天津大港港区规划建设对LNG泊位水文条件的影响

张俊文　陈婕

摘 要：防波堤的延伸增加了码头与口门之间的水域距离，且口门含沙量有所减小。隔堤的建设直接减少了港内波能的传入，且影响了港内水流流态。结合物理模型试验分析天津大港港区规划防波堤建设对LNG泊位波浪、潮流、 泥沙淤积的影响。

关键词：物理模型 防波堤延伸 隔堤建设

天津大港港区外围主要由北防波堤、东防波堤、南防波堤以及东、西港池围堤组成。目前南、北防波堤口门实施至距离东防波堤2km处。远期将根据大港港区建设和发展情况，进一步向东延伸，另外，拟在-5米水深处建设两道南北方向隔堤，形成港区1000米宽口门。拟建LNG码头工程位于大港港区东港池东突堤北端，临近港区主航道，目前南北防波堤距离东防潮堤为2.0km。目前，南北防波堤施工至距东堤2.0km处，南北防波堤口门宽2km，隔堤尚未建设。

由于拟建LNG码头离防波堤口门较近，防波堤的延伸及隔堤的建设都将对其水文条件产生较大的影响。本文结合科研单位的物理模型试验成果分析规划防波堤的建设对LNG泊位波浪、潮流及泥沙淤积的影响。

规划防波堤建设对设计波浪、港内泊稳的影响

码头及防波堤的平面布置及结构形式是影响港内波浪条件的重要因素。本文主要针对防波堤的不同延伸长度及各方案隔堤建设后对码头水域波浪条件的影响进行分析研究，为港口设计提供参考依据。

1、防波堤延伸对港内波浪条件的影响

物理模型试验分别针对口门防波堤长度为2km、2.5km、3km及3.5km的方案测量港内波高分布。下面对不同防波堤长度拟建LNG码头及预留LNG码头前沿设计波高进行了对比，结果见图2所示。

当波浪方向为NE向，2.0km长的北防波堤对拟建LNG码头前港域掩护不完全，从口门入射的波浪对LNG码头东段影响明显，波高在各向中最大。随着防波堤的延长，由于波浪传播方向与航道夹角较大，北防波堤的拦浪能力加强。港内建筑物收到良好的掩护，NE向波高有较大程度的减小。

当波浪方向为ENE向时，从图中可看出，随着防波堤的延长，港内ENE向波高有所减小，但幅度不大。原因在于波浪传播方向与防波堤轴线夹角为22.5°，较之NE向有所减小，北防波堤的拦浪能力加强不明显。但由于ENE向的口门入射波高本身较小，因此相对于其他方向波浪，码头前沿波高最小。

当波浪方向为E向时，波浪从口门向港池传播，随着防波堤的延长，码头与口门间距加大。随着波浪在传播中的有效扩散衰减，建筑物离防波堤口门越远，波高的衰减越明显，但因为E向为正向入射，且码头离口门仍只有约3km的距离，因此波浪衰减程度有限，波高有较小程度的减小。港内波况整体状态：由于航道的折射作用，航道内的波浪能量逐渐向两边扩散，航道两侧区域波高较大，部分区域比波高超过1.2，航道内波高相对较小，比波高小于0.5。港池内波能航道中心线两侧水域相对较集中，波高较大。码头及护岸前水域受东防波堤掩护，波高相对较小，比波高约0.5。

当波浪方向为ESE向时，波浪传播方向与航道轴线夹角为22.5°，随着口门防波堤长度增加，LNG码头及护岸前波高总体变化不大。受港池航道疏浚影响，波浪斜向作用下港内波况较为复杂，并且在100年一遇高水位和极端高水位时，东防波堤及口门防波堤顶高程均低于相应水位，堤顶越浪对东防波堤后侧港域波高影响明显。因此，强浪向ESE向作用时，码头及护岸前波高普遍较大。

2、隔堤建设对港内波浪条件的影响

物理模型试验分别针对口门防波堤长度为2km及3.5km隔堤建设后的方案进行了港内波高测量。各方向波浪条件下隔堤建设前后波高对比见图3所示。隔堤建设后，LNG码头区域和护岸的各向波高均减小，主要原因是增加隔堤后，口门宽度减小，传播进入港池的波浪能量减小，因此港内各测点波高减小。由于ESE向是强浪向，隔堤建设后口门缩窄，传入港池的波能有较大幅度的减小，因此码头前沿的ESE向波高减小幅度最大，ENE向波高减小幅度最小。

