粤东海域某电厂配套码头工程总平面布置思路及其方案优化

连石水, 黄炎潮, 黎维祥, 陈木灿, 陶 然

(1.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广州 510230；2.中国港湾工程有限责任公司，北京 100027)

粤东海域某电厂配套码头工程总平面布置思路
及其方案优化

连石水1, 黄炎潮1, 黎维祥1, 陈木灿1, 陶 然2

(1.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广州 510230；2.中国港湾工程有限责任公司，北京 100027)

针对粤东海域风浪较大、岩石埋深浅、岛礁多等复杂建港条件，结合电厂建设对配套码头工程、防波堤和水域的设计要求，通过对波浪、海流、泥沙及工程地质等建设条件进行分析，进行了码头起步方案、码头前沿线位置及平面布置型式的比选，并结合作业天数、停泊波高及取排水要求优化防波堤布置，通过勘察、船舶操纵仿真及通航结论论证水域布置，最终提出适宜电厂使用要求、与当地条件相适应的总平面布置方案。

电厂配套码头工程;总平面布置思路;方案优化;码头前沿线;防波堤;水域

粤东海域某电厂按8×1 000 MW机组规划，一期工程建设2×1 000 MW机组。配套码头工程旨在满足电厂进港煤炭在港卸船需求。码头工程建设规模为：规划建设2个10万t级卸煤泊位(结构按15万t级设计)和1个3 000 t级重件泊位，一期建设1个10万t级卸煤泊位(结构按15万t级设计)和1个3 000 t级重件泊位。

1 建设条件分析

根据本工程所在海域的条件及项目特点，重点关注波浪、潮流、泥沙和工程地质条件的影响。

1.1波浪

本海域常浪向为E，频率为18.06%，次常浪向为ENE，频率为15.63%，强浪向为ESE—SE。H4%>1.0 m的频率为69.15%，H4%>1.5 m的频率为29.33%。防波堤堤头极端高水位50 a一遇H1%=8.85 m。

1.2海流

本海区的潮流状况为略带旋转性的往复流为主。流速总体较小，不同测点位置涨潮流最大流速为0.16～0.25 ms，落潮流最大流速为0.14～0.32 ms。潮流流速较小，流向与岸线走向一致。

整体而言，夏冬季大潮期间余流较大，各层余流流向基本与风向基本一致，夏季朝向东北，冬季朝向西南，显示出一定程度的风海流性质，夏季余流介于0.05～0.42 ms。冬季余流介于0.03～0.42 ms。

1.3泥沙

所在海岸为准螺线弧形略侵蚀性海岸。计算的波浪沿岸总输沙17万m3a，东北向输沙11.3万m3a，西南向输沙5.7万m3a，净输沙由东北向西南，每年5.6万m3。海域含沙量较小，观测到的最大含沙量在0.1 kgm3以下。

1.4工程地质

根据区域地质构造资料，现场地形地貌的勘踏及钻孔揭露的地质情况，勘区内未发现不良地质现象及全新活动断裂的迹象，探区除了部分地段上部分布有少量软弱土及部分地震液化砂层外，探区未发现其它影响场地整体稳定性的不良地质现象，场地相对稳定。根据本工程地质勘察报告的成果，全风化花岗岩岩面标高-29.28～-12.79 m，平均-19.72 m；强风化花岗岩岩面标高-31.1～-13.08 m，平均-20.75 m。另参照物探结果，在水深-8～-12 m，局部存在浅礁，甚至在潮位较低时，岩面露出水面。

2 总平面布置思路及其方案优化

2.1起步方案

图1 东边起步方案Fig.1Generallayoutofschemestartingfromeast图2 西边起步方案Fig.2Generallayoutofschemestartingfromwest

根据电厂总体规划及发展思路，图1为电厂从东边起步方案，一期建设两台机组，为满足施工场地要求，一次性填海形成二台机组陆域，该方案取水口布置在电厂陆域东侧，排水口布置在防波堤东侧，考虑沿海甲山脚排向外海，同时建成东侧防波堤；图2为电厂从西边起步方案，填海及取排水方案同东边起步方案一致，为满足码头掩护要求，需建设东、西两侧防波堤。东边起步方案受SE—SW向波浪的影响，码头前沿2 a一遇H4%最大值为2.0 m，且为顺浪，波浪反射较小，作业天数为310 d，围海面积较小，疏浚工程量和炸礁量稍大；西边起步方案受S向波浪的影响，码头前沿2 a一遇H4%最大值为2.2 m，且为横浪，波浪反射较大，作业天数为305 d，围海面积较大，疏浚工程量和炸礁量稍小；两个方案投资相当，综合考虑后，确定采用东边起步方案。

2.2码头前沿线布置

2.2.1 电厂用地范围确定

根据规划，厂区后方为沿海公路，填海和征地范围需满足电厂辅助建筑区和电厂布置要求，据此，电厂围填海距离岸边300～450 m，在此基础上，进行码头、防波堤及水域布置。

