基于港区泊稳的厦门港将军澳作业区码头平面布置方案研究

刘舒颖 福建省交通规划设计院有限公司

1.引言

赤湖工业园地处漳州市漳浦县中部临海区，东毗前湖湾、南临将军湾，是重要的省级工业区。近年来赤湖工业园转型升级和临港产业的落地发展对港口运输提出了迫切需求，预计将军澳作业区2035年货物吞吐量将达到1610万吨。为适应赤湖工业园临港产业和社会经济发展需要，协调处理好港口开发与地方经济产业发展之间的关系，合理利用港口岸线资源，迫切需要对将军澳作业区进行规划建设，特别是基于港区泊位泊稳条件对将军澳作业区码头平面布置方案进行比选。

沿海港口作业区平面布置方案研究一直是业内科研人员关注的热点，也有许多学者对不同港区泊稳分析开展研究，并取得了一系列成果。丁兆宽等人[1]为提高日照港石臼滩港区扩建码头工程的港内泊稳条件，开展了波浪断面物理模型试验研究不同结构码头反射系数，建立了港区波浪传播数学模型，研究了不同方案组合下的港内泊稳条件。董胜等人[2]基于MIKE21-BW模型，考虑波浪的折射、绕射、反射及破碎等物理过程，模拟人工游艇码头港域的波浪传播变形过程，研究港域波浪分布状况。吴亚楠等人[3][4]考虑波浪的反射、绕射、破碎等物理现象，建立了近岸波浪数学模型，对威海船厂港区单向不规则波传播变形过程进行数值模拟，并基于MIKE21-BW模型，开展了秦皇岛某港口防波堤工程的不同布局方案泊位稳定性分析。

厦门将军澳作业区外海波浪条件较为复杂和平面布置受制因素也与以往不同，所以建立将军澳波浪数学模型，研究不同布置方案下港区与外海比波高及泊稳条件，提出满足泊稳要求的平面布置方案，可为类似沿海码头作业区工程布置提供技术参考。

图1 工程区地理位置

2.将军澳区域概况

厦门港古雷港区将军澳作业区地处漳浦县赤湖工业园南侧，将军湾北部海域，地理位置：东经117°53′，北纬24°01′，水路北距上海567海里，东距高雄160海里，南至香港289海里，可以畅通地与沿海诸港通航，具体如图1所示。工程正对台湾海峡，风浪较大，附近海湾众多，动力条件十分复杂。为保障码头工程建设后的靠离泊安全及系泊作业安全，开展波浪数学模型试验。

3.将军澳区域波浪数学模型

3.1 模型范围及网格

图2 数学模型计算范围及水深分布

图3 数学模型计算网格

图4 潮汐、水流测站位置

图5 潮位验证

图6 大潮水流验证

图7 中潮水流验证

图8 小潮水流验证

图9 将军澳作业区规划方案一

图10 将军澳作业区规划方案二

图11 将军澳作业区规划方案三

图12 方案一泊位分布

图13 方案一E向比波高分布

采用模型嵌套的方法，由大范围模型提供外海开边界潮位条件，模拟工程附近海域的潮汐动力。模型选取范围的水深分布见图2，测量基准为理论基面，最大水深约为45m。通过三角形网格能够较好地拟合不规则地岸线边界，工程前岸边界、岛屿与将军澳附近网格分辨率约为70m，网格单元数为19235个，节点数为9861个，工程区周围的最小网格为7m，数学模型计算网格剖分见图3。

由于码头前沿有防波堤的掩护，港内的波浪受到掩护，港内波高将减小，为计算不同平面方案下小范围的波浪分布情况，建立港内波浪折射绕射和反射数学模型，通过不同平面方案港内波浪场计算，确定不同平面方案下各码头泊位处港内和外海的波高比值。网格间距为5米。时间步长为1s。码头前的反射系数为1.0，斜坡式防波堤前的反射系数为0.5，时间步长为1s。

3.2 模型验证

基于海洋三所提供的工程区周围潮汐、潮流实测资料，对数学模型进行验证。水流监测日期为2009年11月24日至12月8号，包含了大、中、小潮三个潮型，潮位资料为六鳌和将军澳的实测数据，潮汐、潮流的测点位置见图4，共布置了8个潮流测点和2个潮位测点。图5为2个潮位测点的潮位验证结果，可以看出两个潮位站的潮位模拟值与实测值吻合较好，误差小于0.1m，潮波位相与实测结果吻合良好。

