（交通信息工程及控制专业论文）基于通航安全分析的日照港石臼港区防波堤工程优化方案研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 日照港地处山东半岛南翼，北邻青岛港，南毗连云港，是我国京沪线以西、 亚欧大陆桥沿线地带的便捷出海口，具有较好的区位优势和建港条件。经过近 2 0 年的建设与发展，同照港己由一个单纯的能源输出港，发展成为一个功能齐 全的综合性商港。 根据日照港总体规划，日照港共分两大港区，石臼港区、岚山港区。但随 着港口吞吐量的日益增加，已有泊位的能力已不能满足吞吐量日益增长的需要， 迫切需要建设新的泊位，根据同照港总体规划的要求，新泊位的建设将沿西区 的集装箱泊位往南发展。新泊位的掩护条件越来越差，已建成的工作船泊位直 接受南向浪的影响，作业条件恶劣，迫切需要建没防波堤来改善港区的泊稳条 件。 通过分析该港区的风、流、浪等自然条件以及船舶密度、事故等因素；结 合该港区防波堤的不同设计方案，建立相关模型，得出不同条件和方案下的通 航条件数据，结合规范进行比照和分析，选出最适合同照港石臼港区的防波堤 设计方案，同时结合该方案提出优化的通航方案。 本文第l 章概述了论文研究的背景、目的、意义以及研究的方法和内容； 第2 章概述了论文研究主体( 防波堤工程) 的概况；第3 章分析了工程水域的 港口、航道、水文气象等资料；第4 章分析了防波堤工程对通航环境的影响； 第5 章分析了防波堤工程对船舶通航的影响；第6 章分析了防波堤工程水域的 通航风险；第7 章对论文研究的内容进行总结并提出相应的观点。 本文对防波堤优化方案的研究客观上可以为保障该水域船舶航行安全等方面 提供了理论依据和建议，优化同照港石臼港区防波堤工程水域的通航条件，使 船舶安全有序的进出该港口，进而使防波堤的建设给石臼港区带来较好的效益 的同时可以最大程度地保证该水域的通航安全。 关键词：防波堤；口门；通航环境；船舶 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t r i z h a op o r ti sl o c a t e do nt h es o u t hs i d eo fs h a n d o n gp e n i n s u l a ，a d j a c e n tt o q i n g d a op o r ti nt h en o r t ha n dt ol i a n y u n g a n gi nt h es o u t h ，ac o n v e n i e n te s t u a r yi n t h ew e s to fc h i n a sb e i j i n g - s h a n g h a il i n ea n di nt h ez o n ea l o n gt h ee u r a s i a n c o n t i n e n t a lb r i d g e ，h a v i n gas u p e r i o rl o c a t i o na d v a n t a g ea n dg o o dp o r tc o n s t r u c t i o n c o n d i t i o n s a f t e rn e a r l y2 0y e a r so fc o n s t r u c t i o na n dd e v e l o p m e n t ，r i z h a op o r th a s d e v e l o p e df r o mas i m p l ep o r to ft h ee n e r g yo u t p u ti n t oa ni n t e g r a t e df u l l yf u n c t i o n a l p o r t i na c c o r d a n c ew i t ht h eo v e r a l lp l a n n i n go fr i z h a op o r t ，s h ei sd i v i d e di n t ot w o h a r b o ra r e a s ，s h i j i ua n dl a n s h a n h o w e v e r , w i t ht h ei n c r e a s i n go fp o r th a n d l i n g c a p a c i t y , e x i s t i n gb e r t h s c a p a c i t yh a v eb e e nu n a b l et om e e tt h eg r o w i n gn e e d so f t h r o u g h p u t ，s ot h e r ei sa nu r g e n tn e e df o rt h ec o n s t r u c t i o no fn e wb e r t h s a c c o r d i n g t ot h er e q u i r e m e n t so ft