厦门岛东北部海滩回填重塑研究

厦门岛东北部海滩回填重塑研究 第 quot 卷 第期 台 湾 海 峡 amp quot， ’ amp 年 月 quotamp’ quot quotampquotamp-. / 0amp/1amp 20amp/0 ， 厦门岛东北部海滩回填重塑研究 quot 陈 坚，蔡 锋，许 江，张海峰 (国家海洋局第三海洋研究所，福建 厦门 -.quot) 摘要:在对厦门岛东北部海滩改造条件评价的基础上，选定泥金南部、长尾礁—下保 和下保—香山段海滩作为海滩回填重塑靶区 amp 着重对下保—香山段海滩改造在海滩 平衡、上下限高程、回填宽度、坡度、回填量及辅助工程等方面进行了研究，并提 出相应的回填改造参数 amp 关键词:海滩回填;海滩;海岸;丁坝 中图分类号:/0- 文献标识码:1 文章编号: ( quot23quot. )24-25 厦门市系我国东南沿海著名的风景旅游城市 6 研究区位于厦门岛东北部，为近于平直的 南2北向海岸，南起香山北至五通，随着厦门岛环岛 路的建设正进入城市化的进程，研究区海滩综合改 造利用也逐渐显出重要意义 amp 海滩回填对海岸环境影响较小，在国际上逐渐 成为海岸防护、沙滩保护的主要方式 amp 目前，美国海 滩回填养护的投资比例已占到整个海岸防护总经 费的 3D 以 个海滩 回填方案投入实施，海滩回填已经成为上;荷兰 quot5 E quot535 年间有 一种常见的 海岸防护措施; 法、 意、 日等国家都 其他德、 西、 英、 进行过大量的海滩回填工作 amp 国际上回填的代 美 《 性 成 果 有: 国 FGHF 的 海 滨 防 护 手 册 》 、(quot534)荷兰的 ( 、 《人工海滩养滩》 quot530 ) 日本 图quot 研究区的位置 的 ( 《人工海滩手册》 quot505)以及美 quot〕 789 amp quot :lt8 gt ltA BC 团在 quot55 年编制的《海滩国陆军工程师兵 〔 回填设计》 等 amp 我国在 海南岛三亚小东海 、山东沿海曾作过一些研究和工程实践，但总体上由于造价过高而很少应 用 6 随着经济实力的增强、沙滩旅游休闲功能的重视以及环保意识的提高，海滩改造在我国将 有广泛的应用 amp 本文引用了国际上主要的改造方法对厦门岛东北部海滩进行研究，抛砖引玉， 以期在国内有更多研究和实践的产生 amp quot 收稿日期:quot2320 基金项目:福建省自然科学基金资助项目 ; (Iquot)厦门市科技三项费用资助项目(-J3quot) 陈坚 ， 硕士， 作者简介: (quot50 E )男， 高级工程师，浙江大学在职博士研究生 amp 王颖等 amp 海南鹿回头及小东海海滩改造利用可行性研究报告 amp quot55- amp ? 799 ? 台 湾 海 峡 quot 卷 自然条件quot 海岸特征 研究区海岸可以分为 quot 个部分，其特征如表 所示 表 厦门东北部海岸分区与特征 amp’ - -. /01/2312/ 4 -1203231- /2 4 563- 岸段 浦口? 逋ò抖?泥金岸段 长尾礁北部岸段 下保—长尾礁岸段下保—香山岸段 香山岸段 序号 7 8 9 : quot 区位条件 中差 中 差 中差 好 好 可入性 中差 好 差 极差 好 极差 海岸类型 红土陡崖，风成沙堤 风成沙堤 红土陡崖 红土陡崖 冲海积平原 火成岩及风化陡崖 海岸侵蚀 中等 弱中等 中强烈 强烈 弱 强烈 近岸岩礁 南部中部 南北两侧 南侧 南北两侧 南北两侧 北侧 护岸堤 南部 全部 北部少量 南部少量 全部 北部少量 沙源 lt 7quot ’ 9 万 68 lt lt 7 ’ 9 万 68 lt 其它 临近潮汐水道 老泻湖季节小溪 lt 季节小溪 lt