新海港区锚地工程航道通航影响水文条件分析_张吉.pdf

水利工程：新海港区锚地工程航道通航影响水文条件分析收稿日期：作者简介：张 吉（），男，工程师，从事建筑岩土工程工作；赵丹禄（），女，高级工程师，从事水动力模拟工作张 吉，赵丹禄（天津市北洋水运水利勘察设计研究院有限公司，天津）摘 要：以新海港区锚地工程通航环境为基础，结合锚地工程气象水文条件，分别对锚地工程的水流、波浪和岸滩演变的特征与变化规律进行了分析和研究，可为后期通航条件影响提供技术支撑。关键词：锚地工程；通航条件；潮流；波浪；岸滩演变中图分类号：文献标识码：文章编号：（）工程概况 工程位置海口港新海港区锚地工程总面积 ，位于马村港区和新海港区之间的海域，新海主航道的西侧，盈滨半岛休闲娱乐区的外侧水域，地理位置坐标为，水深 。马村港区、新海港区均属于海口港。海口港是海南省对外交通和外贸运输的主要口岸，也是海南省国际集装箱运输干线港，水域开阔，海底较为平坦。气象水文条件海口港新海港区锚地位于琼州海峡南侧澄迈湾东部，根据海口气象站 年 年的资料，工程区以大陆季风影响为主，季风的转换导致风向的季节变化，其变化规律为冬半年盛行东北风，夏半年盛行东南风。工程区多年平均风速为 ，大风多为西北 东北向，统计期内最大风速为 ，方向为，工程区平均风速、最大风速和风频玫瑰图见图。NNEESESSWWNW平均风速最大风速阴影风频20%10%10 m/s20 m/sC=1.5%图 1最大风速、平均风速和风频玫瑰图工程区处于东亚季风南缘，月 月为台风季节，其中 月 月热带风暴、强热带风暴和台风的影响最为严重，根据对 年 年间影响澄迈湾水域（半径的辐射范围）的热带气旋进行的统计分析，影响工程区水域热带气旋的总次数为 次，年均 个，年最多 个（分别为 年和 年）；强热带风暴及以上热带气旋发生的总次数为 次，频率为，年均 个；热带气旋多发生于 月 月间，共 次，频率高达，年均 个。工程区年降水量相对丰富，各月均有降水，年平均降水量为 。平均气温 ，月气温最低，平均气温 ，年极端最低气温 ，发生在 月；月最高，平均气温 ，年极端最高气温，发生在 月。由于常年受到来自海洋的气流影响，工程区湿度相对较大，年平均相对湿度为。因主要受海洋性气候影响，全年相对湿度没有明显的季节变化，各月平均相对湿度均在 以上。工程区多年平均雾天数为 ，最多 ，最少，能见度小于 的大雾年平均为 。雾主要出现在冬、春季的 月 月，月 月份雾日最多，其他月份几乎不会出现大雾，雾日数的年季节变化较大。一般雾持续 左右，但持续最长可达 。琼州海峡受其东口来的潮波和海南岛南部往北部湾来的西向潮波的共同影响，使得沿岸的潮汐类型和潮流变化复杂。潮汐类型自东向西的变化：木兰头为不正规半日潮，秀英为不正规全日潮，马村为正规全日潮。平均潮差的变化自东向西为：木兰头，秀英，马村为。本工程海域日潮不等现象明显，大、中、小潮平均潮差分别为 ，和 ，平均为 。本海域潮流类型以不规则全日潮流性质为主。受地形、季节性海流变化等因素影响，潮流在某些局部发生变形，呈现出不规则形态，既有半日潮流也有全日潮流。实测涨、落潮段平均流速分别为 和 ，涨潮段流速小于落潮段流速；涨落潮平均流速，大、中、小潮分别为 ，和 ，大潮最大，中潮其次，小潮最小。工程区 水深处常浪向和次常浪向分别为 向和 向，频率分别占 和，强浪向为 向。波玫瑰图如图 所示。第 卷 第 期 年 月 山西建筑 NC=27.82%H=2 mP=5%图 2新海测波站波玫瑰图由于锚地设置占用通航水域，使得周边通航环境和条件发生了改变，根据中华人民共和国航道法的有关要求，需对新海港锚地建设对航道通航条件的影响作出评价，而锚地工程水文条件分析，是进行锚地建设航道通航条件影响评价的必要前提。水流条件分析采用 数学模型，基于 年 月 日 点 月 日 点大潮期现场测量资料，在模型验证基础上进行工程水域水动力条件分析。由模拟结果可知：工程区位于琼州海峡南岸澄迈湾东部离岸浅水区，涨落潮流在澄迈湾表现为湾口、湾顶流速大，湾内沿岸流速小的特点，锚地所在海区表现出与澄迈湾一致的流速分布规律，在靠近岸边的东南侧流速小于靠近外海的西北侧流速。锚地所在海区北侧部分最大东向流速值为 ，中部区域为 ，南侧部分为 ；北侧部分最大西向流速值为 ，中部区域为 ，南侧部分为 。工程水域潮流以往复流为主，大潮的流速大于小潮流速，模拟时段最大流速不超过 。本海区水动力条件总体不强，对本工程影响不大。由于锚地东北端与粤海铁通道西侧边沿线较近（约 ），考虑到本海区东向流强于西向流，加上本次模拟时段可能并不代表一年中最大流速出现的时段，因此船舶锚泊时应尽量选择避免在东北角海区锚泊，避免受东向流影响而与粤海铁通道西侧边线交叉产生不利影响。锚地所在海区东向急流时刻现场图见图。