江蘇典型入海河口段海堤改造方案

黃 哲，趙一晗，甄 峰，曹善宇，王登婷

（1.水利部交通運(yùn)輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210024；2.水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098；3.江蘇省水利廳，江蘇 南京 210029；4.江蘇省水利工程科技咨詢股份有限公司，江蘇 南京 210029）

海堤是抵御沿海地區(qū)臺風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害、保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在防御臺風(fēng)風(fēng)暴潮中發(fā)揮了重要作用。江蘇沿海地區(qū)海堤建設(shè)以斜坡堤為基本結(jié)構(gòu)形式，部分地區(qū)還建有一些直立式和復(fù)合式海堤。

隨著對海堤工程的深入認(rèn)識及對生態(tài)環(huán)境的關(guān)注，人們逐漸認(rèn)識到海堤工程在發(fā)揮巨大社會效益、經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，對于生態(tài)系統(tǒng)也產(chǎn)生了不同程度的負(fù)面影響，研究與生態(tài)友好的海堤工程技術(shù)和方法，開展海堤工程的生態(tài)建設(shè)，是現(xiàn)代水利工程建設(shè)的重要任務(wù)和必然趨勢。

生態(tài)海堤是指在海岸、河口地區(qū)修筑的一種以保護(hù)沿海地區(qū)免受潮浪襲擊為主、兼顧生態(tài)功能的一種擋水建筑物，相對于傳統(tǒng)的海堤工程，生態(tài)海堤的建設(shè)更為尊重生態(tài)自然規(guī)律，同時(shí)融合海堤工程和自然生態(tài)系統(tǒng)，充分發(fā)揮海堤工程在維持生態(tài)平衡中的重要作用。

本文針對國內(nèi)外生態(tài)海堤研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，提出了生態(tài)海堤建設(shè)實(shí)施方法，并以江蘇省啟東市某海堤為例，對生態(tài)海堤建設(shè)思路進(jìn)行了探討。

1 相關(guān)研究進(jìn)展

在國外，荷蘭、美國、德國、澳大利亞、日本等國對生態(tài)海堤、生態(tài)海岸的問題重視較早。

荷蘭代爾夫特海岸實(shí)施的“泥沙引擎”示范工程，從岸外取沙向近岸吹填形成半島狀沙體，作為一個固定沙源，在波浪作用下向周邊岸段自然運(yùn)輸泥沙，形成對堤前灘面的自然補(bǔ)給和養(yǎng)護(hù)，保護(hù)海堤［1］。

在德國、美國、澳大利亞以及東南亞等國家，也優(yōu)先采用保留天然海岸動力的海岸防護(hù)策略，選用親和性的海岸防護(hù)型式，如優(yōu)先采用人工補(bǔ)沙、培育連續(xù)的沙丘鏈和修建近自然海堤丁壩等。通過結(jié)合海岸具體情況設(shè)置海岸防護(hù)沙丘、木質(zhì)丁壩、移動式海堤、鹽沼地、防護(hù)林及海島防護(hù)等近自然防護(hù)措施，或?qū)⑦@些措施組合，形成生態(tài)海岸防護(hù)系統(tǒng)［2-4］。

隨著科學(xué)進(jìn)步，海堤工程對河口與海洋的生態(tài)系統(tǒng)可能造成不同程度的負(fù)面影響，充分認(rèn)識這種負(fù)面作用，積極采取工程措施和生物措施，對受損生態(tài)系統(tǒng)予以補(bǔ)償，是實(shí)現(xiàn)人與自然和諧目標(biāo)的重要任務(wù)。針對這些問題，國內(nèi)學(xué)者們開始就海堤與海岸帶環(huán)境的相互影響進(jìn)行更深一步的探討，取得了一定的進(jìn)展，并且在國內(nèi)部分地區(qū)得到了成功的應(yīng)用［5-7］。

目前江蘇省生態(tài)海堤建設(shè)進(jìn)度相對滯后?！督K省海堤建設(shè)及生態(tài)海堤研究》［8］中分別對連云港市、鹽城市和南通市海堤建設(shè)情況開展了相應(yīng)研究，總結(jié)了江蘇省生態(tài)海堤建設(shè)現(xiàn)狀，提出了江蘇省生態(tài)海堤建設(shè)指南。