h eo v e r a l lp l a n n i n go fr i z h a op o r t ，t h ec o n s t r u c t i o no fn e w b e r t h sw i l lb es o u t ht ot h ef u t u r ea l o n gt h ew e s te n dc o n t a i n e rb e r t h s t h ec o v e r c o n d i t i o n so fn e wb e r t h sg of r o mb a dt ow o r s e t h ec o n s t r u c t e dw o r ks h i pb e r t h sa r e d i r e c t l ya f f e c t e db yt h ei m p a c to ft h es o u t hw a v e sw i t hb a do p e r a t i n gc o n d i t i o n s c o n s e q u e n t l y , t h e r ei sa nu r g e n tn e e dt ob u i l dab r e a k w a t e rt oi m p r o v et h es t a b l e b e r t h i n gc o n d i t i o n so ft h eh a r b o ra r e a t h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h ew i n d ，f l o w , w a v e sa n do t h e rn a t u r a lc o n d i t i o n s ，a s w e l la st h ed e n s i t yo fv e s s e l s ，a c c i d e n t sa n do t h e rf a c t o r s ，i nc o n j u n c t i o nw i t ht h e d i f f e r e n td e s i g np r o p o s a l so ft h eb r e a k w a t e r , t h ep a p e rb u i l d sr e l a t e dm o d e l s ，c o m e s t ot h en a v i g a t i o nc o n d i t i o n sd a t ao fd i f f e r e n tc o n d i t i o n sa n dd i f f e r e n t p r o p o s a l s ， c o m b i n e sw i t hn o r m st oc o n d u c tc o n t r a s t i v ea n a l y s i s ，a n df i n a l l ye l e c t st h em o s t s u i t a b l eb r e a k w a t e rd e s i g np r o p o s a l sf o rs h i j i ua r e ao fr i z h a op o r t ，s i m u l t a n e o u s l y b r i n g sf o r w a r dt h eo p t i m a ln a v i g a t i o np r o g r a ml i n k e dw i t ht h ep r o p o s a l c h a p t e rio ft h i sa r t i c l es e t so u tt h eb a c k g r o u n d ，p u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c eo ft h e s t u d y , a sw e l la st h er e s e a r c hm e t h o d sa n dc o n t e n t ；c h a p t e ri ip r o v i d e sa no v e r v i e w o ft h em a i ns t u d y ( b r e a k w a t e rp r o j e c t ) ；c h a p t e ri i i a n a l y s e st h ep o r t s ，w a t e r w a y s ， h y d r o ，m e t e o r o l o g ya n do t h e ri n f o r m a t i o n so ft h ep r o j e c tw a t e r s ；c h a p t e ri v 武汉理t 大学硕十学位论文 a n a l y z e st h ei m p a c to fb r e a k w a t e rp r o j e c to nt h en a v i g