解读山海关港区外部条件(二稿)C 11-02

解读山海关港区外部条件(二稿)C 11-02 * 解读山海关港区外部条件 ,二稿, 费了一个多月时间，仔细阅读了山海关港区规划的相关文件，并查看了一些资料，写成这篇评述意见，其中的一些分析方法，原则上适用于其他港区规划。仅供各位参阅。时间仓促，文中未免有不妥与疏漏之处，请各位指正, 翁克勤 2014-11-15 2014年11月 * 目 录 第一节 潮汐 一、潮位特征 二、山海关外海域的“无潮点” 三、乘潮水位、设计水位、减水 第二节 风和波浪 一、风 二、测波资料情况 三、波况分析和评价 第三节 泥沙淤积 一、海岸泥沙研究方法 二、山海关港区泥沙问题初步判断 第四节 防波堤布臵方案 一、港区的波浪特征 二、防波堤布臵方案评述 第五节 货运量预测 一、货物运输与货运量 二、经济腹地与运量预测方法 三、货运量预测评述 四、初步意见 第六节 看法与建议 一、对港区规划的看法 二、对建港方式的建议 1 . 解读山海关港区外部条件 内容提要 本文重点研究以下问题: 1、山海关外的无潮点及其影响, 2、风、浪的分布特征, 3、泥沙淤积问题, 4、防波堤布置评述, 5、运量预测评论, 6、看法与建议。 导言 一个港区的规划不能脱离港区所在的外部条件。一个好的港区规划是港区预测运量与自然环境条件的完美结合。因此在做规划之初，需要认真地研究港口所处的自然条件、运输需求等，分析各自的特点，将港区规划与其环境条件协调起来,并优化规划方案。这如同工艺大师事先仔细地琢磨原石的质地、外形和色彩，设计出与之协调的表现主题，才能创作出完美的玉雕作品。 第一节 潮汐 一、潮位特征 《山海关港区规划报告》,以下简称《规划报告》,中介绍: “ 1) 基面关系 本工程利用芷锚湾海洋站基面关系，当地理论最低潮面位于56黄海平均海平面下0.784m，本文设计水位以及相关高程除特殊说明外均以理论最低潮面起算。 2) 潮位特征值 本港潮汐为规则日潮型，潮差较小。 年最高潮位: 2.32m 年最低潮位:-0.55m 年平均潮位: 1.05m 平均高潮位: 1.47m 2 平均低潮位: 0.69m 平均潮差: 0.78m 最大潮差: 2.56m 3) 设计水位 根据芷锚湾海洋站2004年7月1日:2005年6月30日一年潮位资料和芷锚湾海洋站1986年:2005年潮位年极值资料推算极端高、低水位，同时综合考虑《海港水文规范》,JTS 145-2-2013,中附录C中“K”值，得到工程位臵的极端高、低水位。 设计高水位: 1.84m 设计低水位: 0.16m 极端高水位,重现期50年):2.84m 极端低水位,重现期50年,:-1.44m 极端高水位,重现期100年,:2.94m 极端低水位,重现期100年,:-1.58m 4) 乘潮水位 本工程位臵冬三月乘潮水位:乘潮历时2小时，累积率90%的乘潮水位为0.74m。” 二、山海关外海域的“无潮点” 芷锚湾离山海关港区仅7km，利用芷锚湾海洋站2004年7月:2005年6月一年的潮位资料，计算潮位特征值和设计水位,利用芷锚湾海洋站1986年:2005年潮位年极值资料推算极端高/低水位，符合《海港水文》规范要求。 但是，这里不同于其它港口之处，在于山海关港区与“无潮点”相邻。 万家屯是山海关外铁路沿线的小村镇，地理坐标北纬40?00′,东经119?56′，在秦皇岛东北约40公里。1936年日本潮汐学家小仓伸吉推算指出:万家屯外有“M2分潮无潮点”(北纬39?52′,东经120?05′) 。后来国内外一些学者相继得出非常接近的结论，例如山东海洋大学沈育疆、叶安乐在1984年推算“无潮点”位臵为:北纬39?52′,东经120?14′。1959年海军海测大队王志豪在系统实测渤海海图时，也证实了这个“无潮点”的存在。芷锚湾海洋站的地 3 理坐标为北纬40?00′,东经119?20′,与“无潮点”的纬度相差8′，经度相差50′,暂且按北纬39?52′,东经120?10′计算,，由此计算“无潮点”中心位臵大约在芷锚湾海洋站ESE方向70公里处。由于潮波的推进速度与水深相关，推测“无潮点”中心的位臵在南北和东西向有些微小的摆动。 进入东海海域时，潮波为行进波,经黄海进入渤海之后，向北的一支潮波受辽东湾海岸的阻挡，发生反射与折返,这时正好与后一个潮波在万家屯外附近海域交会，并且二者的相位正好始终相差 T/2,见图1和图2,，半日分潮M2的振幅很小。万家屯外海域的潮汐型态数F= 9.83,式中的F=,HK1+HO1,/ HM2,，这表示全日分潮,HK1+HO1,的振幅几乎是半日分潮,HM2,的10倍,也就是说半日分潮的振幅很小，几乎只剩下日分潮振幅了。“无潮点”是辽东湾地形与渤海湾潮波特定的条件下形成的。这是万家屯M2分潮“无潮点”的物理解释。 图1 渤海潮波示意图 4 图2为M2分潮潮波图，虚线表示等振幅线,cm,，实线?、?、?…为同潮时线，可见潮时以“无潮点”为中心逆时针方向递增，辽东湾东岸高潮/低潮出现的时间是先南后北,辽东湾西岸则是先北后南,图2,。 图2 渤海M2分潮潮波图 表1是实测或者推算的秦皇岛、万家屯、长山寺、葫芦岛等站的潮值表,上面的图和表均引自王志豪《中国沿海的应用潮汐》,。海图上的“大潮升”是指“从深度基准面至大潮高潮面的垂直高度”，即大潮潮高。实测万家屯的平均大潮潮高86 cm，平均海平面68 cm,若从平均海平面起算，平均大潮潮高仅仅18 cm。若忽略潮时变化，可以将“无潮点”附近高潮面的包络线,外轮廓线,理解如碟形的盘子，中间部分最凹，接近于年平均海面,并且潮差最小，向外围逐渐扩大。 以万家屯“无潮点”为中心的辽东湾潮波系统，影响到湾内水域的潮差、潮时和潮汐性质。王志豪认为:“实测潮位资料和计算的调和常数显示，万家屯外及其附近约50公里水域为日潮区,4,F,，日潮区前后各25公里范围为不正规日潮区,2,F?4,,辽东湾其他水域为不正规半日潮区,F?2,。万家屯外的 5 年平均潮差最小，仅12cm，向四周逐渐扩大。”附近各测站点的资料说明:大潮与中潮期表现为明显的一涨一落的日潮特征，小潮时则半日潮特征较强。 表1 辽东湾西岸潮值表 单位:cm 验潮站 曹妃甸 滦河口 秦皇岛 万家屯 前所外 葫芦岛 北纬 38?56′ 39 ?15′ 39?54′ 40?00′ 40?08′ 40?43′ 东经 118?31′ 119? 07′ 119? 38′ 119?56′ 120?12′ 120?59′ 年平均海面 121 94 66 68 78 185 潮汐形态F 0.69 1.05 3.66 9.83 4.85 0.68 *平均大潮差 158 104 36 18 30 242 *平均小潮差 86 56 16 6 22 134 平均大潮升 279 198 102 86 108 427 平均小潮升 207 150 82 74 100 319 注:本表中的潮值数是通过短期资料和调和常数计算得来的，以理论深度基准面起算。相邻各测站的年平均海平面是水平的，表中平均海面数值不同，只是表示深度起算面,基准面,不一致。有“ * ”记号处似有误，待查。 山海关港区恰好在万家屯外“无潮点”附近，认识“无潮点”附近水域的潮 码头前沿高程和外航道设计，尤为重要。万家屯太默默无闻了，山汐特征，对于 海关比万家屯著名，可以改称为“山海关外无潮点”，更加醒目和明瞭些。 三、乘潮水位、设计水位、减水 1、乘潮水位 利用乘潮水位，需要注意三个方面:潮型、年平均潮差与月平均海面。 其一，潮型。正规和不正规半日潮的潮周期是12小时25分，全年有704/ 705个潮次,不正规半日潮的潮高不等现象比较明显。全日潮,F?4,潮周期是24小时50分，但年内仍有些日子是半日潮，比如海口马村港区，潮汐型态数F约5.2，归入日潮港，全年约440个潮次,不正规日潮港的全年潮次数高于正规日潮港，如海口秀英港区，F=3.92，全年约518个潮次,秦皇岛港的F=3.66，全年约538个潮次。随着F值减少，全日潮的日子减少，渐渐接近于半日潮，全年的潮次数相应增加。这就是说，潮型不同时，同样在港外锚地候潮进港，等候下一潮次的时间是不同的。 其二，平均潮差。一般年平均潮差越大，乘潮水位越高，也就是沿海各港口的乘潮水位随着年平均潮差呈增长趋势。 6 渤海湾内的潮汐，从黄海经渤海海峡传入后，一般平均潮差在0.7:2.8m之间。在山海关外与黄河口五号桩外海域，由于“无潮点”影响，年平均潮差较小，例如秦皇岛港仅69cm(1982年)。在辽东湾，海湾呈喇叭形，在接近湾底处水深变浅，并且过水断面收缩，潮波向北传播时，惯性作用下水体雍高，湾底附近年平均潮差最大，例如营口附近的四道沟站平均潮差为2.76 m。天津港在海岸线的凹部，平均潮差也比较大，为2.50 m。 东海沿岸的潮差普遍较大，平均潮差在1.77:5.54m之间。杭州湾内以“钱塘潮”称著，年平均潮差5.54m，最大潮差为8.87m。台湾海峡西岸，潮波从海峡的南口和北口进入后相遇，以及潮波在岩石岸边和海湾内的反射，平均潮差也比较大,其中以福建三都澳最大，平均潮差5.35m，年最大潮差8.54m。 其三，月平均水位的季节性变化。 沿海各月的平均水位有明显的季节性变化。一般在冬季由于气温低、气压较高，以及上层海水水温较低，月平均海平面较低,夏秋季节海面较高。以各站的年平均海平面为基准，统计多年的月平均海平面的偏离值，如表2所示。 表2 沿海各港口 月平均水位 逐月变化表 单位:cm 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 振幅 秦皇岛 -29 -25 -16 -2 8 20 29 30 20 6 -13 -24 58 烟台 -21 -23 -16 -6 3 14 21 25 17 6 -9 -17 48 威海 -21 -21 -17 -7 2 13 21 24 19 8 -6 -16 45 青岛 -21 -19 -16 -7 1 11 19 23 19 8 -4 -17 45 日照 -19 -19 -16 -6 2 11 19 24 20 9 -8 -17 43 连云港 -18 -18 -15 -7 1 11 19 23 20 9 -7 -17 41 绿华山 -15 -17 -15 -9 0 7 11 15 20 13 2 -9 37 福州马尾 -13 -15 -14 -6 14 21 -6 1 10 14 2 -10 36 厦门 -1 -3 -8 -11 -8 -8 -10 -1 13 21 14 3 32 汕头妈屿 -2 -3 -6 -10 7 -7 -11 -3 13 21 15 5 32 黄埔 -16 -15 -13 -10 4 7 3 5 9 13 2 -7 29 湛江 -2 -5 -6 -10 -9 -10 -13 -9 11 24 18 6 37 北海 -9 -12 -9 -9 -1 2 2 3 6 13 8 0 25 海口 -5 -7 -7 -6 -4 -4 -5 -1 7 17 12 3 23 清澜 -4 -7 -3 -10 -5 -9 -9 -7 13 21 17 3 31 八所 -3 -5 -5 -5 -5 -7 -7 -6 4 17 13 4 21 注:“–”表示当月平均海面低于年平均海平面。