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洋山四期工程水域“长”出2米深 码头泊位大幅升级

产学研聚焦重大工程,进行科学预测,巧妙利用汊道水动力增加水深,提升泊位等级

  研究发现,颗珠山汊道对平衡主通道的水动力、调节泥沙运输量、减少一至三期工程港池和航道的疏浚量具有十分重要的作用。同时,颗珠山汊道的存在,对形成四期工程港池水域刷深的格局,维持已建港区的良好水深条件是有利的

  日前,洋山深水港区四期工程正式开工建设,预计2017年完工。届时,上海港年吞吐量将突破4000万标准箱,占全球港口年吞吐量的十分之一。记者从负责洋山深水港建设的上海同盛投资(集团)有限公司了解到,四期码头原来的泊位规划是5—7万吨级,而如今,码头规划已升至10万吨级以上,集装箱设计年吞吐能力也从400万标准箱提高到600万标准箱。

  为何在码头靠泊等级上有如此大的跃升?究其原因,是近4年多来,洋山四期工程水域的平均水深增加了2米左右。那么,这条上海稀缺的深水岸线是如何“长”出2米水深的呢?

  3个“8”没有定论

  上海同盛投资(集团)有限公司副总裁王宣告诉记者,水文泥沙问题始终是洋山深水港区建设的核心技术难题。经过深入研究,洋山深水港的港区设计原则确立为: “封堵汊道,归顺水流,减少回淤,安全靠泊”。在这一原则的指导下,从2002年至2008年,洋山一、二、三期工程顺利建成。

  2008年,四期工程的规划研究提上了议事日程。前三期工程建设完成后,工程水域的边界条件发生了较大变化,潮流动力、输沙通道、水下地形也与建港前的原生态有所不同。“封堵汊道”这一原则是否适应变化的环境?同盛集团认为有必要开展新的研究。

  “那年,我们召开了一次全国范围的专家研讨会,邀请包括多位院士在内的24位专家到会,进行四期工程的前期论证。”王宣回忆。那次会议令他至今记忆犹新,因为专家展开了深入探讨和争论,8位专家认为应封堵颗珠山汊道,8位专家认为应保留,还有8位专家没有表态。

  据介绍,小洋山岛链分布着多条汊道。从地图上看,它们把岛链分割得比较散。建设洋山前三期工程时,为了归顺水流,工程团队“围海造田”,封堵了小洋山岛链北侧4条汊道中的3条。到四期工程动工前,北侧仅剩一条以颗珠山岛命名的汊道——颗珠山汊道。

  对这条汊道是封堵,还是保留?专家在这个问题上出现意见分歧,源于水文泥沙问题的复杂性。认为应保留的主要理由,是汊道能保持洋山深水港海域的水动力,从而减少泥沙淤积;认为应封堵的理由,是这么做能像前三期工程那样归顺水流,而且有利于四期港口的建设和运营。“高流速、高含沙条件下的回淤预测是一个世界难题,两种意见都存在不确定性。”王宣感叹。

  “我参加了那次会议,讨论很热烈。”洋山深水港方案设计单位——中交第三航务工程勘察设计院有限公司的总工程师程泽坤说,“水文泥沙很复杂,我们业内开玩笑说,‘这不是科学,是玄学,是艺术’。”

  首创淤积计算公式

  如何解决这个“玄之又玄”的科学问题?2009年,上海市科委设立了科研计划项目“洋山深水港区建设与泥沙监测关键技术研究与应用”,支持同盛集团、华东师大等单位运用定点水文泥沙测验、ADCP(声学多普勒流速剖面仪)走航、固定断面测量、水下地形勘察等现场监测、历年资料统计分析、模型试验研究等多种手段,对新条件环境下的洋山海域水文泥沙问题进行专题研究和课题攻关。

  模型试验方面,交通运输部天津水运工程科学研究院在水槽中,开展了为期一年的模拟试验。这个水槽是袖珍版洋山海域,池底模拟海底地形,高低不平,还布满了木屑,用来模拟泥沙。通过注水,水槽每天“潮涨潮落”,改变着“泥沙”的位置。为保证物理模拟的真实性,科研人员定期测量水槽流速,将测得的数据与洋山海域原型进行比对。

  统计分析方面,研究团队在国际上首创了“顺岸式港池淤积计算公式”。过去,国内外专家在估算顺岸式港池工程竣工后的淤积情况时,常利用“开敞式航道淤积预报公式”,误差比较大。而在洋山四期水文泥沙研究中,专家根据洋山港区流急、水深、含沙量大等特征,为其“量身定做”了一个平衡含沙量公式。将洋山一期工程以来积累的实测数据输入该公式,可以预测海底将出现泥沙淤积,还是刷深。

  2012年,课题通过市科委组织的验收。研究发现,颗珠山汊道对平衡主通道的水动力、调节泥沙运输量、减少一至三期工程港池和航道的疏浚量具有十分重要的作用。同时,颗珠山汊道的存在,对形成四期工程港池水域刷深的格局,维持已建港区的良好水深条件是有利的。

  码头泊位大幅升级

  王宣透露,市领导非常关注四期工程的规划论证情况,要求慎重选择方案。按照市领导的指示,同盛集团选择保留近颗珠山汊道后,一直在进行实地观测、动态研究。实测数据显示,近4年多来,汊道的落潮量增加18%,出水出沙作用日趋增强; 四期工程水域的平均水深从9—10米刷深至11—12米,平均刷深2米左右。

  水深的增加,带来了可观的社会经济效益。仅就四期工程港池水域而言,将减少约800万方疏浚量,工程投资预计减少约3亿元,挖泥船的排放污染会随之减少,港区运营后的维护疏浚量也会下降。四期码头的泊位等级,则从5—7万吨级提升至10万吨级以上。

  据介绍,这是小洋山岛的最后一段岸线。利用汊道水动力将自然水深平均增加2米,对缺乏深水岸线资源的上海港而言弥足珍贵,对上海建设国际航运中心具有重要意义。

  在洋山四期工程案例中,通过政府、企业、高校和科研院所的资金投入,产学研聚焦重大工程,进行科学预测,巧妙利用汊道水动力增加水深,提升了泊位等级。实践证明,该预测的经济产出远高于投入。这一案例还揭示出,上海的科技创新中心建设应融入“四个中心”建设,成为“四个中心”的有力支撑。无论是国际航运中心,还是国际经济、金融、贸易中心,都离不开科技创新的力量,只有彼此融合,才能发挥最大效用。

 
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