a t i o ne n v i r o n m e n t ；c h a p t e rv a n a l y z e st h ei m p a c to ft h eb r e a k w a t e rp r o j e c to nt h en a v i g a t i o no ft h es h i p ；c h a p t e r v ia n a l y z e st h en a v i g a b l er i s k so ft h eb r e a k w a t e rp r o j e c tw a t e r s ；c h a p t e rv i io ft h e p a p e rs u m m a r i z e st h ec o n t e n t so ft h es t u d ya n dc o m e su pw i t ht h ec o r r e s p o n d i n g v i e w p o i n t i nt h i sp a p e r , t h er e s e a r c ho nt h eo p t i m i z a t i o np r o g r a mo ft h eb r e a k w a t e rc a n o b j e c t i v e l yp r o v i d eat h e o r e t i c a lb a s i sa n ds o m er e c o m m e n d a t i o n sf o rt h eg u a r a n t e e o ft h es h i p s s a f en a v i g a t i o ni nt h i sw a t e r s ，c a no p t i m i z et h en a v i g a b l ec o n d i t i o n so f t h eb r e a k w a t e rp r o j e c tw a t e r si ns h i j i ua r e ao fr i z h a op o r tt om a k et h es h i pc o m ei n a n dg oo u ts a f e l ya n do r d e r l y , s ot h a tt h ec o n s t r u c t i o no ft h eb r e a k w a t e rc r e a t e sa b e t t e re f f e c t i v e n e s sf o rs h i j i ua r e a ，a tt h es a m et i m e ，i tc a ne n s u r et h es a f en a v i g a t i o n o ft h ew a t e r st om a x i m u me x t e n t k e y w o r d s ：b r e a k w a t e r , p o r td o o r , n a v i g a t i o ne n v i r o n m e n t ，t h es h i p 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学和其它教育机构的学位和证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所作的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了感谢。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留交向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：罄 荨导师( 签名) 冽曰期 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 论文研究的背景 第1 章绪论 日照港地处山东半岛南翼，北邻青岛港，南毗连云港，是我国京沪线以珏、 亚欧大陆桥沿线地带的便捷出海口，具有较好的区位优势和建港条件。经过近 2 0 年的建设与发展，日照港已由一个单纯的能源输出港，发展成为一个功能齐 全的综合性商港，2 0 0 8 年货物吞吐量居全国沿海港口第9 位，并成为我国沿海 重要的主枢纽港之一。 根据日照港总体规划【lj ，日照港共分两大港区，石臼港区、岚山港区。石 臼港区是日照港主体港区，以煤、金属矿石、水泥、散粮、木片等大宗散货和 集装箱运输为主，并逐步发展港口综合物流、专业物流。近几年，码头泊位建 设步伐逐步加快，虽然工作船泊位、集装箱、散粮、木片和矿石泊位已经建成， 但随着港口吞吐量的日益增加，已有泊位的能力已不能满足吞吐量日益增长的 需要，迫切需要建设新的泊位，根据日照港总体规划的要求，新泊位的建设将 沿西区的集装箱泊位往南发展。新泊位的掩护条件越来越差，已建成的工作船 泊位直接受南向浪的影响，作业条件恶劣，迫切需要建设防波堤来改善港区的 泊稳条件。