吹挖泥沙與吹填造陸是天津市海岸帶生態(tài)平衡的需要

毛建華

摘 要：天津港在淤泥質(zhì)海岸上建港，每年需吹挖6×107 m3以上的泥沙才能保證航道通暢和港口安全?？Ｉ詈降来低谀嗌澈蜑┩看堤钤礻懙慕Y(jié)合，是天津市海岸帶生態(tài)平衡和天津港自身建設(shè)的需要。筆者對(duì)吹填土的土體構(gòu)型、理化性狀進(jìn)行了研究，并對(duì)地下排水工程的形式與優(yōu)劣做了比較，提出在灘涂吹填區(qū)應(yīng)采用地下排水的工程形式，而在地下排水工程中碴石盲溝（碴石作為濾水材料的填料暗溝）是首選。

關(guān)鍵詞：泥沙淤積；吹挖吹填；吹填土性狀；碴石盲溝排水

中圖分類號(hào)：F062.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.06.013

Abstract： Tianjin Port needs to dig 6×107 m3 sand every year to guarantee smooth sailing course transportation and port safety since it is built based on mucky soil. The combination of sand digging at dredging courses and land reclamation on beech is required by the ecological balance of coastal line in Tianjin City and safe construction of Tianjin port. This research studied the soil structure， chemical and physiological features of reclaimed soil， made a comparison of forms， advantages and disadvantages between underground dredging engineering， and proposed that underground drainage engineering form should be used， whereas blind ditch using ballast stone as water filter material is most preferred.

Key words： sediment accumulation；sand digging and land reclamation；reclamation soil feature；fragmented-stone-stuffed underground drain ditch

1 灘涂吹填造陸是天津市海岸帶和天津港生態(tài)平衡的需要

1.1 我國河流入海的泥沙量和灘涂淤漲情況

我國大陸海岸線18 340 km，沿海灘涂面積約239萬hm2，沿海各河流輸送入海的泥沙量每年約20余億t，在河口和潮間帶淤漲成陸的面積每年達(dá)2.67萬～3.33萬hm2。

遼東半島大陸海岸線約1 400 km，灘涂10萬hm2。遼河每年以3 000萬t泥沙向河口堆積，形成了寬闊的遼東灣濱海三角洲。

江蘇省大陸海岸線1 039 km，灘涂68.73萬hm2。黃河、長江每年向海洋輸送的泥沙在近海岸淤積，使江蘇省的灘涂面積以每年0.133萬hm2的速度增長。

浙江省擁有1 840 km的大陸海岸線和大于4 000 km的島嶼岸線，灘涂面積40多萬 hm2。浙江沿岸年泥沙補(bǔ)充量約1.8億～2.2億t，大量泥沙入海使灘涂處于不斷淤漲狀態(tài)，岸灘外移平均每年10～20 m，最大可達(dá)40 m以上。

浙江自建國以來已圍墾灘涂18.8萬hm2，尚有適宜圍墾造地面積為17.47萬hm2。浙江省灘涂圍墾總體規(guī)劃提出，至2020年，新增圍墾面積為12.85萬hm2。

1.2 天津港泥沙淤積量

1860年英法聯(lián)軍入侵，天津被辟為商埠，列強(qiáng)在海河兩岸修建碼頭，成為對(duì)外通商口岸。1939年，日本開始在海河口北岸興建新港碼頭。新中國成立后，迭經(jīng)三期擴(kuò)建，使天津港成為我國最大的人工港。

天津市位于渤海灣西岸，天津港地處海河入海口的淤泥質(zhì)淺灘上。渤海灣細(xì)顆粒泥沙以懸浮狀態(tài)隨潮流進(jìn)港造成港內(nèi)淤積。據(jù)1960—1972年13年間統(tǒng)計(jì)，天津新港外航道每年平均淤積泥沙106×104 m3，橫堤口內(nèi)年均淤積342×104 m3，合計(jì)每年淤積量為448×104 m3。1974—1975年港池航道的淤積量為553×104 m3。1976—1984年間年均淤積量達(dá)621×104 m3。

