通州湾港区一、二港池平面形态方案

黄 磊，张雯燕

（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、二港池平面形态方案

黄 磊，张雯燕

（中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032）

通州湾港区位于南通市腰沙、冷家沙区域，为粉砂质海岸，总体规划方案体量巨大，通过大面积挖填，形成港区陆域和港池。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。从改善船舶进港条件及减少口门回淤的角度出发，提出V形、Y形、L形港池布置方案，通过数学模型进行流场模拟，对4种平面布置形态进行综合研究比较，得出L形方案为最优方案。

粉砂质海岸；起步工程；平面形态；数学模型

1 工程概况

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，根据港区总体规划，通州湾港区通过对腰沙、冷家沙大规模围填，其中腰沙以南港口岸线利用小庙洪水道进出港，腰沙与冷家沙之间三沙洪水道形成港池，利用网仓洪水道进出港。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[1]。

港区总体规划平面形态如图1所示。

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

通州湾港区二港池匡围工程于2013年3月开工，目前已完工。工程利用腰沙围垦一、二期通道作为陆域西侧、北侧边界，新建围堤约17.6 km、防沙导流堤约1.34 km，陆域吹填方量约7 213万m3，新增建设用地约11.3 km2。港区现状见图2。

图2 通州湾港区现状图Fig.2 Present situation of Tongzhou Bay Port

二港池进港公共航道利用吕四港进港航道10万吨级（口门至吕四环抱式港池）、吕四港上延5万吨级航道（吕四环抱式港池至东灶港）。

2 自然条件

2.1 潮汐性质及潮型

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

本海区冬季以偏北方向波浪为主，夏季以偏东南向浪为主，外海NE、E和SE诸向的涌浪亦可传入该水域。工程海域常浪向为N、NE、NW向，出现频率均为6.0豫；强浪向为NE。

2.3 潮流

小庙洪尾水道中各测点水流均以往复流为主。小庙洪水道大潮涨潮测点最大流速为139 cm/s，流向292毅。落潮测点最大流速为129 cm/s，流向118毅。

2.4 工程泥沙

小庙洪水道内含沙量因潮汐和季节变化而异。小庙洪深泓内泥沙向西输送，浅滩水域泥沙向东输送。实测最大含沙量为1.123 kg/m3，最小含沙量为0.041 kg/m3。涨、落急时段内流速大，水流动力和挟沙能力强，含沙量相对较大。各测点悬沙中值粒径在0.004耀0.017 mm之间，主要为细粉砂和极细粉砂。

3 平面布置形态

根据工程现状及远期规划，对一、二港池平面布置形态提出了4种比选方案。

3.1 U形方案

该方案在腰沙围垦西部匡围形成2个U形港池，港池轴线均呈南北走向，港池底标高为-11.5 m，一港池形成水域面积2.83 km2，二港池形成水域面积4.07 km2，口门两侧布置防沙导流堤伸至-1 m等深线处。如图3所示。

图3 U形方案平面布置图Fig.3 U-shape layout plan of harbor basin

从吕四上延航道开挖一、二港池进港支航道，支航道底标高均为-11.3 m，总长分别为3.6 km、1.7 km，宽度为165耀190 m，疏浚方量分别为约894万m3、616万m3。

3.2 V形方案

采用两港池共用一个口门的布置方案。2个港池呈V形分布，二港池为南北走向，一、二港池轴线夹角35.5毅，港池轴线与支航道走向一致。一港池形成水域面积3.77 km2，二港池形成水域面积3.66 km2，口门处防沙导流堤伸至-3 m等深线处。该方案加大口门处流速及利用深水优势，减少了航道开挖量，进港支航道为吕四港上延航道至二港池口门，总长3.14 km，航道宽度190 m，底标高-11.3 m。如图4所示。

3.3 Y形方案

图4 V形方案平面布置图Fig.4 V-shape layout plan of harbor basin

2个港池共用一个口门和航道的布置方案，2个港池呈Y形分布，一港池顺岸布置，与二港池呈67.5毅夹角。一港池形成水域面积2.9 km2，二港池形成水域面积4.07 km2，口门处防沙导流堤伸至-1 m等深线处。进港支航道同U形方案二港池支航道，总疏浚量约616万m3。如图5所示。该方案相对U形方案口门处流速增大，相对V形方案航道开挖量较少。

