黃小鵬，丁 琦，郭冬冬

（中交上海航道勘察設計研究院，上海 200120）

引 言

在淤泥質海岸建設港口，泥沙回淤是必須考慮的首要問題，對港口運營具有重要的參考意義。正在建設的連云港港徐圩港區(qū)屬于新建港區(qū)，位于淤泥質淺灘開敞海域，坡緩水淺，風浪掀沙作用明顯，必須修建防波堤以防浪檔沙，因而港區(qū)的布置型式為環(huán)抱式。

環(huán)抱式港區(qū)的建設及營運初期，將不可避免地遇到回淤量較大的情況，例如天津港、黃驊港、京唐港等，在其建設歷程中均受到過泥沙淤積量大的問題，其中天津港海岸性質與徐圩港相同，均為淤泥質海岸，可以作為參考來進行類比。在天津港15萬t級航道建設時期[1]，總的年均淤積量為610萬m3，其中外航道年均回淤量約280萬m3，而港池的年均回淤量達到330萬m3，淤積較大部位靠近口門回流區(qū)，離開口門越遠淤積越輕?？梢?，港池回淤在總回淤中所占比重要大于航道，且靠近口門附近港池所面臨的回淤問題更為嚴峻。

連云港港30萬t級航道二期工程與徐圩港區(qū)六港池北側盛虹30萬t級原油碼頭計劃于2019年同步建成。由于該碼頭是徐圩港區(qū)第一個建成的深水碼頭，正位于口門東側回流、緩流區(qū)，從上述類似工程的經驗來看，建成初期泥沙回淤量可能較大。為盡可能減少原油碼頭泊位維護疏浚給碼頭生產帶來的影響，有必要進行30萬t級原油碼頭港內水域泥沙回淤及減淤方案研究。

1 工程概況

連云港港徐圩港區(qū)位于海州灣埒子口以北至小丁港之間海岸，擬建盛虹30萬t級原油碼頭（1#）泊位及5萬t級液體散貨碼頭（2#～5#）泊位均位于徐圩港區(qū)東防波堤內側的六港池內，其中30萬t級原油碼頭（1#）泊位位于靠近口門處，采用“蝶形”離岸布置，碼頭總長412 m；停泊水域寬度120 m（30萬t級油船2倍船寬），設計底高程-23.8 m；船舶回旋水域設置于碼頭前方，回旋水域按橢圓形布置，長軸直徑為735 m（2.2倍設計船長），短軸直徑為668 m（2.0倍設計船長），設計底高程-21.5 m，乘潮水位3.35 m。港池水域與擬建連云港港徐圩港區(qū)30萬t級航道延伸段銜接，平面布置見圖1。

圖1 六港池平面布置

2 回淤分析及預測

2.1 回淤環(huán)境綜合分析

根據有關研究成果，防波堤建成后，在徐圩港區(qū)建設起步階段，港區(qū)內淤積泥沙的來源主要有以下三個方面：一、防波堤口門進沙；二、港內淺灘沖刷供沙；三、周邊地形沖刷的過程性供沙。

徐圩港區(qū)防波堤建成后，港內的泥沙運動機制依然為“波浪掀沙，潮流輸沙”，因此波浪和潮流是主導六港池水域回淤最主要的動力條件。

1）波浪動力

波浪動力對六港池回淤的貢獻主要有兩個方面：一是港外淺灘泥沙被波浪掀動后由潮流挾帶進入口門，部分落淤于六港池水域；二是在近期、中期建設階段，港內灘面泥沙被波浪掀動后，隨潮流運動，在港內深水區(qū)淤積，部分落淤于六港池盛虹碼頭水域。