隔堤的建设同样对港内泊稳也带来了很大的改善。隔堤建设前后LNG泊位处设计高水位情况下2年一遇各向H4%波高结果见表1所示。

目前南北防波堤距离东堤2km，隔堤尚未建设，对拟建LNG码头及护岸前港域掩护不完全，外海波浪仍可自防波堤口门直接传播进入港池水道，从而影响码头前水域，对泊稳条件造成一定影响。在NE～E～ESE各方向中ESE向的2年一遇波高最大，从外围水域传至码头前沿时H4%=1.73m，NE向次之，设计高水位条件下2年一遇H4%=1.42m，均不能满足液化天然气船舶作业标准。当隔堤建成后，除ESE向外，其它方向2年一遇波高均满足船舶作业标准。

规划防波堤建设对流场、泥沙回淤的影响

1、防波堤延伸对流场、泥沙回淤的影响

波浪潮流泥沙物理模型试验分别针对口门防波堤长度为2km、3km及7.1km（防波堤伸至水深-6.0m）进行了潮流泥沙淤积测量研究。

通过对各方案的潮流模拟试验结果可以看出，潮流通过南北两条防波堤形成的通道进出港区，防波堤的长度对潮流场的影响仅体现在口门附近的流态略有差异，进入港区后，港内流态基本没有差异。

随着防波堤长度的增加，港池平均淤积度有所减下。当防波堤长度为2km时，码头泊位处平均淤积强度为0.55m/a，年总淤积量约74 万m3；当防波堤长度为3km时，码头泊位处平均淤积强度为0.51m/a，年总淤积量约66 万m3；当防波堤延伸至-6m时，码头泊位处平均淤积强度为0.29m/a，年总淤积量约38万m3。虽然方案二将防波堤向外推移了1km，但由于本海域海底坡度平缓，方案二口门处的水深比方案一略有增大，在同等水动力条件下，口门处的水体含沙量差别很小，因此对港内淤积情况改善不大。方案三由于口门含沙量略低，沿程衰减后到达港内，港内淤积情况有较大程度的改善。

2、隔堤建设对流场、泥沙回淤的影响

南北隔堤的建设对港内的流场影响较大，涨、落潮时会在堤两侧形成尺度不一的回流区，尤其南侧隔堤西侧、本工程码头泊位及掉头区范围内，在涨潮时存在尺度较大的回流区，区域内流态较为复杂。受两个隔堤的影响，位于隔堤中心线的8#测点流速明显增大，最大涨潮流速在1.8m/s 左右，受回流区的影响，拟建及预留LNG 泊位处各测点流速有所增大，最大流速在0.4m/s 左右；受旋流的影响，拟建LNG 泊位西侧的1#测点最大横流在0.2m/s 左右，其他各点的横流略小。通过对比不同隔堤位置可以看出，随着隔堤位置向东移动，其产生的回流区对码头泊位的影响逐渐降低。

因为隔堤的建设改变了本工程区的流态，使得淤积分布发生变化。由于隔堤的存在，使得泥沙在隔堤东西两侧落淤增加，尤其隔堤两侧的淤积强度最大达到0.93m/a，比没有隔堤的情况增大了50%左右。航道中由于流速增大，淤积强度比无隔堤的情况下有所降低，而码头前沿及回旋水域的淤积强度有所增大，平均淤积强度增大了4%左右。

总体来说，防波堤的加长对港内潮流泥沙影响不大，仅当防波堤延伸至-6m时，港内泥沙淤积将有较大程度的改善。南北隔堤的建设对港内的流态影响较大，尤其在涨潮时存在尺度较大的回流区，区域内流态较为复杂，不过随着隔堤位置向东移动，其产生的回流区对码头泊位的影响将逐渐降低，因此隔堤的位置应尽可能布置在距离本工程较远的地方。

结语

通过分析规划防波堤各方案对拟建天津LNG泊位波浪、潮流及泥沙条件的影响得出：①防波堤的延伸及隔堤的建设对港内波高减小及港内泊稳有较大程度的改善。②防波堤的延伸对港内流态的变化影响不大，但隔堤建设后会在涨潮时存在尺度较大的回流区，区域内流态较为复杂。③随着防波堤向深水区延伸，泥沙淤积情况有所改善；隔堤建设后由于改变了港内流态，泥沙在隔堤东西两侧落淤增加，航道中由于流速增大，淤积强度比无隔堤的情况下有所降低。

（作者单位：中交第二航务工程勘察设计院有限公司）