ltquot 海滩特征 浦口—五通段海滩中高潮带发育比较好，中低潮带多为淤泥和粉砂质泥，沿岸岩礁拦截泥沙比较明显 ’ 泥金段海滩低平，常出露海蚀平台，宽度约 gt6，南部季节性小溪流入海可补充一些泥沙 ’南北两端均有岩礁，拦截泥沙形成 ， “连礁沙坝”沙滩发育比较好 ’ 中部护岸堤占据高潮带，破坏海滩剖面平衡，加剧海滩侵蚀 ’ 长尾礁北部海滩总体低平，基本上没有滩肩，少沙，多出露海蚀平台，海滩沙 补给不足，海滩高程在海蚀平台两侧呈南高北低，表明沿岸输沙方向局部朝北 ’ 下保—长尾礁段海滩北窄南宽， 北部约 8gt6、南部可达 :gt quotgt6 ’ 北部低潮带多为淤泥质粉砂，南部低潮带主要为粉细砂 ’ 中部的中高潮滩略呈上凸状， 表明海滩沙流失较少; 南端近岸 形成 ，发育岩礁， “连礁沙坝”但高度较低 ’ 下保—香山段海滩总体低平， 宽度较大，可达 gt6 左右， 沿岸多护岸堤占据中高潮带， 影响海滩剖面的发育 ’ 海蚀平台常呈斑块状出露 ’ 南端发育低平礁石，向海延伸约 :gt6，拦截向南输沙并发育较好海滩 ’ 香山沿岸海滩海域流急浪大，海滩多岩礁，沙滩发育不好 ’quot 沉积物特征 近岸沉积物的中值粒径和分选系数分布如图 7、 所示 沉积物粒度表现为东西两侧和南 8部粗、中间和北部细的特征，东部粗反映了潮汐通道强水流的作用;南部粗显示了海底沉积物在香山附近与海滩沉积物交换的可能性;而近岸粗沉积物的块状分布则显示了近岸岩礁对海滩沙的显著拦截作用和季节性冲沟的供沙作用，并反映了沙滩的发育情况 ’quot 沿岸动力 厦门属于南亚热带季风气候，全年东北风最多，仅在 9 月以东南风为主 ’ 厦门湾湾口位于研究区东南方，外海最大波高 quot ’ A6，平均波高 ’ gt6，东侧和北侧分别为金门北部海域和浔江 ， (同安湾)风区和风力较强，对海岸和海滩均有较大的影响 ’ 期 陈 坚等:厦门岛东北部海滩回填重塑研究 ? Alt ? 图 厦门岛东北部近岸海底沉积物 图7 厦门岛东北部近岸海底沉积物 ( 分布 中值粒径 ) 分选系数分布 quot amp’- . ’/01/- 1/01 021// quot 7 amp’- . ’/01/- quot - ’/2 2/2 . -3/2’ 421/- 5’62-0 - ’/2 2/2 . -3/2’ 421/- 5’62-0 每年 8 9 : 月份为台风季节， 年均台风影响次数为 lt 次，:gtlt 9 :gt7 年期间，最大台风增水 : 8gt1 近岸 1 水深(黄零) lt2 一遇波浪 : 可达 7 lt1， 的 对海岸海滩影响很大 quot 沿岸输沙 香山至五通年均沿岸 B 图中正值表示输沙方向向北， 负值向南 输沙计算表明，净输沙率如图 A 所示 各岸段除泥金南部和香山外，输沙方向基本朝南 浦口以北和长尾礁具有强烈的南向输沙趋势，而泥金、香山—长尾礁以及长尾礁北部输沙很弱并均匀，有利于海岸稳定的维持 quot 海滩供沙条件分析 厦门岛周边的九龙江和同安西溪，河流携沙(推移质)主要堆积在河口地区，对本研究区影响甚小;研究区南北两侧海岸走向变化很大，由于主波向偏东，基本不会向香山—五通沿岸输沙;研究区南部海底沙与海滩沙连成一片，可向海滩供沙 研究区内有 条季节性的冲沟，泥沙输入量很小 泥金、下保、黄头、香山等处在 世纪 9 gt 年代中期曾有较多的海滩和海底采沙活动，导致滩肩消失，海滩沙层减薄并出露风化壳，海岸后退约 :1 采沙活动直接导致海滩沙大量减少，为自然力所不及 红土台地海岸土质疏松，台风浪和冬季大浪容易造成海岸侵蚀，是主要的供沙源，但护岸工程建设后海岸侵蚀供沙将不复存在，势必要求解决海滩的供沙 ? 6quot9 ? 