2）潮流動力

潮流動力的主要貢獻在于將泥沙挾帶至動力相對較弱的水域落淤。根據數(shù)學模型的研究，口門處漲潮流速較大，為港外泥沙向港內輸送提供有利條件，六港池距口門最近，港外輸沙優(yōu)先進入該水域，同時其南側灘面掀沙后也易被潮流挾帶進入深水區(qū)。由于六港池水域的回流區(qū)現(xiàn)象較為明顯，在一個潮周期中的持續(xù)時間也較長，動力條件相對較弱，為水體中泥沙的落淤創(chuàng)造了較為有利的動力環(huán)境。

3）含沙量分布

根據實測資料分析與數(shù)模研究，徐圩港區(qū)的含沙量分布總體上由港區(qū)口門向港區(qū)底部逐漸減小。盛虹碼頭前沿水域位于口門附近的六港池，一方面受口外來沙影響較為直接，另一方面其南側的淺灘也為泥沙提供了一定來源，因此含沙量在整個港區(qū)中相對較高。

綜上，盛虹碼頭所在的六港池水域靠近徐圩港區(qū)口門，為波浪較大、流態(tài)復雜、泥沙供應相對充足的水域。根據以往的建設經驗，其受到泥沙回淤的影響可能較大，需要采取相關措施來減輕回淤，以保證航道、港池、及碼頭前沿水域的正常運營。

2.2 回淤預測

利用泥沙數(shù)學模型，對六港池盛虹碼頭水域的回淤情況進行了預測，六港池水域的劃分見圖2，常年淤積強度分布見圖3，各相關水域的回淤情況列于表1。

圖2 六港池水域劃分

圖3 六港池水域常年沖淤強度分布示意

表1 盛虹30萬t級碼頭（1#）水域常年回淤情況

徐圩港口門處潮流動力較強，泥沙不易落淤，淤強相對較小，向六港池方向動力逐漸減弱，淤強有所上升。盛虹30萬t級碼頭回旋水域為回流區(qū)影響較大的水域，動力較弱，南側灘面面積較大，因而淤強較大，平均淤強達到1.49 m/a，西南側灘槽交界處淤強最大；由于泥沙輸運方向主要由回旋水域指向泊位，因此30萬t級碼頭泊位的淤強小于回旋水域，為0.98 m/a。

3 減淤措施研究

3.1 港內減淤措施綜述

淤泥質港口的回淤問題一直是困擾港口建設、生產的核心技術問題?；赜倭颗c港口所在海域的動力、泥沙條件以及口門的形狀息息相關[2]。除此之外，沿海地區(qū)鹽淡水混合引起的密度流對于泥沙回淤的影響也很重要。當港池位于外?；蛘邔掗煹暮鏁r，風以及風生流對泥沙產生的擾動也對泥沙回淤有著重要影響。

根據國內外的相關研究成果，淤泥質港口的減淤方法分被動和主動減淤兩種，前者是指無機械設備的方法（如優(yōu)化港口入口形態(tài)、增設導流設施、引入適航水深等）；后者為機械設備法（射流泵、水流噴射等）。

徐圩港區(qū)所處海域無大型徑流匯入，水體中的鹽度垂向分布比較均勻，因此不存在鹽水楔引起密度流所導致的回淤較大的問題，無需對此采取措施；港區(qū)口門的防波堤已按規(guī)劃修建完成，因此口門形態(tài)已無優(yōu)化余地；受限于六港池內水域的面積，也無法建造潛堤、導流堤等。因此，適合盛虹碼頭水域的減淤措施主要有三個，一是在泊位區(qū)附近設置積淤槽，二是擾動疏浚，三是適航水深法?？紤]工程實際情況，選用積淤槽減淤方案比較具有可操作性，本文也主要就積淤槽方案的減淤效果進行分析和研究。