防波堤的建设客观上将构成碍航，为防止本工程水域通航环境恶化， 保障该水域船舶航行安全，特此进行本论文的研究。 1 2 论文研究的目的与意义 1 2 1 研究的目的 本论文研究目的，本课题的研究目的是为了解决日照港石臼港区糯多带建 设所处水域掩护条件较差的现状，选出较为合适的防波堤设计方案。 1 2 2 研究的意义 本论文研究的意义，就在于对防波堤优化方案的研究客观上可以为保障该 水域船舶航行安全等方面提供了理论依据和建议，优化日照港石臼港区防波堤 工程水域的通航条件，使船舶安全有序地进出该港口，进而使防波堤的建设给 武汉理工大学硕士学位论文 石臼港区带来较好的效益的同时可以最大程度的地保证该水域的通航安全。 1 3 国内外研究现状 国内外有关防波堤工程通航条件的研究相对比较多，譬如马其他共和国马 尔萨什洛克港防波堤工程【2 1 、大连港大窑湾防波堤工程【3 1 、天津港北大港池防波 堤工程【4 】等，他们的方式比较统一，主要是采用建立水工模型，然后利用相关 的测试系统进行测试，得出相关的数据，进而提出防波堤口门的通航条件的方 法。主要的研究思路方法如下： ( 1 ) 建立水工模型 根据某港区的建筑物和地形特点，保证模型的几何相似和水流运动相似， 同时考虑船模的相似性问题以及物理模型中受模型比尺效应影响问题，设定某 一模型，按照一定比例，进行试验。 ( 2 ) 测试系统 主要采用遥控自航船模系统【5 1 ，该系统主要包括无线电操纵的模型船、电 视测量系统、计算机处理系统及舵角遥测接受系统。通过这个系统对船舶的航 行轨迹、舵角、漂角及飘移距离等航行参数和操纵性能进行同步采集和快速解 算处理。 ( 3 ) 模型验证 模型制成后根据全湾二维潮流数值模拟流场的计算结果进行验证试验。得 出该区域通航条件的相关数据。 该研究方式应用比较普遍，得到的数据比较精确，综合考虑了水流的作用， 也考虑了防波堤本身的结构特点。但是该模型没有考虑到风、浪等因素的作用， 且其在通航条件分析时，由于船模的局限性，他们只考虑了防波堤岛堤为实体 或是透空的结构特点，没有能够考虑到水域的特性以及综合比较多种防波堤的 设计方案来确定口门的通航条件。因此，认为此项方式有一定的局限性。那么 针对日照港石臼港区修建防波堤的现状，如何更合理的运用相关的数据模型以 及综合考虑风、流、浪等相关因素来得出同照港石臼港区的通航状况，对船舶 通过口门时的航行安全，以及优化同照港石臼港区的通航环境有着极其重要的 作用。 2 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 研究目标、研究内容、研究方法 1 4 1 研究目标 通过分析该港区的风、流、浪等自然条件等因素；结合该港区防波堤的不 同设计方案，建立相关模型，得出不同条件和方案下的通航条件数据，结合规 范进行比照和分析，选出最适合日照港石臼港区的防波堤设计方案，同时结合 该方案提出优化的通航方案。 1 4 2 研究内容 ( 1 ) 不同方案下的水流、风、浪影响分析 ( 2 ) 利用评价模型对不同自然条件下的防波堤设计方案进行评价，得出最 适合日照港石臼港区的防波堤设计方案 ( 3 ) 设计口门处通航方案及进行漂撞风险性分析 1 4 3 研究方法 ( 1 ) 对影响日照港石臼港区的潮流、风、浪等因素进行分析； ( 2 ) 借鉴现有的防波堤口门通航状况的研究和分析模式，加以完善，结合 日照港石臼港区的自身条件加以分析、验证； ( 3 ) 利用流浪物理模型实验，得出不同方案下拟建防波堤设计波要素及风、 浪的影响要素； ( 4 ) 利用潮流数学模型实验，得出不同方案下拟建防波堤流的影响要素； ( 5 ) 利用专业知识和相关规范及法规、技术，分析出不同方案下拟建防波 堤对航道的影响要素； ( 6 ) 利用相关绘制图表、数据统计等方法，分析出不同方案在不同流态下 拟建防波堤口门布置对通航的影响； ( 7 ) 利用船舶漂撞模型，分析船舶在口门处失控后的漂撞风险。 3 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章拟建工程概况及通航环境 2 1 工程概况 根据工程的初步设计【6 l ，整个港区防波堤工程分为两部分，东区防波堤位 于石臼港区东区的南端，西区防波堤在石臼港区西区规划泊位外侧及煤三期泊 位东侧。设计中根据规划、航道、港池内码头泊稳以及船舶操纵等相互关系， 布置了三个方案，各方案的详细布置见图2 1 ，简介如下： 1 ) 方案一 在方案一中，东区防波堤分为二段：第一段( 记为e 1 ) 从口门沿南北向建 设至规划的散货堆场，长1 1 1 5 m ，走向为9 0 1 1 - - 1 8 9 0 l l ，该段的西侧将形成大 型散货码头；第二段( 记为e 2 ) 沿东西向建设，长7 4 2 m ，走向为2 9 7 0 3 0 1 1 7 0 3 0 ， 该段将成为规划散货堆场的南护岸。 