厦门港刘五店港区岸线规划试验研究

崔峥，佘小建，林云光，郑久清

（1.南京水利科学研究院河流海岸研究所，江苏 南京 210024；2.厦门港口管理局，福建 厦门 361012；3.厦门港务控股集团有限公司，福建 厦门 361012）

0 引言

刘五店港区位于厦门市东部的翔安区[1]，南面隔海与金门岛相望，距离金门最近的地方仅1 800m。刘五店港区水路距大、小金门仅12 km左右，其南部的大嶝岛距金门岛最近处仅5 km，具有得天独厚的区位优势。刘五店港区地理位置见图1。

图1 厦门港刘五店港区位置

刘五店港区自然可利用深水岸线约9 km，岸线及后方陆域目前开发程度低，天然水深条件较好，港口发展空间大。按照已决策的总体布局方案，刘五店南部港区拟开发建设5个10万吨级集装箱泊位，岸线总长2 165m，建设3个5万吨级散杂货泊位，岸线总长785m，南部港区布置见图2。港区规划通过能力为集装箱325万标箱、散杂货180万t。南部港区工程主要包括后方陆域整治、澳头码头搬迁等工程，为后续泊位工程建设提供配套，工程已于2008年9月6日正式开工。根据厦门港总体规划，刘五店港区的功能定位是：成为厦门港可持续发展的主要依托，以集装箱运输、临港工业开发为主，并为对台经贸合作和“三通”服务。

图2 厦门港刘五店港区布置

1 工程海域水流泥沙特点

1.1 潮汐特征

厦门海域属正规半日潮，潮汐参数F＝0.34。根据鼓浪屿海洋站1908—1950年不连续潮位资料、1951—1994年连续潮位资料统计，工程海域为强潮海域，多年平均潮差3.99m，平均高潮位2.54m，平均低潮位-1.45m，最大潮差6.92m，最小潮差0.99m，平均涨潮历时6.08 h，平均落潮历时6.22 h。

1.2 潮流特点

图3为厦门湾2007年8月水文测验流速矢量图。可以看出工程区海域具有以下特点：1）工程区海域流场基本为往复流，位于东海域口门外流向为SW～NE向，进入口门后转为SE～NW向；2）具有典型半封闭海湾潮流特点，即湾口区水流最强，大潮全潮平均流速可达50～60 cm/s；越向湾内越弱，大部分范围全潮平均流速为10～30 cm/s；中间深槽区水流强，而两侧滩地水流较弱。3）涨潮期，湾口主流稍近东岸向西北向进入湾内，受刘五店南侧水域礁石群阻挡后，流经鳄鱼屿与大离亩屿之间的潮沟后呈掌状向北和向西方向漫滩扩散；落潮期，湾内水流基本按来时路径流出湾外。

图3 2007年8月厦门湾海域水文测验大潮垂线平均流速矢量图

1.3 厦门岛东海域泥沙条件

根据多年观测资料分析，东海域平均垂线含沙量为0.04～0.07 kg/m3。根据2007年8月东海域水文测验资料统计，大潮期间全潮垂线平均含沙量为0.035 7～0.045 7 kg/m3，垂线平均最大含沙量0.075 1 kg/m3，平均含沙量为0.040 9 kg/m3。小潮期间全潮垂线平均含沙量为0.015 1～0.021 2 kg/m3，最大值0.031 2 kg/m3，平均含沙量为0.018 1 kg/m3。从平面分布上看，总趋势是浅滩含沙量高于深槽水域。从时间上看涨急落急时段含沙量较高，一般情况下大潮含沙量大于小潮。

根据2007年8月期间水文测验[2]悬沙取样结果，大潮期间悬沙平均粒径0.027～0.033mm，小潮期间悬沙平均粒径0.033～0.04mm，不同站位粒径差别不大，小潮期间悬沙粒径大于大潮。