图3 顺岸式布置型式Fig.3Generallayoutofcoastwiseterminal图4 突堤式布置型式Fig.4Generallayoutofjettyterminal

2.2.2 码头平面布置型式选择

根据卸煤码头装卸作业特点，合理选取码头平面布置型式，在此填海方案下，码头可采用布置型式有顺岸式布置、突堤式布置、沿防波堤内侧布置和栈桥式布置。在风大、浪大的海况条件下该类码头需要有较好掩护，采用栈桥式布置方案不合理；按作业区总体规划，东防波堤内侧、港池北侧、港池西侧均有布置泊位，沿防波堤内侧布置会影响港池北侧泊位使用，为此，该类方案也不合理。因此，以下主要对顺岸式和突堤式两种布置型式作进一步比选。

图3为顺岸式布置型式，码头与电厂护岸平行，位于其东南侧，两者前沿线距离100 m，形成顺岸连片式布置型式；图4为突堤式布置型式，码头与电厂护岸垂直，位于其东南侧。顺岸式布置型式与前述东侧起步方案相同；突堤式布置型式受S—SW向波浪的影响，码头前沿2 a一遇H4%最大值为2.1 m，且为横浪，作业天数为305 d，疏浚工程量、炸礁量和投资基本相当，但考虑到影响未来港池北侧岸线和陆域使用影响，综合考虑后，确定采用顺岸式布置型式。

2.2.3 码头前沿线位置论证

工程所在海域为风大、浪大区，且礁石埋深较浅，因此，在进行码头前沿线选择时，应充分考虑到泊稳条件、疏浚量、炸礁量和海域使用面积等因素(表1)。为此，共考虑3种码头前沿线位置比选方案(图5)。

表1 码头前沿线位置方案比较表Tab.1 Comparison of terminal front line

5-a 方案一(与电厂护岸距离100 m) 5-b 方案二(与电厂护岸距离150 m) 5-c 方案三(码头向西侧平移100 m)图5 码头前沿线方案图Fig.5 Scheme comparison of terminal front line

注：港池设计底高程-16.0 m，深色阴影部分为炸礁范围。

方案一(“与电厂护岸距离100 m”方案)：码头前沿线与电厂护岸平行，方位角45°～225°，为确保码头施工不影响电厂护岸稳定性，码头前沿线距离护岸最小距离为100 m。方案二(“与电厂护岸距离150 m”方案)：该方案是在上述方案基础上将码头前沿线往正前方平移50 m，距离电厂护岸前沿线150 m，此时，码头封头护岸增加100 m，填海面积增加2.24万m2，港池整体往前也平移50 m。方案三(“码头向西侧平移100 m”方案)：该方案码头前沿线与“与电厂护岸距离100 m”方案一致，整体向西侧平移100 m。

方案一虽疏浚工程量稍大，但具有与港口规划完全符合，并充分利用岸线；围填海面积小；距离防波堤堤头较远，泊稳条件较好；工艺皮带机和转换房投资少；码头封头段护岸较短；炸礁量较小。综上分析，确定推荐采用方案一，即“与电厂护岸距离100 m”方案。

2.3防波堤布置

(1)采用波浪整体数学模型试验和波浪整体物理模型试验分析港内泊稳情况，论证防波堤长度。业主在工程海域附近-15.0 m水深处进行了为期1 a的波浪观测，观测结果表明，海域波浪常浪向为E，频率为18.06%，次常浪向为ENE，频率为15.63%，强浪向为ESE—SE。根据码头及防波堤布置，对码头影响较大的主要波向为E—W向，其中SSW—W向H4%>1.0 m的频率为4.44%，频率不高，E—S向H4%>1.0 m的频率为26.78%。通过波浪统计分析，当E—S向的波浪传递到码头前沿的波浪小于允许作业波高(顺浪H4%≤1.2 m，横浪H4%≤1.0 m)即可确保作业天数能满足使用要求，一般情况下，可作业天数按300 d控制。另外，根据《海港总体设计规范》(JTJ165-2013)，码头前沿允许停泊波高1.2～2.0 m，考虑到停靠船型为5～10万t级散货船，本工程码头前沿允许停泊波高按1.8 m考虑。

方案一：东防波堤长度为2 572.27 m，堤头位于约-11.6 m水深处。根据波浪整体物理模试验成果，煤码头前沿2 a一遇各波向试验成果见表2。计算码头的作业天数为310 d。

方案二：东防波堤在工况一基础上缩短50 m，长度为2 522.27 m。根据波浪整体物理模试验成果，煤码头前沿2 a一遇各波向试验成果见表3。计算码头的作业天数为295 d。

表3 方案二设计高水位煤码头前沿2 a一遇波高Tab.3 Wave height in front of coal terminal for plan 2 under design high water level with return period of 2 a