图5 Y形方案平面布置图Fig.5 Y-shape layout plan of harbor basin

3.4 L形方案

在Y形方案基础上进行调整，一港池位于二港池根部，与二港池轴线垂直，呈L形分布，如图6所示。一港池形成水域面积2.77 km2，二港池形成水域面积4.07 km2，口门处防沙导流堤伸至-1 m等深线处。进港支航道同U形方案二港池支航道，总疏浚量约616万m3。

图6 L形方案平面布置图Fig.6 L-shape layout plan of harbor basin

4 方案比选

本文通过数学模型手段对4个方案流场进行模拟，对各方案实施后整个港区的流态变化、小庙洪水道断面流量、进港航道段年维护量、通航安全等方面进行综合比选。

4.1 各方案实施后港区流态变化

工程施工后各方案区域流场变化如下：

U形方案港池口门外潮流主要以往复流为主，与进港支航道近乎垂直。防沙导流堤有一定的阻水和挑流作用，口门段形成局部回流。港池内流速较为平顺，流速较小。

V形方案进港航道流速较大，口门处布置较长的防沙导流堤，进港航道水流较为顺直，水体进入口门后，在一、二港池分流区域出现回流区。从涨落潮最大流速分布来看，港池水域面积较大，纳潮能力强，港内流速较大。

Y形方案涨落潮流态与V形方案基本一致，口门附近流速较大，在港池分流处有较强的回流。涨潮动力强，最大流速主要集中在口门进港航道段，落潮最大流速主要集中在口门右侧导堤区域。

L形方案水流沿口门进入港池内侧，水流较为顺直。二港池内流速较小且流速变幅不大，存在回流区，最大横流0.48 m/s。一港池内侧几乎没有水体进入，局部水体交换弱，流态较好。

各方案工程区段流速特征值见表1。

表1 港池流速特征值一览表

Table 1 Flow velocity characteristics of the basin m/s

方案 U形 V形 Y形 L形进港支航道 最大流速 1.47（1.16） 1.57 1.48 1.48最大横流 0.50（0.47） 0.54 0.49 0.49口门段流速 最大流速 0.79（0.52） 1.19 1.38 1.30最大横流 0.33（0.35） 0.33 0.38 0.39港池内流速 最大流速 0.47（0.25） 0.61 0.79 0.69最大横流 0.22（0.23） 0.45 0.44 0.48注：括号内为一港池成果。

4.2 对小庙洪水道纳潮量影响

纳潮量是小庙洪水道存在的主要动力因素[3-4]，因此分别在小庙洪口门、中段、尾部布置断面来计算工程实施前后断面涨、落潮流量变化，断面位置见图7。

U形方案实施后各断面涨、落潮流量普遍减小，距工程较近的DM1、DM2断面所受的影响相对较大，最大减幅分别为9.2%、5.8%，因此一港池支航道因断面流量减小将使泥沙回淤增强，进而增加航道维护量；其余各断面减幅在2%以内，影响不大。

图7 纳潮量统计断面位置示意图Fig.7 Section location of tidal influx statistics

V形方案实施后各断面潮流量变化整体趋势与U形方案基本一致，也呈现出各断面流量减小的趋势，其中DM1断面最大减幅为8.2%，DM2断面最大减幅为5.4%，经分析其主要因素为口门位于深水区域，进口航道处流速较强，且港池轴线与航道轴线基本一致，港池纳潮能力强。

Y形方案实施后DM1断面最大减幅为11.2%，DM2断面最大减幅为5.9%，DM3断面最大减幅为2.3%。

L形方案各断面通量的影响相对于U形方案、V形方案略大，与Y形方案基本相当。其一港池呈东西向布置，港池内动力较弱，DM1断面最大减幅为12%，DM2断面最大减幅为6.0%，DM3断面最大减幅为2.4%。根据断面潮流量变化结果，各方案变化值均较为接近，其中U形方案潮流量变化幅度最小，V形方案变化幅度最大。

