南通港三夹沙南航道选线探讨

尹进军，贾雨少，黄志扬

（1.南通港集团建设投资有限公司，江苏南通 222600；2.中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海 200120）

引言

南通港是长江三角洲综合运输体系的重要枢纽和主要港口之一，也是上海国际航运中心的组合港。长期以来南通港发展重心集中在沿江港区，近年来，随着长江大保护、长江三角洲经济一体化发展等国家战略的深入实施，南通港沿海港区迎来前所未有的发展机遇。凭借“黄金水道”和“黄金海岸”的最佳交汇点之区位优势，以中天钢铁为首的一大批重大临港产业已入驻南通港通州湾港区。

通州湾港区进港航道位于苏北辐射沙洲最南翼的小庙洪水道，自外海-18 m 等深线至通州湾一港池和东灶一港池，全长约80 km。航道沿程可分为吕四10 万t 级进港航道、小庙洪上延航道、三夹沙南航道三段（图1）。其中，吕四港区10 万t 级进港航道已于2019 年3 月通过交工验收，满足10万t 级散货船乘潮单向通航；小庙洪上延航道现状满足2 万t 级杂货船乘潮双向通航，正在开展5 万t 级航道扩建工程设计[1]；三夹沙南航道现状仅满足2 万t 级杂货船乘潮单向通航，已不能适应港区发展的需求，航道升等势在必行。

基于港区规划、自然条件、海床稳定性、通航安全等因素，本文提出了2 个航道选线方案，通过航道条件、回淤情况、通航安全、工程量及投资等多方面比较分析，给出了推荐的航道轴线方案，为南通港三夹沙南航道开发提供了科学依据。

1 工程海域自然条件

1.1 风况

根据吕四海洋站2006～2008 年资料统计，工程海域常风向为N 向，出现频率12.24 %，强风向为NE 向，最大风速为25.1 m/s。

据1949～2005 年的台风资料统计，影响吕四海域的台风共有124 个，平均每年2.2 个，最多的1989 年达7 个，台风多发生在每年的5～11 月份。

1.2 水文

1）潮汐

工程海域潮汐属正规半日潮，每日两涨两落。平均潮差3.73 m，最大潮差7.31 m。小庙洪水道主要受东海前进波控制，涨急流速一般出现在高潮位前2～3 小时，落急流速一般出现在低潮位前2～3 小时。

2）潮流

根据现场水文观测资料[2]和相关研究成果[3-4]，工程海域潮流属正规半日浅海潮流类型，潮流的运动形式以往复流为主，大潮流速明显大于小潮，各垂线的最大流速一般出现在表层或近表层。航道进口段所在的小庙洪尾部深槽潮流动力较强，大潮期间急流流速约1.2～1.5 m/s，涨急流速大于落急流速，小潮期间急流流速约0.5～0.8 m/s，落急流速大于涨急流速，总体表现为涨潮优势；蛎蚜山西侧的西南水道动力弱于小庙洪尾部深槽，大潮急流流速约0.8～1.3 m/s，小潮急流流速约0.3～0.6 m/s，均呈落急流速大于涨急流速的特征，落潮流占优。

3）波浪

受外围众多沙洲的掩护，吕四海域波浪总体较小。据吕四海洋站实测资料统计，该海域无浪天约占全年43 %，常浪向为NW-SE，强浪向为NW-NE，各方向的年平均波高约0.48 m（不包括无浪天）。实测最大波高3.8 m，浪向为NE 向，发生于1982年8 月，出现频率约五十年一遇。

1.3 泥沙

1）含沙量

小庙洪水道含沙量主要受风浪和潮流动力影响，具有风浪大、水体含沙量高和流速大、水体含沙量高的特点。水道内涨落潮含沙量基本一致，不同季节含沙量有差异，冬季含沙量大于夏季，其中冬季涨落潮平均含沙量0.41 kg/m3，夏季为0.22 kg/m3。全年大、中、小潮平均含沙量约0.26 kg/m3。

2）悬沙粒径

根据2014 年10 月大、小潮含沙量资料，大潮期悬沙垂线平均中值粒径在0.010～0.019 mm 之间，底层略大于表层；小潮期垂线平均悬沙中值粒径在0.010～0.012 mm 之间，主要为细粉砂。