2 生態(tài)海堤建設(shè)實(shí)施方法

現(xiàn)階段國內(nèi)外對生態(tài)海堤建設(shè)已較為重視，海堤及海岸防護(hù)的生態(tài)建設(shè)已有較多的成功案例，在實(shí)際操作中，雖然各海堤的自然環(huán)境特征和國情存在差異，但在設(shè)計(jì)理念、管理措施等方面值得借鑒。如采用替代方案減少海堤硬化、盡可能減緩海堤坡度與自然地形平順過渡、堤外保灘促淤保護(hù)海堤安全和海岸生態(tài)健康、糙化硬質(zhì)護(hù)面塑造多樣環(huán)境、人工礁體護(hù)腳、鹽沼植被恢復(fù)、沙灘養(yǎng)護(hù)等。

2.1 基本原則

（1）安全性原則。在生態(tài)海堤建設(shè)中，首項(xiàng)要求就是在滿足高堤防建設(shè)水平和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，確保水域周邊居民的人身安全。因此，安全性是生態(tài)海堤建設(shè)的根本要求。

（2）自然生態(tài)性原則。在構(gòu)筑堤防時(shí)，一方面盡量不破壞水域自然環(huán)境特征；另一方充分利用自然材料，最大程度地提升生態(tài)價(jià)值。

（3）因地制宜。我國沿?？缭綗釒А啛釒б约皽貛У貐^(qū)，海岸類型有粉砂質(zhì)海岸、淤泥質(zhì)海岸、基巖型海岸等。各個地區(qū)具有其溫度、植被、海床質(zhì)以及動力等特點(diǎn)。在生態(tài)海堤建設(shè)中必須考慮當(dāng)?shù)氐奶攸c(diǎn)，做到因地制宜。

（4）親水性原則。通過建設(shè)海堤，給當(dāng)?shù)鼐用裉峁┮粋€人性化的活動和休憩場所，在保證居民安全的前提下給人們欣賞水景、接近水面的一個場所。

（5）系統(tǒng)化原則。海堤設(shè)計(jì)過程中考慮其整體性、層次性、動態(tài)性，在不同的水深呈現(xiàn)不同的景觀。

2.2 基本思路

（1）生態(tài)友好性現(xiàn)狀評估。建立海堤工程生態(tài)友好性評價(jià)體系，對已建海堤工程的現(xiàn)狀進(jìn)行生態(tài)友好性評估，根據(jù)評估結(jié)論，明確已建海堤工程是否要開展生態(tài)建設(shè)以及在哪些區(qū)域開展和如何開展等。

（2）堤軸線布置。海堤位于水陸交界處，堤軸線決定了水面和陸地輪廓形態(tài)，應(yīng)該堅(jiān)持因地制宜，盡量保留自然形態(tài)，保留或恢復(fù)其蜿蜒性，使得眺望時(shí)具有縱深感。

（3）斷面結(jié)構(gòu)形式選擇。在堤型選擇方面，應(yīng)該多選緩坡，借助階梯、戲水區(qū)使其成為人們與水進(jìn)行交流的場所，同時(shí)盡量豐富不同區(qū)段海堤斷面結(jié)構(gòu)形式。

（4）護(hù)面結(jié)構(gòu)及筑堤材料選擇。硬性護(hù)面會封閉堤岸表面，隔絕土與水體間的物質(zhì)交換，影響生態(tài)的平衡，導(dǎo)致環(huán)境惡化，故應(yīng)避免使用硬性護(hù)面，而選擇透水性能好的護(hù)面結(jié)構(gòu)，建立水陸過渡帶的生態(tài)緩沖帶，同時(shí)，建議選用環(huán)保的材料。

2.3 實(shí)施方案

（1）無海堤的情況。在無海堤時(shí)，考慮恢復(fù)天然潮間帶、保護(hù)海岸線與原生植被，并且利用植物和臨時(shí)構(gòu)筑物保護(hù)海岸線，如潛堤等破波屏障，實(shí)現(xiàn)對近岸的軟防護(hù)。

（2）已有海堤的情況。對已有海堤的情況，盡量不通過增加海堤頂高程和海堤規(guī)模來提高防浪擋潮的效果，可在海堤表面增加粗糙度和紋理，減小波浪爬高，也可在防浪墻外側(cè)增加反弧，減小堤頂越浪。

在海堤陸側(cè)種植樹木、灌木和草，增加生態(tài)性及景觀性。在海堤臨海側(cè)，種植紅樹林、刺槐、堿蓬等耐鹽堿植物，使波浪作用于海堤之前提前發(fā)生破碎，減小其對海堤的沖擊力。在植被較難生長的區(qū)域，也可在堤腳處拋放人工魚礁等多孔洞結(jié)構(gòu)物質(zhì)，通過產(chǎn)生上升水流將海底的營養(yǎng)物質(zhì)帶到上層水體，吸引魚群，豐富近岸生物系統(tǒng)。