1.3 吹挖泥沙與吹填造陸的結(jié)合是天津港自身建設(shè)的需要

天津港在淤泥質(zhì)海岸上建港，為擴(kuò)建港池和浚深航道，每年必須吹挖600×104 m3以上的泥沙，才能保證航道通暢和港口安全。

天津港總體包括北疆、南疆和海河3部分。南疆是一個(gè)從陸上發(fā)育入海的大突堤，是通過吹填造陸形成的人工岸線，現(xiàn)有可利用岸線大于6 800 m，其中2 170 m已經(jīng)吹填成陸并在主航道一側(cè)建造了碼頭而成為新港船廠的生產(chǎn)基地，尚有超過4 600 m需要吹填造陸，用于修建出口煤炭與礦石的散貨碼頭（天津海岸帶和海涂資源綜合調(diào)查報(bào)告，1985年）。

浚深航道吹挖泥沙與灘涂吹填造陸的結(jié)合，是天津海岸帶生態(tài)平衡的需要，也是天津港自身建設(shè)的需要。據(jù)天津市海岸帶和海涂資源綜合調(diào)查報(bào)告，在國務(wù)院批準(zhǔn)成立天津?yàn)I海新區(qū)之前的1985年，天津海岸帶灘涂吹填造陸的面積已達(dá)87.78 km2。

2 灘涂吹填的新陸地是最具潛力的國土資源

2.1 潮間帶、灘涂和吹填土

潮間帶：位于高、低潮線間。上界抵人工堤岸，下界至零米等深線。天津海岸帶的潮間帶高程為0～3.5 m，寬度3 000～7 300 m，面積697.61 km2，其中天津市所轄的潮間帶面積為512.03 km2（包括灘涂、蘆葦?shù)?、沼澤地和大米草灘地）?

灘涂：是受潮汐、潮流和波浪周期性浸漫的海陸交接的灘地。亦稱海涂或潮灘鹽土。天津市潮間帶灘涂面積為373.9 km2。

吹填土：用挖泥船和高壓泥漿泵把港口和江河入海口底部沉積的泥沙，通過管道吹填到已打好圍埝的灘涂上，在達(dá)到要求的標(biāo)高后，再用插板機(jī)把吸水板打入灘面以下并進(jìn)行真空排水，最后形成新的潮灘鹽土（陸地）。

2.2 國務(wù)院批準(zhǔn)的天津?yàn)I海新區(qū)吹填造陸區(qū)

天津?yàn)I海新區(qū)開發(fā)開放已納入國家發(fā)展戰(zhàn)略的總體布局。天津?yàn)I海新區(qū)是繼深圳特區(qū)和上海浦東新區(qū)帶動(dòng)“珠三角”和“長三角”發(fā)展之后，帶動(dòng)環(huán)渤海區(qū)域經(jīng)濟(jì)和京津冀協(xié)同發(fā)展的中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“第三極”。

經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)的天津?yàn)I海新區(qū)總體規(guī)劃（2005—2020年），灘涂吹填造陸總面積120 km2（中心漁港14 km2，濱海旅游區(qū)28 km2，東疆保稅港區(qū)30 km2，臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)48 km2）。

2.3 灘涂吹填造陸是最具潛力的國土資源

潮間帶灘涂吹填而成的新陸地，是天津?yàn)I海新區(qū)最為寶貴的土地資源，也是最具活力和開發(fā)潛力最大的國土資源。

正在實(shí)施中的南港經(jīng)濟(jì)區(qū)（2009—2020年）總規(guī)劃面積200 km2。其中，現(xiàn)有陸域38 km2，港池和航道水域38 km2，吹填造陸124 km2。灘涂吹填造陸面積占南港經(jīng)濟(jì)區(qū)陸域總面積的76.5%。

