海滩养护对海滩生态系统的多尺度影响述评

海滩是常见且脆弱的滨海生态系统,具有极大的生态服务功能。受气候变化和人类活动的多重影响,海滩生态系统受损严重。海滩养护是利用人工补沙的方式对海滩地貌进行修复,是抵御海岸侵蚀和改善海滩环境的有效措施,以往的养护往往忽略了对海滩生态系统的影响,许多研究表明海滩养护对海滩生态系统会产生多方面、多尺度的复杂影响。本文在总结前人研究的基础上,梳理出海滩生态系统的构成、特点和功能,分析了海滩生态受损的基本特征,对海滩养护对海滩生态系统多尺度影响过程及影响机制进行了重点述评,并从降低负面生态影响角度给出了海滩养护技术优化方法,以支撑海滩生态系统适应性管理和可持续利用。

砂质海岸海滩养护工程造价概算控制技术探讨——以珠海市桂山岛海豚湾海滩养护工程为例

砂质海岸海滩在全国沿海各地都有分布,其养护工程是海岸生态修复工程的主要类型之一。砂质海岸海滩养护工程造价概算是海滩养护工程管理决策的重要依据,对海滩养护工程高质量实施具有重要意义。文章针对我国砂质海岸海滩养护工程造价概算控制的技术需求,在分析砂质海岸海滩养护工程造价构成的基础上,探讨了海滩养护工程造价概算技术流程,分析了海滩养护工程造价概算控制技术要点,并以珠海市桂山岛海豚湾海滩养护工程为例,测算了海豚湾海滩养护工程施工量及物料耗用量,调研了主要耗用物料的市场价格,编制了海豚湾海滩养护工程造价概算控制表,剖析了海豚湾海滩养护工程造价概算控制技术要点,以期为海滩养护工程造价控制提供技术方法。

海滩养护影响下的海岸风沙作用研究进展

海滩养护已经成为全球基于自然(nature-based)海岸防护的主要手段,并得到广泛应用。随着全球强风区海岸海滩养护工程数量的增加,海滩养护对海岸风沙过程产生的一系列影响逐渐得到重视。海滩养护工程形成了新的海滩地貌形态,扩大了海滩风区、增加了风沙物源、提高了滩面高程、改变了滩面沉积物,海滩地貌和沉积物组分变化引起了风沙运动过程的变化,与自然海滩风沙过程相比,有其独特的过程和特征,已经成为海岸风沙研究的热点之一。本文从海滩养护影响下的风沙环境变化、风沙活动变化以及养护海滩对沙丘的影响等3个方面梳理了国内外研究进展,提出养护海滩风沙研究存在区域不平衡以及风沙过程的综合性影响和定量化研究不足等问题,并结合我国海滩养护未来的发展趋势,从强风区养护海滩风沙运动规律、养护海滩风沙环境全要素的综合影响和风沙作用变化的模型评估等方面展望了我国养护海滩风沙研究的未来发展方向。

我国海滩养护效果评价的现状分析与应用展望

21世纪以来,海滩养护工程在我国许多滨海旅游城市纷纷开展,养护后的效果评价工作应运而生。通过分析文献资料和统计数据,总结了近10a来我国海滩养护效果评价的发展现状,针对现阶段存在的问题提出了对策建议。研究发现:我国养滩效果评价工作在2010年之前仍停留在理论研究阶段,在评价尺度、评价因素和监测方式三个方面具有明显的早期发展特征;近5a来国内学者开展的养滩效果评价指标体系研究,呈现出评价层级逐渐明晰、评价指标逐渐细化、评价内容逐渐完善的发展趋势。以现状分析为基础,本文提出了我国目前海滩养护效果评价在研究与实践中存在的3个问题及对策建议,并在此基础上对其未来的应用进行了展望。