此表引自俞慕耕,海军司令部气象室,的《我国沿海潮汐的特点》，刊登于《第一届潮汐与海平面学术讨论会 论文集》。 年内最高月平均海平面与最低月之差，为月平均海平面的最大变化幅度。由 7 表2可见，渤海湾内振幅最大，在58:45cm之间,其次为黄海、东海沿岸，在45:32cm,南海沿岸振幅最低，一般在32:21cm。 在一整年的潮位过程线上量取乘潮水位时，可以看到在月平均海面比较高的8:10月份，在大潮期的高潮时设计船舶几乎每潮都能通航,相反，在月平均海面比较低的1:2月份，船舶可通航的潮次大大减少，特别是在小潮期。 《海港水文 78规范》第8条乘潮水文的条文上没有说明应该注意月平均海面变化及其影响,在《海港总体规范 JTJ 211–87》中开始有规定，在第4.6.12条的注?中:“当潮位受气象影响季节性变化较大时，对选用的乘潮水位，应核算低水位月份的航道通过能力及其对港口正常营运的影响”。然而，这规定中没有明确通航保证率究竟取多少,于是不少设计人员选用冬季三个月的潮位过程线来计算乘潮水位，实际上是提高了通航保证率，这样利于船舶安全通航。 设计中选用冬季三个月的潮位，乘潮历时2小时、乘潮保证率90%，这是偏于安全的。计算乘潮水位0.74m，请注意这里的平均低潮位为0.69m，二者非常接近，这说明该港可供利用的潮位很低，相应地所需的航道水深较大。从减少航道疏浚量考虑，应该慎重地选取设计船型。 在山海关港区，潮汐型态数F=9.83，是正规日潮港，估计一年内约有400个潮次,远远低于半日潮港的704次。同时邻近“无潮点”，港内/外水域的潮差很小，这里年平均潮差偏低，仅0.78m,年平均潮差 = 年平均高潮位–年平均低潮位,。这些都不利于船舶乘潮进出港。 2、设计水位 ,1,王志豪的计算值 王志豪在他的遗作《中国沿海的应用潮汐》中计算了万家屯外水域的工程设计水位，此设计水位以当地平均海面起算。为便于相互比较，换算成当地理论最低潮面起算,此处，当地平均海面=理论最低潮面+105cm,。王志豪的推算值列于表3中，其与《规划报告》计算值的比较列于表4中。 表3 “无潮点”附近测站的设计水位 验潮站 曹妃甸 滦河口 秦皇岛 万家屯 前所外 葫芦岛 校核高水位 253 218 174 179 260 305 设计高水位 145 117 89 92 171 214 设计低水位 ,155 ,128 ,101 ,103 ,178 ,220 校核低水位 ,345 ,306 ,254 ,256 ,331 ,373 8 注:表中的设计水位和校核水位是通过短期资料计算得来的，应该是验潮点处的设计水位。此表中以当地平均海平面起算时，“,”表示在平均海面以下。 表4 万家屯验潮站与山海关港区工程设计水位之比较 计算人员 起算基面 设计高水位 设计低水位 校核高水位 校核低水位 《规划报告》 平均海平面 79 -89 179 -249 A理论最低潮面 184 16 284 -144 王志豪 平均海平面 92 -103 179 -256 197 2 284 -151 B理论最低潮面 设计水位比较 偏差 B-A 13 -14 0 -7 通常采用验潮点处的设计水位，王志豪的著作中没有说明万家屯验潮点的具体位臵，《规划报告》移用了芷锚湾海洋站的设计水位，所以二者不是同一个计算地点,王志豪是利用非常有限的短期观测资料，通过调和常数来计算的，能达到这样的精度，已经非常不易了。本文介绍上述计算成果，只是以此为例，说明利用短期实测资料和调和常数计算方法，可以达到较高的精度。 ,2,《规划报告》的采用值 在《规划报告》中，“根据芷锚湾海洋站2004年7月1日:2005年6月30日一年潮位资料”计算得到:设计高水位:1.84m，设计低水位:0.16m 。 用相近几年的潮位资料计算的年平均海平面、平均高潮位和平均低潮位，其变化一般在3:5 cm 以内，可见潮位均值的年际变化很小。计算说明，用一年的实测潮位资料计算的设计高/低水位，已经有足够的精度和代表性了。 利用“芷锚湾海洋站1986年:2005年潮位年极值资料推算极端高、低水位”，再移用到山海关港区，也是水文规范推荐的方法。计算采用重现期50年的极端高水位:2.84 m ，极端低水位:-1.44m 。 在《海港水文 78规范》中提出: h = h ? K , F–1 , JS 此式中，h为校核高/低水位，h为设计高/低水位，高水位用 + 号，低水J S 位用–号，K为邻近港口的差值。这个“K值法”应用已经30多年，后来的修订版中将K值的站位增加到40多个，设计人员还可以仿此自行计算K值。 计算山海关港区的K值，极端高水位时K = 1.00 m，极端低水位时K = 1.60 12m，与《海港水文 2013规范》中葫芦岛和秦皇岛的K值接近。据此，一般可以用K值法来复核极端水位值。 9 山海关港区没有潮位资料，计算中采用芷锚湾海洋站实测资料。因为两地相距仅7公里，一般情况下潮位资料已有较好的代表性。但是芷锚湾ESE向约70 km处有“无潮点”，目前我们还无法估计由此产生的影响。从稳妥考虑，宜收集当地船厂的潮位资料，也可以在山海关船厂的码头边设臵固定水尺，定时整点,24小时,实测水位，观测一年。使用这样的当地资料将更加放心，再说对港口营运也有益。 因此在工可或者初设阶段，宜再复核山海关港区的设计水位与校核水位。另外，可参照港内已有货运码头的前沿高程与防波堤的顶高程，并了解其使用情况，确定新建码头前沿和护岸防波堤的高程。 3、减水 减水是渤海湾内港口出现低水位的重要原因。 辽东湾的风暴潮减水数值之大位居国内首位，几乎每年都出现减水值1米以上的记录。例如，1957年12月18日秦皇岛减水1.75米，葫芦岛减水2.18米,1961年11月22日营口和秦皇岛减水1.7米。由于辽东湾冬季寒潮比较频繁，也是冬季平均水位偏低的一个重要原因。 王志豪认为:产生增减水的原因是气压引起的，但主要作用是气压所形成的风。在偏北大风的风压作用下，海水面微微倾斜。辽东湾增减水的情况是增水次数多而增水值小，减水次数少而减水值大。大小和多少皆接近于二与一之比。 潮汐变化可以看作是天文潮与气象潮的合成。天文潮是地球和月球的天体引力产生的。每年海洋局刊布的《潮汐表》是根据各港口的调和常数计算的，可以作长期预报，其实就是单一的天文潮预报表。由于气象因素引起的潮汐变化，只能作短期预报,比如台风过程及其引起的增水现象，一般采用后报方式。天文潮与气象潮二者结合起来，才是实际发生的潮位变化。除了每年数次的台风、寒潮等大范围的天气过程之外，小范围的天气过程变化经常发生，对潮位的影响作用比较小，因而并不影响《潮汐表》的广泛使用。 寒潮来临时引起的“风减水”将影响船舶正常作业，但是考虑到减水是大风寒潮伴生的现象，在推算山海关港区的年内可作业天数时，可以认为减水与大风是同时发生的。 10 第二节 风和波浪 一、风 据《规划报告》介绍: “芷锚湾海洋站2009:2011年测风资料统计,见表5,，本区常风向为WSW，出现频率13.81%,次常风向为NE，约占11.07%。强风多发生在WSW、SW、NE向，最大风速方向为WSW向，风速达15.0m/s。风玫瑰图见图3。” 表5 芷锚湾海洋站风要素统计表 风速单位:m/s 风速 ? 平均 最大 0.0- 5.5- 8.0- 10.8- 13.9- 合计 风速 风速 m/s 5.4 7.9 10.7 13.8 17.1 17.2 风级 1-3级 4级 5级 6级 7级 N 8.88 0.11 0.11 9.11 2.5 10 NNE 7.67 0.43 0.14 0.02 8.26 2.9 11 NE 7.69 1.85 1.26 0.21 0.07 11.07 4.4 14 ENE 4.04 1.14 0.48 0.02 5.68 4 13 E 2.58 0.27 0.16 3.01 3.4 10 ESE 1.92 0.09 2.01 2.5 7 SE 2.56 0.09 0.02 2.67 2.8 8 SSE 2.1 0.07 2.17 2.7 7 S 3.93 0.32 0.11 4.36 3.3 9 SSW 5.37 1.62 0.59 0.27 7.85 4.6 13 SW 6.67 2.74 1.67 0.21 0.02 11.3 5.2 14 WSW 8.01 3.45 2.01 0.3 0.05 13.81 5.4 15 W 6.74 1.03 0.43 0.05 8.24 3.9 11 WNW 3.06 0.11 0.05 3.22 2.8 8 NW 2.51 0.23 0.02 2.76 2.7 8 NNW 3.79 0.27 0.09 4.16 2.8 8 C 0.3 0.3 合计 77.81 13.84 7.15 1.07 0.14 100 从图3和表5可以看出，夏半年港区盛行WSW:SW向风，频率最高，SSW–W向 4个方位的频率占全年的41.2% ,冬半年港区N向和NE向风较多，N–ENE 向4个方位的频率占34.1%,WSW、NE向风是本地区的主导风向。 11 奇怪的是港区E–SSE向风较少，年内出现的频率不到10 %，相应地E–SSE向的风浪也比较少。 图3 芷锚湾 风玫瑰图 二、测波资料情况 天科所的《山海关港区波浪数学模型报告》,以下简称《波浪数模报告》,和《山海关港区潮流泥沙数学模型报告》,以下简称《潮流泥沙报告》,中，比较详细地介绍了芷锚湾、山海关、秦皇岛的测波资料情况。转述如下: ,1, 芷锚湾 “ 1,波况 山海关港区位于山海关船厂的东岸，北靠大陆，西向、南向和东向水域开阔，波浪对港区影响较大。港区东7km处的芷锚湾海洋站有长期的波浪观测资料，代表性较好。芷锚湾海洋站测波点位于环海寺地咀的SSE向，水深为-5m，芷锚湾波型主要是风浪以及风浪为主的混合浪，约占全年总次数的76%，涌浪以及涌浪为主的混合浪约占22%。1978年~1980年三年资料统计结果见表6，波玫瑰见图4。芷锚湾测站强浪向为SE，常浪向为SSW，出现频率为28.41%。” 12 表6 芷锚湾波浪分频分级统计表,%, 波高:m 波高 0.1:0.8 0.9:1.2 1.3:1.5 1.6:2.0 合计 1.0,1.2 >2.0 N 0.52 0.03 0.03 0 0 0.58 0 NNE 4.59 0.68 0.18 0 0 5.45 0.55 NE 6.19 1.54 0.92 0.03 0 8.68 1.17 ENE 3.57 1.05 0.49 0.06 0 5.17 0.74 E 3.42 0.46 0.15 0 0 4.03 0.25 ESE 4.00 0.46 0.03 0 0 4.49 0.15 SE 1.6 0.06 0.12 0.12 0.03 1.93 0 SSE 2.06 0.22 0.06 0.03 0 2.37 0.15 S 3.57 0.65 0.12 0.15 0 4.49 0.55 SSW 22.17 4.10 1.62 0.52 0 28.41 2.96 SW 8.81 1.42 0.49 0.09 0 10.81 1.11 WSW 4.53 1.54 0.25 0.03 0 6.35 1.02 W 1.82 0.18 0.03 0 0 2.03 0.15 WNW 0.74 0.03 0.09 0 0 0.86 0 NW 0.71 0.03 0 0 0 0.74 0 NNW 0.18 0 0 0 0 0.18 0 C 13.37 0 0 0 0 13.37 合计 81.85 12.45 4.58 1.03 0.03 99.94 8.89 图4 芷锚湾波玫瑰图 ,2,山海关 “根据1993年6月19日至9月14日山海关船厂东防波堤南1.5km处短期波 浪观测，山海关强浪向为SE，超过2m的波浪出现频率为0.11%。