2 模型设计

厦门湾整体物理模型[3]包括整个厦门湾东西海域范围，西口门位于屿仔尾－厦大断面，东口门位于大嶝岛－金门岛－小金门岛－厦门岛处，九龙江河口湾至鸡屿处，九龙江河口湾上游及马銮湾采用扭曲水道保持一定的纳潮水体，模型东西、南北范围均约30 km，涵盖的水域面积近300 km2。模型水平比尺λl=550，垂直比尺λh=80，生潮系统采用尾门和双向可逆泵系统（图4）。模型采用跟踪式水位仪测量水位变化，流速测量采用VDMS测流系统，同时结合传统的螺旋桨式流速仪进行验证。

根据2007年8月的水文测验结果，模型中对其中大潮的水流和潮位情况进行了验证试验。试验结果表明，验证情况良好，本物理模型完全可以复演和预演厦门东西海域潮汐水流条件，具备了进行方案试验的条件。

图4 厦门湾整体物理模型布置图

3 试验成果分析

3.1 试验方案

刘五店港区基本布置方案有两个，（方案布置见图5）。方案1：厦门港刘五店港区3 650m港区岸线，基本方案为折线方案；方案2：刘五店港区规划方案1基础上码头岸线由翔安隧道向刘五店老港区延伸约3 000m方案。根据水流试验成果，模型中对港区南侧岸线折线走向、北侧岸线布置进行优化，分别为方案3-1、方案3-2以及方案1-1、方案2-1。

图5 厦门港刘五店港区规划方案布置图

为了分析港区水流情况，模型中在港区前布置了一定数量的流速取样点，测点与码头岸线间距55m，横向间距100m，纵向间隔200m，测点布置见图6，测点编号从南端起始为1号，共布置了34排测流断面。

图6 刘五店港区测流点布置及断面编号

根据试验要求，模型试验组次见表1。

表1 刘五店港区规划方案试验组次

3.2 工程前规划港区附近水流特点

首先进行了工程前港区附近水流试验。

根据VDMS示踪粒子采集的港区涨急、落急流矢图可以看出，刘五店南部港区位于东海域湾口处，东海域湾内向外海呈喇叭形，来自外海的涨潮流沿喇叭形边界逐渐汇聚进入东海域，由于近岸侧岸滩水深较浅，主槽靠近中部，因而整个南部港区岸线范围水流相对顺直，港区南部东端靠近岸边的水流受到边界影响斜向进入湾内，北侧端部受到边界影响稍向东斜。落潮时刘五店南部港区附近水流流态与涨潮时基本相同，港区前水流较为平顺，港区南部水流较涨潮时更加顺直，北部水流流向与涨潮时基本相近。

由试验得到的工程前港区附近海域涨半潮、落半潮平均流速等值线图可以看出，刘五店港区附近工程前涨、落潮平均流速均为45～55 cm/s左右，涨潮时主流偏向岸侧，落潮时主流偏西侧，全潮平均流速45～50 cm/s，沿港区分布比较均匀。

3.3 基本方案港区水流流态

3.3.1 方案1港区流态

试验得到刘五店港区基本方案1北部岸线附近水域涨急、落急水流流态。可以看出，涨潮时方案1北部港区前水流比较平顺，但是在端部工作船码头位置出现一定程度的顺时针回流，对工作船码头前的靠泊有一定的影响，并且容易造成泥沙在该区域回淤。落潮时，方案1港区北端与岸采用直角连接时，来自近岸水域的落潮流从侧端进入码头前沿，在港区北部泊位区位置出现了一定程度的回流区和缓流区，同时在码头侧面工作船码头水域也出现了一定范围的回流区和缓流区。

由刘五店港区方案1南部岸线前涨、落急时流态可以看出，涨潮时，主流靠近深槽处，近岸处浅滩流速相对较小，涨潮水流在港区东南端发生分流，主流大部分能够较为平顺地沿码头岸线前沿进入湾内，分流区东部的水流在东侧岸线外逐渐形成顺时针回流，但由于滩面水浅，回流较弱。落潮时，由于方案1岸线为折线连接，中间存在拐点，落潮流沿港区北部运动通过拐点后，在惯性作用下继续沿南部岸线走向流动，在南段岸线北部泊位区一定范围出现缓流区，增加了码头前的回淤。

