舟山黄泽山岛北侧岸线潮流特征及其影响分析

邬昊辰，孙骁帆，浦伟庆

（1.宁波舟山港股份有限公司，浙江 宁波 315040；2.中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032）

引 言

黄泽山岛位于舟山群岛中北部，周边水深条件好、高等级航道贯通，具备建设大型码头泊位的基本条件，其部分岸线已纳入《宁波-舟山港总体规划》，前阶段已依托西南侧岸线建成了30 万t 级大型码头泊位。不同于其南侧利用岛屿间通道水域的建港条件，黄泽山北侧岸线所处水域相对开阔，除了水深条件、波浪掩护条件的差异外，其潮流场分布也有较大不同，并对岸线利用和码头布置有显著影响。结合相关基础资料和模型研究，对该岸段潮流特征及其建港影响进行了分析。舟山群岛及我国其他区域的一些岛屿或半岛岬角岸线的潮流场特征与该区有一定的相似性，本文所采用的分析方法适用于类似典型场景。

1 岸线现状

黄泽山岛东西长约2.8 km，南北宽约0.7～ 2.1 km，自然海岸线长约15 km，其中西侧约4.9 km岸线已纳入港口规划并开发利用[1]，建设有30 万t级原油泊位1 个、8 万t 级原油泊位1 个、1 万t 级成品油泊位2 个以及后方罐区等设施，其余岸线多处于自然未开发状态。岛屿以基岩海岸为主，人工海岸次之，海岸抗侵蚀能力强，岸线相对稳定。岛屿南北两侧20 m 等深线离岸约200～800 m 左右，10 m 等深线离岸仅50～400 m 左右，深水区相对贴岸分布，满足建设大中型码头泊位的水深要求。其中，北侧岸线介于东北侧岬角矶头和西北侧礁盘之间，其连线长约2 km，连线以外水深＞10 m。

图1 黄泽山岛岸线现状地形示意

2 岸线利用规划

我国现行《海港总体设计规范》指出，利用天然岛屿布置的港口，对于较大的岛屿，可利用自然岸线布置，对于较小的岛屿，可将邻近的多个小岛连片统一布置[2]。在舟山港域已有的大量工程实例中，也总结出了顺应流态、归顺流场、避开转流回流段等原则和措施[3-4]。黄泽山岛南北两侧均有一定的岸线长度，自身可布置码头泊位，但部分区域宜通过人工围垦填补凹岸，兼顾归顺水流及港口陆域需要。现阶段，规划部门已对相关岸线的利用和码头泊位布置开展了一定的规划研究，形成了基本布局方案[5]，其中：黄泽山北侧沿-6 m 等深线连接东西凹岸浅滩形成北侧围垦，结合北侧水深条件，自东向西布置≥30 万t 级泊位及5 万～12 万t 级泊位。

图2 黄泽山岛北侧岸线规划布局示意

3 潮流场特征分析

3.1 潮流条件概况

黄泽山所在的舟山群岛区域是我国典型的强潮流海域，涨潮时东海潮波经黄泽洋传入本区，而后进入杭州湾，落潮时来自杭州湾的落潮流经本区域流向外海。受岛礁地形影响，涨潮流在黄泽山附近分成三个部分，分别通过双子山与衢山岛之间通道、双子山与黄泽山之间通道和黄泽山北侧通道，三股涨潮流绕过小衢山后继续向西进入杭州湾水域。落潮时，流路基本相反。实测资料[6]和数值模拟[7]均表明，岛屿附近的潮流动力较强，同时岛屿背流侧和局部凹湾内多有回流产生，其中黄泽山东北侧矶头以西的涨潮回流较为显著，对码头布置有较大影响。