常浪向为SSW， 13 出现频率为27.17%，次常浪向为SW，出现频率为12.42%。山海关波浪分频分 级统计见表7，波玫瑰见图5。 C=9.7% H;2m P=5% 图5 山海关波玫瑰图 表7 山海关波浪分频分级统计表,%, 波高:m 波高 <0.30 0.3:0.7 0.8:1.2 1.3:1.9 >2.00 合计 N 0.09 1.23 0.18 0 0 1.5 NNE 0.23 3.05 1.43 0.17 0 4.88 NE 0.23 4.11 2.32 0.69 0.02 7.37 ENE 0.09 2.15 1.47 0.37 0 4.08 C=0% E 0.09 2.15 1.47 0.37 0 4.08 ESE 0.32 3.05 0.81 0.11 0.03 4.32 SE 0.21 1.73 0.55 0.17 0.11 2.77 SSE 0.34 2.35 0.58 0.11 0.02 3.4 2mS 0.35 4.45 1.21 0.4 0 6.41 5%SSW 0.92 15.25 9.07 1.93 0 27.17 SW 0.51 7.72 3.59 0.55 0.05 12.42 WSW 0.03 2.87 1.86 0.2 0.02 4.98 W 0.08 1.32 0.26 0.05 0 1.71 WNW 0.08 0.83 0.17 0.05 0 1.13 NW 0.12 0.83 0.14 0 0 1.09 NNW 0.09 0.61 0.12 0 0 0.82 C 9.7 0 0 0 0 9.7 合计 13.73 56.02 24.95 5.06 0.23 99.99 14 从芷锚湾和山海关测站的数据分析结果可以看出，常浪向和波型是一致的，常浪向SSW向，频率均在20%以上。” ,3,秦皇岛 “秦皇岛海洋站测波点位于南山灯塔SSW方向，水深为-6:-7m。秦皇岛波型主要是风浪以及风浪为主的混合浪，约占全年总次数的75%，涌浪以及涌浪为主的混合浪约占22%。据秦皇岛站1960:2008年测波资料分析，该区常浪向为S向，频率为17.77%。强浪向为SE向，最大波高为3.5m，出现在1972年7月27日和1984年8月10日，这是台风影响的结果。2.0m以上波高出现在ENE至WSW向范围之中，累年出现率最高的波级为0:0.5m，出现频率为62.31%。” 三、波况分析和评价 分析测波资料的代表性，是必不可少的第一步工作,分析的重点是测波资料能不能真实地反映工程海域周年的波浪情况。 三个测波站的概况如下表: 表8 各测波站简要情况 测站 芷锚湾站 山海关站 秦皇岛站 测波位臵 环海寺地咀 船厂东防波堤 南山灯塔 朝向 SSE向 S向 SSW向 测波点水深 水深为-5m 水深约-6m 水深为-6:-7m 测波时段 待查 1993-06-19:09-14 待查 三站的测波资料分析与评述如下: 工程项目所在地是山海关港区，测波位臵以邻近工程水域为宜。山海关船厂东防波堤的测波资料，当然最好。山海关港区东距环海寺地咀约7km，代表性较好,港区往西离秦皇岛南山灯塔约20km，相对稍微远些，还算可以。 山海关港区的岸线呈E–W向，要求能观测到E–S–W的180?以上方位的波浪。各站投放的测波浮筒在测波点的SSE/S/SSW方向，基本符合这一要求。 测波浮筒在海图–5 :–7 m等深线处，相对于波高来说水深偏浅，由于大浪已经在深水区破碎，所以观测到的大浪往往是浅水波高。《波浪数模报告》中说:秦皇岛站“强浪向为SE向，最大波高为3.5 m，出现在1972年7月27日。” 15 应该理解为:如果测波浮筒移到深水区，就可以观测到更高的台风浪。 在利用芷锚湾站年最大波高系列计算设计波高时，也不要忘记测波浮筒处的水深仅仅–5 m 。《波浪数模报告》中说:“搜集到芷锚湾海洋站,1963:2007年45年实测资料,得到的重现期波浪要素资料。根据上节分析结果，山海关港区海域与芷锚湾海洋站波浪特征较一致，芷锚湾海洋站接近工程港区，离港区距离仅8km左右。因此在推算深水波要素时主要以芷锚湾海洋站重现期波要素为依据，同时参考秦皇岛海洋站,1969:1980年共21年实测资料,波浪要素结果。采用下节建立的波浪传播数学模型，对工程海域-20m水深处波浪要素进行推算”。在这里，需要追问天科所:用–5 m等深线处的芷锚湾海洋站的年波高系列，怎么“对工程海域-20m水深处波浪要素进行推算”呢,因为从-20m水深处的波浪要素推算–5 m等深线处，这是习惯的做法,而从–5 m等深线处逆向推算到-20m水深处，这个结果不是唯一的、也是不规范的。再说波浪向前传 波浪数模报告》中表4-1与表4-2的同一波向、同一播时，设定波周期不变，《 重现期的波周期，怎么就不相同呢, 在山海关的测波资料中，测波点设在山海关船厂东防波堤南1.5km处，与山海关港区水域的位臵一致，代表性非常好。不足之处是1993年6月19日至9月14日的短期波浪观测，只能代表夏季三个月的波况。测波期间常浪向为SSW，出现频率为27.17%,次常浪向为SW，出现频率为12.42%，这两个方位的波浪频率合计为接近40%。但只是夏季的波况，不代表全年，影响了这份资料的使用。 另外，我院原地质水文室曾在1988年前后进行辽宁省海岸普查，并完成《辽宁省沿海港址概况》，据该书介绍，芷锚湾冬季结冰，平均冰期114天，该书中的波况表，并非取自全年的观测记录，而是统计和分析使用3:11月份的观测资料,顺便指出:营口鲅鱼圈海洋站也是如此,。所以本文表6中应该注明统计时段。 可见，山海关港区东侧7km处的芷锚湾海洋站有长期的波浪观测资料，代表性较好。但是测波点处的水深为-5m。水深较浅，即使有较大的波浪从外海传来，到近岸时也成了破碎后的波高，所以此站观测到的都是浅水波浪。测波资料的统计时段，推测是统计使用3:11月份的观测资料,有待核实,。 秦皇岛海洋站测波点位于南山灯塔SSW方向，水深为-6:-7m。已有秦皇 16 岛站1960:2008年测波资料，可供分析使用。那么秦皇岛与止锚湾这两个站的资料的代表性如何呢, 图6 波浪测站位臵示意 图7 50年一遇SW向H波高分布图 13% 图6是测波站附近海岸线的示意图。从图上可以看出，芷锚湾站位于SSE方向的测波点，可以观测到NE:WSW向的波浪。但是离该测站较近的老龙头 17 与石河口、较远的北戴河对WSW、SW向浪有部分遮挡作用。芷锚湾站的常风向是WSW，频率13.8%,W向与SW向风也较多，频率分别为8.2%与11.3%。可见W向:SW向风的频率高达33.4%，但WSW向受到老龙头与石河口的遮挡作用，该方向的波高减少了，或者波向向左SW:SSW向偏转。这个影响是显著的，在波况图上，常浪向SSW，年频率高达28.4%,次常浪向SW，频率10.8%,而WSW向浪的频率降为6.35%。在波向折射的同时，波高也降低，因此W:SW向?1.2m的波浪频率占18.3%,1.3m以上的频率仅占0.9%，都不足1%。 N25NNWNNE 20NWNE 15 WNWENE10 5 WE0 WSWESE SWSE SSWSSE S 波向频率(%) 图8 芷锚湾波浪玫瑰图 N 20NNWNNE 15NWNE 10WNWENE 5 WE0 WSWESE SWSE SSWSSE S 波向频率(%) 图9 秦皇岛波浪玫瑰图 18 从图7上能看到SW向大浪在向岸传播时，水深变浅，波向转为SSW,同时受水底摩擦作用，发生破碎，波高减少。 不过老龙头和石河口离山海关港区更近，其对W:SW浪的影响作用，推想是相近的。据此，可以认为芷锚湾站与山海关港区的波玫瑰图比较相似，芷锚湾站波浪资料的代表性比较好。 再看图6，北戴河金山咀在南山灯塔测波点的SW方位，距离约13 km，金山咀岬角对W:SW向波浪有遮挡作用，SW向波浪在向近岸传播时，波向偏转向左，成为SSW:S向浪。所以秦皇岛站的资料中，受金山咀的遮挡作用非常明显，甚于芷锚湾。 秦皇岛与芷锚湾两站的风玫瑰图形态比较相似，但是对照图9与图8，两站的波玫瑰图差异太大。由于秦皇岛站离山海关港区距离稍远，并且金山咀对SW向浪的遮挡作用不可忽视，比较后认为秦皇岛站的资料代表性较差。而芷锚湾站的资料代表性较好，可以作为布臵防波堤的主要依据。 第三节 泥沙淤积 一、海岸泥沙研究方法 港口泥沙是比较复杂和疑难的问题。上世纪中叶以来，国内以黄胜、陈吉余为代表的老一代地理学者大多从地貌的形成和发展来研究海岸河口演变，得到宏观和定性的认识，提出了河口分类、长江口演变图式等论文。后来以钱宁、窦国仁、刘家驹等为代表的泥沙学者以水动力学的观念来研究泥沙运动，揭示了水动力作用下的泥沙运动规律，提出了研究课题的微观和量化的成果，为解决工程泥沙问题开辟了新途径。 判断海岸泥沙问题，通常将地貌学与海岸动力学方法结合起来，主要看三个方面:一是海岸类型，二是泥沙来源和供应量，三是水动力条件。 ,1,海岸类型 海岸类型主要有岩石岬角海岸、沙质海岸、粉沙质海岸、淤泥质海岸等几大类。岩石岬角海岸的岸线曲折，岬角伸入海中，相邻岬角之间为海湾或者弧形海岸，例如大窑湾、胶州湾、湄洲湾、大鹏湾等都是非常优良的港址， 沙质、粉沙质、淤泥质海岸的岸线都比较平直，三者之间最主要的差别在于 19 海岸泥沙沉积物的中值粒径和粘土含量，以及泥沙运动与海岸特征。 《海港水文2013规范》中列有沙质、粉沙质、淤泥质海岸基本特征表,表5，原表10.1.1,，摘要如下: 表5 三种海岸类型基本特征 基本特征 沙质海岸 粉沙质海岸 淤泥质海岸 中值粒径D50 0.1mm,D50 0.1mm ?D50?0.03mm D50,0.03mm 粘土含量 % – ,25% ?25% 泥沙运动特征 以沿岸输沙为主。泥以悬移质、异重流、推移质形絮凝现象明显，悬移运 沙运动发生在破波带式运动。在强动力作用下开挖动为主。航槽沉积物固 内，以悬移质和推移的航槽易产生骤淤现象。 结缓慢，有浮泥显现。 质形式运动。 海岸特征 海底坡度比较陡，通海底坡度比较平缓，通常小于海底坡度非常平缓，通 常大于1/100 。 1/400 。 常小于1/1000 。 海岸泥沙，这是赖以运移的物质。泥沙是各种粒径的颗粒组成的混合物，中值粒径和粘粒含量可描述泥沙组成的特征，作为水中细颗粒泥沙起动和悬移的标志，这个值非常关键。海底坡度则是直观的反映。 ,2,海岸泥沙来源 海岸泥沙来源分为河流来沙、海向来沙、当地海岸侵蚀来沙和邻近海域滩面来沙。如黄河这样的多沙河流，出海口输沙量巨大，入海泥沙可以运移到大口河、莱州湾以远,但是小河的年输沙量甚少，其影响范围较小。河口处泥沙呈扇状扩散，随潮流运移。远离海岸线的外海大多为深水，往往海水清澈，呈蔚蓝色，此时海向来沙量可以忽略。 岩石岬角型海岸历经风吹浪打、潮涨潮落，当地岸滩往往形成平衡的横剖面，海岸蚀退形成的泥沙量比较少。