方案二码头作业天数小于300 d，且在SSE—S波向作用下，码头前沿2 a一遇H4%>1.8 m。综上分析，认为东防波堤长度为2 572.27 m较为合适。

(2)防波堤布置要满足电厂取排水的要求。工程海域夏季余流方向为东北向，考虑到电厂取水对泥沙回淤、水域平稳度、水体含沙量等要求，根据取排水物理模型试验研究成果[2-3]表明：推荐采用“西取东排、港池取水方案”较为合理，并且当防波堤长度为2 572.27 m时，取水平均温升小于1 ℃，满足电厂取水的要求，因此，从取水温升方面考虑，防波堤长度为2 572.27 m也是合适的。

2.4水域布置

图6 水域范围岩面等值线图Fig.6Contourlineofrocksurfaceinwaterarea图7 堤头水域平面布置图(优化后)Fig.7Optimizedgenerallayoutofwaterarea

(1)结合地质勘察成果，分析岩面分布及埋深，论证港池及航道布置。

根据本工程地质勘察报告的成果，全风化花岗岩岩面标高-29.28～-12.79 m，平均-19.72 m；强风化花岗岩岩面标高-31.1～-13.08 m，平均-20.75 m。另参照物探结果，在水深-8～-12 m，局部存在浅礁，甚至在潮位较低时，岩面露出水面，岩面等值线分布见图6(注：图中阴影部分为岩面高程大于-16.0 m，深色阴影部分为工程炸礁范围)。

为减少炸礁，减轻对环境影响，结合港区远景规划，合理确定航道走向和港池位置，经过综合分析论证，回旋水域布置在停泊水域前方，航道方位角为8°～188°，连接水域布置论证见2.4.2节。

(2)结合通航和船舶操纵仿真结论，优化水域布置，尤其要充分考虑在东防波堤堤头潮流复杂和波浪集中问题。

根据潮流数学模型试验及泥沙回淤计算成果表明，东防波堤堤头的挑流作用，原顺岸的涨落潮流变成绕流，使东防波堤堤头外流速显著增加，流速增加100%；航道的流场的变化同时受港池、回旋水域和航道的开挖的作用，航道总体流速减小，但口门外附近航道流速增大约50%，其原因为东防波堤堤头的挑流作用；港池、调头区流速显著减小，流速减小80%。

《工程波浪整体物理模型试验研究》成果及相关研究成果[4]表明，航道开挖后，对防波堤堤头设计波浪会发生波能集中现象，且堤头处航道内波浪增大。

原方案，口门外航道与回旋水域通过内航道连接，航道转向角为19°，转弯半径为R=1 450 m(15万t级散货船长5倍)，如上述，在口门处潮流复杂，且堤头处波浪增大，结合通航和船舶操纵仿真结论，并参考相关工程经验[5]，船舶在堤头转弯航速应保持在5节以上，待驶入堤头后，方可进行制动，并且提出，适当加大堤头水域宽度，为此，对堤头水域进行优化，口门外航道与回旋水域通过喇叭口进行连接(图7)。

3 结论与建议

(1)码头平面布置应从起步方案、电厂用地范围、码头平面布置型式、码头前沿线位置等方面比选确定;(2)防波堤布置应充分考虑港内泊稳要求和电厂取排水的要求，主要对常波向和强浪向进行掩护，满足作业天数及安全停泊的要求;(3)水域布置应综合考虑礁石分布、波浪潮流情况和通航要求，尤其是在防波堤堤头位置潮流及波浪较为复杂，是重点分析的区域，适当扩大堤头附近水域。

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General layout plan and optimization of coal terminal for power plant project in eastern Guangdong coastal area

LIANShi-shui1，HUANGYan-chao1，LIWei-xiang1，CHENMu-can1，TAORan2

(1.CCCC-FHDIEngineeringCo.,Ltd.,Guangzhou510230,China; 2.ChinaHarbourEngineeringCompanyLtd.,Beijing100027,China)

Considering the complicated port construction condition in eastern Guangdong coastal area, with rough waves, shallow buried rock, and massive island reefs, the general layout plans including start scheme and front line plan were studied for comparison based on the analysis of wave, current, sediment, and geological conditions according to the design criteria of coal terminals, breakwaters, and water area for the power plant. The breakwaters plan was optimized according to the design operational days, berthing wave heights, and intake & outlet of power plant and the final optimized general layout plan which is compatible with operation of power plant, and adapted to the local conditions was proposed based on the geological investigation, ship maneuvering simulation, and water area navigation assessment.

coal terminal for power plant; general layout plan; design optimization; terminal front line; breakwater; water area

2017-01-11；

2017-02-23

连石水(1981-)，男，福建长汀人，高级工程师，主要从事港口及航道工程咨询、设计、项目管理工作。

Biography：LIAN Shi-shui(1981-)，male，senior engineer.

TU 991

A

1005-8443(2017)05-0532-05