防風暴潮規(guī)劃設(shè)計研究探討

(1. 山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟南 250013；2. 山東省農(nóng)業(yè)對外經(jīng)濟合作中心，山東 濟南 250013)

防風暴潮規(guī)劃設(shè)計研究探討

任傳棟1范守偉1王志真2

(1. 山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟南 250013；2. 山東省農(nóng)業(yè)對外經(jīng)濟合作中心，山東 濟南 250013)

為滿足社會經(jīng)濟發(fā)展對沿海防風暴潮建設(shè)的迫切需要，針對區(qū)域當前存在的主要問題，研究工程建設(shè)的有利條件和制約因素，按照可持續(xù)發(fā)展的理念，科學開展防風暴潮規(guī)劃設(shè)計。規(guī)劃設(shè)計主要包括工程體系和非工程體系建設(shè)等，其中工程體系包括防潮堤、擋潮閘等防潮設(shè)施；非工程體系包括潮汐水文監(jiān)測系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、管理體系等。

防風暴潮；規(guī)劃；設(shè)計

1 概 述

風暴潮災害給人民生命財產(chǎn)安全帶來了極大的危害，尤其是近年來，隨著海岸帶開發(fā)的迅猛發(fā)展，沿海人口密度、基礎(chǔ)設(shè)施及海洋產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值劇增，承災體日趨龐大，海洋災害所造成的損失呈急劇增長的趨勢，風暴潮正成為沿海對外開放和社會經(jīng)濟發(fā)展的一大制約因素。為滿足社會經(jīng)濟發(fā)展對沿海防風暴潮建設(shè)的迫切需要，針對區(qū)域當前存在的主要問題，研究防風暴潮建設(shè)的有利條件和制約因素，按照可持續(xù)發(fā)展的理念，科學開展防風暴潮規(guī)劃設(shè)計。

2 規(guī)劃思路

2.1 指導思想

建設(shè)三類工程：建設(shè)沿海防潮堤，河口防潮(洪)堤，防潮、行洪、排澇、引水等綜合功能的建筑物。

嚴格三項控制：控制非法防潮堤建設(shè)、控制非法圍填、控制河口防潮堤行洪治導線。

發(fā)揮四個作用：工程全部建成后，將在防風暴潮、防岸線退蝕、防海水侵染、河口保護等四個方面發(fā)揮重要作用。

確保五類效益：保護沿海人民生命財產(chǎn)安全，促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展，取得良好社會效益，持續(xù)改善當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，打造一條文化旅游長廊。

2.2 規(guī)劃原則

注重綜合效益，突出以人為本；注重防潮減災，突出生態(tài)保護；注重專項規(guī)劃，突出總體協(xié)調(diào)；注重統(tǒng)一標準，突出因地制宜；注重工程質(zhì)量，突出完整封閉；注重工程建設(shè)，突出工程管理；注重政府主導，突出社會參與。

2.3 技術(shù)路線

為便于防風暴潮工程規(guī)劃、建設(shè)和管理，以項目單元為基本單位，將河口、沿海防潮統(tǒng)籌考慮，與現(xiàn)有區(qū)域以上規(guī)劃、海岸帶規(guī)劃，以及自然保護區(qū)、自然海岸、河道行洪等邊界條件協(xié)調(diào)和銜接，以規(guī)劃水平年主要保護對象為依據(jù)確定防潮標準，制定全面、系統(tǒng)、合理、高標準的規(guī)劃。

2.3.1 防護區(qū)劃分

根據(jù)歷史潮災及潮位資料、設(shè)防標準潮水位淹沒范圍，同時考慮區(qū)內(nèi)地理特征，兼顧行政區(qū)劃等其他相關(guān)信息綜合確定。為防止海浪直接和繞流淹沒影響，形成封閉的防御工程體系。

2.3.2 防潮標準確定

依據(jù)以下內(nèi)容綜合確定：?項目單元內(nèi)既有防護對象調(diào)查統(tǒng)計；?區(qū)域總體規(guī)劃和其他相關(guān)規(guī)劃；?其他相關(guān)資料。

2.3.3 岸線調(diào)查評價

根據(jù)岸線類別分類統(tǒng)計，評價各類海岸地質(zhì)特性，結(jié)合項目單元防護要求，綜合確定需建設(shè)防潮堤的岸線，應盡可能保留自然岸線。

2.3.4 現(xiàn)狀調(diào)查評價

根據(jù)規(guī)劃確定的防潮標準對現(xiàn)狀防潮堤進行評價；自然岸線，已建成的漁港、碼頭等滿足防潮要求的建筑物段，為非設(shè)防段。根據(jù)防護需要確定需建設(shè)段，包括維修加固、新建的臨海防潮堤、河口防潮堤。

2.3.5 規(guī)劃設(shè)計

防風暴潮工程規(guī)劃設(shè)計包含工程體系建設(shè)和非工程體系建設(shè)，工程體系主要包括沿海、河口防潮堤，擋潮閘、引水閘、排澇閘、堤頂防汛路和交通橋等；非工程體系建設(shè)包括信息系統(tǒng)、管理體系、潮汐水文監(jiān)測系統(tǒng)等。