只有在蚀退海岸岸段，例如连云港南的徐圩—燕尾港一线，海岸严重侵蚀，岸线形态变化较大，岸滩侵蚀来沙成为重要的沙源,不过慢慢地海滩将会变缓，波浪作用减弱，岸线侵蚀后退变慢，最后恢复平衡。 在粉沙质、淤泥质海岸的港口，例如天津港、黄骅港，港口附近是茫茫的海滩，从历史根源上追溯，可以归结为海河、黄河输沙,还有一些港口如庄河港，虽然离鸭绿江口比较远，但也可以推测是由历史上丹东–庄河一线泥沙向西南运移以及当地岸滩侵蚀后形成的。 所以分析泥沙来源是研究港口泥沙问题的重要组成部分。一般根据泥沙来源，寻求减缓港口泥沙淤积的方式与措施。 20 ,3,水动力条件 泥沙在波浪、潮流作用下产生运动。业内普遍认同“波浪掀沙、潮流输沙”的模式，即波浪将底沙掀动、悬扬，潮流挟带悬沙运移。 波浪作用主要发生在破波带内。按照波浪理论和试验成果，缓坡上不规则波的破碎波高H与破碎水深d的最大比值为0.60:0.69。大多采用两年一遇的设bb 计波高H，破碎水深d以内为破波带，即水下泥沙活动的主要区域。 1%b 水体含沙量是非常重要的指标，一般采用全潮平均含沙量，测点较少时也可以用大潮期最大含沙量表示。例如秦皇岛海域平均含沙量介于0.009: 330.061kg/m，平均值约0.028kg/m。这说明水体很清，平时落淤量少。 按照海岸动力学的理论，港口的外航道在未开挖的时候，处于水动力与滩面泥沙的动态平衡条件下，天然的滩面几乎没有明显的年际变化,但是一旦开挖了外航道，由于水动力条件依然存在，它会使新的航道界面回复到原来的动态平衡界面，最终渐渐淤平。同样，在近岸布臵防波堤、开挖航道港池之后，改变了原来的水动力条件，此后一般将发生淤积，趋于形成新的水–沙平衡状态。 基于这样的认识，在港口平面布臵时尽量顺应天然的水–沙条件，或者使港内波高降低、流速减缓，水动力作用减少，这就减少了港内的泥沙交换。港内的回流区，可以加剧泥沙沉降，宜缩小回流的范围与流速。 宁波北仑港10万吨铁矿石码头布臵可以作为范例。码头前沿线布臵于–20 m等深线处，码头前沿开挖甚少,航道与金塘水道、螺头水道的深泓线基本一致，开挖量也很少。营运期间港池航道年维护量低于原来的估算量。后来上海外高桥集装箱港区建设时，码头前沿线也布臵在同一等深线处，取得了良好效果。 大连老港也是平面布臵的典范。大连湾内水清、水深、流缓，是优良的港址。大连湾湾口朝ESE，湾口外的常浪向与强浪向都是SE，大孤山半岛形成天然屏障,但是老港区附近水域SE向浪比较频繁，当年运输船又比较小，推算老港区东南向50年一遇H= 3.56m。在建了东、北和西北防波堤之后，有效地降低了1% 港内波高。更巧妙之处是北防波堤至第一:第四码头端部约750m，水域比较宽阔,港池东口门约380m，港池西侧开两个口门，这样挟沙水流在港池内很顺畅地来回通过，再加上水体很清的有利条件，泥沙淤积轻微。虽经几年解放战争，在新中国恢复生产时，港口仍能使用。 21 希望总图和水文人员灵活地掌握这些原理，对拟建港口的泥沙问题具有量级的判断，而不必在规划和预可阶段就依靠南科院、天科所的泥沙专业人员。 二、山海关港区泥沙问题初步判断 1、地貌调查 研究港口的泥沙问题，通常都从踏勘和地貌调查开始。据《河北省天津市沿海港址概况》,以下简称《港址概况》,与天科所《潮流泥沙报告》,介绍，本区位于华北地台燕山沉降带中的山海关古隆起区的东侧，岸线微弯成弧形，北东向延伸，依次有金山咀、南山、老龙头、黑山岬角，其间为砂砾质堆积平原充填的复式夷平海岸。 在第四纪初，随着渤海形成，发生大规模的海侵，塑造成蜿蜒曲折的岬角相间的港湾海岸。在秦皇岛地区，厚度10多米的海相沉积层之下，埋有花岗岩或片麻岩的风化层，其岩性结构与陆上相似，说明该区有较大幅度的下沉。之后海岸发生较明显的间歇上升，形成?、?级海积和海蚀阶地以及沙咀沿岸砾石堤等。 石河是山区性河流，发源于河北青龙县秋树岭，上游流经山区，经小陈庄进入平原，在田家庄附近入渤海。石河长67.5公里，流域面积约600平方公里。流域内的土质多为砂砾和亚砂土。山区植被覆盖度约50:60%，水土流失不太严重。石河河床大部分为卵石，河流全程落差约400米，平均坡降5.9‰，坡陡水急，6:9月份洪水期径流量占全年的93.1%，河水暴涨暴落。据1957:1970年资料统计，多年平均径流量1.68亿立米，多年平均输沙量为11.4万吨。1972年4月:1975年间在小陈庄上游700米处建坝蓄水，水库的库容量7000万立米，坝址以上流域面积560平方公里，拦截了流域内将近一半的径流与大部分泥沙，1975年:1980年间年平均输沙量下降到2.5万吨，不足建库前的1/4。石河建坝后下泄泥沙大大减少，从而使河口泥沙供给不足。但是历史形成的河口冲积扇还存在，短期内不致有明显的变化。据一航局勘察设计院,即后来的一航院,推算，山海关船厂西堤堤根部平均淤积强度仅为40:50 m?/日,推测将有减缓趋势,，西堤基本上挡住了西边来的推移质。 长期以来古石河挟带泥沙入海，在河口形成冲积扇，在波浪潮汐作用下砂砾沿西岸/东岸输移，砂砾质沿岸堤发育。在老龙头以东岸段，细砾较多，低潮线 22 附近有小砾石。另在山海关船厂以东岸段，还受芷锚湾来的泥沙补给，中粗砂为主。在石河上建水库之后，入海泥沙锐减，以及水动力较弱，弧形海岸的纵向泥沙运移趋缓。外海波浪行近弧形海湾，波能幅散，易产生淤积、夷平岸线。 基于上述海岸地貌演变后，山海关港区近岸处的土层分布为:表层为淤泥和亚粘土，中层为中粗砂、砾砂层，下层为强风化层，这也印证了上述分析。 《潮流泥沙报告》中归纳石河口至环海寺地咀岸段的地貌特征为:老龙头东侧岸滩靠近岬角，岸滩沉积物主要为粗中砂或粗砂。山海关船厂西防波堤前无明显冲淤变化特征，显示附近泥沙运动不活跃。山海关围垦区东侧岸滩发育有礁石群，但岸滩变化平缓，显示近期岸滩趋于稳定。山海关船厂以东岸段属于岬湾相间的沙质海岸，沿岸潮间带较窄，有多处礁石发育，显示岸滩侵蚀后退较明显。沉积物以粗砂或粗中砂为主，含有较多的砾石。 总之，山海关港区附近为岬湾相间的沙质海岸，弧形岸线东段略有淤积、西段微微侵蚀，基本上为稳定岸线。这与《港址概况》的分析意见是一致的。 2、海岸动力学分析 ,1,沉积物粒径 表6 岸滩沉积物粒度成果 粒级含量,%, 粒度参数 样号 名称 砂石 粗砂 中砂 细砂 粉砂 粘土 D(mm) Qdφ Skφ 50 N6-1 粗中砂CMS 0.3 41.8 53.1 4.8 0.0 0.0 0.4637 0.40 -0.07 N6-2 粗中砂CMS 2.8 29.4 58.8 9.2 0.0 0.0 0.4201 0.41 -0.01 N7-1 粗砂CS 0.5 98.9 0.4 0.2 0.0 0.0 1.2760 0.39 0.04 N7-2 粗砂CS 9.2 88.0 1.5 1.3 0.0 0.0 1.3717 0.43 -0.02 N8-1 粗砂CS 13.4 72.8 12.9 0.9 0.0 0.0 0.8457 0.57 -0.08 N9-1 粗中砂CMS 0.6 34.0 57.5 7.5 0.4 0.0 0.4343 0.41 -0.01 N9-2 粗中砂CMS 0.4 25.0 69.3 5.3 0.1 0.0 0.4235 0.28 0.04 天科所曾在北戴河西侧的洋河口至芷锚湾东边的绥中电厂的沿岸潮间带范围内布设20条采样断面，采集底质泥沙样品,引自《泥沙数模报告》13:16页,，部分粒度分析成果列于表6。N8-1样号在港区东侧，离得最近，此处潮间带沉积物以粗砂居多，中值粒径D0.85mm，分选系数Qdφ 0.57。粒级含量中粉50 砂与粘土甚少，说明波浪的分选作用较强，可将细颗粒泥沙带走。 ,2,破波带 芷锚湾海洋站的测波资料年限较长、代表性较好。由波浪统计表看，S:SW 23 向波浪频率较高，达%,常风向SSW，频率22.7%，该方向的年平均波高0.65m。这些都利于泥沙起动，并挟带泥沙作向岸运动。 一般以两年一遇设计波高H1%的破碎水深为破波线。天科所推算南防波堤堤头附近此设计波高H1%为3 m，缓坡上不规则波破碎波高与破碎水深最大比值约在0.60:0.69之间,此处取0.6,，则对应的破碎水深约5 m，大约在海底–4:–5 m等深线附近，此破波线以内为破波带，波浪破碎时可以将海底泥沙掀动和悬浮，并由潮流挟带运移。从山海关港区附近的海图上看，这里海底坡度比较陡，破波带相对比较窄。 山海关港的外航道在–5 m等深线以外，由于水比较深，波浪不易破碎，海底泥沙也不易起动，潮流又较缓，水体含沙量就比较低。可以预见，进入深水区的外航道内的泥沙回淤量就比较小。 ,3,潮流 山海关外的M2分潮,半日潮,“无潮点”是入射波与反射波叠加的结果，决定了本海域既是日潮潮型又是半日潮流的异常特征。港区附近海域的潮流主要表现为半日潮流。2009年9月15条水文垂线观测显示，该岸段潮流总体特征表现为顺岸的往复流，各垂线涨潮流向为WSW向，落潮为ENE向，流向主轴与岸线或等深线基本平行。因为潮差较小，各垂线流速较小，并且大、中、小潮差异不很明显，落潮平均流速略大于涨潮平均流速。 测流布点图上，VVV 和VVV断面分别在山海关港区的东西两侧，各67891011 垂线涨潮平均流速介于0.23:0.4m/s之间，涨潮最大流速介于0.30:0.44m/s之间,落潮平均流速介于0.26:0.40m/s之间，落潮最大流速介于0.32:0.48m/s之间。各站流速在垂线分布上变化不大，呈表层流速大、底部小的变化特征。涨潮流速底、表层平均比值在0.8左右，落潮流速底、表层平均比值在0.75左右。 挟沙能力与流速的平方成正比。可见港区水域内涨落潮流的流速偏小，水体的挟沙能力偏低,若同时水体含沙量又比较少，将导致回淤强度较低。 ,4,表层沉积物 根据2009年9月秦皇岛海域水下沉积物取样分析结果，主要沉积物类型为细砂、砂质粉砂、粉砂质砂、砂-粉砂-粘土、粘土质粉砂等。自内向外沉积物中 24 值粒径介于0.717mm:0.007mm之间，变幅较大，其沉积物类型分布特征为: 石河口至环海寺地咀之间海域近表层沉积物较细，主要为粘土质粉砂，夹杂少量的砂质沉积。其中砂质含量约介于2.6,:30.9,之间，平均值为12.3,,粉砂含量约介于54.5,:72.4,之间，平均值为62.9,,粘土含量约介于11.8,:32.9,之间，平均值为24.7,,泥沙中值粒径约介于0.007mm:0.022mm之间，平均值为0.010mm,分选系数约介于1.24:2.92之间，平均值为1.97，分选程度较差。 据此山海关港区附近表层沉积物相对较细，以粉砂为主，粘土也不少。可见这里水动力比较弱，海底泥沙不易起动。 ,5,水体含沙量 根据2009年9月大中小潮实测含沙量资料统计，秦皇岛海域各站含沙量变化具有以下特点: 3?秦皇岛海域整体含沙量较低，平均含沙量约介于0.009kg/m: 330.061kg/m之间，平均值约为0.028kg/m。 ?研究海域内以V3,沙河口,、V6,石河口,站附近含沙量最大，平均含 333沙量分别为0.018kg/m和0.019kg/m，最大含沙量分别为0.144kg/m和 330.121kg/m。其次是V7站,石河口外,，平均含沙量约为0.017kg/m，最 3大含沙量为0.103kg/m。 ?