線方案在航道回淤量和通航安全2 項指標方面存在不足，但航道回淤量處于可接受量級，船舶操縱模擬試驗也表明船舶航跡也能保持在航道內，且水深條件和工程量、港區適應性、環保與工程費用方面均占優，推薦西線方案作為擴建航道軸線方案。

為了進一步提高西線方案通航安全度，可采取轉彎段局部加寬的措施。如當轉彎段航道軸線兩側各加寬1 倍設計船寬后（通航寬度由263 m 增加至327 m），基建疏浚工程量和航道回淤量增加有限，但通航條件得到較大改善。

5 結語

為了適應港區發展和臨港產業落戶需要，三夾沙南航道擴建已迫在眉睫。工程海域風浪總體較小，含沙量不大，海床穩定性較好，2 萬t 級航道回淤量可控，擴建至5 萬t 級航道是可行的。

基于現狀航道軸線，提出了東線方案和西線方案。綜合水深條件、航道回淤量、通航安全、與港區適應性性、工程量及費用等因素，以西線方案作為擴建航道的推薦軸線。