马村主航道粤海铁通道锚新海客滚船码头粤海铁客滚船码头N速度：2 m/s1 km2 km图 3锚地所在海区东向急流时刻流场图 波浪条件分析锚地设计波浪要素计算采用第三代风浪模型中在国际上得到广泛应用和认可的 模型。本次研究选取，向 个浪向计算锚地设计波浪要素，锚地波浪计算边界波浪条件以外海 等深线处设计波浪要素确定，边界水深超出 等深线时，边界波浪取值采用 等深线处波浪。表 给出了各浪向及各测点的设计波浪要素，图 给出了各浪向工程海域的波浪场分布情况。由表，图 可知，锚地在极端高水位条件下 年一遇的最大波高分布为 向，锚地有效波高介于 。其中，锚地中心点（号）有效波高为 ，最大波高出现在锚地西侧点 号处，有效波高为 。波浪场模拟结果还表明，工程区受 向及 波浪影响较大。在 年一遇浪高条件极端高水位下，八个方向到达锚地时波高约为 ，以 方向最大。表 极端高水位 年一遇 向波高列表采样点?2 222 0002 220 0002 218 0002 216 0002 214 000Y406 000410 000414 000408 000412 000108654210865946484HS/mNX6图 450 年一遇 NE 向极端高水位波高分布图 从波高波级分布来看，该海域波高一般不大，其中，浪高年频率占约，浪高年频率可达。大多数情况下本海区波况条件较好；台风或寒潮来临会产生较大风浪条件，船舶需要提前做好准备并到防台锚地避风。岸滩演变分析岸滩演变引用泥沙冲淤及岸滩演变专题研究的成果进行分析。金沙湾的海岸地貌的形成，主要为冰后期海侵时期，琼州海峡由于海面上升或波浪作用，大量泥沙沿水下岸坡上溯，在海面间歇驻留的过程中，岸坡上或波浪破碎带形成沙坝，沙坝内侧水域则成为细颗粒泥沙的沉积环境，发育了潟湖。此后，海面又复持续上升，波浪动力进一步加强，对沙坝产生冲越作用，导致沙坝不断地向陆地方向推移，在岸外泥沙源源不断地补给下，中、粗砂层超覆在潟湖相的粉砂质黏土层上面，并在金沙湾湾第 卷 第 期 年 月 山西建筑 顶海域形成高出海面的岸外沙堤。当前金沙湾沿岸地貌特征在自然条件和近几十年的开发中作自调整，特别是在海口南港、长流油气码头建设、房地产、滨海旅游、沿岸居民水产养殖、自行抛石护岸等活动影响下，金沙湾不同岸段沿岸地貌表现不尽相同。为揭示金沙湾近几十年来岸线演变特征，绘制 年和 年岸线变迁图（如图 所示）可知工程区沿岸近几十年岸线演变如下：近 年来，金沙湾海南南港荣山寮岸段、盈滨马村岬角岸段的海岸均出现了大幅侵蚀后退的变化。其中北段最大侵蚀幅度达 ，年均侵蚀速率约 ，南段最大侵蚀幅度达 ，年均侵蚀速率约 。金沙湾现代海湾岸线的淤退反映沿岸漂沙的消长，而这种消长变化与围湖造地、港口建设的人为因素是紧密相关的。年 年，天尾荣山寮岸段，由于海口南港的建设，南港附近海域被人工挖深至 水深，以利大型船舶通航。南港南防波堤荣山寮盈滨马村岬角岸段的 等深线较为稳定，该段 浅滩同时受马村岬角附近的潮流涨落携带的泥沙沉积控制。11050E110100E马村岬角11050E110100E天尾角 0 m0 m5 m长流油气码头天尾海口南港南防波堤荣山寮10 m10 m金沙湾5 m盈滨打浪外滩0 m东水港2000N2030N2000N2030NN0 0.5 1 km1963 年 2004 年0 m5 m10 m0 m5 m10 m0 m5 m东水港图 5金沙湾 1963年2004 年水下岸坡演变图 锚地工程位于 等深线以外深海域，水深较大，主要受琼州海峡的往复流冲刷控制而进行调整变化，动力复杂，对工程区岸滩演变的直接影响较小。结论）锚地所在西北角水域离岸较远，潮流流速较大，数值模拟期内东向最大流速为 ；本海区水动力条件总体不强，对本工程影响不大。）锚地海域波高一般不大，浪高年频率可达，大多数情况下本海区波况条件较好，台风或寒潮来临会产生较大风浪条件，船舶需要提前做好准备并到防台锚地避风。）锚地工程所在海域近岸地形、岸线受人为影响较为明显，自然条件下沿岸输沙影响不大，锚地位置离岸线较远，受沿岸输沙影响不大，锚地设置对航道泥沙淤积无影响。参考文献：中交水运规划设计院有限公司，中交第一航务工程勘察设计院有限公司 海港总体设计规范：北京：人民交通出版社，中交第一航务工程勘察设计院有限公司 港口与航道水文规范：北京：人民交通出版社股份有限公司，交通运输部天津水运工程科学研究所 海口港新海港区锚地工程航道通航条件影响评价报告天津：交通运输部天津水运工程科学研究所，海南省海洋开发规划设计研究院 海南海口市金沙湾围填海人工岛水文泥沙冲淤及岸滩演变（数模）专题研究报告 海口：海南省海洋开发规划设计研究院，（，）：，：；（上接第 页）（，）：，：；第 卷 第 期 年 月 张 吉等：新海港区锚地工程航道通航影响水文条件分析