杨彩云，梁 婷，张俊健
（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）
摘要：东营港区水深条件较好，但当地泥沙运动活跃，高等级航道的建设一直是港区发展的一个制约因素。本文针对东营港区航道的轴线、两侧防波、挡沙堤口门位置及其间距间距、堤顶高程等进行了分析研究，可以为东营港东营港区航道工程的开发建设以及国内外类似项目提供技术参考。
关键词：东营港区；航道方位；防波、挡沙堤；堤顶高程
东营港区是莱州湾内水深条件最好的地区之一，当地-10 m等深线距离岸边约8 km，-15 m等深线距离岸边约16 km，是莱州湾内建设10万t级航道的理想位置。由于泥沙运动活跃，特别是大风、大浪条件下的滩面泥沙的就地搬运和岸蚀物质对航道的影响十分巨大，因此，泥沙问题一直是制约东营港区发展的主要决定性因素，认清泥沙运动规律是建设东营港区的首要问题。
本文针对东营港区的航道轴线方位、航道淤积以及减淤措施进行了研究。希望本次研究成果，可以为东营港东营港区航道工程的开发建设提供设计参考。
1.1 气候条件风
该地区常风向为S向，频率为9.2 %，次常风向为ENE向，频率为8.24 %，强风向为NW向，该向≥6级风频率为0.74 %。最大风速为20.7 m/s，风向为NNW向。
东营港区位于渤海湾和莱洲湾交界处，受黄河入海泥沙沉积的影响，潮间带异常宽广，水深极浅，海底坡度小，潮差较小，风暴潮是造成水位变化的最主要原因。该地风暴潮存在着明显的季节性变化，一年四季均有发生，但冬季发生的次数多，尤以每年秋冬、冬春交替时节最为频繁，东营港区海域风暴潮增水较为显著，几乎每年都会出现1 m以上的增水，年极值增水一般在1.3～1.8 m之间。
1.2 水文条件
根据统计资料，港区设计高水位为1.54 m（理论最低潮面，以下同），设计低水位为-0.10 m；极端高水位为2.99 m，极端低水位为-1.62 m。
该海区常浪向为S向，频率为12.0 %，次常浪向为E向，频率为7.74 %，强浪向为NE向和NNE向，该向大于1.2 m频率分别为2.57 %和2.46 %。实测H1/10波高为4.4 m，对应周期为7.9 s，波向为NE向。
该海区水域海流,大潮观测期间，实测最大流速为156 cm/s，流向为178°；小潮观测期间，实测最大流速为141 cm/s，流向为178°。大潮观测期间，余流在1.4～25.7 cm/s之间，最大值25.7 cm/s，流向57°；小潮观测期间，余流在0.9～34.4 cm/s之间，最大值34.4 cm/s，流向63°。
1.3 工程泥沙
1）河流入海泥沙的影响
本海区入海泥沙来源只有黄河。黄河是世界上著名的多泥沙河流，黄河入海泥沙有64 %沉积在河口三角洲地区，有36 %随流输向外海。输向外海的泥沙，由于在北纬37°50ˊ附近存在一个泥沙锋面，挡住了泥沙向北运移，向北一侧影响范围约为15 km。本工程海区在现黄河入海口北侧50 km处，黄河入海泥沙对本港区的影响是有限的。
2）泥沙来源
动力条件：起决定作用的动力因素是海洋动力因素，主要是波浪和潮流，特别是大风、大浪天气下的滩面泥沙的就地再搬运和岸蚀物质。在正常天气情况下，潮流输沙是本海区含沙量变化的主导因素，在风浪条件下，波浪掀沙是含沙量变化的主导因素，由于本海区全年以风浪为主，所以含沙量变化的主导因素是以风浪为主。
水体含沙量：含沙量按大潮、小潮的顺序，有逐渐减小的趋势；从垂线上看从表层到底层呈逐渐增大的趋势。大潮、小潮最大含沙量分别为0.24 31 kg/m3、0.21 20 kg/m3，均出现在底层。
泥沙运动：该海域总体上表现为自1999年以来冲淤强度逐渐减小的趋势。在东营港防波堤附近水域，地形的冲淤变化已基本趋于平衡，而在北侧距其较远的水域，则冲刷仍在继续。
3）底质分布及特征[2]
沉积物样品粒度较小，D50在0.00 51～0.06 78 mm之间。-10 m等深线至-15 m等深线之间海域南部沉积物为粉砂，由此向北分布着砂质粉砂等，其余部分以粘土质粉砂为主；-15 m等深线至外海区域以粘土质粉砂为主，在海域的东南部分布着少部分粉砂；所有中值粒径大于0.03 mm的沉积物样品均分布在-10 m等深线至-15 m等深线之间海域，主要出现在观测海域的西部及西南部；-15 m等深线之外海区域沉积物样品中值粒径均小于0.03 mm。该区域土层分布较有规律，工程区范围内，第四大层为粉细砂，主要呈密实状，为良好的防波挡沙堤基础持力层。粉土疏浚级别为6级，易进行航道疏浚。
根据总体规划布置确定的口门方位以及东营港栈桥泊位现状，航道轴线选择了三个方位，分别是方案一—方位235°—55°、方案二—方位225°—45°和方案三—方位240°—60°。见图1。
图1 航道平面布置方案
2.1 航道轴线与风、浪、流夹角的关系
从表1可以看出，方案一航道轴线方位与常风向、强风向、常浪向强浪向以及与主流向的夹角介于方案二与方案三之间。同时与现有的栈桥泊位距离也比较远，不会对栈桥泊位的作业产生影响。
表1 航道轴线与风、浪、流的夹角
