汪樂強

摘 要：通過建立古雷東港區(qū)潮流數(shù)學模型，采用泥沙回淤計算公式，計算了3種不同的港區(qū)平面布置下工程區(qū)域泥沙回淤量，得出3種方案實施后，工程區(qū)域回淤范圍略有差異，回淤強度比較接近。

關鍵詞：泊位工程 數(shù)值模擬 泥沙回淤 方案比選

近年來，隨著古雷港區(qū)石化項目的相繼落地，帶動一批臨港產(chǎn)業(yè)的建設發(fā)展，同時，政府出臺的一系列支持港口發(fā)展的政策，帶動了港口散雜貨吞吐量的不斷增長。為改善廈門港古雷港區(qū)港口基礎設施差，促進臨港工業(yè)發(fā)展，推動古雷經(jīng)濟區(qū)開發(fā)建設，需對港口建設合理規(guī)劃，提高港口的服務水平。由于港口岸線是港口建設和發(fā)展所必需的基礎要素，是稀缺且不可再生的寶貴戰(zhàn)略資源。合理高效地利用當?shù)赜邢薜母劭诎毒€資源，對于充分發(fā)揮港口強大的輻射功能和經(jīng)濟帶動作用，更好地促進當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展具有十分重要的作用。

為此，本文通過建立二維水動力數(shù)學模型，采用劉家駒提出的泥沙回淤計算公式，預測和比較了不同工程方案下港區(qū)泥沙回淤分布，為實際工程提供參考。

1.海域概況

古雷半島位于福建省南部海岸，古雷港口經(jīng)濟區(qū)處于廈門、汕頭兩個特區(qū)的中點，與臺灣隔海相望，具有明顯的對臺地緣人緣優(yōu)勢以及區(qū)域經(jīng)濟協(xié)作優(yōu)勢。經(jīng)濟區(qū)距臺灣澎湖98海里，距廈門77海里、公路138公里，距汕頭72海里、公路146公里，距香港230海里，具有承東啟西、溝通南北、通江臨海的優(yōu)勢，區(qū)位十分獨特，是承接港澳臺地區(qū)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的便捷區(qū)域。

古雷東港區(qū)潮汐形態(tài)呈現(xiàn)明顯的半日潮特征。工程水域內(nèi)漲落潮主流向受地形制約（圖1），其中，C2站和C3站漲落潮主流向為N-S向，落潮時流向由港內(nèi)指向口門外，漲潮時由港口口門外指向港內(nèi)；C8站主流向為NW-SE向；工程水域南側(cè)海域漲落潮主流向為NE-SW向；工程水域北 側(cè)海域漲落潮主流向呈兩種特征，C5站和C6站靠近岸邊，漲落潮主流向于岸線基本平行，其中C5站漲落潮為主流向漲落潮主流向為NE-SW向，C6站漲落潮主流向為N-S向；C4站和C7站離岸較遠，呈明顯的旋轉(zhuǎn)流特征。

工程海域含沙量小，且垂向分布具有表層低、底層高的顯著特征。大潮期間各站垂線平均含沙量在0.049kg/m3～0.091kg/m3之間，中潮期間在0.049kg/m3～0.087kg/m3之間，小潮期間在0.058kg/m3～0.092kg/m3之間。各站含沙量平面變化很小，最大值與最小值之間僅差0.025kg/m3。各站漲、落潮含沙量變化不大，落潮垂線平均含沙量介于0.046kg/m3～0.095kg/m3之間，平均值為0.066kg/m3，漲潮垂線平均含沙量介于0.049kg/m3～0.092kg/m3之間，平均值為0.065kg/m3。

2.潮流數(shù)學模型

2 . 1基本方程

水流控制方程通?？捎脙煞N形式（即Euler形式和Lagrange形式）來表達，兩種形式都可用來描述同一物理過程。由于拉氏坐標是建立在流體質(zhì)團上，跟隨質(zhì)團運動，隨體導數(shù)說明沿流線相應物理量隨時間的變化率，采用歐拉-拉格朗日差分，使方程變得較為簡單，水流控制方程組如下：