南港經(jīng)濟(jì)區(qū)是全國同類區(qū)域中規(guī)模最大、速度最快的吹填造陸項(xiàng)目。截止2010年底，具備擺放大項(xiàng)目建設(shè)條件的灘涂吹填造陸面積已超過50 km2（《天津今晚報(bào)》2011年1月1日?qǐng)?bào)道）。到“十二五”末，南港經(jīng)濟(jì)區(qū)將由一片鹽堿灘涂，成為世界級(jí)石化產(chǎn)業(yè)基地和裝備制造、鋼鐵冶金、港口物流、新能源新材料等產(chǎn)業(yè)門類高度集聚的綜合性工業(yè)園區(qū)。

3 吹填土的土體構(gòu)型與理化性狀

潮間帶灘涂的吹填土為濱海潮灘鹽土。濱海潮灘鹽土是濱海鹽土成土母質(zhì)的鹽漬淤泥，是濱海鹽土形成過程的初級(jí)階段。

吹填土屬于濱海鹽土土類的濱海潮灘鹽土亞類。吹填成陸的新陸地其土壤尚未經(jīng)過自然成土過程和生物演替過程，還不具備植物生長所需要的水、肥、氣、熱條件。

3.1 吹填土的土體構(gòu)型、質(zhì)地、容重

吹填土系水力吹填而成的沉積土，因成土年齡短，土壤剖面無明顯發(fā)育層次，1 m土體的構(gòu)型和質(zhì)地上下基本一致。

吹填土的質(zhì)地取決于吹填時(shí)的海相沉積物或砂或泥。若是砂質(zhì)或是砂壤質(zhì)海相沉積物，則吹填土的質(zhì)地為砂質(zhì)或砂壤質(zhì)；若是粘質(zhì)或粘壤質(zhì)的海相沉積物，則吹填土的質(zhì)地為粘質(zhì)或粘壤質(zhì)。

灘涂吹填成陸的土壤普遍緊實(shí)，體積質(zhì)量較大。容重一般在1.40～1.60 g·cm-3。吹填土顆粒組成及容重見表1。

3.2 吹填土的全鹽量、鹽分組成與pH值

由于海水直接參與成土過程，吹填土的土壤形成仍以積鹽過程為主。如表2，1 m土體上下各層的含鹽量均較接近，一般在10.0～30.0 g·kg-1。鹽分組成以氯化物為主。氯離子和鈉離子含量分別占陰離子和陽離子總量的80%以上。鎂離子含量明顯高于鈣離子。

吹填土與我國沿海灘涂的土壤一樣，均呈堿性，pH值一般在8.5左右。

3.3 吹填土的有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量

有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量與吹填土的質(zhì)地相關(guān)。由砂質(zhì)或砂壤質(zhì)海相沉積物吹填而成的吹填土，有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量較低。由粘質(zhì)沉積物吹填的，其土壤有機(jī)質(zhì)與養(yǎng)分含量相對(duì)較高。

如表3，河北省曹妃甸吹填土為中砂土，其有機(jī)質(zhì)（0.56%）和全氮（0.03%）均在養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的最低等級(jí)（VI級(jí)）。而質(zhì)地為輕粘土的天津臨港吹填土，其有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷鉀的含量顯著增加。

3.4 吹填土區(qū)地下水礦化度、化學(xué)組成及埋深

灘涂吹填區(qū)的地下水仍與海水保持著緊密的水力聯(lián)系，地下水的礦化度、化學(xué)組成與海水基本一致。如表4，地下水礦化度高達(dá)27.1 g·L-1，NaCl占全鹽的75.0%，并含有顯著數(shù)量的鎂離子。

吹填土區(qū)的地下水埋深決定于吹填土的地面標(biāo)高。一般地面標(biāo)高在3.5～4.0 m時(shí)，地下水埋深90～100 cm。

4 吹填土排水脫鹽工程形式的選擇

吹填土（濱海潮灘鹽土）改土綠化的最根本（基礎(chǔ)）措施是排水脫鹽。只有通過排水（排除地下水和土壤水）才能實(shí)現(xiàn)土體（土壤）脫鹽，只有土體（土壤）脫鹽，才能實(shí)現(xiàn)改土綠化。

