榮成月湖沙壩防治方案簡介

榮成月湖沙壩外側(cè)侵蝕防治方案簡介一、 前言近三十年來，月湖沙壩濕地內(nèi)池塘養(yǎng)殖開發(fā)過于無度，養(yǎng)殖規(guī)模和養(yǎng)殖密度不斷加大，濕地面積大為縮小，嚴(yán)重改變了濕地內(nèi)部的一些地貌形態(tài)，減小了瀉湖納潮量，瀉湖淤積加速。同時，月湖沙壩也正在遭受嚴(yán)重的侵蝕并不斷加劇。中國現(xiàn)存最為完整、最為典型的瀉湖體系正在面臨退化和消失的風(fēng)險。地方政府決定開展月湖沙壩侵蝕的研究，分析和模擬月湖沙壩外側(cè)侵蝕機理與過程，并開展沙壩侵蝕防治工程的試驗性建設(shè)。我公司設(shè)計院承擔(dān)了編制該項目中工程類項目的初步設(shè)計的任務(wù)，本文對月湖沙壩外側(cè)侵蝕防治方案進行介紹，為以后類似項目的建設(shè)提供參考。二、 榮成月湖近年現(xiàn)狀榮成月湖是我國保存較為完好的沙壩一瀉湖體系之一，也是中國現(xiàn)存最為完整、最為典型的瀉湖之一，具有顯著的生態(tài)系統(tǒng)多樣性和特殊的保護與科研價值。是東北亞多種候鳥遷徙的途經(jīng)之地和越冬棲息地，是世界上已知最大的大天鵝越冬種群棲息地（圖1），因此月湖又名天鵝湖。2007年4月被評為國家級自然保護區(qū)。圖1月湖——世界上最大的天鵝越冬棲息地歷史上的月湖環(huán)境是比較穩(wěn)定的，直到本世紀(jì)五十年代，月湖仍是一個水質(zhì)優(yōu)良、生物生產(chǎn)力較高的沙壩瀉湖。從1957年開始，當(dāng)?shù)貙@個海灣進行了有組織的開發(fā)，其中在六十年代后期采取了“封港養(yǎng)護”的方針，湖內(nèi)生物量穩(wěn)定繁育生長（圖2A）。1979年，當(dāng)?shù)鼐用裨谠潞陂T建造水閘控制月湖的水量進出，極大地影響了水交換的暢通，使月湖生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量急轉(zhuǎn)直下（圖2B）。1985年，當(dāng)?shù)卮迩f炸掉了部分壩體，意圖恢復(fù)原來的環(huán)境，情況曾一度略有好轉(zhuǎn)，大葉藻一刺海參生態(tài)系統(tǒng)又開始發(fā)育。但是，由于環(huán)境演化具有一定的不可逆性，同時，由于土地開發(fā)、植被破壞，月湖集水盆地的流域侵蝕明顯加劇，導(dǎo)致陸源沉積物的輸入迅速增加。20世紀(jì)80年代中期以來，當(dāng)?shù)鼐用裼?986和1992年在月湖南北側(cè)分別開挖了面積為0.41km2和0.18km2的養(yǎng)蝦池（占月湖潮間帶面積的1/3強，圖2C和D）,原有的較穩(wěn)定狀態(tài)被破壞，漲潮流作用加強，從落潮流優(yōu)勢型轉(zhuǎn)為漲潮流優(yōu)勢型，其后果是漲潮三角洲面積明顯增大，生態(tài)環(huán)境惡化。近年來由于蝦病泛濫，養(yǎng)蝦虧損，蝦池幾近廢棄。廢棄的蝦池并沒有得到完全拆除，進一步影響了月湖的水體交換。