2 . 2模型網(wǎng)格剖分

考慮到工程海灣的地貌復雜特征，計算網(wǎng)格非結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格，在碼頭附近網(wǎng)格有所加密，最小網(wǎng)格單元空間尺度為10～15m。方案計算時對碼頭所在的局部水域采用2014年實測最新地形進行修正，單元數(shù)共計65000多個。模型邊界由東中國海潮波模型提供。數(shù)學模型計算范圍與網(wǎng)格見圖2。

2.3模型驗證

驗證資料采用水文測驗單位提供的2013年12月在工程附近海域進行的水文測驗的實測資料，具體站位布置圖見圖1。

本次數(shù)值模擬為大、中、小潮連續(xù)模擬，時間段為：2013年12月17日00時到2013年12月27日00時。

通過驗證，模型與原型符合良好，模擬精度滿足研究的需求。限于篇幅，此處僅列出古雷站潮位驗證過程以及C3測站大小潮流速流向驗證過程，見圖3～圖6。

3.泥沙回淤計算

3. 1 泊位工程方案布置

福建古雷東港區(qū)規(guī)劃建設總平面布置考慮以下三組方案，分別見圖7-圖9。各方案的差異主要體現(xiàn)在：

（1）港區(qū)外側(cè)防波堤的布局，如方案一和方案二，方案一中防波堤采用單防波堤形式，防波堤位于港池北側(cè)，方案二中防波堤為南北兩處，北側(cè)防波堤走向更偏向于東側(cè)，方案三則采用離岸式防波堤；

（2）港池位置，方案一和方案二的港池布局基本一致為挖入式港池，方案三港池采用順岸布置形式。

3.2不同工況回淤預測

海岸工程中可能造成泥沙回淤的原因通常是泥沙在風浪作用下被掀起，并在潮流作用下輸移，即所謂的風浪掀沙潮流輸沙。涉海工程實施后，水動力環(huán)境發(fā)生了改變，原先動態(tài)平衡的動力格局重新調(diào)整，引發(fā)泥沙的沖淤過程。

為此，在海區(qū)潮流數(shù)值模擬的基礎上，結(jié)合《海港水文規(guī)范》中泥沙回淤公式預測，給出了港區(qū)周邊的淤積強度分布（圖10～12）。

從預測結(jié)果可以看出，方案一～方案三實施后，港區(qū)周邊海域由于水動力減弱，存在一定程度的泥沙回淤，回淤強度在0.10～0.20m/a，港池內(nèi)最大回淤強度在0.20m/a?；赜俜秶饕性诜啦ǖ膛c陸地岸線所圍的區(qū)域，方案三由于采用的是順岸式碼頭結(jié)構(gòu)，回淤區(qū)域主要集中在防波堤背水區(qū)，回淤強度稍弱于方案一和方案二。航道區(qū)內(nèi)未見明顯的回淤分布，總體來看，由于工程海域動力較強、含沙量相對較低，泥沙落淤的強度不大，三個方案實施后，回淤范圍略有差異，回淤強度比較接近。

4.結(jié)語

采用潮流數(shù)學模型結(jié)合泥沙沖淤計算公式，估算各方案實施后工程區(qū)域及周邊海域的泥沙沖淤強度分布，得出：

（1）方案一～方案三實施后，港區(qū)周邊海域由于水動力減弱，存在一定程度的泥沙回淤，回淤強度在0.05～0.20m/a，港池內(nèi)最大回淤強度在0.20m/a左右，回淤范圍主要集中在防波堤與陸地岸線所圍的區(qū)域。

（2）方案三由于采用的是順岸式碼頭結(jié)構(gòu)，回淤區(qū)域主要集中在防波堤背水區(qū)，回淤強度稍弱于方案一和方案二。

（3）航道區(qū)內(nèi)未見明顯的回淤分布，總體來看，由于工程海域動力較強、含沙量相對較低，泥沙落淤的強度不大，三個方案實施后，回淤范圍略有差異，回淤強度比較接近。

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