4.1 明溝排水與地下排水

農(nóng)田排水按工程特點(diǎn)分為明溝排水、暗溝（暗管）排水和豎井排水等3種方式。

明溝排水是利用各級(jí)地面溝道，排除多余的地面水和地下水的措施。明溝排水因過水?dāng)嗝娲?，排水能力?qiáng)，工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)而成為農(nóng)田排水的一種主要方式。但因占地面積大、土地利用率低、地面交通不便等原因，局限于在大面積農(nóng)田上應(yīng)用。

地下排水包括暗溝排水、暗管排水和鼠道排水。其中暗溝排水又分土暗溝和填料暗溝兩種形式。土暗溝是在田間挖一定深度的溝槽，上蓋預(yù)制的頂蓋（或頂板），然后回填原土。填料暗溝是在溝槽內(nèi)裝填濾水材料后再回填原土。碴石盲溝是在地面以下100～130 cm，截面積30 cm×30 cm的地下溝槽內(nèi)裝填直徑為3～4 cm的碴石（建筑用石料）構(gòu)成的填料暗溝。

碴石盲溝排水系統(tǒng)包括淋層、支盲溝、主盲溝和集水井。淋層位于地面以下、盲溝之上，由直徑6～8 mm的石屑（建筑用石料）、厚度為10 cm構(gòu)成的淋濾層。灌溉沖洗和降雨淋溶的土壤可溶性鹽，經(jīng)過淋層—支盲溝—主盲溝—集水井，直至排出區(qū)外。

暗管排水是用不同的材料制成管子，埋設(shè)在地面以下一定深度，地下水透過多孔管壁，或兩節(jié)管子接頭處的縫隙進(jìn)入管道，并通過排水系統(tǒng)排除到地段以外。排水暗管按制作的材料不同，有PVC波紋管、陶瓦管、混凝土管等。

4.2 排水工程形式的選擇

在灘涂吹填和灘涂圍墾后作為經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、工業(yè)新城和生態(tài)宜居城的用地。為了滿足土地開發(fā)利用和提高土地利用率，以及城市綠化美化對(duì)土地鹽漬化治理等多目標(biāo)要求，在明溝排水與地下排水工程形式的選擇上，應(yīng)首先選用地下排水。而在排水暗管與排水暗溝的選擇上，碴石盲溝（填料暗溝）又是首選。有條件的區(qū)域（地段），可采用暗溝排水與明溝排水相結(jié)合的形式。

4.3 碴石盲溝排水與暗管排水的比較

碴石盲溝與排水暗管（PVC塑料波紋管、陶瓦管、混凝土管等）相比較，其優(yōu)點(diǎn)如下。

（1） 排水暗管僅一級(jí)管道（吸水管）具有吸水（進(jìn)水）的功能，其二級(jí)管道只有輸水功能。而碴石盲溝不論是支盲溝、主盲溝，還是石屑淋層，都由碴石組成，均具有吸水、集水和輸水的功能。

（2） 碴石盲溝和石屑淋層中，由碴石或石屑之間構(gòu)成的大小不一的孔（空）隙，雨季和灌溉洗鹽時(shí)是水鹽“下行”的順暢通道；旱季時(shí)能阻斷毛管上升水，有效切斷“上行”的土壤水鹽，起到降控地下水位與抑制土壤“返鹽”的作用。

（3） PVC波紋管每1 m長的管子其進(jìn)水孔面積為30 cm2（荷蘭）和68 cm2（日本），而碴石盲溝的進(jìn)水孔面積（碴石間構(gòu)成的大孔隙）是PVC波紋管的幾十倍以上。從水利學(xué)和土壤滲流穩(wěn)定的角度分析，排水暗管（或排水暗溝）的直徑愈大和進(jìn)水孔面積愈大，在一定流量下，從土中逸出的流速就愈低，因而其攜細(xì)土顆粒的能力愈低，則愈利于防止泥沙進(jìn)入，愈利于透水和排水。

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