西区防波堤分为四段，第一段( 记为w 1 ) 走向为9 0 l l 1 8 9 0 1 1 ，长1 0 8 4 m ； 第二段( 记为w 2 ) 在规划的泊位北侧1 5 0 m 处，走向为2 7 0 0 - 9 0 0 ，长2 0 5 8 m ； 第三段( 记为w 3 ) 为规划的南作业区大宗散货泊位护岸，走向为1 8 0 0 o o ， 长2 4 0 2 m ；第四段( 记为w 4 ) 结合规划其西侧为规划的大宗散货泊位，走向 为1 8 0 0 0 0 ，长1 3 8 0 m 。由于南作业区的规划大宗散货码头与防波堤不是同期 建设，w 3 段和w 4 段防波堤距离原规划码头前沿l o o m 。 方案一e l 与w 1 段防波堤组成的口门宽度5 1 6 m ，口门有效宽度为3 6 9 m 。 防波堤总长为8 7 7 8 m 。 2 ) 方案二 方案二的e l 段和w i 段防波堤走向均为o o - - 1 8 0 0 ，前后错开。其中e l 段 防波堤长为l1 9 3 m ，w l 段防波堤长为l1 6 0 m 。其余布置同方案一。 方案二e 1 与w i 段防波堤组成的口门宽度5 6 2 m ，口门有效宽度为3 6 9 m 。 防波堤总长为8 9 3 4 m 。 3 ) 方案三 方案三e l 段防波堤走向为3 5 0 0 1 7 0 ，长约1 3 3 0 m ；w 1 段防波堤走向为 0 0 1 8 0 0 ，长约l1 6 0 m 。同时w 1 段防波堤西侧岸线南移1 4 0 m ，增加港池水域 面积。其余布置同方案一。 4 武汉理工太学硕士学位论文 方案= e l 与w l 段防渡堤组成的口门宽度5 1 5 m ，口门有效宽度为3 6 9 m 。 防波堤总长为8 8 1 5 m 。 图2 - 1 工程平面布置图 22 工程船型 根据石臼港区当前船舶的通航情况和发展规划，选取研究船型参数见表2 - 1 所列。 武汉理工人学硕十学位论文 表2 1选取研究船型参数表 船舶吨级船型主尺度( m ) 船舶类型 ( d w t )总长型宽型深满载吃水 3 0 0 0 0 0 3 4 05 7 12 7 42 3 o 2 0 0 0 0 0 3 1 2 5 0 o2 5 7 1 8 5 1 0 0 0 0 02 5 04 3 02 0 51 4 3 5 0 0 0 02 2 53 2 31 8 o1 3 o 散货船 3 0 0 0 01 9 03 0 51 5 81 1 2 4 0 0 0 02 0 52 9 0 1 6 2 1 1 8 2 0 0 0 01 6 42 5 o1 3 59 8 1 5 0 0 01 5 32 3 o1 2 99 4 1 0 0 0 01 3 62 1 o1 1 18 4 2 0 0 0 01 6 62 4 71 4 o1 0 2 1 5 0 0 015 92 3 o1 3 49 7 杂货船 1 0 0 0 01 5 02 2 21 3 28 8 5 0 0 0 1 2 518 51 0 57 4 3 0 0 0 9 7 15 o 7 9 6 1 散装4 0 0 0 0 18 8 3 1 o1 5 7 1 1 3 水泥船 1 5 0 0 01 5 72 2 o1 2 09 1 客滚船5 0 0 01 4 72 2 o1 4 37 1 1 0 0 0 0 03 4 64 6 52 4 81 4 5 5 0 0 0 02 9 43 2 32 1 71 3 0 集装箱船 3 0 0 0 02 4 43 2 31 9 71 2 o 2 0 0 0 01 8 32 7 81 5 21 0 5 2 0 0 0 01 6 32 4 21 3 59 8 成品油船 3 0 0 09 81 4 67 86 2 4 0 0 0 02 0 63 2 31 1 o 木片船 1 5 0 0 015 32 3 o9 4 6 武汉理工大学硕士学位论文 23 港口、航道概况 2 3 1 港口概况 h 照港石臼港区位于黄海之滨山东半岛南翼与苏北浅滩交汇的凹部，在日 照市老城区东南1 0 k m 的石臼所镇，地理坐标3 5 。2 3 n ，1 1 9 0 3 3 e 。面临黄海， 背靠鲁南大地，地处山东半岛和江苏大地夹角的底部，处在我国海上南北运输 主通道的中间。水路距青岛港6 5 nm i l e ，距连云港4 0 nm i l e ；陆上西距充州 3 1 2 k m ，充( 州) 石( 臼所) 铁路可通充腾煤田，并与津浦、京广、焦枝、同 浦等铁路干线联接。形成日照港通往直接腹地和间接腹地的集疏运铁路交通干 线网。公路有国道直达济南、淄博、潍坊、青岛等工业城市，三条规划中的港 口公路( 上海路、北京路、宁波路) 与2 0 4 国道连接，可形成“一纵三横”的 公路运输网络。 图2 - 2 日照港港区示意图 石臼港区水域大致布置为3 16 x 1 75 k i n 矩形区域，基本以奎山嘴坐标点1 和点3 8 为起点、以宽度1 53 k m 向东南( n l l 7 。) 向外延伸到水深约2 2 m 处。 水域控制点坐标见表2 - 2 。 