表2为方案1码头前不同水域泊位区涨急和落急流向及与码头走向夹角情况，分别为1～3号断面（南部岸线东侧）、4～8号断面（南部岸线西侧）、9～14号断面（北部岸线东侧）和15～20号断面（北部岸线西侧），其中南侧岸线走向 116°～296°，北侧岸线走向 136°～316°。由表2可见，南侧港区泊位区涨落急时水流平均夹角为1°～8°之间，落急时夹角大于涨急；北侧港区涨急时夹角为2°～5°，落急时9～14号断面水流夹角只有1°，北部港区由于落潮时有回流、缓流区出现，流向与码头走向夹角平均达36°。

表2 方案1码头前泊位区涨急、落急流向及与码头走向夹角（°）

3.3.2 方案2港区流态

方案2在方案1基础上码头岸线由翔安隧道向刘五店老港区延伸约3 000m，主要分析方案2北部岸线部分水流流态，基本方案2和方案1一样，西端采用直角连接。

从刘五店港区基本方案1北部岸线附近水域涨、落急水流流态可以看出，涨急时方案2港区北部码头岸线前水流比较平顺，在端部侧面位置也出现一定程度的顺时针回流，该区域涨潮为缓流区，容易造成泥沙的回淤。落潮时，如果北端与岸采用直角连接，来自近岸水域的落潮流从岸侧进入码头区，在港区北部出现了较大范围的逆时针回流，回流区长度约180m，宽度约700m，码头北端侧面水域为缓流区。另外还可以发现，随方案2岸线形成后，原先方案1北部岸线落潮时出现的回流和缓流区将不再出现，码头前落潮水流较为平顺。

表3为方案2码头前泊位区涨急和落急流向及与码头走向夹角情况，方案2北部港区岸线走向亦为136°～316°。可以看出，方案2增加岸线南侧泊位区涨落急时水流平均夹角为0°～1°之间，水流与码头走向一致，落急时港区出现较大范围回流区，水流与码头夹角较大，平均夹角为-17°～21°，其中北侧近岸处水流流向与外海水流方向相向，这也可以看出码头前回流的存在。

表3 方案2北部港区码头前泊位区涨急、落急流向及与码头走向夹角（°）

3.4 基本方案港区水流强度

从流速分布看，方案1涨潮期间港区前水域横向流速分布较为均匀，码头前水流较为平顺。落潮时，码头岸线近岸处水域流速有一定程度的减弱。方案2涨潮期间，主流偏向岸侧，港区流速分布比较均匀，落潮时，由于挑流作用，码头北部岸线前水域流速出现明显的回流区和缓流区，近岸区平均流速小于30 cm/a，而回流区外侧流速则有一定程度的增加。

表4为方案1条件下港区前泊位区和调头区涨、落半潮和全潮平均流速统计值。可以看出，方案1条件下涨潮时泊位区平均流速32～40 cm/s，北侧大于南侧，落潮时由于泊位区出现回流缓流区，北侧15～20号断面、4～8号断面平均流速相对较小；对于调头区，全潮平均流速37～49 cm/s，除开南部1～3号断面港池未开挖流速较大以外，港区北部流速大于南部。

表4 方案1条件下港区前泊位区和调头区涨、落半潮和全潮平均流速统计 cm·s-1

表5为方案2北部港区泊位区和调头区涨、落半潮和全潮平均流速统计值，可以看出，涨潮时码头泊位区和调头区平均流速45～57 cm/s，落潮时由于出现回流区，泊位区流速为 24～27 cm/s，调头区为 39～47 cm/s。

