头门港区泥沙冲淤分析及对策

头门港区泥沙冲淤分析及对策

李双双

（河海大学港航学院，210009）

【摘要】头门港区淤泥质基础，泥沙运动比较剧烈，极易引发港池航道的骤淤，将严重影响工程建设和运行时期的安全，因此，台州港头门港区规划时对其的泥沙冲淤进行分析和研究。本文在分析头门港区附近的海岸演变、泥沙运动及港池、航道的泥沙淤积机理等内容的基础上，对头门港区泥沙运动和强风暴潮时期的港口航道泥沙骤於问题进行探索。为解决减小港池、航道的泥沙淤积，提出合理的工程平面布置和固沙工程措施建议，以此提高港池、航道泥沙的减淤效果。

【关键词】淤泥质基础港区；港池航道；减淤方法

淤泥质地基海岸附近的泥沙活跃性较强，受到波浪和潮流等诸多海洋动力影响，泥沙的起动及沉积比较频繁，泥沙运移的频率也较高，极易造成淤泥质地基港口航道泥沙淤积。淤泥质地基海岸外航道受到风暴潮的影响，也会出现骤淤，给港口开发带来巨大冲击。同时泥沙运动涉及的知识面较广，如涉及到地质学、水力学、泥沙运动力学等，对头门港的泥沙运移进行分析，能了解该港区泥沙淤积的主要原因，从而提出有效的减淤方法和措施，促进头门港区的港口开发和当地临港经济发展。

一、头门港区泥沙淤积的机理特征

1、头门港概况。头门港位于台州湾北侧，头门岛南侧码头区前沿自然水深8~10m，水深条件良好，是一座近海岛港，距大陆10公里，通过跨海大桥与大陆相连。头门港区是台州港中心港区，是地区综合性枢纽港，为台州市及周边腹地内外贸运输服务，港区围涂空间巨大，临港型工业开发条件得天独厚。头门港第一座2万吨级通用散杂货泊位，水工结构按靠泊5万吨级船设计，于2014年12月底建成并投入运营。2009年，临海市委托交通部规划研究院进行头门港区总体规划研究，采用“浅水深用”的规划理念进行规划，规划岸线28公里84个万吨级泊位，最大可建20万吨级泊位。

2、头门港区水沙运动特征。港区水流动力以潮流为主，涨、落急流速一般介于0.60~1.0m/s之间。近岸潮动力偏弱，头门岛北侧潮动力强于南侧。河道内以往复流为主，受岛屿约束的潮流通道内呈现较明显的往复流特征，不受台州列岛掩护的开敞水域旋转性趋强，北侧潮流旋转性强于南侧。头门岛及其附近海域，涨潮水流从外海经黄琅～一江山岛、一江山岛～头门岛、东矶列岛间和猫头洋海域自东偏南向西北向运动，分别进入河口水域、头门岛浅滩和三门湾南侧浅滩，头门岛～白沙之间有少部分水体流向北侧浅滩纳潮区；落潮时沿相反运动进入东海。头门港区附近海域含沙量平面分布规律为河口、河口浅滩、边滩水域、外海域依次减小。河口区垂线平均含沙量达10kg/m3，外海域含沙量约0.2kg/m3。头门岛前沿水域含沙量较小，其中北侧水域含沙量稍大，边滩水域局部区域泥沙搬运能力较强。大风天后含沙量增加1倍左右。含沙量在潮次序列间的变化显著，大潮含沙量最高、中潮次之，小潮最低。涨潮期含沙量一般略高于落潮期含沙量。

3、天科所和南科院淤强预测与骤淤机理。2009年，临海市委托天科所和南科院进行了《台州港临海港区波浪潮流共同作用下泥沙数学模型研究》平行论证，南科院认为：规划实施后，码头运营初期，南港区（港池和航道）回淤总量约为1000-1500万m3，北港区回淤总量约330-590万m3，南港区回淤总量是北港区的2.5-3倍。天科所认为：规划实施后，码头运营初期，南港区（港池和航道）回淤总量约为350-390万m3，北港区回淤总量约250-420万m3，南港区回淤总量是北港区的1.2-1.5倍。头门港区的泥沙淤积来源于两个：一是在平时的涨落潮流作用下，泥沙在台州湾近海滩往复搬运，此种泥沙又叫做搬运泥沙；二是台风洪水时将椒灵江上游的泥沙挟带而至，可称外来泥沙。港池、航道骤淤泥沙来源于此二种。头门港区近20年的8米到10米等深线变化不大，在没有外界作用下，海床基本稳定。然开挖后的港池和航道会不会骤淤是关系到头门港区能否建港的关键所在。天科所通过对港区海域骤淤采用50年一遇E向波浪为条件进行分析，分析认为：港池航道24小时骤淤厚度小于6.0cm，海域港池航道发生骤淤的可能性不大。