（3）新建海堤的情況。對于新建海堤，需要做到生境多樣性和復(fù)雜性的最大化，投放人工魚礁石或不同大小和形狀的卵石，設(shè)置孔洞，為動植物的生長提供合適的環(huán)境。

盡量做到緩坡入海，設(shè)置多級斜坡、平臺，減小海堤在視覺上的沖擊感，使其與周邊景觀相協(xié)調(diào)，通過多級平臺為游客創(chuàng)造親水空間。筑堤選用環(huán)境友好型材料，不影響周邊動植物的生長。在河口、內(nèi)河附近種植樹木灌木和草類，優(yōu)化周邊的生態(tài)環(huán)境和景觀。

3 啟東市海堤生態(tài)化改造方案

江蘇省海堤北起贛榆縣繡針河口，南至長江口啟東嘴，涉連云港、鹽城、南通三市。現(xiàn)有海岸線長954 km，主海堤775 km，其中侵蝕性堤段長338 km（含嚴(yán)重侵蝕段長100 km，主要分布在沿海北部）。江蘇省海堤達(dá)標(biāo)工程從1997年開始，工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇高潮位加10 級風(fēng)（24.5~28.4 m/s）浪爬高和安全超高。迄今為止，江蘇沿海海堤達(dá)標(biāo)工程已經(jīng)完成。

然而，江蘇省海堤建設(shè)以防洪保安和擋潮御鹵為目標(biāo)，未充分考慮與植物護(hù)岸、濕地等生態(tài)措施協(xié)同，工程建設(shè)甚至對沿海環(huán)境造成了一定影響，這一問題逐漸得到政府及學(xué)者們的重視。本節(jié)以江蘇省啟東市某海堤為例，提出適合當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)化改造方案。

工程區(qū)海堤由于受到臨海側(cè)魚塘以及背海側(cè)河道限制，改造方案無法從變化堤軸線角度考慮其景觀性及生態(tài)性；同時(shí)，堤身寬度無法調(diào)整，海堤臨海側(cè)灘面高程較高，堤頂?shù)綖┟娴母卟钶^小，坡面距離較短，不便于布設(shè)親水平臺和多級斜坡，無法從斷面結(jié)構(gòu)形式方面考慮其生態(tài)性。

受以上因素制約，本次生態(tài)海堤實(shí)施方案從護(hù)面結(jié)構(gòu)筑堤材料多樣性以及臨海側(cè)、背海側(cè)生態(tài)改造的角度開展，具體實(shí)施方案如下：

3.1 護(hù)面結(jié)構(gòu)及材料的多樣化選擇

擬分區(qū)段選用3 種不同的護(hù)面結(jié)構(gòu)，分別為聚氨酯碎石護(hù)坡（材料為水工專用聚氨酯及普通碎石）、灌砌塊石護(hù)坡（材料為塊石及混凝土）和鏤空駝峰型生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)（材料為混凝土加配鋼筋）。

聚氨酯生態(tài)碎石護(hù)坡是利用水工專用聚氨酯優(yōu)良的物理力學(xué)性能及粘結(jié)性能，通過其粘結(jié)型的內(nèi)約束機(jī)制將普通的碎石組合形成一個堅(jiān)固、穩(wěn)定、開放的彈性結(jié)構(gòu)，由于水工聚氨酯在整個系統(tǒng)中所占比重很小，天然碎石間的多孔滲水結(jié)構(gòu)得以保留，這使得護(hù)坡結(jié)構(gòu)的消浪性和穩(wěn)定性得到了大幅度的提高，同時(shí)多孔結(jié)構(gòu)為植被和灘涂生物、底棲生物等創(chuàng)造了具有吸引力的棲息地。2020年9月，聚氨酯生態(tài)碎石護(hù)坡應(yīng)用技術(shù)列入了水利部《2020年度水利先進(jìn)實(shí)用技術(shù)重點(diǎn)推廣指導(dǎo)目錄》，被認(rèn)定為水利先進(jìn)實(shí)用技術(shù)。

