通州湾港区一、二港池口门布置及减淤措施

黄 磊，刘碧荣

（中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032）

通州湾港区一、二港池口门布置及减淤措施

黄 磊，刘碧荣

（中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032）

通州湾港区起步工程通过围填腰沙西侧近岸区域，开挖滩面形成一港池和二港池，呈U形。起步区支航道沿程具有粉沙质海岸特征，在当地潮流及波浪作用下，海床泥沙活动性较强，大风天航道易形成骤淤，可能影响大风浪过后的船舶进出港。通过对口门不同布置方案的研究比选，认为八字形方案可以较好地改善航行条件，减少口门段淤积。

粉沙质海岸；防沙导流堤；横流；减淤措施

0 引言

南通港通州湾港区位于南通港现有的吕四和洋口两个沿海港区之间，小庙洪水道北侧。根据港区总体规划[1]，港区分为南北两部分，共5个港池，岸线总长度 52.7 km，港区总填筑面积约75.23 km2，其中南部港区一、二港池主要建设5万吨级以下泊位，北部港区主要用于建设10万吨级以上泊位。港区起步区为南部港区，起步区支航道沿程具有粉沙质海岸特征，在当地潮流及波浪作用下，海床泥沙活动性较强，鉴于港池口门处在浅滩附近，在大风天波浪掀沙后，破波带区域水体泥沙沿围填线前沿输移至口门支航道易形成骤淤，可能影响大风浪过后的船舶进出港和增加疏浚维护量，因此有必要通过港池口门防沙导流堤建设减少泥沙淤积影响。

本文提出了4种口门防沙导流堤布置形式，并对其进行研究比选，为港池口门布置提供依据。

1 工程概况

港区起步工程平面形态见图1。在腰沙西部高程+2.0耀+3.5 m滩面处开挖港池及航道，开挖底标高-11.5 m（理论最低潮面，下同），形成2个U形港池，港池均呈南北走向，一港池形成水域面积2.83 km2，二港池形成水域面积4.07 km2。

从吕四上延航道开挖形成2个港池的进港支航道：一港池支航道、二港池支航道总长分别为3.6 km、1.7 km，底标高均为-11.3 m，宽度为165耀190 m。口门两侧布置防沙导流堤。

图1 通州湾港区总体规划图Fig.1 General planning of Tongzhou Bay Port

2 自然条件

2.1 潮汐

小庙洪水道主要受东海前进波控制。潮汐性质属正规半日潮。工程区设计水位如下：

设计高水位：5.86 m（高潮累积频率10%）；

设计低水位：0.47 m（低潮累积频率90%）；

极端高水位：8.13 m（50 a一遇高水位）；

极端低水位：-0.53 m（50 a一遇低水位）。

2.2 波浪

通州湾海域外海以E—NE向浪较大，但受近岸冷家沙、腰沙—乌龙沙及横沙等水下沙洲的影响，波浪传播到起步工程海域后已显著降低，起步工程区域设计高水位下50 a一遇H4%波高均不超过2.4 m；受小庙洪尾部深槽走向的影响，工程区 SE向波浪的掩护较差，可沿深槽向内传播，起步工程支航道及口门处SE向浪略大于NE向浪；各方向2 a一遇重现期波高均不超过2 m。因SE向浪相对较弱，各设计水位下港池围堤前沿各重现期大浪的破波区局限在0 m以浅的海域，这为港池口门处布置防沙导流堤，减少泥沙骤淤影响提供了较有利环境[2-3]。

2.3 潮流

小庙洪尾部水道中各测点水流均以往复流为主，深槽区大潮垂线平均最大流速基本都在1.2 m/s以上，最大可达1.5 m/s。靠近深槽北岸拟建港池口门处浅水区流速明显小于深槽区，大潮最大流速基本不超过1 m/s。

2.4 底质特征

小庙洪尾部深槽南岸略细，中值粒径一般在0.1 mm以下，粒径小于0.004 mm的颗粒含沙量一般在5%耀15%；拟建起步工程附近粒径整体在0.1 mm以上，黏粒含量一般不超过5%。高程在4 m以上的腰沙高滩上，底质也相对较细，中值粒径一般在0.1 mm以下，但黏粒含量没有明显增多。工程区域底质具有粉沙质海岸特征。

2.5 悬沙特征

正常天气条件，高含沙量均出现在高流速时刻后1耀3 h，垂线平均最大含沙量可达0.2耀0.3 kg/m3，靠近小庙洪尾部可达0.4 kg/m3以上，垂线平均含沙量基本都小于0.2 kg/m3。大潮阶段因潮流增强，含沙量和悬沙粒径相应增大，泥沙活动较多，是地形塑造的主要时段。