我国海滩养护现状

向海滩抛沙养护是当前抵御海岸侵蚀的最佳措施。近几十年来,在西方发达国家发展很快,我国尚处于起步阶段,但近2～3年发展迅速。根据近两年的调查,截至2009年底已有十多处受侵蚀岸段完成或基本完成了海滩养护工程,其中13个典型养护岸段岸线总长度10.39km,共向海滩抛沙约202.7万m3,平均单宽抛沙率约196.3m3/m,大部分养滩工程均可稳定30～60m宽的干滩,个别养护工程不尽人意,存在砾化、泥化和快速蚀退等隐患。与国外养滩业比较,我国养滩工程具有规模小,发展快,类型齐全和软、硬工程兼顾的特点。目前来看,在养滩分类、养滩标准和寿命预测等法制管理措施方面尚需加强。

海滩养护过程和工程技术

海滩养护是根据设计方案,向海滩大量抛沙,或者同时辅以硬工程,使受蚀海滩增宽和稳足的工程,是抵御海岸侵袭灾害的最佳措施。上世纪末发达国家已普遍开展,我国目前尚属起步,但近年发展迅速。该工程分调查,重建和修补3个阶段,三者相互补充和制约。重建前必须充分调查目标岸段,以为设计养护方案提供依据;重建阶段应注重抛沙位置、沙成分、抛沙量和沙源选择等工序;重建后应进行多年的剖面监测和再抛沙的修补。在那些浪大,沙少和岩礁裸露的侵蚀岸段,应辅以丁坝或岸外潜坝等硬工程加以抵浪,维持所填沙的稳定。

厦门岛会展中心海滩养护及其对我国海岸防护的启示

硬式护岸是传统的海岸防护手段.近几十年来,以养护海滩为主的软式护岸已成为欧美发达国家海岸防护的主要措施,而我国尚处于起步阶段.本文以厦门岛会展中心海岸养滩实践为例,通过分析其海岸地貌演变历史、数值模拟养滩工程方案及定期观测海滩养护后剖面的变化,论述了该工程的必要性和可行性,以及养护后海滩的稳定性.同时,结合发达国家护岸的发展趋势,对我国的护岸转型作了思考.研究表明厦门岛会展中心海滩养护工程的施工使该海岸防护方式由硬式转变为软式,工程完成后为期半年的剖面监测数据显示单位宽度留存的沙量平均为381.4 m3/m,为施工初期平均值440 m3/m的86.7%,表明该海滩基本稳定.海滩养护可以修复受损的海滩或者营造新的滨海沙滩,改善滨海城市环境,提高城市品位,促进城市滨海旅游的发展,进而带动社会经济的发展,具有社会、经济、环境、生态等多方面的效应.我国海岸防护观念正在由传统的硬结构护岸转向软式的沙滩护岸,海滩养护将是我国未来海岸防护的一种更好的措施.

海域水动力对老虎石海滩养护响应关系分析

老虎石海滩的海滩养护工程包含三段滩肩补砂和两个吹填的水下沙坝式潜堤.采用软件Mike 21建立老虎石2维潮流和波浪数学模型.根据2011年水文波浪实测资料对数学模型进行了验证和计算效率评价,评价结果表明计算的潮位和潮流过程与实测值吻合较好,精度较高.重点研究了海滩养护对其近岸区域潮流和波浪的影响,得到沙坝坝身处是流速、波高变化最大的位置,受动力作用影响最大.吹填沙坝因波浪增高掀沙、潮流挟沙输运,可为其后方的海滩提供沙源补充.近岸区域潮流动力较弱,波浪变化较小,采用人工补砂和水下沙坝式潜堤双重整治的海滩养护工程对海滩上人工养护泥沙的保存非常有利.

北戴河西海滩养护工程方案研究

近年北戴河西海滩侵蚀速度显著增大,亟需治理,治理工程计划采用人工养滩辅以硬体工程措施的方法。文章阐述了一个基于一线模型开发的岸线演变模型GENESIS,首先以水工模型实验的结果验证了GENESIS模型的可靠性,并研究了主要物理参数对岸线演变模拟结果的影响;再用GENESIS模型及配套的波浪模型STWAVE预测北戴河西海滩各种养护方案下工程后10年内的岸线演变情况,比较分析模拟结果并提出最佳养护效果方案。

北戴河海滩养护方案实验研究

对北戴河海滩人工养滩工程的可行性进行研究,通过物理模型实验对所设计的4个岸滩防护方案进行对比研究,给出了各方案稳定的岸滩剖面形态、侵蚀岸线和平衡恢复岸线。通过对这些实验结果的分析,论述了A、B、D方案在各种波况下海滩稳定性和恢复能力,探讨不同方案的护滩效果,并最终确定D方案为最优方案。

