东营港粉砂质海岸港口平面布置模式初探

　　摘要:东营港地处渤海湾，粉砂质海岸泥沙活跃，受波浪潮流影响易起易沉，易发生骤淤。根据近年来粉砂质海岸的港口工程实践和流程数值模拟结果，东营港回淤的诱因及沿海水流运动对航道淤积起着重要的作用。在已建港口建筑物的基础上进行防波堤的延长建设，能有效减小东营港港口回淤；在港口扩建平面布置上采取港口口门向外海适当推移，港口新建码头建在开阔的深水区域，并采用单堤加双环抱堤和全架空栈桥模式，从而有效解决泥沙淤积问题。
　　关键词：粉砂质海岸；航道淤积；港口平面布置
　　
　　东营港位于黄河三角洲的中心城市——东营市，是黄河的入海口，为国家一类开放口岸。2005年至今，东营港在原有基础上，扩建了2个3万吨级散杂货码头和5万吨级液体化工码头，当前正在进行一期扩建工程建设：2个3万吨级散杂货码头及7020米引桥。现在，黄河三角洲生态经济开发与建设已上升为国家发展战略，东营港的大规模扩建与整治已摆在议事日程，随着港口建设的快速发展，根据东营港海岸特点布置港口水域成为港口建设亟待解决的问题。如何整治已建港口，采取有效地港口布置策略，减小粉砂质海岸港口淤积，对东营港的建设和发展有重要意义。
　　一、东营港海岸类型与特性
　　（一）对东营港粉砂质海岸的界定
　　1998年，我国颁布的《海港水文规范》中规定泥沙粒径小于0.03mm的海岸定义为淤泥质海岸，大于0.12mm的海岸为沙质海岸，泥沙粒径介于0.03mm~~0.12mm的海岸为粉砂质海岸[1]。结合泥沙中值粒径d50,、泥沙粒径分选系数和含沙量三个参数，根据1994年《东营港自然环境资料汇编》中提供的数据，东营港海岸泥沙粒径在0.1mm左右，泥沙中值粒径d50=0.040~0.049mm，含泥量为6.4%，分选系数0.16，东营港属于细沙型粉砂质海岸[2]。
　　（二）东营港细沙型粉砂质海岸的成因
　　粉砂质海岸主要分布在大河入海口及平原海岸。东营港位于黄河入海口，特定的地理位置决定了东营港的海岸类型。东营港细沙型粉砂质海岸不是淤泥质海岸和沙质海岸的简单过渡，而是河口泥沙沉积物在波浪、沿岸流和潮流长期综合作用下的结果，其基本动力作用是“波浪掀沙，潮流输沙”。东营港海岸泥沙主要由细颗粒构成，首先从岸坡角度看，海岸的i变幅很大，为1/3000~1/50；第二从泥沙运移的形态角度，东营港海岸泥沙既有悬移质淤积和推移质淤积两种方式。从泥砂运动力学的角度看，东营港开敞的航道还存在表层层移质淤积、泥沙流滑淤积以及航道侧面土体滑坡淤积[3]。
　　国家海洋局第一海洋研究所等单位经过大量的勘测、监测和研究工作，得出了黄河入海泥沙不能直接影响港区的结论，这也说明了东营港刚流入海水中泥沙主要为该区域海底泥沙在波浪和潮流等作用下启动后形成的[4]。
　　（三）东营港细沙型粉砂质海岸的特性
　　1、水力特性
　　东营港海岸的水力特性有易启动、易骤淤两个方面。
　　（1）易启动
　　东营港的水力特性与其周期流紧密相关。天津大学水利实验室取粉砂质海岸进行的周期流作用下水力特性试验，得出了粉砂质海岸泥沙运动特性：在周期流作用下，含沙量呈周期性变化。数据显示，东营港表层泥沙移动的临界水深为25.1m，泥沙完全移动的临界水深仅为14.6m[5]，其粉砂质海岸泥沙在单独潮流作用下就可以启动[6]。
　　（2）易骤淤
　　通过密实实验得到，东营港粉砂24h后容重达到1.72g/cm3,与天津港淤泥质类型半年后才能达到1.6g/cm3相比,东营港粉砂质海岸的泥沙易骤淤、固结快。
　　2、运动特性
　　东营港口海岸泥沙的运动特性取决于它的细沙型粉砂质海岸。东营港的泥沙运动，既有悬移质，又有推移质，还有底移质，其含沙量在垂涎防线上分布式上下不均匀性要比淤泥质海岸大很多。
　　二、东营港海岸回淤的成因与特点
　　（一）回淤成因分析：
　　大多数粉砂质海岸的海滩坡度都比较平坦，东营港的泥沙粒径在0.1mm左右，暗滩坡度在1/1000~3/1000左右[7]。在平缓的粉砂质海岸建设港口需要避免近岸的风浪和潮流，目前很多港口选择修建双环抱堤的平面布置型式，或者是单引堤加双环抱堤的布置型式。东营港目前兼顾南北两堤的掩护条件，还是存有比较严重的泥沙淤积，究其原因，从淤积机理便可找到答案。淤积机理包括波浪作用和近岸环流作用两个方面，因为东营港处于无潮区，该海域波浪主要有渤海的海风产生，其变化规律严格受海面上的风场变化规律控制，尤其是在风级较大且持续时间长的风暴过程中，波浪作用使水深较大的区域中，门口5m水深处就可以使大量泥沙悬扬，再加上沿堤水流作用的影响，掀起泥沙并在航道落淤而成。综合分析看出东营港区的波浪作用是造成粉砂质海岸泥沙悬扬运动的主要因素。