含沙量的垂线分布较为均匀，表、中、底层差别较小, V1:V3站、V5站含沙量表层大于底层，表/底比值介于1.03:1.95之间，其他各站含沙量基本上呈底层大，表层小的变化特点。 ?综上所述，除个别站外，大、中、小潮各站平均含沙量差别不大,平面分布上，自近岸向外含沙量差别不大,涨、落潮含沙量差别不大。其原因主要有二:一是几无径流输沙入海。二是近岸区,含潮间带及其以外一定范围,内的底质较粗，其中值粒径一般都在0.2~0.5mm左右，本海区的涨、落潮平均流速分别在0.13~0.30m/s和0.14~0.32m/s范围，除底质中所含少量细颗粒物质外，不可能导致悬扬,此区以外，虽然底质逐渐向粗粉砂—泥质转变，但水深很大，加之海域流速较小，也难以大量启动。因此，本水域在无风及中、小风天都将维持低含沙量特征，从而为工程建设提供了良好的泥沙环境。 25 山海关港区附近的VVV 和VVV断面测点，含沙量分布也如上所述。67891011 3这6个测点中，平均含沙量在0.0059:0.0188 kg/m之间，平时水体清澈，回淤较轻。 综合以上分析，由于秦皇岛附近海区自然条件比较类似，比照秦皇岛港港池航道的实际回淤强度,同时山海关港区破波带的面积不大，海区波浪不太高，潮流流速较慢，水体含沙量也较低，估计山海关港区扩建以后港池航道淤积较轻，与秦皇岛港区接近，最大泥沙回淤强度大约不超过0.3 m/a。 各港的泥沙问题千变万化，非常复杂，不是一篇短文所能表述的。在这一节中只是提供了研究泥沙回淤问题的一个思路。天科所的《泥沙数模报告》是很好的范本，与泥沙有关的各方面都作了必要的介绍，请各位仔细阅读与思考。 第四节 防波堤布臵方案 一、港区的波浪特征 防波堤的作用，主要是遮挡外海的大浪，降低港内波高，形成港内较好的泊稳条件，便于船舶作业和靠泊/离泊，提高货物装卸效率,同时减少因受波浪影响不能作业的工作天数。有了防波堤掩护后，还可以降低港内码头面高程，相应减少码头水工建筑物的造价。在泥沙淤积较为严重的港口，防波堤兼有挡沙堤的作用。 在此需要说明:因为设定在波浪向前传播过程中波周期不变，可见防波堤只能使波高降低，不能减少波周期。例如在室内港池的波浪物理模型试验中，生波机产生的波浪向前推进，整个港池中的波周期是相同的、不变的。 风况和波况的图表是研究防波堤布臵的必备的资料。经过上面的分析，芷锚湾站波况图表的代表性比较好。根据山海关港区防波堤布臵与泊位主要岸段的方位和朝向，可将波况表分为4个小区域，变换成表7。 山海关港区东侧护岸的走向大致为NNW:SSE，整个N:E:SSE 的8个方位偏E向的波浪的波高与发生频率对东护岸的总体布臵形式几乎没有什么影响，不必作太多的考虑。 南防波堤的走向约为ENE:WSW，港区E:SSE向的波浪频率很低，一共才12.8%,1.3m 以上的波浪仅仅0.54%，平均一年内发生7:8次,2m 以上的 26 波浪仅仅0.03%，平均一年内发生不到1次,可见在平时防浪的作用并不大。但是SE向是强浪向，推算SE向50年一遇的H4%波高5.4 m,深水，–20m水深处,传到南防波堤波高衰减为4.96:4.69 m。将近5m的波高破坏力强，必须要设防，所以南防波堤主要是防护频率很低的但又比较大的台风浪。 表7 芷锚湾站各级波浪频率表 , % , 波高 0.1:0.8 0.9:1.2 1.3:1.5 1.6:2.0 >2.0 合计 N 0.52 0.03 0.03 0 0 0.58 NNE 4.59 0.68 0.18 0 0 5.45 NE 6.19 1.54 0.92 0.03 0 8.68 ENE 3.57 1.05 0.49 0.06 0 5.17 N:ENE 14.87 3.3 1.62 0.09 0 19.88 E 3.42 0.46 0.15 0 0 4.03 ESE 4 0.46 0.03 0 0 4.49 SE 1.6 0.06 0.12 0.12 0.03 1.93 SSE 2.06 0.22 0.06 0.03 0 2.37 E:SSE 11.08 1.2 0.36 0.15 0.03 12.82 S 3.57 0.65 0.12 0.15 0 4.49 SSW 22.17 4.1 1.62 0.52 0 28.41 SW 8.81 1.42 0.49 0.09 0 10.81 WSW 4.53 1.54 0.25 0.03 0 6.35 S:WSW 39.08 7.71 2.48 0.79 0 50.06 W 1.82 0.18 0.03 0 0 2.03 WNW 0.74 0.03 0.09 0 0 0.86 NW 0.71 0.03 0 0 0 0.74 NNW 0.18 0 0 0 0 0.18 W:NNW 3.45 0.24 0.12 0 0 3.81 C 13.37 0 0 0 0 13.37 合计 81.85 12.45 4.58 1.03 0.03 99.94 港区布臵中，主要泊位岸线朝SW向开敞，可见WSW:S这4个波向影响港内波高的分布和频率，是重点防范的方向。在表7中，这4个港外波向的频率高达50%，占统计时段的一半，是多发的浪向。但是在波高分布方面，其中0.8m以下的浪最多，占39.08%,0.9:1.2m的浪占7.71%,1.3m以上的波高很少，仅占3.27%。可见虽然波浪的频率很高，次数很多，但是小浪居多，大浪并不常见。 新版的《总平面规范》中以港内波高?1.2米时作为有掩护港口。大多数有掩护港口的作业天数在325天以上，在不能作业的40天中，扣除雾天、雨天、大风天，波浪影响天数大约不超过28:24天。从这个角度来看，若港内1.2米以上的各向波高的频率不超过5:8%时，可以考虑采用开敞式布臵。山海关港区1.3米以上波高的频率仅占5.64%,即全年20.6天,，其实波浪对作业天数的影响 27 并不严重。不过，山海关港区的港内岸线布臵成“U”形，水也不深，所需的防波堤并不长。在工程造价与工程后收益两者之间衡量，在港区西侧建造防波堤也是一种选项和方案。 总之，工程水域的波高与波向分布的特点，对防波堤布臵有极大的影响。这是水文和总图人员应该认真地研究的。下面，对各个防波堤布臵工况的优缺点作简要分析。 二、防波堤布臵方案评述 1、布臵原则 《总平面规范》中规定，一般港内H4%波高在0.8:1.0米以下时，1:2万吨级的船舶可以作业。港内泊位以3:5万吨级为主时，H4%波高在1.0:1.2米以下仍允许作业。集装箱船要求的泊稳条件比较高，允许作业的港内波高分别降低为0.6m和0.8m。允许作业的风力?6级,13.8m/s,，不论大船或小船。在预报7级以上大风即将来临时，通常将船舶驱离码头，以免产生海损事故。 防波堤长度及其布臵，原则上应该保证港内水域平稳，可以正常作业，即不利波向的两年一遇的港内波高H4%在1.0/1.2 m以下。因为“港内最大波高”的出现几率是不确定的。规定“两年一遇”的意图是让这个波高值有确定的重现期定义。两年一遇波高的出现概率是50%，在数值上接近于该波向年最大波高系列的算术平均值。所以在一年内大于这个港内波高的次数只有几次。 2、绕射系数图 防波堤布臵的基本形式有三种，即单突堤、双突堤、岛式堤。规则波与不规则波的绕射图往往相差较多，因海浪是不规则波，宜采用采用不规则波的图式。《海港水文规范》中将不规则波图式放在正文中，规则波图式放在附录中，可见二者是有区别的。在规范中绘制了各类防波堤的绕射系数图，说明各自的防浪掩 28 护效果，专业水文人员应该认真地比较和研究，对此有比较清晰的印象,在布臵了防波堤之后，能够对港内波高分布有量化的直感。归纳起来，在不规则波绕射系数图中以下几条比较重要: ?将沿入射波向、且通过单突堤堤端的直线称为波影线，其内侧的波影区为掩护水域。在不规则波试验中，波影线处的波浪绕射系数Kd接近于0.7。 ?各类防波堤轴线与主波向正交时，波影区面积最大，挡浪效果最佳。 ?双突堤布臵时，在便利船舶通航的前提下，尽可能减少口门宽度，以限制进入港内的波能。为使港内波能的散逸，一是港内水域面积较大，二是港内岸壁采用消浪沉箱、斜坡式布臵，以减少波浪的反射。 ?岛式堤的掩护范围宜尽可能地覆盖较大的港内水域。 3、各工况评述 《数模报告》中介绍: 结构型式:一港池东段岸线、南段岸线，二港池北段岸线码头采用直立岸壁形式,二港池东段岸线、南段岸线采用斜坡式护岸，外侧码头通过引桥相连。试验单位需要考虑不同结构物引起的波浪反射。 本次主要针对山海关船厂防波堤拆除与否、港区西侧规划新建防波堤工程对工程海域流场的影响，提出7个工况,陆域一致，见图10:16,。 这7个工况是: ,1,工况1:山船防波堤不拆除、西侧无掩护、南侧防波堤长730m ,2,工况2:山船防波堤不拆除、西侧无掩护、南侧防波堤长1450m ,3,工况3:山船防波堤不拆除、西侧无掩护、南侧防波堤长2000m ,4,工况4:山船防波堤不拆除、西侧岛堤1400m、南防波堤长2000m ,5,工况5:山船防波堤拆除、西侧岛堤2000m、南防波堤长2000m ,6,工况6:山船防波堤不拆除、西侧岛堤1750m、南防波堤长2000m ,7,工况7:山船防波堤拆除、西侧岛堤1700m、南防波堤长2000m 29 图10 工况1平面布置 30 图11 工况2平面布置 31 图12 工况3平面布置 32 图13 工况4平面布置 33 图14 工况5平面布置 34 图15 工况6平面布置 35 图16 工况7平面布置 36 A、在这7个工况中，工况 1:3 的方案比较接近， ,1,工况1:山船防波堤不拆除、西侧无掩护、南侧防波堤长730m ,2,工况2:山船防波堤不拆除、西侧无掩护、南侧防波堤长1450m ,3,工况3:山船防波堤不拆除、西侧无掩护、南侧防波堤长2000m 在本文分析中，将此合并成工况 A，其相同之处是山船防波堤不拆除、西侧无掩护，不同之处是南侧防波堤长度分别为730m、1450m和2000m。 ? 一港池内水域面积小，而且四周码头是直立岸壁。一港池口门朝南，S:WSW向的波浪进入港内后，波能不易散逸，波浪多次反射后，泊稳条件恶化，将严重影响港内船舶装卸作业。这就类似于波浪槽或者小港池内，开启生波机后，水面动荡不停、很难平息下来。山船防波堤的长度约800m，走向是150?N，比较有效地遮挡SW:WSW向波浪，为了一港池内水域平稳，山船防波堤还是必不可少的。由此看来，不宜拆除山船防波堤。 再说，山船防波堤可能是抛石斜坡堤，只能用抓斗式挖泥船来清理，费工费时,即使在堤拆除之后，堤底仍然会有极少量遗漏的块石，这对船舶航行、对后期维护航道浚深时都是很大的隐患。 港池没有修建岛式防波堤，但是船厂港池的口门朝顺便说明，山海关船厂老 向WSW，通过这个口门进入老港池的外海波浪比较少。 ? 从技术上说，在工况1中，南防波堤仅730m，堤太短，只能掩护U形港池内东侧的部分码头前沿，北侧码头岸线将暴露在波浪作用中,并且S:WSW向波浪仍能进入港内，特别是SE向50年一遇的H4%波高约5 m，可能会损坏U形港池内的码头水工建筑物。 所以，在建设U形港池内北侧的码头水工建筑物时，南防波堤西端堤头需要相应延伸，其长度应使掩护水域内不利波向的波高在1.0:1.2 m以下。 当然分三期建设U形港池与南防波堤，也是一种选项，但是直感上似得不偿失,而且每一期的防波堤堤头与码头岸壁端部护岸都得费钱建设，业主是很忌讳的。