图3 黄泽山北侧流场分布（数值模拟）

3.2 基础资料准备

1）现场潮流观测

由于本区潮流场的复杂性，为满足岸线规划和码头泊位布置方案细化研究的要求，需开展有针对性的现场潮流观测。本区的潮流观测主要遵循以下原则：

a.测站位置结合拟选码头前沿线、港池水域、航道连接水域进行布置，并形成相应的代表断面，同时兼顾模型试验验证点的需要；

b.观测范围充分涵盖不利流态（回流区）的可能影响范围；

c.观测时间覆盖大、中、小潮期；

d.流场变化幅度较大的区域采用沉底（固定式）观测。

结合已有规划布局方案，以及根据原有资料对现场流态的预判分析，在黄泽山北侧水域共布置了7 个定点站和6 条ADCP 断面，其中3 个定点针对码头前沿线、4 个定点针对港池及两侧延伸水域，4条断面为横断面、2 条断面为纵断面，断面布置在回流区一侧相对密集。

图4 黄泽山北侧岸线潮流观测点和断面布置示意

2）地形测量

在上述工作前，提前进行一定范围和精度的地形观测，作为码头前沿线初步选择以及潮流场预判分析的依据。

3.3 实测流资料的分析

1）潮流性质

海域的潮流以半日潮流为主，潮流的往复流运动形态较明显。

2）流速流向

定点站中涨潮测点最大流速为1.9 m/s，落潮测点最大流速为2.2 m/s。定点站涨潮垂线最大流速在0.5～1.5 m/s 之间，落潮垂线最大流速在1.2～1.7 m/s之间，落潮各层最大流速基本大于涨潮，落潮流为优势流。除受岛屿矶头影响区域外，大部分测点涨潮主流向介于250°～270°左右，落潮主流向介于70°～80°左右。流速的空间分布方面，总体上离岸深水区流速大于近岸，东侧回流区内流速总体小于流场平顺的区域。

3）回流区影响范围和时间的判断

利用定点及ADCP 逐时的准同步流矢图，基本可辨别出东侧回流区的范围。由图分析可知，本区初涨后1 h 左右（涨急前1 h），东侧近岸的部分测点流向开始向内（南）压拢，涨急时刻可观察到明显的逆时针回流区，范围自东侧矶头向西延伸至纵断面中段，涨急后1～2 h 回流区范围基本无大的变化，而水流强度逐渐减弱。总体上，根据实测资料，本段岸线存在涨潮回流影响的范围约为东西长 1.2 km、南北宽0.9 km 的椭圆形水域，影响时间持续3 h 左右；从实测潮流和潮位的关系来看，大致发生于高平潮前2.5 h 至高平潮后0.5 h 左右。本区30 万t 级及以上大型船舶一般需乘高潮进港，选择涨（流）末或落（流）初靠泊，基本可避开强回流影响时段，因此该回流区主要影响在泊船舶系泊水流荷载和离泊时间选择。

4）码头前沿横流影响的分析

根据实测流资料，可对初始码头前沿线布置方案的横流大小和过程进行分析。如图5 所示，初始方案码头前沿线沿程最大横流（流速的横向分量）约在0.2～0.5 m/s 左右，推开流和压拢流均存在。同时，可得出固定点位的流速、流向、横流大小的时间过程线（图6），用于分析横流发生的时段和历时频率。该程度的潮流强度及横向流影响，对于大型船舶的系泊安全是较为不利的。

图5 码头前沿纵断面最大横流分布（单位：m/s）

图6 码头前沿定点站流速横流过程线（流速m/s，流向°）

3.4 潮流数值模拟分析

在充分获取代表现状的实测资料及相应分析的基础上，进一步针对本段岸线的码头平面布置方案，开展潮流数学模型试验，预测工程实施后港区的流场情况[7]。需注意的是，该数学模型的建立过程，除需对各定点潮流资料进行验证外（见图7），还应关注回流影响范围的模拟情况与实测资料的吻合性，以确保回流区这一关键要素模拟情况与现场的吻合性（见图8，与实测位置、范围基本匹配）。

图7 潮流数学模型定点站流速V(m/s)和流向Dir(°)