图6～图8分别为大、中、小潮的水流流速流向验证结果。从模拟及实测结果来看，几个测点的潮流以往复流为主，根据潮流与潮汐的对应关系，可以发现涨潮流西南向，落潮流东北向。涨落急时刻发生于最高及最低潮位附近，接近于前进波的性质。其中5#的涨落急流速相对较大，其中大潮涨急流速约1.15m/s，大潮落急流速约0.95m/s。大潮、中潮、小潮的涨落急流速依次有所减小。

从验证结果看各测点的潮流模拟结果与实测结果吻合较好，涨急、落急出现的时刻相当。表明大范围数学模型提供的边界条件，以及模型计算参数的取值是合理、正确的。

4.码头平面布置方案优化

由于强浪向和常浪向是NE～E～SSE，防波堤走向成南北向和东北-西南走向，口门位置朝向西南。首先考虑布置西侧和东侧两个防波堤方案，如图方案一和方案二；第二阶段，在方案一的基础上，又对南侧防波堤进行了南北调整，形成了方案三。针对方案一和方案三，又分别对东向防波堤进行了角度的调整。本文选取三个有代表性的防波堤布置方案进行方案比选。

4.1 初步方案布置

1）方案一。防波堤走向N-SSW，北侧泊位前沿线布置在-6m～-10m等深线之间，南侧泊位前沿线布置在-17m等深线附近，口门宽度约400m，港池水域面积9.8万m2。港内北侧布置3个2-5万吨级泊位（1号-3号泊位），东侧和南侧布置5个5-10万吨级泊位（4号-8号泊位）。

2）方案二。防波堤走向NW-SESW，北侧泊位前沿线布置在-6m～-8m等深线之间，南侧泊位前沿线布置在-12m等深线附近，港池水域面积5.3万m2。港内北侧布置3个2-5万吨级泊位（1号-3号泊位），东侧和南侧布置3个5-10万吨级泊位（4号-6号泊位）。

3）方案三。防波堤走向N-SSW；北侧泊位前沿线布置在-4m～-6m等深线之间，南侧泊位前沿线布置在-14m等深线附近；口门宽度约300m，港池水域面积6.0万m2。港内北侧布置2个2-5万吨级泊位（1号-2号泊位），东侧和南侧布置4个5-10万吨级泊位（4号-6号泊位），西侧布置2个1-2万吨级泊位（7号-8号泊位）。

4.2 不同布置方案泊稳条件分析

《海港总体设计规范》规定[5]，2万吨集装箱码头横浪允许作业的H4%波高为0.7m，顺浪允许作业的H4%波高为1.0m。对于5万吨级散货船码头，横浪允许作业的H4%波高为0.8m，顺浪允许作业的H4%波高为1.2m。对于2万吨级码头，允许作业的波周期为6s；对于大于2万吨级码头，允许作业的波周期为8s。

由图12可见，方案一中的8个泊位按顺时针方向依次编号为A1～A8，方案二、三的泊位编号遵循同样的规律。图13表明，当波浪从E向传来时，港内泊位比波高较小，结合表1所示的方案一各向波浪下各控制点的比波高值，可以发现当波浪从E～ESE向传来时，防波堤对港内的掩护良好。

表1 方案一各向波浪下各控制点的比波高值

表2 方案一受波浪影响的不可作业天数

表3 方案二受波浪影响的不可作业天数

表4 方案三受波浪影响的不可作业天数

根据浮头湾站的波浪观测资料及各方向下的各控制点的波高比值来确定各方案的不可作业天数。估算不可作业天数有两个方法，一种为按频率统计，另一种判别方法为：若每天有几次以上不满足波高、波周期（或风速）之一即视为该天不可作业。表2为方案一各泊位受波浪影响的不可作业天数，可见1～3号泊位受波浪影响较小，而4～8号受波浪影响的不可作业天数在3天以下。

方案二、三的不可作业天数分别如表3、4所示，不难发现方案一的不可作业天数明显较小，表明考虑港区泊稳条件情况下，方案一平面设计优于方案二和方案三。

5.主要结论

（1）当波浪从E～ESE向传来时，防波堤对港内掩护良好，但波浪的反射、绕射等作用，使得方案二、三平面布置方案防波堤掩护作用相对较差，故在港区平面布置中应充分考虑波浪反射、绕射等影响；

（2）根据港内波浪掩护条件，三个平面设计方案由优到劣排序依次为：方案一>方案二>方案三；

（3）方案一中防波堤对1～3号泊位掩护作用良好，而4～8号受波浪影响较大，不可作业天数在3天以上。