台 湾 海 峡 quot 卷和保沙的问 6 海滩改造利用条件分析与选址 根据香山—五通沿岸海滩的区位与开发条件、海滩可入 海滩发育、 性、 沿岸输沙、近岸岩礁、人工辅助措施的可能性 等，对各海滩改造条件进行评价: quot 浦口—五通岸段 南部近岸岩礁具有类似丁坝拦截泥沙的作用，有利于回 填沙的保存，但由于可入性和区位条件较差、沿岸输沙强度 强烈、海滩宽度小、靠近潮汐水道流急，不宜选择为海滩改造 的岸段，而以自然演化为主 quot 泥金段 区位条件、可入性、沿岸输沙集沙、沙源、以及沿岸岩礁 促进海滩发育等方面，均具有比较有利的造滩和开发条件， 考虑到填沙范围比较大，可以选择南部沙滩发育最好的地区 填沙改造，北段则充分利用风沙堤以自然演化为主 quot 长尾礁北部段 可入性差，海岸侵蚀严重，尽管南端的长尾礁具有显著 的拦沙作用，但由于无法从泥金方向补给泥沙，海滩沙不易 保存，海滩改造的条件比较差 quot 下保—长尾礁段 可入性极差 因长尾礁的拦截，北段沿岸供沙少，海岸侵图quot 香山—五通段年均沿岸输沙率 蚀严重 但本段海湾湾型较好， 沿岸输沙率小，海岸趋于稳 quotamp’’ ’ -. /’ 南北两侧均有岩礁发育， 定， 可防止海滩沙流失，可以选作造 .’/0-.-’ .-’ 12’ 滩 3’/4’ - 5-’ quot amp 香山—下保段 可入性和区位条件好，南北两端的岩礁有利于海滩发育和丁坝建设，地处南向输沙的下游对周围海岸影响小，并具有较好的沙源条件 可以作为海滩改造的岸段 quot’ 香山头岸段 可入性极差，浪大流急、有岩石崩塌的危险，海滩条件和集沙作用均不好，不宜作为海滩改造之地 从上所述，可选择泥金南部、长尾礁—下保、下保—香山作为海滩改造的岸段 7 海滩改造设计 根据以上评述，泥金南部、长尾礁—下保、下保—香山三段海岸具有比较有利的改造条件，下面具体对下保—香山段海岸的沙滩改造方案进行探讨 quot 回填沙粒径 回填海滩沙粒径一般需与原海滩沙近似，同时要 改造区附近可供利用的泥金风沙堤考虑回填沙源的开采和运输等经济和环境因素 和下保—香山段的冲8海积沙，其粒径略小于下保 期 陈 坚等:厦门岛东北部海滩回填重塑研究 ? E9 ? —香山段海滩沙的粒径，分选性比海滩好，粒径比较单一，可以和其他较粗的沙配合使用，结合 沙源条件回填沙平均粒径确定为 ，标准偏差 quot (表 ) quot 表 原海滩和沿岸沙源地沙的粒度特征 amp’quot -amp.amp/.0 0amp34 amp34 1amp0/amp5 0amp34 潮上带和潮间带 整个剖面(至休止深12 ’amp- 度) 岸 段 剖面 平均粒径 ) ( 标准偏差 ( 平均粒径 ) 标准偏差 下保—香山 平均 6 quot 787 quot 69 quot : quot 9 泥金风沙堤 平均 quot 68: 6 quot 766 下保—香山冲lt海积平原沙 quot 86 6 quot 8 quot 人工填沙范围 回填时沙可以填在潮间带和潮上带，也可以填在潮下带，一般在沙滩和潮下带同时回填比 较有利 quot 人工沙滩上限高程由设计水位、波浪爬高、预期海面上升值和预留值构成，设计重现期 一般采用重复回填的期限，研究区以 :amp 计 quot 波浪在沙滩上爬高，与海滩坡度、破波波高、 在 波浪周期有关 quot 波浪设计得知: quot 6gt 等深 〔〕 线处 ， (黄零):6amp 一遇设计波的周期为 : quot :0， 《海滨防护手册》 极限波高为 quot 6gt quot 根据 A 的方法， ( 在滩肩坡度 B 6 quot 6 约 quot 9C)的情况下: 变量 quot D B 6 quot 66 9E; 变量 amp ’ D quot B 6 quot 9; ’ B 6 quot gt amp ( ， ( ， ( ， 其中， 为设计破波波高 gt ) 