图8 现状涨潮流场及回流区模拟

码头布置方案的模拟结果表明，在连接东西凹岸浅滩形成平直岸线后，原有东侧涨潮回流区的范围受到一定压缩，而码头布置通过平移尽量避开回流影响的区域，可将不利流态的影响降低到相对可接受的范围。通过进一步优化布置，码头前沿最大横流约可控制在0.3 m/s 左右，且仅发生于码头东端，大部分范围的流态较为平顺。

图9 码头优化布置方案流场模拟

4 流场影响分析及码头布置建议

4.1 流场影响分析

黄泽山北侧岸线的潮流场具有强潮流岛屿岸线的典型特征，流场强度、流态分布受到岛礁地形的显著影响，由于岛屿矶头的挑流作用，以及岸线走向本身与当地主流向存在夹角而形成的背流区，在相应时段形成了较大范围的转流、回流形态。对本段深水岸线而言，由于规划泊位的船舶大型化，以及规划货种的危险品性质，码头布置对潮流环境有较高的敏感性。现状潮流场一方面使码头区较难保证水流沿程平顺，导致部分区段的流夹角和横流偏大，另一方面在港池回旋水域和航道连接水域存在旋转和切变流，对船舶靠离泊、系泊作业的安全造成不利影响。

由此，在进行岸线和码头布置规划时，首先需对岸线进行一定的取舍，其次需通过优化平面布置使码头前沿线尽可能与当地流场相适应。而通过实测资料和数值模拟的分析，已可基本掌握现状条件及工程实施后的潮流场特征，包括不利流态的影响范围、强度、持续时间，可作为相应码头布置的依据。

4.2 码头前沿线布置建议

在基本明确本区码头等级及占用岸线长度的前提下，单从潮流条件方面，对码头前沿线的布置大致可遵循以下思路：

1）基于实测资料，按平顺于主流向的原则，划定码头前沿线的大致方位角（前沿线的离岸距离还需结合水深条件等因素综合确定）；

2）基于实测资料，确定岸线端部水域不利流态的影响范围，使码头区基本避开该水域；

3）基于实测资料，估算码头沿线横流情况，并调整码头前沿线位置，使最大横流基本不超过某一阈值（在宁波舟山港的强潮流港区，对30 万t级左右大型/超大型船舶，该阈值常按0.3 m/s 考虑）；

4）基于模型试验，根据工后流场预测情况，复核不利流态的影响程度，并按1）～3）条相同的原则，进一步微调得到相对较优的布置方案；

5）如受限于环境条件，难以完全满足第3）条时，因确保不利流态的影响仅限于局部，如码头端部（且基本不影响船舶实际停靠位置），且影响的频率可控制在较低量级，后期还需通过其他研究手段（如船舶操纵仿真、系靠泊试验、工后复测潮流等）进一步复核潮流的影响；

6）如受限于环境条件，有较大范围的码头区流态不理想时，应考虑采取一定的工程措施，包括整治建筑物、码头结构措施等[8,9]，缓解该不利影响，并通过模型试验论证相应措施的效果。

本区现阶段码头规划布置主要施行了1）～4）条内容，优化后码头前沿线的流场影响基本可控。该研究思路可适用于其他条件相似的岸线。

5 结 语

在类似黄泽山岛北侧的岛屿或半岛岬角岸线，常存在一定范围的复杂流场影响。在建港前期研究阶段，应开展充分的流场观测，采取定点和走航断面相结合的形式，覆盖所关注的水域，并在不规则流态区域适当加密。基于实测资料的分析提出相对合理的码头前沿线布置方案，并采用模型试验手段对工程实施后的流场情况进行模拟预测，进一步优化布置，保证流场影响可控。在具体项目阶段，必要时还应采用更精确的技术手段对相关影响进行深化研究。此外，在宁波舟山港一些潮流较复杂的港区，近年来也采取了一些工程建成后复测潮流的措施，对流场的影响进行了有效的后评估。