潍坊沿海防护堤人工沙滩设计及岸滩演变分析.doc

浅谈潍坊沿海防护堤人工沙滩设计及岸滩演变分析 潍坊项目监理部 张祖臣 摘要 潍坊人工沙滩的建设以休闲旅游度假为主要目的，兼具改善生态环境和营造宜居城市的临海景观等多项功能，人造海滩浴场投入使用后，潍坊市将彻底告别“临海不见海，有海难亲海，亲海难戏海”的尴尬时代，对促进潍坊市经济发展和城市建设具有重要意义。 潍坊海岸位于山东半岛北部，以来自开阔外海的 nne 向风浪为优势海岸动力。潍坊海岸类型属粉砂质海岸，以粉土、粉质粘土等为主，目前海岸总体处于相对平衡发展阶段。对潍坊地区海岸地貌、海岸动力及泥沙运动的调查研究，总结潍坊海岸及其周边不同类型海滩的特点，提取其海滩参数。依据处于不同发展时期的自然海滩形成演变的条件和规律，设计构建潍坊沿海防护堤人工沙滩的关键参数。设计海滩总长度约 1600m， ，设计高水位宽度约 200 m（沙滩设计高水位以上宽约 120 m，沙滩潮间带宽约为 80 m）以上沙滩的顶面高程由 5.0 m 逐渐下降到 2.64 m，坡度为 1:50局部 1:25，潮间带沙 相对高度约 5 m，滩顶面高程由 2.64 m 逐渐下降到0.03m坡度为 1:25， 总填砂量 371000 3m 。从滩面物质和滩面坡度两个关键方面，检验设计海滩的稳定性。 主题词 海岸 海滩 人工沙滩 海滩参数 潍坊 海滩是泥沙在激浪带的堆积，是由激浪作用形成的。受岸线走向、开敞程度、当地波况和泥沙供应状况以及初始地形的控制，海滩表现出不同的结构与动力地貌特点。对海滩结构、泥沙运动和海滩演变动态的研究，在海岸理论和开发利用方面均有重要意义。本文以渤海湾潍坊地区典型的粉砂质海岸为例，分析探讨海岸与海滩特点，以及人工沙滩的设计研究和应用。 一、 研究区概况 潍坊人工沙滩位于潍坊沿海防护堤二期工程桩号 k5423 到 k7000 间堤段外海侧，依靠防护堤面朝大海，向北敞开。在防护堤向海侧，海底平坦、地貌单一，为波场作用区。 受季风影响，潍坊沿海防护堤二期地区冬半年（10 月次年 4 月）盛行 nne 风；下半年5 月9 月盛行 s 风。全年 nne 向风频率最高，为 60 ，11、12 月受冷空气的影响往往产生大风，冷空气大风多为 ne 风。（还要考虑台风大小及台风大风风向） 潍坊沿海防护堤的风浪特征和风况一致冬半年近岸海区风浪以 nne 向为主，平均波高 2.6 m曾出现过 6.7 m 的最大波高；下半年主要为 ne 向风浪，平均波高 2.6 m最大波高 4.8m。海岸岸线东西走向，朝向北方开敞外海，因此 ，偏 nne 向风浪为海岸带的优势动力，利用浅水波要素，计算得到潍坊沿海防护堤二期处海滩 50 年一遇波浪的爬高为 4.82m，2 年一遇波浪的爬高为 2.64 m。 潍坊沿海防护堤二期地区为规则半日潮，多年平均潮差 2.67 m，最大潮差 5.62 m。根据长期验潮记录和潮位相关模型，计算获得潍坊沿海防护堤二期 50 年一遇最大高潮位设计值为 4.82 m，最大低潮位设计值为0.8 m；多年平均高潮位设计值为 2.64 m，平均低潮位设计值为0.03 m。 潍坊沿海防护堤二期地区海岸海滩泥沙来源和输出项 泥沙来源项 输出或流失项 平衡1. 人工输沙 1. 有海底深谷靠近海岸，泥沙落 海滩堆积或侵蚀2. 向岸输沙 入海底深谷而损失3. 生物残骸 2. 离岸输沙4. 风把陆地沙吹到海滩上 3. 海滩采沙 4. 向岸风把海滩 上的沙吹 到陆 地上 二、潍坊沿海防护堤人工沙滩设计 海滩是激浪作用下，泥沙在激浪带的堆积，是海岸最活跃的始终处于变化状态的地貌单元，其剖面形态与沿岸波浪特征、泥沙补给和海滩物质的粒度等要素密切相关。海滩的坡度、宽度系激浪作用强度与海滩物质的粒度、比重等的函数。天然的海滩剖面是波浪动力与泥沙供应间达到相对动态平衡的结果。