淤泥质港口适航水深技术及统计结果

3.1.1　国外适航水深应用研究状况

适航水深资源的开发利用能给港口企业带来巨大的经济效益，因此，自20世纪30年代以来，荷兰、法国、德国、英国、比利时等国家都进行过大量研究，并在实际中得到了应用。

荷兰的鹿特丹（Rotterdam）港对进港航道中的浮泥特征及其对船舶的影响做了大量研究后，将11.8kN/m3作为确定回淤层中适航厚度的判断标准，并用这个值所处的层面作为确定航道底部的高程。比利时泽布勒赫（Zeebrugge）港在确定适航水深时不仅考虑重度，还根据淤泥的流变特性确定了该港适航水深下界面的淤泥重度值为11.3～12.3kN/m3。德国埃姆登（Emden）港为了充分利用水深资源，适航水深下界面的淤泥重度值为12.0～12.2kN/m3。在泰国曼谷（Bangkok）、苏里南帕拉马里博（Paramaribo）海岸沿线均采用淤泥重度12.1kN/m3为确定适航水深的标准。印度的科契（Cochin）港、委内瑞拉的马拉开波（maracaibo）港、法国的波尔多（Bordeaux）港、南特·圣纳泽尔（Nantes-saint-Nazaire）港、敦刻尔克（Dunkirk）港的适航水深标准重度值均采用了11.8kN/m3。英国还颁布了有关适航水深应用的国家标准《海工建筑物》（BS6349），适航淤泥重度值采用11.8kN/m3。

3.1.2　国内适航水深应用研究状况

在泥沙运动活跃的海岸，泥沙淤积问题往往是决定建港成败的关键之一。我国淤泥质港口众多，其中有多个港口泥沙淤积较为严重，为减小港口维护疏浚量、提高港口效益，前人针对如何有效利用港池航道中的回淤泥沙，曾开展了大量研究工作并积累了一定的经验，为适航水深技术在我国的研究和应用做出了巨大贡献。

在国内，适航水深也同样被视为资源，在天津港、连云港、长江口、汕头港外航道和宁波港北仑港区虾峙门航道等都曾经开展过应用研究。自2005年以来，作者主持或参与开展了国华台山电厂煤港、连云港、深圳大铲湾港区、广州港南沙港区、深圳西部港区、厦门港海沧港区、珠海电厂和苍南电厂等十多个港口的适航水深研究和应用工作，这些港口也都已正式、公开应用适航水深，多年来取得了良好的经济效益，也证实了科学应用适航水深技术可以保障船舶航行安全。在2014年，由作者申请并经单位推荐，适航水深技术获交通运输部批准为《水运工程建设新技术公告》（第一批）的维护类技术。同年，交通运输部编制的《公路水路交通运输主要技术政策》中明确写到“在淤泥质海岸，推广应用适航水深技术和走航式适航水深测量技术”。另外，《水运工程测量规范》（JTS131-2012）中也列入有关适航水深测量的内容。

目前，国内正式确定适航水深标准值的淤泥质海港有天津港、国华台山电厂煤港、连云港、深圳大铲湾港区、广州港南沙港区、深圳西部港区、厦门港海沧港区、珠海电厂和苍南电厂等十多个港口。

（1）天津港：典型的淤泥质海岸港口，在大风情况下，局部港池出现强淤现象，最大淤积厚度达到2.0m以上，对港区的生产带来很大影响。天津港适航淤泥重度标准值为12.7kN/m3，采用三爪铊和高频回声测深仪组合测量以及走航式适航水深测量系统进行测量。通过几年的应用，在延长维护疏浚时间、减少维护土方量、提高维护疏浚效率、节约维护费、提高码头的使用率等方面都取得了较好的效果。例如1998年10—12月发生强淤现象，东突堤周边港池和当时南疆四港池的淤积厚度分别达1.22m和1.77m，明显不足通航水深，但一直到1999年9月才做维护，也始终未影响码头的正常使用。

（2）国华台山电厂煤港：自2004年建成使用后，泥沙回淤现象十分明显，强台风侵入时，港池航道还会产生骤淤，给电厂燃煤的正常供应带来了困难。2006年，作者主持开展了适航水深应用研究，确定了适航淤泥重度标准为12.3kN/m3，并采用走航式适航水深测量系统进行测量，已指导多艘大型煤船利用适航水深实现了安全进港靠泊码头的目的，降低了骤淤对船舶出入港口的影响，保证了电厂用煤的需求，同时还有效减少了船舶滞港时间、节省了船舶滞港费，获取了良好的经济效益。表1-1为国华台电船舶利用适航水深进港靠泊统计结果（部分）。