1999年地方政府曾組織實施了月湖的清淤治理工程，將部分殘存壩基、南蝦池及其周圍200m以內(nèi)范圍、以及月湖北側(cè)潮灘平均下挖1m（圖2E）。但是，月湖的物理和生態(tài)環(huán)境仍未得到根本改善，瀉湖衰亡速度加速。近年來，月湖沙壩正在遭受嚴(yán)重的侵蝕，其中月湖口門向北蝕退約150m，沙壩緊靠榮成灣的外側(cè)向西退縮30-50m，并且侵蝕的過程正不斷加?。▓D2A-E）。圖2月湖瀉湖一一沙壩體系的變化過程三、月湖沙壩外側(cè)侵蝕防治方案接到任務(wù)后，設(shè)計人員根據(jù)《山東省重要濱海濕地生態(tài)修復(fù)示范項目實施方案》，采用離岸潛堤、丁壩和補沙三種工程措施進行現(xiàn)場試驗性建設(shè)。（一）離岸潛堤1.平面方案在沙壩外側(cè)修筑離岸潛堤，可以消釋海水能量，降低潮汐波浪對沙壩的侵蝕強度。離岸潛堤的主要功能是促使它與沙壩之間的灘面淤高，借以削減波浪直接沖擊沙壩和淘刷其腳趾海床，從而達到保護沙壩安全的目的。由于離岸潛堤一般不宜修建在離主海堤很遠的深水區(qū)，特別是沿岸輸砂率不大的海岸，否則，水深達、修堤長、既不經(jīng)濟，也很可能達不到修建離岸潛堤的目的?？紤]以上因素，本次設(shè)計的離岸潛堤堤頂標(biāo)高按防止懸移質(zhì)入侵的防沙堤取在設(shè)計高水位附近，取1.0m；離岸潛堤建成后，從其發(fā)展趨勢看，主要是離岸潛堤與沙壩之間的灘面淤長的動態(tài)發(fā)展。在波浪作用下，離岸潛堤可對沙壩形成較大的波影區(qū)，這一波影區(qū)，類似于丁壩攔沙一樣，使沿岸來沙落淤下來。又因沙質(zhì)海岸沿輸沙集中在岸邊水深較淺范圍內(nèi)，且沉速不大，所以開始從沙壩海側(cè)以沙嘴型式向離岸潛堤發(fā)展，最后與離岸潛堤連接起來，形成連島壩。從而使沙壩堤身和堤腳能夠抵御來自外海的破波的直接沖擊和淘刷，保護沙壩的安全。2.結(jié)構(gòu)方案離岸潛堤結(jié)構(gòu)的基本要求是不透泥沙或少透泥沙。當(dāng)采用拋石或人工混凝土塊體時，由于堤身具有空隙，可透過泥沙，對于截攔泥沙不利，應(yīng)采用及配好的石料拋筑堤心，以減少堤身的空隙，提高防沙效果。堤身應(yīng)具有一定寬度，以增加泥沙通過的阻力。離岸潛堤的結(jié)構(gòu)型式有斜坡式、直立式、混合式等，所用材料為土、石、混凝土等，本方案采用可移置的混凝土工字塊堆砌成離岸潛堤，具體工程試驗方案應(yīng)結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果確定，結(jié)構(gòu)斷面圖見圖3。工字型預(yù)制混凝土塊具有整體性好、抗風(fēng)浪、防淘刷、施工簡單、經(jīng)濟實用、基本不需維護管理等優(yōu)點，尤其適用于水流條件復(fù)雜，長期處于迎流頂沖的情況。圖3離岸潛堤結(jié)構(gòu)斷面圖（二）丁壩及丁壩群平面方案丁壩及丁壩群是一種與海岸線近乎垂直的海岸建筑物，它的作用是攔截海岸上游輸來的泥沙，形成寬闊的海灘而保護海岸。丁壩在淤泥質(zhì)海岸有較成熟的運用，可以運用在黃河三角洲地區(qū)。丁壩及丁壩群是靠攔截的泥沙來達到防護海岸的目的。