为此，南侧防波堤宜一次建成，不宜分期建设。 B、工况4和工况6接近，合并为B ,4,工况4:山船防波堤不拆除、西侧岛堤1400m、南防波堤长2000m 37 ,6,工况6:山船防波堤不拆除、西侧岛堤1750m、南防波堤长2000m 这两种工况下，不同之处仅是岛堤的长度。 经岛堤的两侧开口，波浪可以进入港池内，从而降低防浪效果。岛堤南端宜接近南侧防波堤堤头，以减少SSE方向进入港内的波能。 工况4岛堤较短，岛堤北端与山船防波堤之间开口较大，降低了防浪效果。工况6岛堤较长，岛堤北端与山船防波堤间的开口较小，对SW向浪的防浪掩护效果相对较好。但是这个开口仍然太宽，从使用上看，只要求允许驶向船厂老港池的千吨级船舶单向通过就可以了。总之，两道堤之间的开口宜尽量小些，以减少波能进入港内。 C、工况5和工况7接近，合并为C ,5,工况5:山船防波堤拆除、西侧岛堤2000m、南防波堤长2000m ,7,工况7:山船防波堤拆除、西侧岛堤1700m、南防波堤长2000m 这两种工况下，相同之处是拆除山船防波堤，不同之处仅是岛堤的长度。 拆除山船防波堤后，不利于一港池内的水域平稳，此举得不偿失,除了妨碍航行的原因之外，一般应维持原状。不理解为何要拆除已建防波堤, 工况5的岛堤较长，防浪效果比工况7好些。采用工况5布臵时，可以优化之处是:西侧岛堤北端的开口太大，可以将堤轴线顺时针偏转约10?，并将岛堤延长，从而提高挡浪效果。 4、《规划方案研究》中的三个方案 在《山海关港区规划方案研究》中提出了三个方案: 方案一 不建西岛堤，SSW:WSW向波浪可以进入二港池，虽然1.2 m以上的大浪并不多，但是这3个波向的频率高达45.7%，这样不利于二港池内的水域平稳。估计相应所需的西岛堤的长度约1.4 km，可以估算西岛堤的造价，在二者之间取舍。因西岛堤的作用是掩护二港池与三港池，在2020年前二港池内的一些泊位刚刚建成或者尚未开工，西岛堤的作用还没有完全发挥出来，可以缓建，推迟到与三港池一起开工也不晚。 38 采用斜坡式护岸时，入射波与护岸形成的反射波之间有相位差，波峰与波谷叠加，利于水域平稳。采用沉箱结构时，可在沉箱上部箱壁上开孔，箱内形成空腔，使入射波与反射波之间形成干扰，同样有消浪效果。在二者作方案比较时，主要取决于护岸与码头的功能用途及其工程造价。 如果二港池北岸的部分二期码头沉箱尚未预制，建议修改为消浪沉箱，造价增加不多，一般消浪效果约25:30%,波高降低值,，作用显著。 二港池内东侧泊位掩护条件较好，宜改为直立岸壁码头，这样码头前沿线后方可以较好地利用，估计造价也较低。港池南侧似应布臵成直立岸壁码头,当然南岸若布臵大宗散货泊位或油品泊位，采用斜坡式护岸、引桥与梁板码头，也是可以的，作为一个方案的选项吧。 方案二 建设西堤1850 m，对二港池和三港池有良好的掩护作用,其南侧口门宽度约800 m，通过此口门进入三港池的波浪较小。这是较好的远景方案。 方案三 方案三在西堤的北端开口，可以通向山海关船厂的老港池，这是与方案二的区别。山船老港池内已有舾装泊位和多个千吨级货运泊位，港池窄小，已经没有扩建前景。在西堤北端的开口，可供新老港池内的船舶互通，或者老港池内部分较大的船舶利用新港区的深水航道出海，也是可以的一个方案，届时再作比选。若西堤北端开口，宜稍窄一些，估计这个口门宽度供5千吨级船舶单向进出就可以满足使用要求了。 39 图17 方案一 40 图18 方案二 41 图19 方案三 42 第五节 货运量预测 一、货物运输与货运量 1、货物运输方式 从经济利益出发，要求货物全程运输中的便捷和费用低廉。货物交付方式由双方约定。货物从启运到交割的全部运输过程中发生的费用一般都由货主支付，当然希望发生的总费用最低,同时要求承运方提供满意的服务，主要包括货物安全无损、准时运达等。货物应该在指定的日期内运到目的地，以便按时交货。虽然港口库场有数天或更长的免费保管期，但也不宜过早地运达，因为存放时超过期限产生的费用将由货主支付,当然更不能延期交货，合同往往对逾期交付货物都规定罚则。为降低运费，货主一般不会“舍近求远”，普遍采用直达便捷的运输方式，减少中转和倒运货物，这是选用运输方式和路径的原则。 陆上货物运输方式有汽车、火车、管道等。运输费用主要由站场费和在途运费构成。在车场车站发生的费用，卡车较低，火车较高,在途的吨公里运费，则是卡车较高，火车较低。卡车是“点—点”，可实现“门—门”快捷运输,火车则是“点—线—点”运输，两端要用汽车协助转运，这将增加运输环节与费用。比如产自无锡的小天鹅洗衣机出口，先用汽车从生产厂家发运到无锡火车站，然后装车，铁路运至上海火车站后，再用汽车转运到外高桥港区，水路外运出口。可见火车的运输环节多，零担货物要积存到整列车皮后，货物才发车，在途等待时间长，全程运费反而高。无锡火车站—上海火车站的里程仅仅127公里，洗衣机用集卡非常快捷地直达上海港区，途中仅短短数小时,汽车途中运输收费虽高，但全程运费较低。因此中长途的大宗货物宜采用铁路运输，一般300km以内的零担货物适宜用卡车。至于管道，敷设管道后气态/液态货物直接运到目的地，非常便捷和廉价，输送量非常大。可见都以此原则选择货物的运输方式。 2、区位竞争优势 从全国地图上，可以看到大中港口都具有区位竞争优势。比如秦皇岛港区，在京沈线与大秦线的铁路干线交汇点上，大秦线通达“三西,山西、陕西、蒙西,”煤炭基地，成为国内最大的煤炭出口港,同样天津港在津浦线与京沈线的铁路干线交汇处，并且各条公路如叶脉一样在此汇合，北京天津和冀中的各类散杂货物几乎都经过天津口岸进出口。虽然天津港建在淤泥质海滩上，港工建筑与航道的 43 建设维护成本高，但是集疏运条件非常好，并已形成规模效应，运输中有优势。货物运输追求直达与便捷，一般不会迂回曲折。若两港之间比较，天津港的竞争力远远高于秦皇岛港，例如2007年秦皇岛港的集装箱吞吐量仅仅30.0万TEU，天津港为710.2万TEU，两港集装箱运量之比约1/24。因此，预测运量时要重视与分析各个港口在运输中的作用与区位优势。 3、货运量是港口发展的前提 辽阔的腹地和繁荣的经济形成了旺盛的运输需求，这是港口存在的基础，也决定了港口发展的最终规模,否则成为“无源之水”，港口将难以存活与发展。例如丹东海洋红港区，拟建港区在东沟县大洋河口，当地水浅，沼泽和泥滩上盛产芦苇，附近只有零星小村落。可是2009:2011年间不知哪一位首长,或者手下的某位“高参”,看中了这片河口泥滩地，指示说要研究建港。我院完成了《海洋红港区总体港区规划》，随后又做了可行性研究，还委托天科所完成《波浪数模报告》和《潮流泥沙数模报告》，预报方案一的口门附近最大泥沙淤积强度1.04 m/a，航道年平均淤积厚度0.32 m/a,方案二的淤积强度更高。投资巨大，又不知道货物在何方,回报甚微。最后不了了之，偃旗息鼓。 大，小洋口在苏北如东县东的海边，2003年起中南通港洋口港区的名声更 方与香港保华集团合资组建江苏洋通公司，在茫茫的滩涂上围垦，同时建设西太阳沙人工岛和连接陆岛的黄海大桥，随后又兴建10万吨级LNG港口码头等项目。耗资巨大，投入以数百亿元计。但是如东县附近地区经济落后，洋口经济开发区又没有竞争力，结果“开而不发”，投入与产出失调，经济效益低下。例如开发区招商20万吨级铁矿石码头项目，建设费和后期维护费非常高昂，到港的千百万吨铁矿石又能运往哪里去,这无异于闭门造车，遂无人响应。 提倡做运量预测的专业人员有实事求是的精神，同时又有较强的业务能力，做出有水准的经得起检验的运量预测，作为港区规划的基础。如果在腹地内未来的港口运量确实比较低，这不是预测人员的过错,但如果迎合“首长指示”，违心地将预测量多次放大，甚至高得离奇，那么早晚有暴露显形的时候，待到了水落石出时，对国家有什么好处, 当然由于预测人员认知的局限，或者在预测之后客观情况发生了新的变化，预测量与未来的实际运量之间总是有差距的，也不宜苛求“运量预测”的水准。 44 设计人员追求比较客观和有责任心，这就不易了。 二、经济腹地与运量预测方法 1、直接腹地情况 依据《运量专题研究》，目前山海关港区的泊位与运量情况如下: 目前山海关港区共有运营泊位11个，其中包括山海关船厂9个泊位以及哈动力2个泊位，年设计吞吐能力达到950万t。目前山海关港区泊位等级普遍偏小、功能单一，且均为货主码头，2012年港区吞吐量仅20万t，其中山海关船厂运量约为10万t，主要为首秦下水钢铁等货物，出口至韩国、日本等,哈动力码头吞吐量为8万t，主要为核电产品、燃机、汽轮机、变压器等货种。目前港区尚未发展散货、集装箱等货种的运输。 山海关港区的主要货源地分布在秦皇岛市经济技术开发区东区和山海关 2区。秦皇岛经济技术开发区,东区,规划面积19.76 km，常住人口4.1万人。2012年，东区约为25亿元。目前东区已先后有鹏泰,秦皇岛,面粉有限公司、金海食品有限公司、万基钢管,秦皇岛,有限公司、首秦金属材料公司、山海关船厂等多家企业注册落户，主要工业产品包括小麦粉、钢材、变压器、船舶等，年产量分别约为25万t、45万,主要为钢管,、t16000MVA、100万DWT。规划以面向出口加工的外向型经济为核心，重点发展东区临港重大装备制造、粮油食品加工和金属压延等传统产业。“十二五”期间开发区生产总值年均增长速度将在15%左右，预测2015年将达到约40亿元。 目前山海关区工业发展方向主要包括船舶配套、高铁道岔、金属压延、食品精深加工等支柱产业，以及核电装备产业、建材产业、电力产业等优势产业。努力把山海关建设成全国桥梁、铁路器材和船舶配套著名产业基地。到2015年，规模以上工业增加值达到33亿元，年均增长20%。 可见山海关港区的直接腹地内，虽然工业生产发展很快，但是面积太小、人口太少，工业经济总量非常低，难以形成可观的水运需求。至于报告中提到的“承揽开发区西区乃至整个秦皇岛市部分进出港货物”，除非有特殊的原因，货主一般不会绕道经山海关港区运输，这也是显而易见的。 45 2、预测方法简评 如同《运量专题研究》中所述:“港口吞吐量预测一般按三个步骤进行:总量预测、分货类吞吐量市场需求预测和综合预测。总量预测主要依据腹地经济发展规划和对港口运输需求的分析，采用回归分析、时间序列、弹性系数等多种数学模型与综合分析相结合进行预测,分货类吞吐量预测是对煤炭、石油及制品、金属矿石、集装箱等主要货种进行货源调查，对产需平衡及实际运输情况进行分析和预测,综合预测是在前两种预测的基础上，结合腹地内国民经济、对外贸易、生产力布局等因素确定吞吐量发展水平。” “由于山海关港区设施规模、吞吐量都非常小，无法采用基于历史年度港口统计数据的弹性系数、回归分析和灰色系统等方法直接预测山海关港区货物吞吐量。” 上世纪九十年代时我曾经看过不少港口运量预测报告，并用事后的数据来检验。当时港口运量呈线性增长趋势，实践证明利用弹性系数、回归分析方法可以得到比较理想的结果。问题在于，近些年来港口运量增速放缓，呈现接近于“饱和”的趋势，估计今后将出现“拐点”。这种新情况下如何对预测运量做些折减和修正,这是放在我们前面的新课题。 在总量预测之后，还必须做分货类预测，这更能显示预测人员的水平。上世纪八十年代时，我院周子文、吴益明等做运量预测的老同志较多地利用分货类吞吐量预测法，他们对煤炭、矿石等主要原材料的生产、需求、运输和进出口等情况如数家珍了如指掌，各方面的情况非常熟悉，知识渊博，令我们这些后来者非常钦佩。 