二、头门港区工程减淤的方法

1、取消南侧挖入式港池、在连岛大堤上开不小于2公里的口子。在《头门作业区总体规划》编制时，为确保港口安全运行，减少港池和航道的淤积，临海市委托天科所和南科院进行了《台州港临海港区波浪潮流共同作用下泥沙数学模型研究》平行论证。天科所认为南侧港区连岛大堤和南侧的挖入式港池是合理的，不会造成淤积。而南科院则认为南侧挖入式港池和连岛大堤改变了该海域潮流方向和动力，港池将会出现严重淤积，为了减少南侧码头区回淤量，建议取消南侧港区原规划挖入式港池方案。连岛大堤将全封堵潮汐通道，将引起海域较大范围潮动力有不同程度的调整，考虑到椒江口属强潮河口、泥沙活动性强，因潮动力调整引发的床面演变预测难度较大，尽量保留部分潮汐通道（即：在连岛大堤上开不小于2公里的口子以保证南侧港区潮动力），以减小潮动力特征的改变幅度。

2、北侧港区建设防波挡沙堤。北侧港区建设环抱式港池，平面呈现为三形，防波挡沙堤延伸到深水区，进入港区的口门置于破波区以外，水深为12米，以此减少破波带内悬浮泥沙进入港池和外航道。在无防波堤掩护条件下，北侧港池淤积严重；因波浪因素泊位作业天数年损失约28天，50年一遇H1%大波可达7.62m，将严重制约大型泊位结构的建设。采用防波、挡沙堤掩护，对泥沙进行阻隔，可明显改善港池的建设和营运条件，预计泥沙回淤强度下降约40%，因波浪因素泊位作业天数年损失下降为9天，50年一遇的H1%大波下降为3.5m，并且为北侧开发建设20万吨级泊位提供了十分有利的条件。

3、起步码头进港航道采用自然水深乘潮进港。头门港区是新开发的新港区，目前货物吞吐量少，难以承受航道的开挖和后期疏浚维护费用，起步码头工程进港航道采用自然水深乘潮进港，以此避免航道开挖和后期疏浚维护，使起步码头运行良性循环。同时加强起步码头港池淤积情况观测，为后续港区发展过程中，提供实测数据，对天科所和南科院的数模进行验证。

4、航道试挖槽验证回淤情况。数学模型模拟预测淤泥质海岸航道大幅开挖有一定的局限性，如天科所与南科院研究成果差距很大，下一步将计划开展航道试挖槽试验，为泥沙回淤分析数学模型进行验证，同时也为深入研究积累基础资料。

5、疏浚工程与成陆工程同步实施。为减少港池航道疏浚工程和港口码头后方造陆工程的造价，建议考虑港池航道回淤疏浚结合港口码头后方造陆工程同步实施。航港开挖和疏浚海泥倾倒地点较难找，而吹填成陆的所取的海泥又较难落实，头门港区的进港航道的开挖和疏浚计划与头门岛南北侧成陆工程相结合，北侧港池开挖工程与北洋二期围垦吹填工程相结合，利用航道和港池开挖的海泥直接吹填成陆，既解决工程两头难的问题，同时又可大大降低工程造价。

三、头门港区近海岸固沙方法探索

为了有效减轻头门港区港池和航道泥沙淤积程度，尤其是进港航道的泥沙淤积程度，达到减少港池和航道维护费用的目的，可在科学合理平面布置的基础上，大胆提出头门港区近海岸固泥沙的探索。头门港区海域水体含泥量大潮时为0.3kg/m3，小潮时为0.1kg/m3，而近海岸的水体大潮时高达1.6kg/m3，小潮时为0.5kg/m3。对比近几年海图变化，5米以上等深线变化不大，而0米等深线逐年往外推移，水体大部分泥沙落淤于岸滩上。建议对近期计划围垦的北洋涂二期围垦和南岸的椒江十二塘围垦工程先促淤后围垦，促使水体的所含的泥沙在近海岸落淤固沙，既可降低围垦工程的造价，又能降低该海域水体含泥量，达到港池和航道减淤之目的。近期台州市委托河海大学对椒江口外建椒灵江闸进行专题研究，笔者认为椒灵江建闸不应对头门港区造成负面影响，建议堤线选择在临海白沙山到椒江的三山头，600米净宽的大闸宜建在堤坝的南端，水流方向为东南向。这样的工程布置有几大好处，一是堤坝有促淤固沙之作用，二是将头门港与含泥极高的椒江口分开，可大大降低头门岛海域水体含泥量，三是台风洪水期冲刷下来的大量泥沙排向椒江口南侧海域，将减轻对头门港进港航道的骤淤的影响。

综上所述，淤泥质海域的泥沙运动比较活跃，由此导致的港池和航道淤积主要根源问题，已经引起越来越多人的注意，并会影响港口的正常运行。因此，对其进行研究分析，以提出有效的减淤方案，具备极大的社会效益及经济价值。本文在研究头门港区工程附近的海岸演变、泥沙的运动状况的同时，进行港口航道的泥沙淤积机理及相应的模型试验分析，科学合理的规划平面布置，是最省钱、减淤效果最佳的措施。同时大胆探索近海岸促淤固沙之方法，提出航道开挖与吹填成陆同步、起步码头进港航道采用自然水深乘潮进港、航道试挖槽验证回淤量等，在实际操作中具有极强借鉴作用。

参考文献：

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