丁壩的上游是淤積，下游是沖刷，為了防止下游沖刷危及沙壩安全，下游須繼續(xù)修建丁壩構(gòu)成丁壩群。按照設(shè)計手冊及相關(guān)文獻資料：1）丁壩堤身高且長度延伸到平均低潮位以下3m水深處，能阻擋沿岸輸沙量的2）堤身高而且延伸到平均低潮位以下的1.5m水深處或堤身矮但未延伸到平均低潮位以下3m水深處，能阻擋沿岸輸沙量的75%；3）堤身高，但未延伸到平均低潮位以下1.5m水深處或堤身矮但未延伸到平均低潮位以下3m水深處，能阻擋沿岸輸沙量的50%。本次設(shè)計方案主要以原則性為主進行考慮：1） 丁壩的方向設(shè)計丁壩軸線應(yīng)布置在消浪最優(yōu)效果的方向，丁壩軸線與水流方向的夾角對壩頭和壩間沖淤有很大影響，下挑丁壩壩頭前的水流較上挑丁壩為平靜，沖刷坑較小、較淺。淹沒丁壩宜修筑成上挑式，而非淹沒丁壩宜修筑成下挑式。本次設(shè)計上挑丁壩的軸線與水流的夾角一般為95°?105°，下挑丁壩軸線與水流的夾角一般為60°?65°2） 丁壩縱坡設(shè)計淹沒丁壩的壩頂應(yīng)有自壩根至壩頭的1/100?1/300縱坡，以使海水的橫斷面面積隨著水位上升而逐漸增加，隨著水位的下降而逐漸減小，不致因橫斷面面積急劇變化而引起沙壩發(fā)生急劇的變化。此外，壩頂傾斜能促使水流集中在治導(dǎo)線范圍內(nèi)。丁壩壩頭附近，會產(chǎn)生較自然情況為大的流速，可能要沖刷壩頭和地基。3） 壩頭偏坡設(shè)計丁壩壩頭迎海邊坡愈陡，沖刷愈劇烈。為此把迎海邊坡系數(shù)放平到3?5，同時還鋪設(shè)墊底沉排。本工程措施試驗中共設(shè)3條丁壩，布置在月湖沙壩靠近堤頭段位置，每條丁壩長度為50m，丁壩間距取3倍丁壩長度為150m。結(jié)構(gòu)方案丁壩的結(jié)構(gòu)型式與離岸潛堤結(jié)構(gòu)型式相同，丁壩結(jié)構(gòu)斷面圖見圖4。圖4丁壩結(jié)構(gòu)斷面圖（三）補沙方案平面方案人工補沙因其不會破壞工程區(qū)上下游沿岸輸沙的平衡，是相對于海岸防護建筑物而言最為經(jīng)濟和生態(tài)友好的新興防護措施。本方案在月湖沙壩靠近陸域位置約200m范圍采用月湖清淤工程的泥沙補填至沙壩外側(cè)。結(jié)構(gòu)方案補沙方式分沙丘補沙、灘肩補沙、剖面補沙和近岸補沙四類，結(jié)構(gòu)斷面圖見圖4。四、 思考海岸侵蝕主要是由于泥沙運動引起的，離岸潛堤、丁壩及丁壩群和補沙都是保護海岸免遭泥沙侵蝕的工程措施。泥沙運動規(guī)律是侵蝕防治建筑物設(shè)計的關(guān)鍵，泥沙運動力學(xué)作為一種專門的學(xué)科，國內(nèi)外有很多專家進行研究，目前已有一些較為成熟的理論，但至今仍有許多問題尚未得到完全解決。如何通過模型試驗結(jié)論，結(jié)合相關(guān)的計算公式使泥沙侵蝕防治建筑物更為合理有效的發(fā)揮其功能是設(shè)計者需要思考的。五、 結(jié)語泥沙運動力學(xué)不僅要解決河流泥沙問題，由于工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和環(huán)境保護的需要，濕地、泥石流、風(fēng)