表1-1　国华台电船舶利用适航水深进港靠泊统计结果（部分）

（3）连云港：连云港港口地处中国沿海中部的海州湾西南岸、江苏省的东北端，主要港区位于北纬34.4°，东经119.7°。北倚长约6km的东西连岛天然屏障，南靠云台山东麓，人工筑起长达6.7km的西大堤，从连岛的西首将岛陆相连。连云港包括老港区、庙岭港区、墟沟港区三大主要港区，为综合性国际贸易运输枢纽港。连云港进港航道总长33.9km，内外航道设计底标高为-16.5m，底宽227m；港内庙岭航道设计标高-16.0m，墟沟5万吨级航道设计标高-11.0m。

在大规模的开发建设过程中，局部港区和航道泥沙淤积较为严重，港区疏浚频繁，而且维护疏浚量大。2007年，作者主持开展了适航水深应用研究。结果表明，连云港回淤泥沙颗粒很细，泥沙中值粒径D50约为0.004 3mm，淤积物中的黏土含量较高（50%左右）；通过流变试验和船模阻力试验，确定了连云港航道的适航水深淤泥重度为12.2kN/m3；对船舶停泊或航速较小的港池，适航水深的重度值取试验结果的上限值为12.4kN/m3。经2008年5月初勘测结果，庙岭港区多个泊位的泥沙回淤层中存在0.5～1.8m的适航厚度，表明具有较好的适航水深利用前景。

2012年，针对连云港外航道也开展了适航水深相关研究，特别是开展了适航浮泥对船舶操纵性影响的数学模型和物理模型试验研究，成果对提升应用适航水深的安全性具有重要的参考价值。

（4）深圳港大铲湾港区：一期工程港池开挖建设过程和建成初期，局部区域泥沙淤积严重。2008年，作者带领团队开展了淤泥的水力特性试验、流变试验和船模阻力试验等试验，综合确定深圳港大铲湾港区一期工程港池适航水深临界重度值为12.2kN/m3。按淤泥标准重度12.2kN/m3，经多次测量结果，泊位及港池内回淤层中分布有1.0～4.0m的适航厚度，表明具有较好的适航水深利用前景。多年来，深圳港大铲湾港区一直都在利用适航水深。

（5）广州港南沙港区：2008年，作者和团队开展了适航水深应用研究工作，综合确定了一期、二期港池适航水深临界重度值为12.3kN/m3。测量表明，港池内回淤层中分布有0.5～2.5m的适航厚度，也表明具有较好的适航水深利用前景。经实际应用，创造了较好的经济效益。(www.xing528.com)

（6）深圳港西部港区：位于珠江口伶仃洋东岸，毗邻香港，背靠珠江三角洲，地理位置优越，水路交通便利，是我国沿海主枢纽港和集装箱干线港。深圳港西部港区主要包括蛇口港区、赤湾港区、妈湾港区和正在筹划建设的前湾港区。

2008年，作者主持开展的适航水深应用研究成果表明，该海域表层沉积物中值粒径均介于0.003 0～0.007 2mm，平均中值粒径约为0.0048mm，黏粒含量在46%左右。综合确定深圳港西部港区航道适航水深淤泥重度值为11.8kN/m3；泊位、港池区域可适当增大适航水深的重度值，取试验结果的上限值12.2kN/m3。通过港方组织开展的水铊测深和常规（高频）测深对比分析，妈湾0#泊位在2008年8月份测量期间存在厚度约为2.0m的淤泥层，招商港区1#—13#泊位港池航道水域在2008年3月和6月的测量期间，也均存在一定厚度的淤泥层。

（7）珠海电厂煤港：珠海发电厂位于广东省珠海市临港工业区，东距珠海市区50km，属中外合作兴建的大型火力发电厂，也是国家“九五”计划的重点项目之一。珠海发电厂首期建设安装两台700 MW发电机组，2001年投入商业运营。珠海电厂港区是在淤泥质浅滩上开发建设的港口，周围有西江的崖门、虎跳门和鸡啼门等河流提供沙源，港池及航道开挖后存在较严重的泥沙淤积。