项目 方案一 方案二 方案三航道方位 235°—55° 225°—45° 60°—240°与常风向（S）夹角 55° 45° 60°与强风向（NW）夹角 80° 90° 75°与常浪向（S）夹角 55° 45° 60°与强浪向（NE）夹角 10° 0° 15°与强浪向（NNE）夹角 32.5 22.5 37.5与主流向（NW）夹角 80° 90° 75°与主流向（SE）夹角 80° 90° 75°
2.2 航道轴线与泥沙淤积及流速的关系
为了阐明航道轴线与泥沙淤积及水流流速的关系，本次研究针对航道轴线方位的不同，结合是否建设防波挡沙堤以及防波挡沙堤堤头位置，分别进行了数学模型试验研究[3]。试验方案及方案工况分述如下。
1）航道轴线方案一
在南、北防波堤口门外侧建设10万t级单线航道，航道方位角为235°—55°，航道通航宽度为240 m，设计底高程为-16.5 m，防波挡沙堤间距1 000 m。
工况1：防波堤堤头布置在-10.0 m处，不建防波挡沙堤。
工况2：平行航道修建防波挡沙堤，防波挡沙堤堤头布置在-11.0 m处，防波挡沙堤间距为1 000 m，北侧防波挡沙堤长度约1 729 m，南侧防波挡沙堤长度约1 771 m，防波挡沙堤顶高程由-4.0 m过渡到-7.0 m。
工况3：平行航道修建防波挡沙堤，防波挡沙堤堤头布置在-12.0 m处，北侧防波挡沙堤长度约3 351 m，南侧防波挡沙堤长度约3 393 m，防波挡沙堤顶高程由由-4.0 m过渡到-8.0 m。
2）航道轴线方案二
在南、北防波堤口门外侧建设10万t级单线航道，航道方位角为225°—45°，航道通航宽度为240 m，设计底高程为-16.5 m。
工况1：防波堤堤头布置在-10.0 m处，不建防波挡沙堤。
工况2：平行航道修建防波挡沙堤，防波挡沙堤堤头布置在-11.0 m处，防波挡沙堤间距为979 m，北侧防波挡沙堤长度约1 807 m，南侧防波挡沙堤长度约2 023 m，防波挡沙堤顶高程由-4.0 m过渡到-7.0 m。
工况3：平行航道修建防波挡沙堤，防波挡沙堤堤头布置在-12.0 m处，北侧防波挡沙堤长度约3 250 m，南侧防波挡沙堤长度约3 465 m，防波挡沙堤顶高程由由-4.0 m过渡到-8.0 m。
3）航道轴线方案三
在南、北防波堤口门外侧建设10万t级单线航道，航道方位角为240°—60°，航道通航宽度为240 m，设计底高程为-16.5 m。
工况1：防波堤堤头布置在-10.0 m处，不建防波挡沙堤。
工况2：平行航道修建防波挡沙堤，防波挡沙堤堤头布置在-11.0 m处，防波挡沙堤间距为1 000 m，北侧防波挡沙堤长度约1 806 m，南侧防波挡沙堤长度约1 761 m，防波挡沙堤顶高程由-4.0 m过渡到-7.0 m。
工况3：平行航道修建防波挡沙堤，防波挡沙堤堤头布置在-12.0 m处，北侧防波挡沙堤长度约3 611 m，南侧防波挡沙堤长度约3 567 m，防波挡沙堤顶高程由由-4.0 m过渡到-8.0 m。
试验结果表明，三个方案航道内最大流速变化不大，方案一航道内横流最小；对应年淤积量以及大风骤淤情况，方案一与方案三基本一致，均优于方案二。经过比较，235°—55°航道轴线方案，航道内横流最小，更有利于船舶安全通航。
综合考虑航道轴线与风、浪、流夹角的关系以及航道轴线与泥沙淤积、水流流速的关系，推荐选择航道轴线方位235°—55°。
航道按通航航道通航宽度为280 m，设计底高程为-17.0 m，防波挡沙堤间距1 000 m。为了确定235°—55°轴线方位防波挡沙堤堤头位置，本次研究进行了4个位置的比选，即不建防波挡沙堤；堤头布置在-11.0 m处，堤顶高程为0 m；堤头布置在-12.0 m处，堤顶高程为-3.0 m；堤头布置在-14.0 m处，堤顶高程为-8.0 m。根据数学模型试验研究成果[3]，航道内水流及泥沙淤积情况见表3。
表3 航道内水流及泥沙回淤统计
堤头位置/m最大流速/(m·s-1)最大横流/(m·s-1) 淤积量年淤积 大风骤淤/万m³最大淤厚/m平均淤厚/m淤积量/万m³最大淤厚/m平均淤厚/m -10 0.42～1.01 0.34～1.01 510 3.22 1.20 309 2.11 0.74 -11 0.28～1.16 0.15～116 480 3.10 1.12 298 2.11 0.69 -12 0.1～1.17 0.06～1.11 399 2.60 0.92 237 1.69 0.55 -14 0.12～0.83 0.06～0.76 270 1.30 0.63 158 0.78 0.37
对比各堤头位置，堤头位于-14.0 m水深时，航道内横流及年平均回淤强度均小于其它方案。
航道轴线方位235°—55°，航道通航宽度为280 m，设计底高程-17 m，防护堤堤头位于-14 m等深线处。防波挡沙堤间距1 000 m时（方案一），堤顶高程由-4.0 m过渡到-10.0 m；防波挡沙堤间距1 000 m时（方案二），堤顶高程由1.0 m过渡到-8.0 m；防波挡沙堤间距1 400 m时（方案三），堤顶高程由1.0 m过渡到-8.0 m。根据数学模型试验研究成果[3]，航道内水流及泥沙淤积情况见表4。