武汉理t 大学硕士学位论文 表2 - 2 石臼港区水域控制点坐标 点号 x y 3 83 9 1 8 4 9 l 4 0 4 5 9 8 81 s 13 9 1 8 4 9 1 4 0 4 6 7 7 91 s 23 9 0 7 5 0 84 0 4 8 9 3 4 7 s 33 8 9 1 9 5 34 0 4 8 1 4 2 2 s 43 9 0 3 9 8 64 0 4 5 7 8 0 4 s 53 9 0 9 5 9 94 0 4 5 3 3 8 7 13 9 1 2 0 9 64 0 4 5 3 38 6 2 3 2 航道概况 ( 1 ) 航路 船舶进出同照港需经过以下两点之间的水域：( 3 5 0 1 6 3 0 n ，1 1 9 0 4 2 2 4 e ) 及( 3 5 0 2 0 2 2 n ，1 1 9 0 2 4 4 2 ”e ) 。 南下船舶航路按照1 2 6 0 航向航行，接成山头至长江口的南北航路，到韩国、 日本和北上的船舶按照9 0 0 航向航行，到青岛方向的小型船舶按照5 0 0 航向航行， 驶往连云港的船舶按照2 0 2 。航向航行；驶往岚山港的船舶按照2 3 7 0 航向航行， 上述航路中心线起点是上述两点连线的中点，宽度为4 nm i l e ( 驶往岚山港、连 云港方向的航路宽度为2nm i l e ) 。 ( 2 ) 航道 1 ) 主航道：主航道直线长度6 0 0 0 m ，底宽为2 9 0 m 、底高程为一l8 m ，航道 轴向2 9 7 。 - - - 1 1 7 0 。 2 ) 煤码头主航道：煤码头主航道从l 号浮标( 3 5 0 2 0 7 1 0 3 n ，1 1 9 0 3 4 2 4 e ) 、 2 号浮标( 3 5 0 2 0 1 1 9 n ，1 1 9 0 3 4 3 5 9 e ) 进入；总长度：2 4 0 0 m ；宽度：2 0 0 m ， 两侧各5 0 0 m 可航水域；水深1 5 m ( 航道最浅点1 3 m ) ；底质：泥沙；走向：3 4 5 0 4 5 。 8 武汉理工大学硕士学位论文 24 气象 图2 - 3 石臼港区航线航道示意圈 本报告统计分析中的气象因素：气温、风况、相对湿度是使用石臼所海洋 站1 9 6 0 - - 1 9 9 6 年的连续观测资料：降水、雾的统计是采用该站1 9 5 5 - - 1 9 9 6 年 的观测资料。该站观测点位置为3 5 。2 4 n ，1 1 9 。2 4 。e ，观测场海拔9i m 。风速仪 离地面高度1 06 m 。 2 , 41 气温 历年平均气温1 28 c 年极端最高气温3 75 ( 出现于1 9 6 4 年7 月8 日1 年极端最低气温- 1 37 c 1 出现于1 9 6 7 年1 月1 5 臼1 2 42 降水 年平均降水量为8 1 33 m m ；降水量的年际变化很大，晟大的1 9 6 4 年达到 4 2 62 r a m ，昂小的1 9 5 5 年仅有5 0 4l m m ，变幅高达9 2 2l m m 。 日最大降水量为1 7 33 m m ，出现在1 9 6 7 年8 月16 日。 武汉理工大学硕士学位论文 该区降水有明显的季节变化，降水多集中在6 、7 、8 三个月，其降水量占 全年降水量的5 7 6 。 降水日数( 同降水量在l o 1 - - - 2 5 m m ) 历年平均1 5 4 d a ；降水日数( 日降 水量在2 5 - 5 0 m m ) 历年平均6 7 d a 。且多集中于6 - 一8 月，6 , - 一8 月平均月降水 r 数均超过1 0 d ，其中7 月最多，达1 5 3 d 。 2 4 3 风况 本海域全年各向风频率相对均匀。常风向为n ，频率9 ；次常风向n n e ， 频率8 。强风向为w s w ，实测最大风速2 2 m s ，出现在1 9 7 6 年7 月，历年平 均风速为4 3 m s 。详见石臼港区风玫瑰统计表和风玫瑰图。 表2 3 石臼港区风玫瑰统计表 项目 平均风速( m s )最大风速( m s )频率( ) 风向 n5 3 2 09 n n e5 72 0 8 n e4 9 2 05 e n e4 41 7 4 e 4 31 54 e s e4 11 75 s e 4 11 55 s s e4 71 67 s4 21 5 7 s s w3 9185 s w3 5 1 75 w s w 3 12 25 w2 91 5 7 w n w2 91 56 n w2 91 4 5 n n w4 8 1 97 c6 l o 武汉理t 大学硕士学位论文 n f 一一4 ，一 勿 冬邀 分 风同频翠 q曼1 9 【- 最大风速 鬯一互h l o ( ，一) 平均风速 q! p ( m s ) 无风频率 c ：6 0 0 图2 - 4 石臼港区风玫瑰图 多年平均大于等于6 级风的日数为4 6 d a 。多年平均大于等于8 级风的日 数为1 6 1 d a 。 2 4 4 雾况 本海域多年平均雾日数为3 0 4 d 。一般雾日连续出现2 , - 一3 d ，最长达9 d ，分 别出现在1 9 6 4 年4 月和1 9 8 7 年6 月。 2 4 5 相对湿度 本海域多年平均相对湿度为7 2 。 2 4 6 灾害性天气 自1 9 6 0 年以来，影响石臼港区的台风近9 0 个，年均为2 4 个。