3）底质

根据2014 年10 月小庙洪尾部底质取样结果，工程区域海床泥沙中值粒径约0.03～0.15 mm，总体呈“深槽细、浅滩粗”的分布特征。小庙洪尾部深槽和西南水道底质中值粒径一般在0.03～0.08 mm，粒径小于0.004 mm 的粘性颗粒含沙量一般在15～ 20 %，三夹沙浅滩底质中值粒径约0.1 mm，粘粒含量约10 %。

2 海床稳定性

本工程航道位于小庙洪水道尾部深槽和蛎蚜山西侧的西南水道。多年地形资料分析表明，小庙洪水道是辐射沙脊群南翼一个相对独立的水、沙系统，动力条件单一，水道不与相邻的潮汐通道串连，且南侧有固定的海堤边界，水道整体稳定性较好。近20 年来工程海域实施了多项边滩匡围工程，但小庙洪水道尾部的滩槽形态一直较为稳定，-10 m等深线呈“向西延伸，向南拓展”的态势[5-6]（图2）。

图2 小庙洪尾部深槽10 m 等深线变化Fig.2 Changes of 10 m isobath at the tail parts of Xiaomiaohong channel

在小庙洪尾部深槽南移受蛎岈山礁盘顶托的宏观背景下，蛎岈山西侧发育了一定规模的港汊，即西南水道。西南水道平面位置和形态长期稳定，水深常年维持在0～5 m，0 m 等深线宽度在500 m以上，其中0 m 等深线东侧边界稳定在蛎蚜山礁盘，西侧边界缓慢向东侧推进（图3）。2010～2020 年间，三夹沙滩面略有淤积，幅度在1 m 以内，三夹沙南航道2 万t 级航道在三夹沙浅滩开挖而成，航道位置水深增深幅度在5～10 m 之间，靠近蛎蚜山的天然汊道水深也有所发展，增幅在1～2 m 之间（图4）。

图3 西南水道0 m 等深线变化Fig.3 Changes of 0 m isobath at Southwest channel

图4 西南水道地形冲淤变化Fig.4 Erosion and deposition changes of Southwest channel（2010 年11 月～2020 年1 月）

总体而言，小庙洪尾段深槽的槽形单一，平面位置与水深较为稳定，西南水道长期以来水深和规模也较为稳定，为本工程航道的扩建提供了良好条件。

3 现状航道概况

3.1 航道轴线

三夹沙南航道一期工程满足2 万t 级杂货船乘潮单向通航要求。航道东起吕四进港航道一期上延工程航道终点G′，止于海门作业区二港池北侧L 点（图5），其中G′I 段轴线299 °15 ′17 ″-119 °15 ′17 ″，长2.44 km，IK 段轴线220 °33 ′57 ″-40 °33 ′57 ″，长4.43 km，KL 段轴线264°3′51″～84°3′51″，长 2.37 km，航道全长约9.24 km。航道通航宽度125 m，设计底高程-8 m，边坡1:8。

图5 现状航道平面布置示意图Fig.5 Layout of the first phase of Sanjiasha South Channel

图6 航道统计分段示意图Fig.6 Schematic diagram of channel segmentation

一期工程于2015 年1 月开工建设，2016 年1月通过交工验收。

3.2 航道回淤

一期工程选线时，受东灶港通用码头制约，航道未充分利用现状深槽，部分在三夹沙浅滩上开挖而成，最大开挖深度达8.0 m。航道回淤是航道维护和后期扩建关注的重要技术问题之一。在此采用2018 年4 月与2019 年6 月，历时14 个月未实施维护疏浚的自然淤积资料进行航道回淤分析。

从2018 年4 月水深来看，三夹沙南航道一期工程沿程水深呈“两端深，中部浅”的分布特征，航道尾端的L3～L6 单元及进口的C1～C4 单元平均水深约8.0～10.0 m，中段的C5～L2 单元水深相对较浅，平均水深在7～8 m 之间（图7）。

图7 一期工程航道水深变化示意图Fig.7 Changing process of waterway depth

至2019 年6 月，除航道外段的C1～C4 单元略有冲深（平均冲刷幅度约0.2 m/a）外，其余航段有不同程度的淤浅。主要淤积部位有两处，一是航道末段，越靠近港内深处回淤强度越大，其中L6 单元14 个月平均淤浅1.1 m，淤积强度为0.94 m/a；二是航道中段（W1～W3、C5 单元），14 个月平均淤浅0.66～1.02 m，淤积强度为0.57～0.88 m/a。