鏤空駝峰型生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)是一種新型護(hù)面，護(hù)面結(jié)構(gòu)形式見圖1。這種內(nèi)外透水的護(hù)面具有良好的消能效果、穩(wěn)定性能和生態(tài)效應(yīng)，保留了墊層碎石的多孔滲水結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)方法相比，其消減波浪沖擊力的能力得到了大幅度的提高，墊層碎石間的孔隙也有助于水草等植物的生長。

圖1 鏤空駝峰型生態(tài)護(hù)坡

除聚氨酯碎石和鏤空駝峰型生態(tài)護(hù)坡外，考慮到護(hù)面結(jié)構(gòu)形式的多樣化，部分區(qū)段采用灌砌塊石護(hù)坡，這種護(hù)坡在國內(nèi)外應(yīng)用較多，是最常見的護(hù)面結(jié)構(gòu)之一，石塊間空隙被充塞密實(shí)，因而具有更好的整體性、密實(shí)性和強(qiáng)度，可以防止?jié)B水漏水，增加抵抗侵蝕的能力。針對其適用條件、施工工藝等方面的研究成果也較為成熟。

3.2 臨海側(cè)生態(tài)改造方案

臨海側(cè)生態(tài)改造方案的主要內(nèi)容包括堤前、外坡改造。待修復(fù)海堤擬設(shè)置包括聚氨酯碎石護(hù)坡段、灌砌塊石護(hù)坡段、鏤空駝峰型生態(tài)護(hù)坡段在內(nèi)的3種不同海堤結(jié)構(gòu)。

在聚氨酯碎石護(hù)坡、灌砌塊石護(hù)坡上部預(yù)留種植孔。在護(hù)面施工過程中，將PVC管插入碎石墊層中，穿破土工布，插入堤心泥土中。PVC 管在移栽植物時(shí)能拔出，有序種植植物。

在工程區(qū)東南側(cè)設(shè)置刺槐種植區(qū)。此外，在其他區(qū)段海堤臨海側(cè)灘面空間充足的位置，也建議種植刺槐或其他耐鹽堿植物。

3.3 背海側(cè)生態(tài)改造方案

背海側(cè)生態(tài)化改造方案的主要內(nèi)容包括堤頂、后坡及堤后改造。在堤頂路面雙向車道之間設(shè)0.75 m 寬綠化隔離帶，隔離帶中種植堿蓬。對背海側(cè)坡面進(jìn)行綠色改造，覆蓋種植土，種植常青草類及小型灌木，通過園藝設(shè)計(jì)，人工修剪后構(gòu)成一些能反映當(dāng)?shù)匚幕厣膱D案。對內(nèi)側(cè)坡面原本植物生長情況較好的區(qū)段，則僅進(jìn)行適當(dāng)修復(fù)改造。

海堤與河流之間設(shè)置濱河景觀帶，景觀帶間隔種植樹木。沿景觀帶布置漁業(yè)文化、江海文化等能夠體現(xiàn)當(dāng)?shù)靥厣奈⑿途包c(diǎn)，供游客休憩的同時(shí)推廣南通及啟東地方文化。

背海側(cè)除一般斷面段外，還設(shè)置有休憩區(qū)，加寬堤頂，增設(shè)休憩區(qū)，平臺上部布置石凳并種植綠植，供游客休息。平臺后方設(shè)置臺階用于連接海堤堤頂與堤后的濱河景觀帶，便于游客上下海堤。

4 結(jié) 論

本文根據(jù)國內(nèi)外生態(tài)海堤研究經(jīng)驗(yàn)，提出了生態(tài)海堤建設(shè)實(shí)施方法，并結(jié)合江蘇省啟東市某海堤，對生態(tài)海堤建設(shè)思路進(jìn)行了探討，得到如下結(jié)論：

（1）生態(tài)海堤建設(shè)應(yīng)遵循安全性、自然生態(tài)性、親水性、系統(tǒng)化以及因地制宜的原則。

（2）生態(tài)海堤建設(shè)應(yīng)首先對工程及周邊生態(tài)友好性現(xiàn)狀開展評估，根據(jù)評估結(jié)論從堤軸線布置、斷面結(jié)構(gòu)形式、護(hù)面結(jié)構(gòu)及筑堤材料等角度開展生態(tài)化改造。

（3）啟東市某海堤需開展修復(fù)加固，受到臨海側(cè)養(yǎng)殖塘以及背海側(cè)河道制約，無法改變堤軸線及堤身尺寸。

（4）本研究提出了護(hù)面結(jié)構(gòu)筑堤材料多樣性以及臨海側(cè)、背海側(cè)生態(tài)改造的生態(tài)海堤實(shí)施方案。