表4 航道内水流及泥沙回淤统计
方案 堤顶高程/m堤间距/m最大流速/(m·s-1)最大横流/(m·s-1) 淤积量年淤积 大风骤淤/万m³最大淤厚/m平均淤厚/m淤积量/万m³最大淤厚/m平均淤厚/m方案一 1～-8 1 0000.12～0.83 0.06～0.76270 1.30 0.63 158 0.78 0.37方案二 -4～-10 1 0000.60～0.88 0.60～0.88404 1.74 0.96 235 1.01 0.55方案三 1～-8 1 4000.07～0.83 0.05～0.75275 1.33 0.64 163 0.81 0.38
由表4可以看出，当防波挡沙堤间距均为1 000 m时，方案一堤顶高程的选取优于方案二。当防波挡沙堤间距为1 400 m时，对比方案一与方案三，年淤积量以及大风天骤淤基本一致，方案三航道内最大流速及最大横流均小于方案一，有利于船舶安全通航。因此，方案三为最优方案。
1）对于航道选线，本文通过对不同轴线方案与航道轴线方位与常风向、强风向、常浪向强浪向以及与主流向的夹角的比较，以及各方案与泥沙淤积及水流流速的关系的对比，认为235°—55°轴线方案更有利于东营港10万t级航道的开发建设。
2）在235°—55°航道轴线方案的基础上，对于防波挡沙堤堤头位置，本次对比了-10.0 m、-11.0 m、-12.0 m和-14.0 m方案，经过对航道内流速、横流，航道正常年淤积以及10年一遇大风天骤淤的对比，建议堤头选择-14.0 m方案。
3）在航道轴线、防波挡沙堤堤头位置研究成果的基础上，针对防波挡沙堤间距，以及堤顶高程的研究分析，认为防波挡沙堤间距1 400 m，堤顶高程由1.0 m过渡到-8.0 m时，航道内淤积及流速均优于其它方案。
通过本文分析，希望对东营港10万t级航道的建设起到一定的指导作用，也对同类条件下的航道的规划、设计提供一定的借鉴。
参考文献：
[1] 东营港东营港区进出港航道工程工程可行性研究报告[R]. 天津：中交第一航务工程勘察设计院有限公司, 2016.
[2] 东营港东营港区10万t级航道工程水文测验及底质取样报告[R]. 天津：中交第一航务工程勘察设计院有限公司, 2015.
[3] 东营港东营港区10万t级航道工程潮流及泥沙数值模拟研究报告[R]. 天津：交通运输部天津水运工程科学研究所, 港口水工建筑技术国家工程实验室,工程泥沙交通行业重点实验室, 2015.
Research on Plane Layout Plan of 100 000 DWT Channel at Dongying Harbor of Dongying Port
Yang Caiyun, Liang Ting, Zhang Junjian
(CCCC First Harbor Consultants Co., Ltd., Tianjin 300222, China)
Abstract：Though Dongying harbor is of better water depth condition, active sediment movement affects the construction of high-grade channel. Furthermore, the development of Dongying harbor has been restricted for long time. The channel at Dongying harbor is analyzed from the aspects of axis, the entrance location and the distance between two sand retaining levees, and the levee crest elevation. The research results will serve as a reference for the development and construction of the channel project at Dongying Harbor of Dongying Port as well as similar projects in China and abroad.
Key words：Dongying harbor; channel orientation; sand retaining levee; levee crest elevation
中图分类号：U653.1
文献标识码：A
文章编号：1004-9592（2017）01-0032-04
DOI：10.16403/j.cnki.ggjs20170107
收稿日期：2016-09-08
作者简介：杨彩云（1968-），女，教授级高级工程师，主要从事港口及航道工程的设计研究工作。
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