为重力加速度 gtD0 ) 为波浪周期 0) amp ’ 为波浪爬高 quot( gt)计算结果见表 F quot 长期的海平面变化与区域构造背景、全球气候变化等因素有关，我国主要沿海城市和地区 厦 的海面变化值已由中国科学院组织有关人员 完 成， 门 地 区 未 来 海 平 面 相 对 上 升 速 率 为 〔〕 quot 7gtgtDamp ， 海面上升不到 gt， :amp 可忽略不计 quot 表quot 重复期海滩设计上限高程 amp’quot G0H34 2553H IJltgt10/ 5Kamp/13 3 :amp J.14 设计高水位(gt) 波浪爬高(gt) 海面上升(gt) 预留值(gt) quot 79 6quot 6 quot 7: 6 quot 设计上限高程 E quot :6gt 受波浪影响下界(休止深度)以浅的泥沙都要参与海滩剖面的塑造，泥沙运动的休止深度 理论上用每年低概率出现的波浪计算，因此接近休止深度的泥沙在大部分的正常天气情况下 难以上移到潮间带，影响回填效应的尽快实现，所以海滩改造的回填下限以浅于休止深度 L gt 为宜，并依实际回填运输船等情况而定 quot 休止深度根据 M.Ngt. 公式计算: quot B quot : quot amp 6 quot 9 B quot 9: quot amp 其中， amp 6 quot 9 : quot ( ; 每年波浪出现频率为 - 的波浪的有效波高 gt ) quot amp :每年的平均有效波高( gt)quot ( 为 本区各波向最大的年平均波高 quot D6 O 向) 6 quot 8gt， (理基， 休止深度则为 quot gt 相当 ， 于黄零下 quot Egt)本研究的下限高程取黄零下 : quot 6gt quot quotquot 人工海滩形态 ? /D ? 台 湾 海 峡 quot 卷 ( quot quot 均衡剖面与海滩坡度 按照 amp’ )对海滩均衡剖面的研究，海水淹没部分的海 滩均衡剖面具有下凹的形态， 并且水深随距离的 次幂而变化，即: ( quot ) quot 其中， - quot -. ， 为沙粒沉降速度 012) / quot ， 为沙粒的平均直径 11) quot - quot // ( ; ( quot ( 在 为海滩剖面从平均大潮高潮线向海的水平距离， quot ) quot 处的海底深度 1) ( quot 由图 3 可知，理论剖面基本反映实际剖面的形态，低潮带以下由于底质粒径小、坡度平缓而有所差异， 以理论剖面拟合回填后沙滩的剖面形态，按剖面形态确定海滩平均坡度为 - quot -(约 quot .4)quot 图3 下保—香山段海滩理论剖面与实测剖面 567 quot 3 8amp9 :amp0 ltgt69 amp’ AgtA60amp9 ltgt69 :AB’ C6amp:ampgt amp’ C6amp’72amp’ quot quot 人工海滩的长度 人工海滩建设要注意防止回填沙的流失，充分利用近岸礁石保存海 滩沙， 人工海滩选在海滩南北两侧岩礁之间，长度为 D--1 quot quot quot 人工海滩宽度 回填后海滩剖面适应水动力条件发生调整， 在回填沙与原海滩沙的粒 度特征一致情况下， 新海滩剖面可以认为保持原有形态向海推进，推进的距离主要由预期的滩 肩宽度、波浪爬高与消能效果、经济因素等条件决定 quot 在类似目前的水文条件下，波浪极限爬高 为 - quot 1， ( ， 滩肩坡度为 - quot - 约 4)则滩肩需 -1 宽 quot 根据国际上优良海滨浴场的要求， -1 以上，考虑到退塘还滩，确定人工海滩滩肩宽度为 -1 quot 滩肩宽 度一般在 3 quot quot / 人工海滩面积 .