表5 方案2北部港区泊位区和调头区涨、落半潮和全潮平均流速统计 cm·s-1

3.5 港区南段岸线走向优化

基本方案1岸线采用折线连接，两段岸线夹角为20°，其中北部岸线基本上已经固定，从水流条件看，南部岸线走向有一定优化的余地，模型中进行了不同折线走向优化试验，试验方案见图7，其中方案3-1为直线连接，码头走向为厦门海洋渔业局规划线位置，岸线走向138°～318°，岸线长度3 300m；方案3-2在方案1岸线基础上，东端向外伸出200m，与原拐点连接，南部岸线走向120°～300°，北部与南部岸线夹角12°。

图7 刘五店港区南部岸线走向优化布置图

1）方案3-1（南部岸线直线连接）。图8为方案3-1港区岸线采用直线连接情况下南部港区附近涨急流态照片，可以明显看出，涨潮时在南部港区前形成较大范围的回流区，随涨潮时间的持续，回流区范围进一步发展，尺度也逐渐增加。落潮时港区前水流相对比较平顺。

图8 方案3-1港区南部涨急时刻流态照片

2）方案3-2（东部前伸200m，折线连接）。码头岸线采用直线连接时，涨潮时港区南部出现较大范围的回流区，而方案1折线夹角20°时，港区南部落潮时水流与岸线有一定的分离，涨潮时水流与岸线较为贴近，可见岸线仍然可以优化。为此，模型中将港区南端外伸200m，与原拐点连接，两段岸线夹角变成12°，即为方案3-2。

从方案3-2条件下涨、落急时刻流态可以看出，涨急时，主流沿码头东南角发生分流后，码头前水流相对比较平顺，水流流向与码头走向基本一致，贴近码头区出现较弱的缓流区，对码头影响不大。落潮时码头前水流平顺。

表6为方案3-2码头前泊位区涨急和落急流向及与码头走向夹角情况，南侧港区泊位区涨落急时水流平均夹角为3°～8°之间，与方案1时相差不大，涨潮时夹角稍有增加，落潮时则有所减少。

表6 方案3-2港区南部码头前泊位区涨急、落急流向及与码头走向夹角（°）

从水流条件看，方案3-2岸线前水流条件相对较优。

3.6 北端岸线优化

方案1和方案2北端采用直角与岸连接时，落潮时在港区北部均会出现一定范围的回流区，方案2回流尺度较大，需要对西端岸线进行适当优化。试验发现，如果端部采用斜线连接，可以有效改善北侧港区的水流形态，其中，方案1将直角改变为斜角连接，即方案1-1，虚线为方案1岸线位置，与码头北部前沿线走向夹角为49°。方案2将岸线北端削角，削角处岸线走向169°～349°，与原码头前沿岸线走向夹角29°，即方案2-1。方案布置见图9。

图9 港区北端岸线优化布置图

1）方案1北端优化。从方案1-1条件下港区北部水域涨、落急流态可以看出，涨急时港区北部水域水流比较平顺，码头端部基本上观察不到回流出现。落潮时，北端岸线采用斜线连接后，落急时码头北部没有形成明显的回流区，只在靠近岸线区出现一定的缓流区，码头前流态有了一定程度改善。

2）方案2北端优化。从方案2-1条件下港区北部水域涨、落急流态可以看出，涨急时，港区北部水域水流比较平顺，侧面也没有出现明显的回流区。落潮时，北端岸线采用削角折线连接后，落急时没有形成明显的回流区，只是在靠近岸线区出现一定的缓流区，码头前流态出现明显的改善。

3.7 刘五店港区对附近海域影响

根据试验结果，刘五店港区方案对同安湾潮位没有明显影响，对同安湾内流速强度影响很小。方案1条件下，同安湾纳潮量减少0.9%；方案2减少1.9%。

4 悬沙回淤估算

4.1 计算方法

4.1.1 港池回淤计算

港池悬沙回淤计算一般均采用刘家驹公式，该式物理概念清晰，使用方便，深受海岸工程界的欢迎，在我国近海港口航道（航槽）工程回淤计算中广为应用，该公式目前已被中国工程建设标准化协会水运工程委员会推荐作为规范在国内试行。刘家驹公式[4]形式如下：