海滩养护后剖面变化过程研究——以北戴河西海滩和中海滩为例

海滩养护目前已成为防治海岸侵蚀的主要措施。养滩工程后海滩剖面发生较大的变化,对剖面的变化过程进行研究,可以理解海滩地貌和动力之间的关系,同时也可以对养滩工程进行评价。通过对北戴河西海滩和中海滩两处养护海滩剖面的养护前、养护初、3个月、6个月、9个月和1年后等时间节点进行剖面形态测量,对海滩剖面的变化进行研究。结果发现填沙区内海滩在养滩工程初,滩肩按照设计增宽约30m,即原岸线平均向海推进约30m;养滩3个月后填沙岸段侵蚀较大,两个海滩滩肩宽度共缩小约7～14m;6个月后滩肩宽度相比3个月时再减小4m,大部分剖面蚀退量开始减小;9个月后和1年后的侵蚀量相对之前更少,有些剖面甚至开始淤积。由于填沙区内侵蚀的物质向两侧运移,使得填沙区外海滩剖面则基本上一直处于淤积状态。1年后滩肩宽度相比养护前宽度增宽约为12～16m。西海滩和中海滩在1年后填沙保存分别为88.7%和75%,养滩效果良好。

秦皇岛海滩养护工程的实践与方法

针对海岸侵蚀、沙滩退化问题,近年来在秦皇岛开展了一系列海滩养护方面的工作,积累了一套较为实用的经验和方法。介绍了秦皇岛西海滩、金梦海湾、老虎石和东海滩4个典型案例,其中西海滩采用了"沙丘—海滩—沙坝—潜堤"海滩养护模式,金梦海湾以滩肩补沙为主,老虎石侧重保护,东海滩则是需要多次维护。同时,总结了海滩养护的方案论证、规划设计、工程监测等方面的经验和教训,并就养滩寿命、沙坝的适用性以及工程风险等问题进行了探讨。

北戴河西海滩养护工程海域潮流场数值研究

针对秦皇岛北戴河西海滩养护计划评价的需要,采用Delft3D-Flow建立工程区海域潮流模拟研究的数学模型,通过对大区域范围内5个测站流速、流向的验证,将计算所得参数运用于嵌套在其内部的小范围海域设计方案下潮流场的模拟。结果表明通过在海区岬角处修建突堤和修筑离岸潜堤工程会显著减小工程区内潮流速度,有利于养滩的形成和稳定。

环渤海砂质岸侵蚀和海滩养护

环渤海辽冀津鲁砂质岸近几十年遭受愈来愈强烈的侵蚀,岸线平均蚀退率约1.0～2.0m/a,局部或短期可达5～8m/a。为抑制海岸侵蚀,曾采取大量修建顺岸坝、丁坝等海岸"硬工程"护岸,但引起下游岸段继续侵蚀。近年逐渐发展起来的抛沙养滩工程可以增宽和稳定海滩,至2012年底,已完成和正在进行共有13处养滩工程,包括砂岸养滩、泥岸养滩和岩岸养滩等3种类型。在不同类型的海滩上养滩,应强调不同的设计重心。环渤海各养滩工程效果比较好,促进了滨海旅游业的发展,也取得了一些设计经验,预计未来将迎来环渤海海滩养护的新高潮。

秦皇岛金梦湾海滩侵蚀和海滩养护

金梦湾海滩是秦皇岛海港区西部较大的浴场，地理位置优越，但在养滩工程前曾遭受着严重的侵蚀，侵蚀速率在1．26～1．98m／a之间，最大可达3．86m／a，海滩宽度为40～90m，沉积物粗化严重，海滩质量较差，严重影响了海滩的旅游功能。海滩修复工程主要采用近岸补沙和建设生态离岸潜堤的方式，其中近岸补沙方量为172．5×10^4m^3，离岸潜堤3条。工程后经过1年多的观测，海滩仅在工程后初期侵蚀量较大，之后海滩侵蚀趋势明显减弱，海滩逐渐向平衡状态发展。养滩15个月后，海滩上仍保留了83．4％的沙体，养滩效果良好。