　　（二）淤积特点：
　　东营港泥沙回淤的特点，一是小风浪小淤，大风浪大淤，暴风巨淤；二是港内和内航道淤积不严重，外航道淤积严重；三是淤积的年淤积量变化大，相对于淤泥质海岸年淤积量变化在500万m3~700万m3，东营港的粉砂质海岸年淤积量变化达淤泥质海岸的两倍以上；四是回淤土密实快，难挖段长，给清淤航道造成比较大的困难。
　　三、东营港粉砂质海岸港口整治与平面规划布置
　　（一）关于东营港粉砂质海岸已建港口的整治
　　为了进一步减小东营港港口回淤，在已建港口建筑物的基础上进行防波堤的延长建设。根据已有研究成果，延长防波堤对于港口减淤起着决定性作用。防波堤延长虽然不能解决沿堤流问题，但是泥沙可以在沿堤流的过程中落淤，减少非掩护段航道的淤积，尤其是在根据实测的沿岸流特性和泥沙运动特性的基础上，选择合适高程的防波堤可达到较为理想的防淤效果[8]。
　　（二）扩建港口的平面模式布置
　　根据对东营港细沙型粉砂质海岸港口的回淤机理分析，进行港口平面模式布置应从以下几个方面入手：
　　1、港口口门向外海适当推移。港口的口门选在一般波浪条件不能产生大量泥沙悬扬的深水处，鉴于东营港的泥沙启动临界水深，可以把口门从临界水深14.6m往外海适当推移[9]，把港口口门布置在一般波浪不能掀起泥沙的水深位置。
　　2、港口新建码头要建在开阔的深水区域。港口平面布置要避免出现沿岸流携带大量泥沙向外航道输送，因此将码头建在开阔的深水区域，尽量避免过多的航道开挖，从而避免航道回淤。因为东营港的坡度缓，建在开阔的深水处是非常有必要的，尽管前期的建设投资较大，但后续的维护便利，港口的综合效益大；否则，会导致码头的掩护性差，港口利用率低，综合效益差。
　　3、选择单引堤外加双环抱堤的布置型式[10]。从中国最大的两个人工港——天津新港和河北黄骅港的建设经验来看，采用单引堤外加双环抱堤的布置型式，可解决细颗粒泥沙运移与减轻港口、航道回淤量等工程泥沙问题，从而避免沿岸地区因为沿堤流输送泥沙造成外航道淤积。
　　4、采用透空式栈桥。因为粉砂质海岸坡度缓，防护大风浪的能力比较差，因此容易引起航道的泥沙淤积，透空式栈桥的布置模式，可以有效避免一般风浪造成的航道淤积。
　　四、结语
　　东营港经过近年的扩建已经初具规模，目前根据粉砂质海岸的港口特点，合理解决泥沙淤积问题是下一步大规模开发建设所需要解决的首要问题。结合东营港区的自然条件，需要对防波堤的修建和扩建做更深入的研究以解决沿堤环流携带泥沙的淤积问题。为了满足和维护港区目前的设计水深及避免回淤，可以通过进一步实验选择更加合适的水深处作为码头前沿。在港口扩建的过程中要采用新型结构模式，尤其是单堤加双环抱堤和全架空栈桥模式。
　　
　　参考文献:
　　[1]曹祖德1,孔令双2,3,李炎保2粉沙质海岸的工程泥沙问题[J]1水道港口，2004
　　[2]东营市人民政府,胜利石油管理局,山东省重点工程办公室.东营港自然环境资料汇编[C],1994.4.
　　[3]钱宁,万兆惠.泥砂运动力学[M].北京:科学出版社,1983
　　[4]张华昌,饶永红1东营港防波堤平面设计及整体模型试验[J]1海岸工程,1999
　　[5]交通部天津水科所,天津港研所1东营港流场泥砂波浪数学模型试验报告[R]120031
　　[6]曹祖德,孔令双,焦桂英1周期往复流的泥沙运动[R]1交通部天津水运工程科学研究所,2003
　　[7]杨华,麦苗1粉沙质海岸建港的新模式[J]1水道港口,2004,25(1):72101
　　[8]王成环1京唐港附近海域粉砂质泥沙运动规律与整治措施[J]1港工技术,2000,(1):52101
　　[9]张庆河1,张金凤1,杨华2,李世森1粉沙质海岸港口布置模式探讨[J]1中国港湾建设，2005
　　[10]恽才兴1渤海湾典型岸段近岸过程研究[J]1中国工程科学,2001,3(3):432511