式中：P为年回淤率，m/a；ω0为黏性细颗粒泥沙絮凝沉速，m/s；S为当地年平均含沙量，kg/m3；T为1 a的总秒数，s；H1，H2分别为滩面水深和航道水深，m；V1，V2分别为工程前滩面流速和工程后航道流速，m/s；K1，K2为经验系数，分别取为0.35和0.13；θ为水流流向与航槽走向的夹角，（°）；γ0为淤积泥沙干容重，kg/m3。

4.1.2 回流区回淤估算

试验表明，当港池航道水域边界为曲折岸线时，由于主流与边界的分离，近岸区会产生尺度不等的回流，回流区一般是泥沙回淤区。迄今还缺乏完整描述回流淤积规律的理论和方法，一般的做法是考虑到泥沙向后运动在回流区出现二次淤积，计算时将泥沙回淤量加倍。

4.2 方案回淤估算

根据几次东海域水文测验资料，同安湾含沙量有逐年减小的趋势，回淤计算时悬沙含沙量取大潮期间平均含沙量0.04 kg/m3。规划方案中仅给出方案1港池开挖情况，模型中只计算方案1条件下港池回淤情况，根据港区规划，集装箱码头和散杂货码头前泊位区水深为17.5m，调头区水深16.5m。

根据式（1）和模型试验中潮量的工程前、后水流流速流向变化情况，可以计算出港区不同水域泊位区、调头区涨、落半潮年平均回淤率（m/a），结果如表7所示，计算结果没有考虑回流回淤和天然回淤，仅为工程后引起的回淤。表8为方案1实施后港区不同水域年平均回淤率（m/a）和回淤量（万m3/a）。从表中可以看出，一般情况下，泊位区回淤率大于调头区，落潮回淤大于涨潮。港区泊位区涨潮时回淤率为0.03～0.06m/a，落潮回淤为0.05～0.09m/a，年平均回淤率0.09～0.13m/a；调头区涨、落潮平均回淤率0.02～0.05m/a，年平均回淤率0.04～0.08m/a。集装箱码头港池总回淤量10万m3，散杂货码头港池回淤总量为5.6万 m3。

表7 刘五店港区港池涨、落潮平均回淤率 m·a-1

表8 刘五店港区年平均回淤率和回淤量

需要说明的是，一般码头建成初期，由于施工、地形调整、边坡坍塌等因素影响，回淤量往往较计算值大，但是随着码头正常运营后，回淤量会逐渐趋于稳定。另外，靠近港区端部出现回流的区域，局部回淤量会加倍。

5 结语

1）刘五店港区建设，对同安湾内潮位、纳潮量和流速强度影响甚小。

2）试验结果表明，刘五店港区方案1和方案2均可行。从增加码头陆域考虑，港区南部岸线建议采用方案3-2，港区东端在方案1基础上外伸150～200m；方案1北端岸线建议采用斜线连接的方案1-1，方案2北端岸线建议采用削角方案2-1连接形式；

3）从回淤计算结果看，刘五店南部港区泊位区年平均回淤率 0.09～0.13m/a；调头区 0.04～0.08m/a。

[1] 郑久清.刘五店港区 未来厦门港又一颗璀璨明珠 [J].中国港口，2006，5：33-34.

[2] 厦门高集海堤开口改造工程补充水文泥沙测验及分析报告[R].厦门：国家海洋局第三海洋研究所，2007.

[3] 崔峥，佘小建.厦门港刘五店港区潮流物理模型试验研究[R].南京：南京水利科学研究院，2008.

[4] 刘家驹.淤泥质海岸航道和港池的淤积计算[M].北京：人民交通出版社，1990.