部门在制定近期和中期的发展计划时，往往为了GDP与政绩，或多或少地提高了发展目标。对这些材料我们要有分析地利用，提出比较客观的看法。在这些工作中将得到锻炼与提高，积累经验和知识，成为这方面的行家。 三、货运量预测评述 《秦皇岛山海关港区发展方向及吞吐量预测专题研究》,本文简称《运量专题报告》,写得比较好，但货类预测部分内容比较单薄，还需要补充完善。本文对此作些简要的评述。 46 1、联彩石油储备项目 《运量专题报告》中说:“由于目前山海关港区规模较小，临港工业处于招商引资阶段，大型项目的入驻将对港口吞吐量产生较大影响。因此，本次预测分高方案、低方案，区别是高方案考虑联彩石油储运项目，低方案不考虑。综合两种方法计算结果，预测有高方案情况下2020年和2030年，山海关港区货物吞吐量分别为2660万t和5035万t,低方案情况下，2020年和2030年，山海关港区货物吞吐量分别为910万t和1535万t。” “联彩石油储备项目拟选址于山海关港区，该项目为成品油储备库，储存中转的成品油包括:汽油、柴油和航空煤油。来油方式为码头卸船进罐储存，发油方式近期均按照码头装船外销考虑，远期考虑国内销售。根据企业相关规划及码头能力等，如本项目得以实施，则预测2020年、2030年山海关港区石油及制品吞吐量将分别达到1750万t和3500万t。” 我在2010:2012年间曾随交通部和石油部门的专家,专家组长张振莺,为国家发改委中咨公司评估《舟山黄泽山岛石油中转储运项目》 、《舟山岙山油品码头工程项目》等，在此前后还为中石油、中石化、中海油集团评估过不少油品码头与油库等项目，总的印象是国内炼油能力已经严重过剩，炼化厂开工率比较低，特别是地方国企和民营的炼厂开工率低下,国内成品油市场供应平衡，没有缺口，成品油码头和油库的储运能力也已经适应市场需求，并略有富余。 舟山黄泽山项目的业主是民营的浙江广厦集团，财力雄厚，从2005年起就开始黄泽山项目前期工作，磕磕绊绊地一路走来，历经7年后的2012年秋天国家发改委才核准此项目。随即主体工程开工，目前这个项目已经基本建成，但尚未投入营运。可见我国石油业高度垄断，外资与民营资本很难涉足，影响此项目进度的难点在于立项与核准，不在于码头和油库等工程建设。 联彩石油储备项目计划销售储存成品油，锦州附近石油化工企业很多，成品油码头和油库也不少。国家鼓励原油和成品油储备项目，但是国内并不缺少成品油销售商。大中型石油项目的审批进度在于行业需求与发展空间，也在于业主的经营范围与财力。联彩项目的运量预测分别为2020年的1750万t和2030年的3500万t，在港区预测总量中举足轻重，似应对业主情况和成品油需求再做些补充调查，并增加分析说明等内容，以明确这个项目的 47 可操作性。 2、铁矿石运量 “受山海关港区后方集疏运条件的限制，无法为腹地内较远地区的钢铁企业提供原材料运输服务，未来将大多数通过公路为港口周边的钢铁企业运送铁矿石。近期山海关港区将主要依托本市钢铁企业，重点为首秦等钢铁企业。首秦目前年生产能力为生铁255万t、钢260万t，矿石年需求量约为325万t，其中70%需要海运进口，目前主要通过秦皇岛港其他港区上水，未来随着首秦码头的建设，将通过山海关港区上水,远期随着秦皇岛港后方集疏运条件的不断改善，港口服务范围相应扩大，可为腹地内更多的钢铁企业提供原材料运输服务，其中主要以河北省钢铁企业为主。 综合考虑山海关港区码头设施状况，后方集疏运条件，腹地钢铁企业发展情况及规划等，预测2020年、2030年山海关港区金属矿石吞吐量将分别达到230万t和350万t，其中直接腹地运量分别为230万t、300万t，其余主要来自河北省其他地区。” 以上介绍与分析基本可信。进口铁矿石主要来自澳大利亚和巴西，运距远，宜用20万吨级以上的大型矿石船运输。冀东地区是我国最大的钢铁产区，炼铁所需的上亿吨铁矿石主要经过秦皇岛港,1210万吨,暂以2007年金属矿石进口量代替，下同,,、京唐港区,1611万吨,、曹妃甸港区,1987万吨,和天津港,5324万吨,进口，除了天津港有60万吨矿石转成出口外，其余各港都是单一地进口。秦皇岛港受矿石码头吨级和后方堆场面积等限制，多年来铁矿石进口量增长较慢。 日照港区已经建了20万吨和30万吨级大型铁矿石码头，岚山港区又建有5万吨与10万吨级矿石码头，但是民营的日照钢铁公司与岚桥集团达成合作，在紧靠钢厂的海边又新建一座25万吨级矿石码头,取得了国家发改委的核准手续,，卸船后的矿石用皮带机直接运送到钢厂的料场。这个事例说明铁矿石批量大，钢厂为节省运费用，以最优的方式运送矿石。 首秦,秦皇岛首秦金属材料有限公司,2003年3月时投资总额约24亿元，2006年投产，设计生产能力为生铁255万吨/年，钢坯260万吨/年，宽厚钢板180万吨/年，以建设宽厚板精品基地为目标。公司地处秦皇岛市抚宁县杜庄 48 乡，查地图抚宁县在秦皇岛市区的西边，里秦皇岛港区比较近。所以在报告中需要说明:首秦所需的进口铁矿石为何要在山海关港区上岸,供应其他钢厂的铁矿石量，建议也按照合理运输的原则，预测量作些调整。 3、钢铁 “山海关港区钢铁运输将主要服务于秦皇岛经济技术开发区东区内企业，主要包括金属压延、钢管制造、重大装备制造等行业，其中钢管制造、金属压延等行业对钢铁运输需求较大。目前山海关港区临港钢铁相关企业主要包括: ?中油宝世顺:宝鸡石油钢管有限责任公司与马来西亚UMW公司合资组建的中外合资企业，总投资达15亿元。原材料主要来自周边钢铁企业，采取陆路运输的形式,目前年产量约为40万t，拟建二期特种钢管项目，年产量约为10~15万t，……预测中油宝世顺产品海运运量约为10万t。 ?万基钢管:由台湾万机钢铁工业股份有限公司投资的外商独资企业。一期产能30万t/a，二期产能45万t/a。原料来源于南京钢厂、首秦等，大部分采用汽运的形式进厂，同时也有少量购买国外钢板。目前该厂原材料和产成品均有海运量，每年在5万t左右，随着山海关港区的建成完善，预计每年有15万t左右的钢材通过山海关港区上水。 ?中粤浦项,秦皇岛,马口铁工业有限公司:2006年12月在山海关建立，公司产能为20万t/a。原材料主要是韩国进口，一般在20万t左右,产成品约60%出口到国外，目前主要通过大连港、秦山化工码头等运输。……未来原材料和产品均可通过山海关港区上下水，预计年运量约为30万t。 ?首秦钢材加工配送有限公司:公司以钢铁加工为主，年产量260万t。产品以钢板为主，部分产品供给宝世顺、山桥、山船，销售市场主要是沈阳以西、北京以东、内蒙、山西、山东等，海运一般在30%左右，即75万t左右，目前主要通过秦山化工码头等。预测未来首秦公司钢铁海运量全部通过山海关港区运输，即每年75万t左右。 ?其他钢材生产企业:近期山海关腹地的钢材企业还有首钢板材、五矿天威钢铁公司、艺力磁铁等，远期随着山海关港区的发展完善，腹地将借助于后方便利的交通运输网络扩大到东北一些企业。 49 根据上述企业现状及规划情况，考虑未来开发区东区发展情况，预测2020年、2030年山海关港区钢铁吞吐量将分别达到150万t、230万t，其中来自临港产业运量分别为230万t、280万t。” 看《专题报告》，初步认为钢铁类产品的产量和销售量比较清楚，未来钢铁类货物运输量比较落实。当然这些企业的二期建设项目未必都能如期完成，届时可以再做调整。 4、矿建材料 “近年来，秦皇岛港矿建材料的吞吐量以出口为主，2012年秦皇岛港矿建材料吞吐量为128万t，其中出口127万t。考虑山海关港区及经济开发区的基础设施建设，预测未来山海关港区年矿建材料吞吐量将在10万t左右，主要为进口，全部考虑临港企业需求。” 这里靠近山海关风景区，应保护环境和景观。从附近地区水运所需的砂石材料进港，也是合理的。不过可以做些货源调查，当地所用的砂石料是从哪儿来的, 5、粮食 据《专题报告》介绍: 2012年秦皇岛港的粮食吞吐量完成213万t。以外贸进口为主，大多来自欧美及澳大利亚等地，主要货种为供港口后方工业区内粮油加工企业的大豆。内贸进口主要来自华北和华南地区，港口粮食出口量较小，2012年仅57万t，主要是出口到华南地区的玉米、小麦等。 粮油食品加工工业是秦皇岛市近年来增长最快的行业，企业大多布臵在港口后方工业园区内，可充分依托港口。从山海关港区后方情况来看，目前主要粮食加工企业包括中粮面业,秦皇岛,鹏泰有限公司、秦皇岛金海食品工业有限公司、永顺泰麦芽有限公司等，主要加工大豆、小麦、大麦等，产品为食用油、面粉、麦芽等。此外还有中谷等项目正在进行前期工作。 根据现有粮食加工企业现状及规划情况，考虑未来开发区东区粮食加工等相关产业发展情况，预测2020年、2030年通过山海关港区运输的粮食将分别达到400万t和700万t，其中临港粮食运量分别为350万t、500万t。 以上粮食运量表述比较明白。不过我国人口增速趋缓，粮食及其加工产 50 品量的上升空间减少，从趋势来看各港粮食运量的增长幅度似乎不太大，为何山海关港区会这样快速地增长,同时，秦皇岛港区的粮食运量还有多少,这样叙述就比较完整。 6、机械设备及电器 《专题报告》介绍: 重大装备制造作为秦皇岛开发区东区重点发展产业之一，近年来发展较快。目前山海关港区后方装备制造企业主要包括哈尔滨动力设备物流集团,哈物流,、哈电集团,秦皇岛,重型装备有限公司、天威保变(秦皇岛)变压器有限公司、中铁山桥集团有限公司等。哈电集团,秦皇岛,重型装备有限公司,哈动力,在山海关港区有2个重大件泊位，港区后方大部分机械、设备、电器等重大件均通过哈动力码头上下水。2012年哈动力码头货物吞吐量为8万t，主要为核电产品、燃机、汽轮机、变压器、桥梁钢结构件、机械设备等货种。 山海关港区腹地主要机械设备企业情况有: ?中铁山桥集团:位于秦皇岛市山海关区，主营产品有:钢桥梁，建筑、电站、机械的钢结构，轻型钢结构,钢轨道岔及配件，高锰钢辙叉,集装箱和特种集装箱,起重、铺架、装卸机械，桥梁支座,高强度螺栓及其它紧固器材。年产钢结构15万t，100t级以上的重大件占80%以上。现状主要是通过秦皇岛港、哈动力码头等供应长三角、珠三角地区，少量出口。2012年通过哈动力码头下水量为5.6万t。原材料由攀钢、包钢、首钢等钢铁厂通过铁路运输供应。山海关港区建成后，由于交通优势大部分原材料与产品将从山海关港区运输。 ?天威保变变压器公司:是保定天威保变电气股份有限公司的控股子公司，主要生产220-1000kv大容量交流、直流变压器、电抗器等特大型装备，年产量约1300万KVA。2012年通过山海关港的货运量为1.4万t，预计未来可达到3万t。 ?其他机械、设备、电器企业:目前山海关腹地的机械设备企业还有渤海铝业、哈动力、电站辅机厂等。 考虑上述企业现状及发展规模，预测2020年、2030年山海关港区机 51 械、设备、电器吞吐量将分别达到20万t和40万t，全部为临港企业运量。 机械设备类产品是开发区的重点产品，未来将有较快的发展。这些运量也是可能实现的。 7、集装箱 《专题报告》认为: “秦皇岛港集装箱总量较小，但增长趋势较为显著。2012年集装箱吞吐量为34万TEU，2000~2012年年均增长31%，以内贸和内支线为主。