2012年，作者与团队开展了泥沙流变试验和船模阻力试验等研究，对珠海电厂港池及航道的水流、泥沙淤积变化、港区浮泥分布及适航水深重度标准值进行了论证研究。在珠海电厂港池及航道内，床面泥沙中值粒径介于0.003 0～0.013 4mm（黏土含量介于30%～60%），泥沙中值粒径平均为0.005 4mm。根据流变及船模阻力等试验结果，适航水深临界重度值取12.3kN/m3较为适宜。音叉密度计和高低频水深测量结果表明，在珠海电厂港池和航道内，利用适航水深后，一般情况下可比采用高频测量结果增加0.1～1.2m水深值。

（8）厦门海沧港区：厦门海域位于福建省东南部沿海，与台湾岛隔海相望。厦门海域是一个半封闭型海湾，海沧港区位于九龙江河口区，九龙江河口区受潮汐和径流双重影响，区内有九龙江自此入海。多次现场取样表明，海沧港区特别是西部港池航道的回淤泥沙样品颗粒较细，中值粒径D50平均值在0.007 0mm左右；黏土含量平约为43%，大多属粉砂质黏土，泥沙沉降试验、起动试验和静水密实试验等结果表明，泥沙样品表现出淤泥的特性。2014年，作者主持开展了流变特性试验和船模阻力试验等，综合确定厦门港海沧港区通航水域的适航淤泥重度值为12.1kN/m3，转化为密度值为1 235kg/m3。现场测量表明，九龙江下泄洪水对海沧港区特别是西部水域的13#—21#泊位及其对应航道泥沙淤积产生较大影响，洪水过后会出现较厚的淤泥，密度介于1 050～1 400kg/m3的泥层厚度可达1.0～2.0m。而在正常天气下，海沧港区的适航厚度较小。

（9）华润浙江苍南发电厂：华润浙江苍南发电厂位于浙江省苍南县东北部，布置于琵琶门南侧岬角上，北侧为琵琶山岛和鳌江河口，南侧为平阳咀，东临东海，西南群山抱拦。电厂一期建设规模为2×1 000 MW燃煤机组，规划容量为4×1 000 MW燃煤机组。卸煤码头前沿区域自然海床底标高约2.0m（理论基面），挡沙防波堤口门水域自然海床底标高约-3m。卸煤码头的港池和航道开挖底标高为-7.3m，泊位开挖底标高为-12.1m。

泥沙样品的中值粒径D50介于0.003 5～0.005 5mm；黏土含量介于40%～55%，大部分样品属粉砂质黏土。泥沙沉降试验、起动试验和静水密实试验等结果表明，泥沙样品表现出淤泥的特性。2014年，作者主持开展了流变特性试验和船模阻力试验，综合确定华润浙江苍南发电厂港池航道的适航淤泥重度值为12.0kN/m3，转化为密度值为1 225kg/m3。适泊水深下界面的密度值建议为1 300kg/m3，转换为重度值为12.8kN/m3。苍南电厂的港池航道具有丰富的适航水深资源，2015年7月在超强台风“灿鸿”过后利用音叉密度计测量表明，泊位水域的适航厚度在1.2m左右，港池水域的适航厚度为0.7～1.3m；内航道的适航厚度介于0.07～0.5m，外航道的适航厚度介于0.04～0.5m。

3.1.3　适航淤泥重度的取值范围分析

国内外使用适航水深技术的港口对应的适航淤泥重度值并不完全相同，为了对比，将各港口使用的适航淤泥重度值汇总于表1-2。

表1-2　国内外有关港口的适航淤泥重度值

另外，为了给其他尚未应用适航水深的淤泥质港口提供参考，汇总国内港口的适航淤泥重度值与对应的泥沙部分特征值，见表1-3。可知，除天津港因适航水深主要应用在泊位而选用了较大的数值（12.7kN/m3）外，其他港口的适航淤泥重度值介于11.8～12.3kN/m3，相差不大。经各港回淤泥沙的中值粒径和黏土含量比较，已研究的各港中泥沙中值粒径基本相当，均在0.005 0mm左右，而黏土含量也相差不大，主要在40%～60%。

我国多个尚未应用适航水深的淤泥质港口的泥沙粒径也很细，黏土含量也较高，因而可以判断这些港口也具有应用适航水深的条件，其适航淤泥重度值可能会介于11.8～12.7kN/m3。但需要说明的是，真正应用适航水深时还应利用港口现场泥沙通过试验来科学确定，以保证船舶的安全。

表1-3　国内有关港口泥沙特征及适航淤泥重度值