2.3.6 分期實施方案

根據(jù)總體規(guī)劃，按照建設(shè)條件充分性、現(xiàn)實需要迫切性，參考綜合效益，確定分期實施方案。

3 工程設(shè)計

根據(jù)防護對象、地形、地質(zhì)條件等，確定防潮(洪)標準、堤線布置和堤型選擇、堤頂高程、護面結(jié)構(gòu)、消浪措施、岸灘防護、建筑物等。

3.1 堤線布置

堤線布置應符合治導線或規(guī)劃岸線的要求，與城區(qū)景觀、道路等結(jié)合時，應統(tǒng)一規(guī)劃布置，相互協(xié)調(diào)，同時結(jié)合耕地保護，有利于節(jié)約集約利用土地。充分利用已有舊堤線和有利地形，選擇工程地質(zhì)條件較好、攤面沖淤穩(wěn)定的地基，避開古河道、古沖溝和尚未穩(wěn)定的潮流溝等地層復雜的地段，與入海河道的擺動范圍及備用流路統(tǒng)一規(guī)劃布局，避免影響入海河道、入海流路的管理使用。堤線走向選取對防浪有利的方向，避開強風和波浪的正面襲擊。堤線應結(jié)合與海堤交叉連接的建(構(gòu))筑物統(tǒng)一規(guī)劃布置，宜平滑順直，避免曲折轉(zhuǎn)點過多，轉(zhuǎn)折段連接應平順。

3.2 堤型選擇

根據(jù)堤段所處位置的重要程度、地形地質(zhì)條件、筑堤材料、水流及波浪特性、施工條件，結(jié)合工程管理、生態(tài)環(huán)境、景觀及工程投資等要求，綜合比較確定。防潮堤斷面型式可選擇斜坡式、直立擋墻式和混合式等型式。加固、改建、擴建防潮堤的堤型與現(xiàn)有或相鄰堤段堤身斷面相協(xié)調(diào)。

3.3 堤頂高程確定

堤頂高程是確定堤身斷面規(guī)模的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)，有兩層含義：一是指防浪墻頂面；二是指堤身斷面頂面，當?shù)添斉R海側(cè)設(shè)有防浪墻，且防浪墻穩(wěn)定、堅固時，堤頂高程可算至防浪墻頂面。

3.3.1 沿海防潮堤

堤頂高程的計算采用《海堤工程設(shè)計規(guī)范》(GB/T 51015—2014)中式(8.3.1)計算：

ZP=hP+RF+A

式中ZP——設(shè)計頻率的堤頂高程，m；

hP——設(shè)計頻率的高潮水位，m；

RF——按設(shè)計波浪計算的累積頻率為F的波浪爬高，m；

A——安全加高，m。

單一坡度斜坡式海堤正向不規(guī)則波的爬高可按照下式計算：

R1%=KΔKVR1H1%KF

式中R1%——累計頻率為1%的爬高，m；

KF——爬高累計頻率換算系數(shù)；

KΔ——與斜坡護面結(jié)構(gòu)型式有關(guān)的糙滲系數(shù)；

Kv——與風速v有關(guān)的系數(shù)；

R1——KΔ=1、H=1m時的波浪爬高，m；

H1%——累計頻率為1%的波高，m。

R1根據(jù)以下公式計算：

R1=1.24th(0.432M)+[(R1)m-1.029]R(M)

R(M)=1.09M3.32exp(-1.25M)

式中H——波高；

L——波長；

R1——KΔ=1、H=1m時的波浪爬高，m；

(R1)m——相應于某一d/L時的爬高最大值，m；

M——與斜坡的m值有關(guān)的函數(shù)；

R(M)——爬高函數(shù)。

3.3.2 河口防潮堤

河口防潮堤需計算多年平均最高高潮位遭遇河道行洪情況的水位，與工程單元防潮堤標準的潮水位進行比較，取兩者的大值來確定河口防潮堤堤頂高程。河口防潮堤設(shè)計潮位采用設(shè)計頻率高潮位遭遇同頻率設(shè)計洪水的方法確定。河道設(shè)計洪水推求完成后，判斷水面曲線所處分區(qū)及型式，確定入海口斷面控制水深，按明渠恒定非均勻流采用動能方程逐段進行試算。

式中Δs——計算流段長度，m；

ΔEs——計算流段兩端斷面比能差，m；

Esd——下游斷面的斷面比能，m；

Esu——上游斷面的斷面比能，m；

i——底坡。

設(shè)計水面線推求完成后，入海河口防潮堤堤頂高程的計算方法與沿海防潮堤相同。

3.4 護面結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有防潮堤主要采用混凝土和砌石兩種結(jié)構(gòu)，混凝土分為砌石混凝土、素混凝土和鋼筋混凝土；砌石分為干砌石和漿砌石。可根據(jù)風浪特點、主材供應情況、景觀效果等綜合比較、選擇。

