钦州湾新港区布置对航道水流影响物理模型试验研究

,，

(南京水利科学研究院 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室， 南京 210029)

1 研究背景

钦州湾钦州港是广西沿海港口群中三大海港之一，规划在钦州湾东航道和30万t级油码头航道水域进行新的港区建设。该区域处于5～10 m水深之间，东航道为涨、落潮水流主流带。新建港区为环抱式布置，西侧港区正好处于钦州湾东航道与30万t级油码头航道之间，而30万t级油码头航道又处于环抱式口门之间。港区建设将会改变东航道和30万t级油码头航道水域横流状况，影响船舶安全行驶。

针对环抱式港区进口航道横流，已有学者进行过很多研究[1-3]，方案口门布置也密切影响着航道水流[4]。鉴于航道横流大小对航道船舶安全行驶有重要影响，钦州湾新建港区对东航道及30万t级油码头航道的影响需要进一步研究。

针对钦州港新建港区环抱式方案不同布置形式，利用潮流物理模型，研究环抱式方案对航道区域水流影响，分析影响船舶安全行驶的航道横流特点，为港区设计及规划决策服务。

2 航道方案说明

环抱式方案港池口门在南端，共有3个方案。方案1：口门宽度1 760 m，左侧防波堤长530 m，右侧960 m，防波堤口门之间最窄距离为540 m，西侧岸线与东航道平行(见图1(a))；方案2：口门宽度1 400 m，左侧防波堤长125 m，右侧650 m，防波堤口门之间最窄距离为640 m，西岸线与东航道夹角为10°(见图1(b))；方案3：口门宽度1 520 m，左侧口门防波堤长765 m，右侧1 030 m，左侧更前伸一些，防波堤之间最窄距离为640 m，西岸线与东航道夹角为10°，拐角圆滑处理(见图1(c))。

图1各方案示意图
Fig.1Schematicdiagramofeachplan

方案中油码头航道为30万t级，进港航道走向为22°，航道宽度为300 m，航道底高程为21 m；东航道航道等级为10万t级，外海航道走向为0°，进入港区北端后走向为30°，航道宽度为240 m，航道底高程为17.6 m。

3 潮流物理模型

3.1 钦州湾潮流情况

钦州湾潮汐属正规全日潮，潮流性质比值在2.33～3.59之间，由湾口向湾顶递减，湾口处的比值为3.54，潮流属不规则全日潮流，平均潮差2.46 m。涨潮时涨潮水流由深槽航道进入湾内，落潮方向相反，落潮流速强于涨潮流速[5-7]。

钦州湾海域的潮流运动往复流特征明显，较大的涨、落潮流速一般均出现在主水道航道内，龙门水道潮流最强，规划港区水流也以往复流为主(见图2中红色箭头)。

图2潮流椭圆图
Fig.2Graphoftidalcurrent

3.2 模型比尺设计

物理模型研究区域位于钦州湾外湾东航道水域，研究区域需要涵盖整个钦州湾外湾水域，模拟区域约55 km×55 km(见图1)。模型设计主要满足水流运动相似，水平比尺λl=1 000，垂直比尺λh=120，变率为8.3左右，模型采用流量控制生潮[8]。

3.3 潮汐水流验证

物理模型采用2013年7月大潮(见图2)验证，果子山、核电厂和乌雷潮位过程模型相位与实测基本一致，潮位极值最大偏差0.09 m(见图3)。流速验证点流速过程模型相位与实测走势一致，模型中涨、落潮最大流速与实测值大小点偏差基本在±10%以内(见图4)。

图3 潮位过程验证Fig.3 Verification of tidal level process

图4大潮流速、流向验证过程
Fig.4Verificationofcurrentvelocityanddirectionprocess

4 航道方案水动力影响

4.1 航道水流流态及流速变化

3个环抱式方案涨潮水流流到口门时向左偏横穿30万t级油码头航道后进入东航道水域，落潮时水流从东航道水域向右切入30万t级油码头航道流入外海，东侧水流基本沿东航道沿线涨、落。方案1防波堤口门最窄，涨急仅有小部分水流沿30万t级油码头航道西侧进入港池，因西侧防波堤岸线有点内凹，西南角岸线突出，涨潮西南角处挑流明显，涨潮水流部分直接横切东航道(见图5(a))；方案2防波堤口门变宽，涨急水流相对均匀地沿30万t级油码头航道进入港池，西侧防波堤岸线略突出，西南角涨潮水流挑流现象减缓(见图5(b))；方案3西侧防波堤伸长，涨潮水流横切30万t级油码头航道，西南角岸线圆滑处理后东航道涨、落潮水流基本沿航道方向进出(见图5(c))。

3个方案中30万t级油码头航道流速变化幅度均在0.10 m/s以内，口门外航道流速一般增加，港池内流速一般减少；环抱式方案西岸线处流速均增加，增加幅度在0.20 m/s以内，方案1增加范围最大，东航道流速增加段最长(见图6)。新建港区西侧区域处于涨潮水流的主流带，港区岸线形态及防波堤布置对涨潮水流影响很大。

4.2 航道横速变化

航道中船舶安全行驶时最大横流不能太大，模型试验中各方案航道内涨、落潮最大流速及最大横流见表1。环抱式方案口门油码头航道涨潮最大横流强于落潮最大横流，涨潮最大横流位于环抱式口门东、西防波堤中间的30万t级油码头航道内，3个方案中涨潮最大横流都在0.32～0.35 m/s之间，差别很小；东航道最大横流位于岸线西侧偏南的航道内，3个方案中方案1最大为0.45 m/s，方案2次之，方案3最小。

图5 各方案形成后涨落急流态Fig.5 Flow regime after each plan

图6 各方案流速变化Fig.6 Velocity changes after three plans

注：测点位置见图1(b)

总体上因为研究区域水流主流在10万t级东航道内，新港区方案布置对岸线西侧偏南的东航道水域横流影响大，岸线圆滑处理后的方案3东航道处横流明显减少。各方案东、西防波堤口门布置对30万t级航道横流影响幅度接近。

5 结论与建议

(1)钦州湾外湾水域潮流以往复流为主，落潮流强于涨潮流，水流主流在深水航道内。应用潮流物理模型试验研究环抱式方案对航道水流及横流影响，模型潮位、水流验证良好，具备方案试验条件。

(2)3个方案中30万t级油码头航道流速变化幅度均在0.10 m/s以内，口门外航道流速一般增加，港池内流速一般减少；环抱式方案西岸线处流速增加幅度均在0.20 m/s以内，方案1增加范围最大，东航道流速增加段最长。

(3)新港区水流主流在10万t级东航道，环抱式方案布置对岸线西侧偏南的东航道处横流影响大，岸线圆滑处理后的方案3东航道横流减少明显。各方案东、西防波堤口门布置对30万t级油码头航道横流影响幅度接近。

(4)鉴于港区水流主流在东航道，环抱式方案布置对西侧10万t级东航道水流及横流影响大于方案口门之间30万t级油码头航道，方案布置应尽量利用东航道横流较小的环抱式方案。