3.2 減淤方案設計

1）積淤槽平面布置

本工程維護疏浚減淤措施采用積淤槽方案，來減少工程水域的年維護疏浚工程量。通過不同位置和尺度的積淤槽實施方案對比研究發(fā)現(xiàn)，積淤槽寬度為100 m，中心線布置在30萬t級原油碼頭泊位處，減淤效果最好，因此本工程積淤槽平行于泊位布置，總寬度為100 m，其中50 m寬度置于原泊位區(qū)中，50 m寬度置于原回旋水域中，中心線長度約650 m，總面積約6.4萬m2，設計底高程為-26.5 m。積淤槽具體位置詳見圖4，具體設計尺度詳見表2。

圖4 積淤槽平面布置

表2 積淤槽基建尺度

2）積淤槽基建及維護工程量

根據2013年徐圩港區(qū)1：10 000測圖進行港池內積淤槽基建工程量的計算。港池疏浚到設計底高程后，進行積淤槽的挖槽施工，根據回淤分析及數(shù)模研究成果，積淤槽內年淤強取值為1.4 m/a，經計算，積淤槽基建工程量為24.1萬m3，年回淤量約8.96萬m3，積淤槽設計水深-26.5 m，30萬t級（1#）碼頭的停泊水域設計水深為-24.0 m，回旋水域設計水深為-21.7 m。因此積淤槽維護周期可定為3年，每次維護疏浚總量為27.6萬m3，具體基建尺度及工程量見表2。

4 積淤槽減淤綜合分析

4.1 回淤強度對比分析

根據本工程流場、波浪場、含沙量分布等特征以及回淤動力和回淤環(huán)境分析，經數(shù)學模型計算，積淤槽建設完工后，對盛虹30萬t級原油（1#）碼頭前沿停泊水域的淤強減少作用明顯,積淤槽實施前后具體回淤強度對比見表3。

表3 水域回淤強度對比

4.2 減淤效果對比分析

積淤槽實施后，盛虹30萬t級原油碼頭（1#）停泊水域和回旋水域的淤強明顯減少，特別是碼頭停泊水域，淤強減少約35%，相比減淤措施實施前，每年維護疏?？偭繙p少約10.5萬m3，占原疏?？偭勘燃s13.4%。積淤槽實施前后具體回淤量對比見表4。

表4 水域維護疏浚工程量對比

4.3 經濟效益綜合對比分析

根據上述計算結果，結合相關編制規(guī)定，并按照合理、經濟的施工技術路線和船機配備方案，進行積淤槽實施前后的費用計算和對比。疏浚單價根據交通部交基發(fā)（1997）246號文發(fā)布的關于《疏浚工程概算、預算編制規(guī)定》及配套定額測算。費用對比分析見表5。

表5 積淤槽實施前后經濟效益對比

從表5可以看出，積淤槽實施后，碼頭停泊水域的年維護次數(shù)減少一次，增加了相應的船舶可停泊時間，具有很好的社會和經濟效益，對碼頭的運營和管理增益明顯。積淤槽需要每3年維護一次，因此水域維護的費用周期按照三年來計算，相比較而言，積淤槽實施后三年維護費用減少約235萬元，占比3.5%，可見維護工程的經濟費用減少也較明顯。

5 結 語

1）通過泥沙和潮流數(shù)學模型，對徐圩港區(qū)港內水域回淤環(huán)境進行了綜合分析，認為波浪和潮流是主導港池水域回淤最主要的動力條件。

2）根據數(shù)模回淤研究成果，積淤槽的建設，對港池水域的淤強減弱作用明顯；積淤槽實施后，年維護疏浚總量及年維護次數(shù)均減少，可見積淤槽的減淤效果較好，可以在港池減淤實施中推廣應用。

3）通過經濟效益對比發(fā)現(xiàn)，積淤槽的實施，不僅減少了港池年維護費用，還增加了港內停泊水域的使用時間，有利于港口碼頭的運營和管理，社會效益和經濟效益突出，具有可實施性。

4）積淤槽的挖槽深度、相對位置、設計尺度及對泥沙淤積的中、長期影響尚未能進一步研究，因此關于積淤槽的減淤效果尚有進一步的研究空間。