目前秦皇岛港的集装箱货源主要来自于本市。由于秦皇岛港周边的大连港和天津港是我国集装箱干线港，对腹地内箱源具有较强的吸引力，同时目前秦皇岛港集装箱航线较少、航班密度小，使得本市一半左右的外贸集装箱选择由天津港运输。 考虑到秦皇岛港与周边港口的综合竞争能力，预测未来港口集装箱业务主要立足于扩大占有本市箱源份额，同时积极拓展铁路可通达的内陆省份箱源。考虑山海关港区集装箱运量以喂给运输为主，主要承担港区后方临港产业箱源运输任务。 山海关港区适箱货中内贸出口主要有粮食和农副产品如淀粉、葡萄糖、蛋白粉、玉米、花生米等，以及玻璃、化肥,内贸进口主要是一些建筑材料及其他货物,外贸出口除了粮油制品，还有秦皇岛市生产的玻璃、汽车配件如汽车轮毂，以及其他机械配件等，外贸进口主要是食品和化工原料。除外贸进口集装箱以外，其余集装箱货重较大。出口以重箱为主，进口多空箱调运。 对山海关港区集装箱吞吐量的预测，是在上述各货种预测的基础上，计算港口的适箱货率，参考秦皇岛港分内外贸、进出口的平均单箱货重，按照货物的流量流向，确定空重箱的比例，最后进行计算确定。预测2020年、2030年山海关港区集装箱吞吐量将分别达到3万TEU、10万TEU。” 秦皇岛、日照等港口的集装箱运输，起步后发展缓慢，原因在于腹地内集装箱货源不足、增长较慢，同时附近天津港、青岛港的吸引力非常强烈，以致港口的箱量多年徘徊、停滞不进。秦皇岛港的集装箱运量2001年仅2.0万TEU、2007年30.0万TEU、2012年34万TEU，仍然停留在喂给港 52 的水平。这与飞机场航线航班的道理是一样的，大庆机场早就建成营运了，按客流量属于小机场，往来于大庆的乘飞机的旅客太少，目的地又分散,预测客座率太低，航空公司怎么肯开辟去大庆的航线,在大庆乘不上满意的航班，旅客宁愿去哈尔滨乘飞机，好在大庆到哈尔滨有高速公路，约1个多小时的车程就能通达,哈尔滨机场只要发出1辆大巴，就能将乘当日该次航班,或时点,的乘客都拉走，也很便捷。所以多年以来大庆机场的客流量增长迟缓。话说回来，秦皇岛港尚且是喂给港，更何况是山海关港区呢, 当然，货物集装箱化发展很快，曾经是件杂货包装和装卸的粮食加工产品、较小的电器产品和机械设备配件等，几乎都装进了集装箱，“适箱货”的范围大大扩展了。可以接受预测的3万TEU和10万TEU箱量，甚至认为或许可以调高一些，只是怀疑能不能开出航线来,当然，推测未来作为国内航线中的一个停靠港，大约是可行的。 8、其他货物 《专题报告》介绍:除上述几种货物以外，山海关港区未来吞吐量中还包括水泥、木材、非金属矿石、化肥农药、化工原料及制品、轻工医药等其他货种。这些货物近期在山海关港区吞吐总量中所占的比例都不大，主要为本地经济服务，远期随着开发区发展，这些物资的运输将会增长。预测2020年、2030年山海关港区其它货类吞吐量将分别达到70万t和100万t。 报告中其他货物的预测量，基本可信。 四、初步意见 《运量专题报告》提出各货种吞吐量预测情况，详见表8。 综上，联采石油储备项目的油品运量在预测总量中的比重分别占66%和70%，举足轻重。高方案一旦成立，石油及制品吞吐量将分别达到1750万t和3500万t，这么大的颠覆性的吞吐量，港区规划方案都要重新考虑和调整，因此必须认真对待。建议对冀东辽西地区成品油供需和集疏运情况再做些补充调查与研究，同时对联彩石油储备项目业主的各个股东的资质、经营业绩、财力等情况做详细的调查。如果成品油供应有缺口、急需上马，或者这个项目和业主 53 的竞争力很强，就比较容易核准,否则有可能如广厦集团的黄泽山项目那样申请7年，可有可无的项目申请书一搁好几年，以致错过了宝贵商机，这在国内并不少见。所以此项目相关的情况摸清了，就容易得出比较合乎逻辑的结论。 目前北方地区的钢铁产量已经接近于饱和，黄渤海内铁矿石码头的运力略有富余，但是随着钢铁企业的产能变化，矿石运输组织的局部调整仍是不可避免的。钢铁企业都力求千方百计地降低矿石运输成本，采用最便捷与经济的运输方式。所以关键在于首秦金属材料公司钢铁生产厂区究竟在哪儿,在山海关港区建设矿石码头是不是合理、经济与可行,其他钢厂的矿石运输方式也仿此考虑。这是矿石运量预测中应该重点说明的要点。粮食等运量较大的货类，其内容可以再细化一些，将货物的来龙去脉说明白了，让人非常信服。 表8 山海关港区总吞吐量预测结果汇总表 单位:万t 高 方案 低 方案 货 类 2020年 2030年 2020年 2030年 ,一,吞吐量合计 2660 5035 910 1535 其中:1.石油及制品 1750 3500 2.金属矿石 230 350 230 350 3.钢铁 150 230 150 230 4.矿建材料 10 15 10 15 5.粮食 400 700 400 700 6.机械、设备、电器 20 40 20 40 7.其他 100 200 100 200 其中:集装箱 30 100 30 100 ,二,占总量比例 100.00% 100.00% 100.00% 100.00% 其中:1.石油及制品 65.79% 69.51% 0.00% 0.00% 2.金属矿石 8.65% 6.95% 25.27% 22.80% 3.钢铁 5.64% 4.57% 16.48% 14.98% 4.矿建材料 0.38% 0.30% 1.10% 0.98% 5.粮食 15.04% 13.90% 43.96% 45.60% 6.机械、设备、电器 0.75% 0.79% 2.20% 2.61% 7.其他 3.76% 3.97% 10.99% 13.03% 其中:集装箱 1.13% 1.99% 3.30% 6.51% 从目前的情况来看，运量预测中有些货类的运量还不太落实，也不排除 54 有些量会遗漏。此外考虑到从交通部和国家发改委审批项目，以及码头项目从开工到投产乃至达产都有一个周期，推想2020年山海关港区运量的上限为910万吨。由此看来，山海关港区规划成败的主要风险不在于港工设计，而在于运量预测的可靠性。 第六节 看法与建议 一、对港区规划的看法 综上所述，可归纳为如下意见: 1、山海关港区是较好的港址 山海关港区的自然条件比较好。 拟建港区水域内潮流较小，波浪不大。年内1m,H,及以下的波浪的4% 频率占91.7%，常浪向 SSW，强浪向 SSE。推算南防波堤堤头位臵50年一遇的设计波浪,H,接近于5m，建堤后对港池内可以形成良好掩护。 4% 工程海域属岬湾相间的沙质海岸，潮差小，流速小，潮流动力较弱，近岸天 3然水深较深，泥沙来源少，平均含沙量比较低，仅0.028 kg/m。岸滩处于基本稳定状态。各工况实施后，港池航道年回淤强度较小，回淤量少，发生骤淤碍航的可能性很小。 港区后方有铁路公路通过，集疏运条件很好。供水、供电和通信都容易解决。未来将在港区泊位后方填海，形成陆域。但是后方场地较为狭窄，又靠近冀辽分界线，用地很紧张。 2、补充和复核运量预测部分 《运量专题报告》中联采石油储备项目的油品运量和首秦金属材料公司的铁矿石运量，在预测总量中比重很大，目前看来好像不太落实，似应再做补充论证。联彩石油储运项目还在前期工作阶段，此项目费时费力，前景未卜。铁矿石进口项目也有待论证，从港方的角度来看，铁矿石项目进口230:350万吨铁矿石，污染港区环境，还需要较大的矿石堆场和调车场地，同时将提高码头与航道等级，增大基建费用，所得与所失都很大，应做技术和经济效益的分析比较,港方要争取实际利益，不争吞吐量的空名,。粮食、集装箱 55 等货类的内容可以再细化一些。运量预测要落在实处，让人非常信服。 3、局部调整港区平面布臵 基于运量预测的基础，暂且估计在2020年能实现低方案910万吨运量就已经非常满意了，二港池内可以布臵10多个万吨级以上泊位及其堆场，大致可以完成这些运量。这样2020年就规划到二港池为止。 二港池南侧的防波堤掩护整个二港池，特别是形成在建的二期码头沉箱附近的掩护条件，宜继续延伸730 m南防波堤，对二港池产生掩护作用。 二港池东侧正在的场地，可继续回填到设计高程，其内侧的泊位前面泊稳条件较好，可以先期建设这960m岸线，似不必采用斜坡式护岸和引桥梁板式码头，可改为直立岸壁式码头。随后建设二港池北侧的1120m岸线，为减少直立岸壁前的波浪反射，建议采用消浪沉箱结构。之后再建设二港池南侧岸线1515:1815m，若有散粮或者油品运量，可布臵引桥梁板式码头,若仍是散杂货，可建直立式码头，并回填向海侧场地，作为堆场。规划的西防波堤，宜安排与三港池同期建设。 二、对建港方式的建议 对于建港与经营方式提出以下建议: 1、转变货主码头经营方式 我曾经调查过钦州港的货主码头，大多数码头占用了最好的岸线，却未能充分利用已有的码头设施能力，运量较少，码头经济效益低下，浪费了宝贵的岸线与存量资源，让人非常痛心, 目前山海关港区有山海关船厂和哈尔滨动力集团的11个2000~5000吨级泊位，据介绍年设计能力950万t,,,，但是2012年实际完成量仅20万t 。既然如此萧条，业主们何不将这部分资产剥离出来，组建独立的新股份公司，重新开张呢,新公司可以联合港区附近有货运需求的企业以及吸收愿意加入的企业入股，申请转为公用码头。也可以由山海关港区的建设方收购部分山船的码头资产，充分利用已有码头设施，扩大经营范围。 通过重组入股或者收购资产方式，盘活存量资产，这样充分地利用已有的11个千吨级泊位以及950万t能力，届时如果认为泊位吨级太低，再考虑 56 新建万吨级泊位也不迟。这些都是国营的企业与固定资产，为何就不能利用起来给国家创造财富呢, 2、与秦皇岛港联合经营 秦皇岛港是世界上最大的煤炭港，在我国沿海港口煤炭下水总量中的份额为31.9%,2012年,。集团经营货种包括煤炭、金属矿石、油品及液体化工、集装箱及其他杂货。秦皇岛港东港区主要有煤、油和矿石码头等，西港区主要有集装箱、散杂与件杂货码头。目前秦皇岛港区的岸线已经使用殆尽，严重地制约港区发展。曾经看到有一个规划方案是在西港池南侧再围起一个大港池，但是水太深，回填量巨大，新港区后方布臵通道，集疏运方面也很困难，建设投资巨大。为此秦皇岛港已经开展与曹妃甸港及黄骅港的联营煤炭业务，但是港口集装箱和其他杂货的能力依然薄弱，没有新的岸线资源是首要的凸出的问题。 山海关港区有比较好的正待开发的岸线资源，两个港区应该联手合作，实现优势互补。秦皇岛港财力充裕，在建设港口方面经验丰富，以后在经营中港内货物可以统筹安排调度，这对于双方都有利无弊。事在人为，还望各方以大局为重，开创相互合作的新局面, 3、打破冀辽分界线，通力合作 从锦州—到山海关一带，曾称为“辽西走廊”。山海关港区附近的平地呈条带状，比较狭窄,港区北侧是城镇，空地少，海边可供利用的陆域很少，将严重制约港区远期的发展。山海关船厂东侧不远即为冀辽边界线，目前尚不能逾越省界，这成为山海关港区未来发展的一大障碍。 2相邻的辽宁一侧滩涂尚未开发利用，若在此滩地上回填出1:3 km陆域，作为港区后方与开发区用地，利国利民又利己。我们可以与外商合作，为何就不能与兄弟省份合作呢,希望两省相邻县市通力合作，取得多赢。当然从港区规划的建设进度和时间安排来看，双方宜在2020年前实现合作开发，目前可以先做筹划工作。 2014年9月15日:11月2日 二稿 请指正, 电话:8419 9111， 139 1194 6605 57