4.3 航道工程量及年维护量

本工程泥沙主要淤积于口门附近水域，因此口门附近以及进港航道段的回淤情况是本工程泥沙淤积的关注重点。各方案进港支航道年回淤量估算结果见表2。

表2 各方案进港支航道开挖及年回淤情况一览表Table 2 The excavation and annual back siltation of approach sub channel by each plan

U形方案由于需维护两条支航道，其年维护量相对较大，达189万m3。

V形、Y形、L形方案均考虑2个港池共用1个口门，仅需维护1条支航道，航道年维护量减少。V形方案防沙导流堤较长，挑流效果较好，支航道走向与水流方向较为一致，因而航道年回淤强度最小，年维护量为85万m3。Y形与L形方案支航道与传统双U方案中的二港池支航道淤积强度较接近，年维护量为93万m3。

4.4 通航安全

进港航道的通航安全主要考虑港池口门航道转角段船舶转弯情况，考虑横流强度、分布范围等因素。

船舶操纵方面，U形、Y形、L形方案航道转弯角度较V形方案大，V形方案航道连接较为顺直，从转弯次数看，U形、Y形方案进港船舶需1次转弯，Y形、L形方案进港船舶则最多需2次转弯。

横流方面，各方案港池内横流均比较小，横流分布主要在口门及港池分流处附近。根据表1分析：

U形方案进港时最大横流0.50 m/s。

V形方案进港支航道最大横流0.54 m/s，口门段最大横流0.33 m/s，在一、二港池分流区域出现较小回流区，港池内最大横流0.45 m/s。

Y形方案进港支航道最大横流0.49 m/s，口门段最大横流0.38 m/s，港池内一、二港池夹角处存在较大回流区，最大横流0.44 m/s。

L形方案进港支航道段最大横流0.49 m/s，口门段最大横流0.39 m/s；一港池内水体动力较弱，流速极小，二港池内存在较小回流区，最大横流0.48 m/s。

4.5 水陆域空间布置协调性

一、二港池平面形态布置，主要以水域为主同时兼顾陆域及远期发展需要。

4种平面形态中，U形、L形平面形态较为规整，岸线及陆地面积利用率高，交通组织顺畅方便，各段岸线后方陆域纵深有大有小，可布置不同的产业门类，符合一、二港池工业港的定位及使用需求。U形方案一、二港池均为南北向布置，港池纵深考虑北侧港区陆域布置纵深要求，岸线已无法预留向北侧延伸可能。L形方案一港池、二港池垂直布置，一港池纵深及港池宽度可根据产业发展及项目需要布置，相比U形方案更具可操作性和可持续性。

5 综合比选

综合分析，初步认为L形方案即2个港池共用1个口门、2个港池轴线垂直布置，二港池口门防沙导流堤布置于-1 m等深线处为最佳方案。待后续一港池开发需要进一步研究。

平面方案整体评价见表3。

表3 平面方案整体评价表Table 3 General evaluation of four layout plans

6 结语

通州湾港区位于粉砂质海岸，其大面积陆域围垦和港池开挖，不可避免会影响工程区的水动力条件。本文结合现状及港口总体规划提出的初步方案，根据港口水文泥沙条件有针对性的提出了4个平面形态布置方案进行对比研究，以达到减小港池口门流速、减少航道维护成本，保证操船安全，合理进行水、陆域布置的目的。

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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.

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Layout scheme of the first and second harbor basin in Tongzhou Bay Port

HUANG Lei,ZHANG Wen-yan
（CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.,Shanghai 200032,China）

Tongzhou Bay Port located in Yaosha-Lengjiasha of Nantong is mainly silty sand coast.Overall plan of Tongzhou Bay Port is huge,the formation of harbor basin and land area through large-scale reclamation.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 the initial project.From the point of view of improving the condition of entering the port and reducing the siltation of the entrance,we proposed the other plans V-shape,Y-shape and L-shape.The flow field of Tongzhou Bay is accurately simulated by numerical model.Comprehensive comparison of the four layout scheme shows that the L-shape scheme is better.

silty sand coast;initial project;layout scheme;numerical model

U612

A

2095-7874（2017）04-0039-05

10.7640/zggwjs201704010

2017-02-27

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