3 防沙导流堤布置方案

在U形平面布置基础上，结合波浪、潮流、地形、进港航道边线等条件，为减小航道口门段的泥沙淤积，提出了4种防沙导流堤方案[4]，4种方案口门布置分别见图2耀图5。其中方案一口门东、西两侧均有防沙导流堤，防沙导流堤与围填线斜交，伸出围填线400 m左右，至水深原1耀原2 m处，防沙导流堤初步考虑出水堤布置，堤顶高程+5.5 m。方案二防沙导流堤顺围填线，将口门宽度束窄。方案三西侧挡沙堤顺围填线，东侧斜向伸出400 m左右，至水深原1耀原2 m处。方案四两侧均不建防沙导流堤。

图2 口门布置方案一Fig.2 The first layout plan of basin entrance

图3 口门布置方案二Fig.3 The second layout plan of basin entrance

图4 口门布置方案三Fig.4 The third layout plan of basin entrance

图5 口门布置方案四Fig.5 The fourth layout plan of basin entrance

4 布置方案比较

本文主要从口门区域流态、横流大小、泥沙淤积3个方面对4个方案进行综合比选。

4.1 工程区流态对比

工程区附近水流主要表现为往复流，水道中流速较大，港池底部流速较小；深槽中流速较大，浅滩处流速较小；涨急时港内均出现明显的回流区。潮流数学模型研究表明，起步工程建设所引起的整体流场影响主要集中在中高潮位时对腰沙根部南、北侧水流及高潮位时东西向水流有一定阻水作用，对南北两侧的小庙洪水道尾部和三沙洪水道的影响较小。4种方案的防波挡沙堤对整体流场的影响均较小，各方案所引起的流场变化主要集中在支航道区域。不建防沙导流堤（方案四）和沿围填线建防沙堤后，水流相对较为平顺，以近东西走向的往复流为主；而布置斜向防沙导流堤的方案一和方案三中，防沙堤掩护段流速减小，而堤头处受挑流影响则流速有所增大，但总体而言各方案下支航道最大流速基本控制在1.0 m/s以内。

4.2 支航道横流对比

方案一、方案三防沙导流堤与围垦线斜交布置，由于堤头挑流，在口门形成回流，口门区段航道横流相对方案二、方案四略大一些。各方案支航道最大横流均发生在航道折向港池起始段附近。从各方案所引起的流场变化、特征点流速流向及横流情况看（见表 1），各方案引起的港池口门流态影响基本局限于小庙洪尾部深槽北侧-5 m以浅区域，且各方案引起的流场变化无本质区别。防沙导流堤伸至水深-1 m后，航道口门处虽然涨潮时存在一定回流，但不影响船舶进港。

表1 各方案支航道横流特征值Table 1 Cross flow characteristic value of sub channel of each layout plan m·s-1

4.3 泥沙淤积对比

各方案支航道-3 m以深区段的回淤强度基本一致，随着水深变浅和挖深加大，航道回淤强度也逐步增大；各方案航道回淤差异主要集中在-3 m以浅区段及港池区域，最大回淤部位各不相同，方案一最大淤积发生在-1 m水深处的防沙堤口门附近；方案二发生在顺南围堤线布置的防沙堤口外侧，受东西两侧浅滩破波带泥沙输运的影响；方案三与方案一相比较，东侧防沙堤位置规模均一致，最大淤积强度较方案一无明显变化，但最大淤积区发生在-1 m处及港池口门附近，形成较为明显的双峰淤积分布；方案四由于无任何遮挡，受破波带高浓度含沙水体的影响更为直接，泥沙在跨越支航道时形成落淤，还可直接自围堤拐角处进入港池内。

潮流波浪泥沙物模实验[5]结果表明：建设突出围堤线的防沙堤，可明显减少支航道及港池泥沙淤积，采用方案一，港池及支航道淤积总量最小，正常天气下支航道强淤积段年平均淤积强度不超过1.4 m，2 a一遇大浪作用2 d情况下骤淤强度不超过1.28 m。方案二采用缩窄港池口门的方案，正常天气下支航道强淤积段年平均淤积强度达2.2 m，2 a一遇大浪作用2 d情况下骤淤强度达2.05 m。方案四不建防沙堤，正常天气下支航道强淤积段年平均淤积强度达2.30 m，2 a一遇大浪作用2 d情况下骤淤强度达2.26 m，各方案口门淤积峰值分布见图6耀图9。

图6 一港池各方案口门淤积分布（正常天气条件）Fig.6 Siltation distribution of sub channel in basin 1（normal weather condition）

图7 二港池各方案口门淤积分布（正常天气条件）Fig.7 Siltation distribution of sub channel in basin 2（normal weather condition）

图8 一港池各方案口门淤积分布（2 a一遇大浪作用）Fig.8 Siltation distribution of sub channel in basin 1（wave effection in 2 years）

图9 二港池各方案口门淤积分布（2 a一遇大浪作用）Fig.9 Siltation distribution of sub channel in basin 2（wave effection in 2 years）

大风浪天气条件下，港池口门不建（方案四）或仅建设与沿围填线的防沙堤（方案二）无法阻止破波带内泥沙输运至港池口门附近支航道，该工况下一次大浪过程引起的航道淤积强度和淤积量是建设伸至破波带以外防沙导流堤（方案一）的2倍。因此，有必要在港池口门布置防沙导流堤，且堤头位置应处于破波带以外。