根据一期工程交工以来的水深测图，高滩开挖段淤强在1.0 m/a 以内，航道回淤总体不大，航道进一步开发和扩建是可行的。

4 航道选线

4.1 选线方案

人工开挖航道选线时已经过较充分论证，因而后续扩建时，一般沿用现状航道轴线以减少工程投资。本工程航道由2 万t 级扩建至5 万t 级，现状航道轴线主要存在以下2 方面问题：

1）2 万t 级航道部分在三夹沙浅滩开挖而成，滩槽高差高达8 m，扩建至5 万t 级航道后，航道需要进一步拓宽浚深，其中增深幅度约4 m，拓宽宽度约120 m，回淤强度和回淤总量进一步增大。现状航道回淤强度总体不大，考虑航道运行时间不长、资料有限，仍需重点研究扩建后航道回淤情况。

2）现状航道进口转弯段的转角约79 °，不利 于船舶操纵。海门作业区和三夹沙作业区起步较晚，现状航道通航船舶主要为2 万t 级以下，且船舶流量较小，水上交通事故极少发生。扩建航道设计船型为5 万t 级散货船，船舶满载乘潮进港时为顺流航行，船舶操纵难度较大，现状航线方案的通航安全也需重点研究。

针对上述现状航道轴线方案存在的不足，提出了两个沿天然汊道布置的比线方案——东线方案和西线方案（图8）。

图8 航道轴线布置示意图Fig.8 Layout of channel axis

1）东线方案

蛎蚜山西侧港汊天然水深条件优于现状航道开挖所在的三夹沙浅滩，为了减小航道回淤量，东线方案沿蛎蚜山西侧港汊布置。自吕四进港航道一期上延航道终点G′点开始，沿269 °4 ′5 ″-89 °4 ′5 ″的方位角航行约1.55 km 至I 点，左转约30.9 °沿238 °13 ′14 ″-58 °13 ′14 ″的方位角航行约4.07 km至K 点，航道全长5.62 km。东线方案与现状东灶港2万t 级通用码头和栈桥冲突，需先行拆除码头和栈桥构筑物。

2）西线方案

此外，为了避免船舶单次转向角度过大，将现状轴线方案转弯段优化为2 次连续转向，转弯段间的直线段长度满足《海港总体设计规范》（JTS 165-2013）中5 倍设计船长的要求，以此作为比选方案之二的西线方案。

自吕四进港航道一期上延航道终点G′点开始，沿299 °15 ′17 ″-119 °15 ′17 ″的方位角航行约1.66 km 至I 点，左转约39.3 °沿259 °54 ′36 ″-79 °54 ′ 36 ″的方位角航行约1.2 km 至I′点，左转约39.3 °沿220 °33 ′56 ″-40 °33 ′56 ″的方位角航行约3.65 km至K 点，航道全长6.51 km。优化后，最大转向角减小一半。

4.2 方案比选

针对提出的东线、西线2 个方案，从水深条件及工程量、航道回淤、通航条件、与港区适应性、对蛎岈山保护区的影响、费用等多方面因素开展方案比选。

1）水深条件及工程量

东线方案位于蛎蚜山西侧天然港汊，多年来水深维持在0～5 m，2020 年地形下0 m 等深线宽度约400 m，2 m 等深线宽度在250 m 以上。西线方案基本沿用现状航道轴线，仅转弯段局部优化，原航道125 m 宽度内水深多维持在8 m 左右，拓宽120 m范围多为三夹沙浅滩，水深在0 m 左右。从现状水深情况来看，实施了一期工程的西线方案相对较优。

按照设计底高程-11.7 m、挖槽底宽238～255 m、设计边坡1：8，根据2020 年水下地形测量资料计算得东线、西线方案基建疏浚工程量分别约1 424万m3、1 072.3 万m3，西线方案工程量较小。

2）航道回淤

采用二维潮流泥沙数学模型和《港口与航道水文规范（JTS 145-2015（2022 版））》中的粉沙质海岸航道淤积计算公式分别预测了航道的正常天气年回淤与大风天回淤[2]，西线方案沿程最大回淤强度约2.46 m/a，常年回淤量约194.5 万m3/a，一场7级风过程航道回淤量约15.4 万m3，一场10 级风过程航道回淤量约31.0 万m3。

东线方案沿程最大回淤强度约1.8 m/a，常年回淤量约150 万m3，一场7 级风过程航道回淤量约10.0 万m3，一场10 级风过程航道回淤量约21.0 万m3。