岬湾海岸海滩养护工程对水体交换的影响

岬湾海岸内岬头后侧水动力条件较弱容易造成水体生态环境退化,水环境改善可归结为控制污染物,而水体交换能力的强弱反映了水体自净能力.采用MIKE 21软件建立潮流和保守物质输运模型对人工岬湾内部进行分区研究,引入时间尺度指标定量分析水体交换对海滩养护的响应.由于海滩养护工程中沙坝与水流走向保持基本平行,沙坝修建后使得岬头后侧环流减弱,沙坝坝顶处流速增加,两沙坝间通道流速减小.滩肩前方海域流速减小,两沙坝后侧的流速减少更多.人工岬头与沙坝之间形成潮汐通道使得靠近岬头处流速有所增加,工程后滞留时间缩短;其中岬湾内近岬头的2个子区域滞留时间减少量较多,岬湾内中部区域滞留时间变化不明显.波浪和风场均会促进水体交换,但由于波浪受到风场影响,波浪和风场共同作用下滞留时间并不为单独条件的线性叠加关系.

海滩养护的功效和寿命——以北戴河海滩养护工程为例

以北戴河海滩养护工程作为实例，通过养滩前后3年的监测剖面数据，不仅计算了干滩宽度、中潮滩宽度、低潮滩宽度与单宽蚀淤量4个主要参数变量，分析了海滩剖面形态的演化特征，而且还计算了养护海滩效率系数和保存系数，结果显示：近3年来北戴河养护海滩干滩、中潮滩、低潮滩效率系数分别为5．37、2．88、1．47，保存系数分别为1．01、0．67、0．75。初步总结了北戴河养护海滩的短期功效，其中西海滩养滩寿命为10～12a，延长养滩工程寿命包括养滩砂岸的长度，平面护岸体系，抛沙方量和破波高度等因素。

波流对人工岬头和海滩养护工程的响应

以新开河口至南山岸线为研究对象,为减少海岸侵蚀,在岸线两端修建人工岬头和包含水下沙坝的海滩养护工程.基于MIKE 21软件建立潮流和波浪耦合模型,研究波流动力对人工岬头和海滩养护工程的响应变化.人工岬头的挑流作用使得东西岬头前流速增加,但岬湾内部流速减小并在岬头后侧形成弱环流.海滩养护工程后沙坝坝顶有效波高略有增加,但沙坝之间有效波高有所削减,沙坝后侧海域波高明显减少;滩肩前方海域有效波高减小,涨潮期间波高减小量大于落潮期间波高减小量.人工岬头和海滩养护工程的共同作用可有效削减岬头和沙坝环抱海域特别是近岸的潮流和波浪,减少海岸侵蚀.

海滩养护和修复工程的动态平衡滨线设计研究——以浙江省苍南县炎亭湾海滩修复工程设计为例

以浙江省苍南县炎亭湾海滩修复为例,基于"CERC"的沿岸输沙率计算公式,建立了一套依据工程区近滨波浪场分布进行动态平衡滨线设计的方法,包括独立输沙单元海滩和非独立输沙单元海滩2种滨线形态设计方法.研究发现:在海滩养护和修复工程中,依据动态平衡滨线设计方法对滨线走向进行科学论证是十分必要的;独立输沙单元的海滩可以视为沿岸输沙率为零的非独立输沙单元的海滩,前者海滩平衡滨线的布设是后者平衡滨线布设的一种特例;相较于"静态岬湾海滩概念(SBBC)"模型,本研究提出的动态平衡滨线设计方法更具优势,该方法可用于大多数海滩的平面形态设计.

绥中天龙寺海滩养护方案研究

运用数值模拟方法研究了养滩后岸线变形和剖面侵蚀的情况,确定了沙滩养护方案为:采取以补沙基准岸线向海推进5 m,补沙设计高程为2.4 m的方式实施补沙工程,补沙量为4.48×104 m3。通过物理模型实验进行海滩侵蚀恢复评估,结果表明天龙寺海岸遭受侵蚀是暂时的,常浪作用下海岸剖面具有自我恢复能力,一定时间内可以恢复原状。