导致本海 域出现大于等于6 级风的台风，共出现3 4 个，占影响本港区台风总数的3 8 ， 其中1 8 次出现大于等于7 级风。j x l 影1 j 本港区的最大风速是2 3 m s ( 9 2 1 6 台 风) ，次者是2 1 m s ( 7 4 1 2 台风) 。 武汉理工人学硕士学位论文 2 5 水文 2 5 1 潮汐 1 ) 基准面及换算关系 平均海平面 图2 5 基准面关系图 2 ) 潮汐性质 石臼港区属规则半日潮。 3 ) 潮位特征值 统计1 9 6 8 1 9 9 6 年潮位资料，本港潮位特征值如下( 以石臼港区理论最低 潮面起算) ： 历史最高潮位5 6 5 m ( 1 9 9 2 年8 月3 1 日) 历史最低潮位0 4 7 m ( 1 9 8 0 年1 0 月2 6 日) 平均高潮位4 2 2 m 平均低潮位1 2 2 m 平均海平面 2 7 3 m 平均潮差3 0 2 m 最大潮差4 9 0 m 4 ) 设计水位 设计高水位4 7 3 m 设计低水位0 5 9 m 极端高水位5 8 2 m 极端低水位 一0 6 0 m 5 ) 港池、航道乘潮水位 1 2 武汉理t 大学硕士学位论文 港池、航道乘潮水位详见表2 4 ，表2 5 。 表2 - 4 石臼港区年乘高潮不同历时累积频率的乘潮水位值单位：m 絮 f - - 6 0 f - - 7 0 f = 7 5 f = 8 0 f = 8 5 f = 9 0 f = 9 5 乘潮延时 t - - 1 4 0 73 9 63 9 23 8 73 8 53 6 9 3 6 0 t 一2 3 9 03 8 13 7 83 7 23 6 93 5 63 4 5 t - - 33 6 93 6 33 5 93 5 33 5 03 3 93 3 0 t - - 43 4 03 3 33 3 03 2 63 2 33 1 33 0 4 表2 5 石臼港区( 冬三月) 乘高潮不同历时累积频率的乘潮水位值单位：m 泱 f = 6 0 f = 7 0 f = 7 5 f = 8 0 f = 8 5 f - - 9 0 f = 9 5 乘潮延时 t = i3 7 03 6 53 6 03 5 53 4 53 4 03 3 2 t - 23 6 03 5 33 4 53 4 03 3 53 2 73 2 0 t - - 33 4 33 3 33 2 73 2 23 1 23 0 52 9 0 t - - 43 1 53 0 53 o o2 9 52 9 02 8 52 7 8 2 5 2 波浪 1 ) 波况 石臼港区附近海域是以风浪为主的混合浪。波高( h 。) 超过3 0 m 的大浪 以台风过程引起的居多，气旋过程引起的较少，其波向几乎全部为偏东方向。 涌浪主要出现在夏秋季，且以东向涌浪为最多。 北 图2 - 6 波玫瑰图 1 3 波商分缓 h w =6 7 h w =8 9 h w = 1 。0 1 1 h w = 1 2 1 3 h w = 1 5 1 g i w = 2 0 2 1 h w = 2 4 2 【j h w = 2 9 30 hw 频 率q 一至一 无波频率 资料期限 c = 15 3 0z 2 0 0 6 。9 2 0 07 7 武汉理工大学硕士学位论文 使用1 9 7 7 - 2 0 0 4 年实测海浪资料统计，石臼港区海域常浪向为e ，频率 2 0 0 3 ；强浪向为e ，实测h 4 0 ，2 2 0 m 的频率为0 4 3 ，实测i - h 2 2 5 m 的频率 为o 1 5 ：最大实测波高h m a x = 4 4 m ，e 向，出现于8 1 1 4 号台风期，详见石 臼港区波玫瑰图统计表3 5 和石臼港区波玫瑰图2 - 6 。 表2 - 6 石臼港区各级别波高( 1 9 7 7 2 0 0 4 年) 波玫瑰图统计表单位：频率( ) 波高( m ) 级别 0 o 6o ，7 o 80 。9 一1 o1 1 1 21 3 1 51 6 2 02 。1 2 42 5 2 ，92 3 0 方位 n2 5 lo 7 70 4 80 2 40 2 0o 1 00 0 2o 0 0 o 0 0 n n e1 2 l0 3 60 3 00 1 5o 1 60 1 9 o 0 50 0 10 0 0 n e2 5 51 1 60 9 8o 7 80 7 9o 4 8o 1 0o 0 2 0 0 l e n e3 8 21 7 41 3 01 0 5o 9 50 7 50 1 5 0 0 40 0 0 el o 2 43 5 02 1 91 4 81 2 7 0 9 0 o 2 8 0 1 50 0 2 e s e 7 2 02 1 3o 9 8o 6 8 0 3 5o 2 00 0 50 0 3o 0 3 s e 6 4 0 2 1 21 0 20 4 60 3 l0 1 50 0 4o 0 20 0 0 s s e4 5 01 0 9o 4 5o 2 8o 1 80 1 lo 0 30 0 00 0 1 s5 6 71 1 5o 5 70 2 5o 1 20 0 5o 0 0o 0 00 0 0 s s w1 1 30 2 2o 0 60 0 10 o l0 0 0 