可见，东线方案年回淤量较西线方案少23 %左右，但西线方案在大风天未出现明显骤淤，年回淤量也处于可接受范围。

3）通航安全

三夹沙南航道近期主要服务于海门作业区一港池的中天钢铁码头，自航道起点至一港池，需经过多次转向。航道进口大转弯段，东、西线方案最大转向角分别约34.8 °、65.6 °；海门作业区一港池口门转弯段，东、西线方案转向角分别为50.1 °、32.4 °，东线方案转向角总体较小。

二维潮流数模计算结果表明[2]，航道扩建后，东线方案进口转弯段横流约0.4～0.8 m/s，直线段横流在0.3 m/s 以下；西线方案转弯段横流约0.7～ 1.2 m/s，进口段和西南水道直线段横流也在0.3 m/s以下。2 个方案横流差异主要在转弯段，东线方案小于西线方案，船舶操纵难度也相对较小。

为了合理评估2 个轴线方案的通航安全，开展了船舶操纵仿真试验。试验结果表明，模拟试验的航迹带宽度小于设计的通航宽度，且航迹均能保持在航道内，东线、西线方案均能满足5 万t 级散货船单向通航和2 万t 级船舶会遇的安全要求。在进口大转弯段，东线方案船舶航迹线与航道边界的平均距离为56 m，最小距离约30 m，西线方案船舶航迹线与航道边界的平均距离为30 m，最小距离约9 m，东线方案较西线方案有更大的安全余量。

4）与港区适应性

根据《南通港总体规划（2018～2035 年）》，三夹沙作业区北侧、东侧及内港池均规划布置多个码头泊位（图9）。西线方案与三夹沙作业区及海门作业区适应性均较好，船舶由西线航道进港靠泊和离港后进入航道出海均十分便捷。东线方案与海门作业区适应性较好，但与三夹沙作业区北侧、东侧规划的泊位适应性较差，船舶进港时需要沿航道航行至港内回旋水域掉头后再航行至相应码头前沿靠泊，或同时维护一条进港主航道和一条支航道，维护成本较高。

图9 三夹沙、海门作业区规划示意图Fig.9 Planning schematic diagram of Sanjiasha and Haimen port area

5）对蛎岈山保护区影响

西线方案与蛎岈山保护区最小距离约417 m，东线方案与保护区最小距离约140 m。由于东线方案距离保护区更近，基建疏浚与维护疏浚对蛎岈山保护区不利影响相对较大。

6）工程费用

西线方案基本在现状航道轴线上扩建，为减小疏浚施工对现状航道通航船舶的影响，可选择耙吸船艏吹工艺，基建疏浚工程费用约3.97 亿元。东线方案位于蛎蚜山西侧港汊，航道疏浚施工不影响现状航道通航，可采用绞吸船直吹工艺，基建疏浚工程费用约4.25 亿元。维护疏浚一般采用耙吸船挖运抛工艺，西线、东线方案维护疏浚费用分别约0.65亿元、0.50 亿元。2 个方案导助航等其他工程费用占比较小，东线、西线方案工程费用总体相差不大，西线方案略小0.15 亿元。需指出的是，东线方案还需先行拆除现状通航码头和栈桥，拆除与相关补偿费用达数亿元以上。在考虑码头与栈桥拆除与补偿的情况下，东线方案工程投资大于西线方案。

综上，与东线方案相比，西线方案在航道回淤量和通航安全2 项指标方面存在不足，但航道回淤量处于可接受量级，船舶操纵模拟试验也表明船舶航迹也能保持在航道内，且水深条件和工程量、港区适应性、环保与工程费用方面均占优，推荐西线方案作为扩建航道轴线方案。

为了进一步提高西线方案通航安全度，可采取转弯段局部加宽的措施。如当转弯段航道轴线两侧各加宽1 倍设计船宽后（通航宽度由263 m 增加至327 m），基建疏浚工程量和航道回淤量增加有限，但通航条件得到较大改善。

5 结语

为了适应港区发展和临港产业落户需要，三夹沙南航道扩建已迫在眉睫。工程海域风浪总体较小，含沙量不大，海床稳定性较好，2 万t 级航道回淤量可控，扩建至5 万t 级航道是可行的。

基于现状航道轴线，提出了东线方案和西线方案。综合水深条件、航道回淤量、通航安全、与港区适应性性、工程量及费用等因素，以西线方案作为扩建航道的推荐轴线。