因此，了解周边地区相似条件下，自然海滩的形态和演变规律，提取海滩参数，将其“模型化”，通过地学的“类比”原理，能够为人工海滩的设计提供依据，以确定合理的海滩物质组成、颗粒大小和海滩的坡度、高度等关键参数，是人工海滩更快的达到平衡状态并维持相对稳定。 （一）中交?谝缓轿窆炭辈焐杓圃河邢薰旧杓铺跫吧杓魄榭?1. 设计水位：以当地理论最低潮面起算 设计高水位： 2.64m； 设计低水位：0.03m； 50 年一遇高水位： 4.82m； 50 年一遇低水位：0.80m； 2. 设计波浪波浪重现期采用 50 年一遇 波向 nne 向 位置 泥面标高约0.5m 波要素 h1m h5m h13m ts 水位 50 年一遇高水位 3.3 2.9 2.6 8.2 设计高水位 2.1 2.1 2.1 8.2注:带有的为极限波高 3. 地质条件 工程拟建区属粉砂质海岸工程区勘察深度范围内地层上部为全新统中后期海相沉积物为粉土粉质粘土等下部为全新统早期冲海积相沉积地层为中密密实状粉土等拟建工程区主要的不良地质现象为饱和砂性土的液化问题在地震烈度为 7 度时液化等级为轻微中等。 4.设计情况 潍坊滨海旅游度假区人工沙滩位于潍坊沿海防护堤二期工程桩号 k5423 到 k7000间堤段外海侧，总长度约 1600m。人工沙滩主体采用下层吹填砂和上层海滩沙（吹填砂 ，沙滩设计高水位以上填沙厚度为 1m，潮和海滩沙之间由高强土工格栅和土工布隔开）间带填沙厚度为 1.5m，由东西两侧挡沙堤、踏步、平行与防护堤方向离岸 120m 处内围堰大型充填袋和 200m 处外围堰抛石组成。沙滩设计高水位以上宽约 120 m，沙滩潮间带宽约为 80 m，总宽约 200 m。缓坡段沙滩的顶面高程由 5.0 m 逐渐下降到 2.64 m，坡度为 1:50局部 1:25。潮间带沙滩顶面高程由 2.64 m 逐渐下降到0.03m坡度为 1:25。 （二）滩面物质 人工填沙后，由于波浪的掀动作用会分选、净化填沙，把细小的、轻微的物质带到外海。因此，最佳的填沙粒径是与天然海滩中自然泥沙的粒径相同或略粗略重的物质。 选用经典的数学模型进行人工填沙与天然海滩沙之间的平均粒径和分选度的比较，确定与天然海滩沙相比较处于稳定状态的人工填沙平均粒径 m。 潍坊沿海防护堤人工沙滩填沙后，受波浪力得作用，沙滩在高潮位处形成滩肩，滩肩是在波浪较小的时期，波浪把海滩沙向岸推移堆积起来形成的。波浪可能推移泥沙的高度常常也是堆积的高度，因此，滩肩的高度常常就是波浪上涌水流达到的高度。 人工沙滩各部分所受波浪作用力不同，波浪从离岸区到近岸区的传播过程中，遇到人工沙滩外围堰，水深由深变浅发生浅水变形，波高 h 增大，波能 e 增大，并在破波点达到最大，由于分选作用使海滩上各点的泥沙粒径不尽相同。较大颗粒的泥沙受波浪的推移作用一般堆积在海滩的上部，而较小颗粒的泥沙破碎波的悬浮作用堆积在海滩的下部。海滩各部分泥沙的分选度也不相同，上部分选较好，下部较差。 （三）滩面坡度 不同波浪情况下，不同滩面物质粒度所确定的人工沙滩坡度是不同的，决定海滩坡度大小的主要因素是粒径与波能的大小，其中粒径起着决定性的作用。卵砾石组成的海滩坡度最陡，大于 1:5，淤泥质海岸坡度较缓，在 1:5001:2000 之间，沙质海岸的坡度在两者之间。海滩剖面坡度与泥沙中值粒径 d50 相关，坡度随 d50 的增大而减小。因此，潍坊沿海防护堤人工沙滩潮间带必须根据 50 年一遇波浪条件和 2 年一遇波浪条件及抛填海滩沙中值粒径确定合理的滩面坡度。 三、结论 潍坊沿海防护堤地区冬半年为风暴盛行期，在大风浪期间，风增水与波浪增水都较大，巨大的波浪可直接打击在滩面或滩肩上，引起大量潮间带细小的泥沙悬疑并向海输移，较大颗粒的泥沙向岸推移，由于大风作用，潮间带以上的细小泥沙则向防护堤侧推移，最终导致岸滩变短。 潍坊沿海防护堤天然海沙粒径与人工填沙粒径颗粒相差较大，两种沙在风浪作用下会形成各自的坡度，中间会有一条明显的分界线，在风暴季节向海输移的泥沙在风暴季节过后将很难被推回，而人工填沙也处于不断被侵蚀状态中，横