4.4 推荐方案

综上所述，4种方案在港池流态、支航道横流、防沙效果上各有优缺点。从流态上看，方案二和方案四相对较优；从防沙效果来看，方案一最好。由于各方案支航道最大横流在0.50耀0.66 m/s之间，且出现在涨急时刻，持续时间较短，设计上通过加宽航道，营运上加强管理，船舶正常航行基本不受影响，综合各方案比较结果，推荐方案一。

5 防淤减淤措施

根据水动力泥沙环境特征，本工程防淤减淤措施主要为布设防沙导流堤、支航道预留备淤深度、扩大疏浚范围减少支航道两侧浅滩供沙。

根据试验反映堤头布置位置对支航道淤积分布较为关键，防沙导流堤堤头口门附近淤积强度较大。结合工程海域周边类似工程建设经验[6-7]，在口门布置方案一基础上，采用潜堤与出水堤相结合的方式布置，即将原出水堤方案0~-1 m段高程由+5 m降低至+2 m，潜堤高出原始海床2耀3 m，并将东侧防沙导流堤堤头位置东移，使之与二港池东侧共线。

对比试验结果表明，采用出水堤与潜堤结合布置的防沙导流堤形式后，有利于改善堤头位置局部水流条件，减轻堤头的局部冲刷状况，虽对减小淤积量的作用并不显著，但使口门附近的泥沙分布更为均匀，更有利于航道的维护与运营；口门东侧防沙导流堤堤头东移后，将减轻堤头挑流对支航道的影响，局部冲刷对航道边坡的影响也会有所减弱。

6 结语

现场水文泥沙观测和前期研究表明，潮流是工程海域滩槽格局的主导动力，口门外深槽潮流以顺岸往复流为主，与规划的支航道（港池至主航道段）近于垂直，且该区域底质为活动性较强的粉沙和细沙，因此，支航道横流对通航的影响及支航道泥沙回淤是航道开发中值得重点关注的问题。

本文针对起步工程区的水流、波浪、泥沙特征提出了4种口门布置方案，通过数模、物模手段对各方案的横流条件、防淤减淤效果进行分析比较，提出科学合理的方案，为类似工程的实施提供借鉴。

[1] 交通运输部规划研究院.南通港通州湾港区总体规划方案[R].北京：交通运输部规划研究院，2015.

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[3]南通河海大学海洋与近海工程研究院.小庙洪航道及腰沙港池进港航道工程大风天波浪、潮流、泥沙现场观测成果报告[R].南通：南通河海大学海洋与近海工程研究院，2015.

Nantong Ocean and Coastal Engineering Research Institute,Hohai University.Wave,current,sediment test report during large wind on the approach channel project of Xiaomiaohong channel and Yaosha basin[R].Nantong:Nantong Ocean and Coastal Engineering Research Institute,Hohai University,2015.

[4]中交第三航务工程勘察设计院有限公司.小庙洪航道及腰沙港池进港航道工程工程可行性研究报告[R].上海：中交第三航务工程勘察设计院有限公司，2015.

CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Feasibility study report on the approach channel project of Xiaomiaohong channel and Yaosha basin[R].Shanghai:CCCC Third Harbor Consultants Co., Ltd.,2015.

[5]南京水利科学研究院.南通港通州湾港区起步工程泥沙淤积和防淤减淤工程方案研究[R].南京：南京水利科学研究院，2015.

Nanjing Hydraulic Research Institute.Study on prevention and abatement siltation of engineering solutions for preliminary project of Tongzhou Bay Harbor district of Nantong Port[R].Nanjing：Nanjing Hydraulic Research Institute，2015.

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CAO Zu-de,YANG Shu-sen,Yang Hua.Definition of silt-sandy beach and its characteristics of sediment movement[J].Port& Waterway Engineering,2003(5):1-4.

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YANG Shu-sen,HAN Xi-jun,CAI Jia-xi.Study on measures of siltation reduction in Tianjin Port[J].Journal of Waterway and Harbor,2004,25(S1):64-69.

Entrance layout and sedimentation reduction measures of the first and second basin in Tongzhou Bay Port

HUANG Lei,LIU Bi-rong
（CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.,Shanghai 200032,China）

Through reclamation of the offshore area at the west side of Yaosha,the beach was excavated to form the first and second basins as U-shape in Tongzhou Bay Port's initial project.Initial area branch of the channel along the way with fine sand coast features,under local currents and waves,seabed sediment activity strong,channel easy to form sudden siltation in windy days,may influence the ship in and out after the storm.Through the research and comparison of different entrance layout schemes,we considered that the splayed layout plan can improve the navigation conditions,reduce entrance siltation.

fine sandy coast;sand diversion dike;cross flow;sedimentation reduction measures

U617.6

A

2095-7874（2017）04-0029-06

10.7640/zggwjs201704008

2017-02-27

2017-03-20

黄磊（1982— ），男，浙江嵊泗人，硕士，高级工程师，从事港口规划及设计工作。E-mail：huangl@theidi.com