o 0 0o 0 00 0 0 s w0 7 6o 1 90 0 60 0 2 o o o o 0 0 o 0 00 0 0o o o w s wo 3 5o 0 5o 0 20 0 10 o oo 0 0 o 0 0o 0 00 0 0 wo 3 8 o 0 10 0 0o 0 00 0 0o 0 00 o o0 0 0o 0 0 w n wo 2 l0 0 3o o oo 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 0 n w0 2 30 0 50 0 1o 0 1o o o0 0 0o 0 0o 0 0o 0 0 n n w0 4 60 1 5o 0 80 0 50 0 lo 0 lo 0 00 o o0 0 0 c1 3 1 50 0 0o 0 00 0 0o 0 00 o oo 0 0 o 0 0 o 0 0 2 1 4o o l0 o oo o oo o oo 0 0 o o oo o oo o o 2 5 3 海流 1 ) 潮流性质 石臼港区海域潮流性质分别属规则半日潮和不规则半同潮流。为了更清楚 地了解拟建防波堤水域的海流流况，在拟建工程附近中交第一航务工程勘察没 1 4 武汉理t 大学硕士学位论文 计院( 简称中交一航院) 勘察处水文室分别于6 月2 6 2 7l q ( 大潮) 和7 月4 5 日( 小潮) 期间在本工程海域进行了4 点同步、全潮海流观测。测流点站位见 海流观测站位图2 7 。通过对本次海流观测资料进行准调和分析，f 为潮流性质 判别系数，即f = ( w k i + w 0 1 ) w m 2 。各站的平均f 值均在0 1 8 - - 0 3 2 之间， 观测海区的潮流性质为规则半日潮流。依据对石臼港区海域多次实测海流测验 成果计算、分析得：现石臼港区的东区以东海域属规则半日潮流，石臼港区的 北区和西区海域属不规则半日潮流。 图2 7 海流观测站位示意图 2 ) 潮流运动形式 本海域半同潮流居主导地位，其中m 2 分潮流起主导作用。除石臼港区的 北区水域外，本海区潮流的往复性质极为显著，潮流主要呈逆时针方向旋转。 北区和东区端部水域涨潮流为顺时针旋转，落潮流大体呈逆时针旋转。 0 6 2 、0 6 3 、0 6 - 4 测站具有明显的往复流特性，海流主流向趋势较为接近， 涨潮主流向在2 2 0 0 附近，落潮主流向在5 0 0 附近。0 6 1 测站受岸边地形影响旋 转流特性较为明显。 1 5 武汉理工人学硕十学位论文 3 ) 潮流运动历时、流速、流向 石臼港区涨潮流平均历时均小于落潮流平均历时。涨、落潮流最大流速平 均流向除中港区水域外，从港区的北部边界向南、西南水域涨潮流最大流速平 均流向为s s w - - s w 向；落潮流最大平均流向为e n e 一- - n 向；北区水域涨、落 潮流最大流速平均流向分别为n e 和s s e 向。 观测海域内实测最大流速为1 0 4 c m s ，其对应流向为2 2 0 0 和2 1 6 0 ，分别出 现在大潮涨潮期间0 6 2 测站表层和0 6 3 测站表层。 从变化趋势上看：各站各层涨潮实测最大流速均大于对应落潮实测最大流 速；各站各层大潮实测最大流速大于对应小潮实测最大流速。 0 6 1 测站海流的涨急、落急时刻及转流时刻比0 6 2 、0 6 3 、0 6 4 测站早约 两小时，这主要是因为0 6 1 测站离岸较近，受岸边地形的影响比较显著。 图2 8 海流矢量图 4 ) 潮流最大可能流速 使用实测资料计算、分析本港区水域的潮流最大可能流速为：本港区东部 和南部水域，潮流最大可能流速大致在1 0 0 - - 1 9 0 m s ；中区水域，流况较复杂， 流速不大，潮流最大可能流速约为0 4 m s 。 根据本工程水域的实测资料，通过调和常数计算潮流的可能最大流速见表 2 7 。 1 6 武汉理t 大学硕士学位论文 表2 74 测站潮流可能最大流速单位：流速：锄s ；流向：o 层次 站位 要素 表层 o 2 ho 6 h0 8 h底层 流速 8 2 o8 3 37 6 97 9 56 9 3 0 6 - 1 流向1 9 62 1 02 3 62 4 7 2 4 0 流速 1 2 0 31 1 9 31 1 6 81 0 4 99 6 6 0 6 2 流向2 2 12 1 62 1 52 1 42 2 3 流速 1 3 2 4 1 2 6 o1 1 0 99 8 2 8 4 5 0 6 3 流向 2 3 52 2 22 3 32 2 42 3 3 流速1 4 2 11 3 7 09 8 39 3 48 2 9 0 6 _ 4 流向 2 1 62 2 42 1 3 2 2 5 2 2 7 5 ) 余流 本港区海域余流分步比较规律。其特点是：余流分布受地形影响较大，在 岬角尖端处，余流有突然增大现象，如奎山嘴东南方测点；在部分水域受地形 影响余流具有明显的回旋现象；近岸余流强于远岸。 根据本工程水域的实测资料，通过准调和分析计算观测海区的余流，观测 海区的余流流速值在1 6 c m s 1 6 0 c m s 之间。其中超过1 0 c