護面結(jié)構(gòu)強度除滿足穩(wěn)定性、耐久性等要求外，護面底還要做好反濾，同時坡面要留足排水孔；對淤泥質(zhì)堤基，堤身土體充分固結(jié)后，當迎潮面封閉時，可不留排水孔。護腳要有足夠的支承力，要能防止底腳被淘刷，或發(fā)生淘刷時，仍有足夠的能力支承護面結(jié)構(gòu)。

3.5 消浪措施

海浪遭遇防潮堤會造成波浪的變形、轉(zhuǎn)向和破碎。為降低堤頂高程、減小結(jié)構(gòu)尺寸，可相應采取結(jié)構(gòu)調(diào)整、坡面增糙、坡腳防護等措施，增強堤防的穩(wěn)定性、使用的耐久性。目前護面加糙有上凸式加糙和下凹式加糙兩種型式。有條件時可在堤身設(shè)置消浪平臺，平臺應設(shè)置于多年平均高潮位加50cm處，可以減少波浪爬高，且有利于斷面的穩(wěn)定。堤前有灘涂的應種植防護林，既可減少波浪爬高，又能固灘保堤護岸。

3.6 岸灘防護

防風暴潮工程保護了海岸，阻止了海岸線的不斷侵襲沖蝕，但是不能停止沿岸流和離岸流的沖蝕和泥沙輸送過程。外灘可能由于來水波浪的反射作用而有所增加，以及受潮汐作用可能發(fā)生沖刷破壞的侵蝕性岸灘，應根據(jù)實際需要，采用工程措施、植物措施或兩者相結(jié)合的防護措施。

4 非工程措施規(guī)劃

4.1 工程管理

設(shè)立防臺風減災及海堤工程管理處，為具有一定行政職能的事業(yè)單位，管理處主要職責是執(zhí)行上級機構(gòu)的有關(guān)決定，及時反饋運行中發(fā)現(xiàn)的有關(guān)問題，提出解決問題的意見與建議，執(zhí)行調(diào)度指令，負責本轄區(qū)主要工程、設(shè)備運行管理和維護，做好工程、設(shè)備等運行工情和有關(guān)監(jiān)測信息的采集、存儲、傳輸以及整理工作。

4.2 信息系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃

信息系統(tǒng)建設(shè)包括防災減災、工程管理、電子政務及防臺風和預警預報系統(tǒng)等綜合管理信息系統(tǒng)。

4.3 潮位自動監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)

新建潮位站，以提高自動化監(jiān)測水平，保障監(jiān)測潮位成果的規(guī)范性和準確性。

4.4 應急預案編制

建立健全組織指揮機制，監(jiān)測預警、預警響應、信息報告、應急處置、信息發(fā)布、后期處置、應急保障、宣傳、培訓與演練、責任追究等一整套應急處理程序。

4.5 生態(tài)防護岸線建設(shè)

遵循生態(tài)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展的理念，以增強抵御風暴潮等自然災害能力為核心，以基干防護林帶建設(shè)為重點，立足于本地實際，統(tǒng)籌規(guī)劃，合理布局，構(gòu)筑起“點、線、面”結(jié)合，“帶、網(wǎng)、片”配套的多林種、多樹種、多功能、多效益的綜合防護林體系。

4.6 海岸環(huán)境保護

嚴格管理沿海開發(fā)建設(shè)活動；嚴格控制陸源污染物入海；增強港口碼頭污染防治能力；加強海洋傾廢管理；加強近岸海域的海洋監(jiān)測；加強海洋環(huán)境保護。

4.7 嚴格控制圍海造田

嚴格圍海造田管理，加強對圍填海工程的調(diào)研和規(guī)劃，開展有關(guān)圍填海工程的環(huán)境影響和綜合損益的評價。

5 保障措施

加強組織領(lǐng)導，明確責任分工；做好前期工作，履行有關(guān)程序；加大投入力度，保證按時到位；健全建管體制，強化監(jiān)督管理；開展定期評估，完善實施方案。

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ResearchandExplorationofAnti-stormSurgePlanningandDesign

REN Chuandong1, FAN Shouwei1, WANG Zhizhen2

(1.ShandongSurveyandDesignInstituteofWaterConservancy,Jinan250013,China;2.ShandongAgriculturalForeignEconomicCooperationCenter,Jinan250013,China)

Beneficial conditions and restraints of engineering construction are studied aiming at current main problems in the region in order to meet the urgent need of social and economic development on coastal anti-storm surge construction. Anti-storm surge planning and design is developed scientifically according to the concept of sustainable development. The planning and design mainly includes engineering system and non-engineering system construction, etc., wherein the engineering system includes tide barrier, tide gate and other anti-storm facilities. The non-engineering system includes tidal hydrological monitoring system, information system, management systems, etc.

anti-storm surge; planning; design

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.011.010

TV871

A

1673-8241(2017)011-0038-04