荣成月湖沙坝防治方案简介

荣成月湖沙坝外侧侵蚀防治方案简介
一、前言
近三十年来，月湖沙坝湿地内池塘养殖开发过于无度，养殖规模和养殖密度不断加大，湿地面积大为缩小，严重改变了湿地内部的一些地貌形态，减小了泻湖纳潮量，泻湖淤积加速。

同时，月湖沙坝也正在遭受严重的侵蚀并不断加剧。

中国现存最为完整、最为典型的泻湖体系正在面临退化和消失的风险。

地方政府决定开展月湖沙坝侵蚀的研究，分析和模拟月湖沙坝外侧侵蚀机理与过程，并开展沙坝侵蚀防治工程的试验性建设。

我公司设计院承担了编制该项目中工程类项目的初步设计的任务，本文对月湖沙坝外侧侵蚀防治方案进行介绍，为以后类似项目的建设提供参考。

二、荣成月湖近年现状
荣成月湖是我国保存较为完好的沙坝－泻湖体系之一，也是中国现存最为完整、最为典型的泻湖之一，具有显著的生态系统多样性和特殊的保护与科研价值。

是东北亚多种候鸟迁徙的途经之地和越冬栖息地，是世界上已知最大的大天鹅越冬种群栖息地（图1），因此月湖又名天鹅湖。

2007年4月被评为国家级自然保护区。

图1 月湖——世界上最大的天鹅越冬栖息地
历史上的月湖环境是比较稳定的，直到本世纪五十年代，月湖仍是一个水质优良、生物生产力较高的沙坝泻湖。

从1957年开始，当地对这个海湾进行了有组织的开发，其中在六十年代后期采取了“封港养护”的方针，湖内生物量稳定繁育生长（图2A）。

1979年，当地居民在月湖口门建造水闸控制月湖的水量进出，极大地影响了水交换的畅通，使月湖生态系统质量急转直下（图2B）。

1985年，当地村庄炸掉了部分坝体，意图恢复原来的环境，情况曾一度略有好转，大叶藻—刺海参生态系统又开始发育。

但是，由于环境演化具有一定的不可逆性，同时，由于土地开发、植被破坏，月湖集水盆地的流域侵蚀明显加剧，导致陆源沉积物的输入迅速增加。

20世纪80年代中期以来，当地居民于1986和1992年在月湖南北侧分别开挖了面积为0.41km2和
0.18km2的养虾池(占月湖潮间带面积的1／3强，图2C和D)，原有的较稳定状态被破坏，涨潮流作用加强，从落潮流优势型转为涨潮流优势型，其后果是涨潮三角洲面积明显增大，生态环境恶化。

近年来由于虾病泛滥，养虾亏损，虾池几近废弃。

废弃的虾池并没有得到完全拆除，进一步影响了月湖的水体交换。

1999年地方政府曾组织实施了月湖的清淤治理工程，将部分残存坝基、南虾池及其周围200m以内范围、以及月湖北侧潮滩平均下挖1m（图2E）。

但是，月湖的物理和生态环境仍未得到根本改善，泻湖衰亡速度加速。

近年来，月湖沙坝正在遭受严重的侵蚀，其中月湖口门向北蚀退约150m，沙坝紧靠荣成湾的外侧向西退缩30－50m，并且侵蚀的过程正不断加剧（图2A-E）。

图2 月湖泻湖——沙坝体系的变化过程
三、月湖沙坝外侧侵蚀防治方案
接到任务后，设计人员根据《山东省重要滨海湿地生态修复示范项目实施方案》，采用离岸潜堤、丁坝和补沙三种工程措施进行现场试验性建设。

（一）离岸潜堤
1.平面方案
在沙坝外侧修筑离岸潜堤，可以消释海水能量，降低潮汐波浪对沙坝的侵蚀强度。

离岸潜堤的主要功能是促使它与沙坝之间的滩面淤高，借以削减波浪直接冲击沙坝和淘刷其脚趾海床，从而达到保护沙坝安全的目的。

由于离岸潜堤一般不宜修建在离主海堤很远的深水区，特别是沿岸输砂率不大的海岸，否则，水深达、修堤长、既不经济，也很可能达不到修建离岸潜堤的目的。

考虑以上因素，本次设计的离岸潜堤堤顶
标高按防止悬移质入侵的防沙堤取在设计高水位附近，取1.0m；
离岸潜堤建成后，从其发展趋势看，主要是离岸潜堤与沙坝之间的滩面淤长的动态发展。

在波浪作用下，离岸潜堤可对沙坝形成较大的波影区，这一波影区，类似于丁坝拦沙一样，使沿岸来沙落淤下来。

又因沙质海岸沿输沙集中在岸边水深较浅范围内，且沉速不大，所以开始从沙坝海侧以沙嘴型式向离岸潜堤发展，最后与离岸潜堤连接起来，形成连岛坝。

从而使沙坝堤身和堤脚能够抵御来自外海的破波的直接冲击和淘刷，保护沙坝的安全。

2.结构方案
离岸潜堤结构的基本要求是不透泥沙或少透泥沙。

当采用抛石或人工混凝土块体时，由于堤身具有空隙，可透过泥沙，对于截拦泥沙不利，应采用及配好的石料抛筑堤心，以减少堤身的空隙，提高防沙效果。

堤身应具有一定宽度，以增加泥沙通过的阻力。

离岸潜堤的结构型式有斜坡式、直立式、混合式等，所用材料为土、石、混凝土等，本方案采用可移置的混凝土工字块堆砌成离岸潜堤，具体工程试验方案应结合数值模拟结果确定，结构断面图见图3。

工字型预制混凝土块具有整体性好、抗风浪、防淘刷、施工简单、经济实用、基本不需维护管理等优点，尤其适用于水流条件复杂，长期处于迎流顶冲的情况。

图3 离岸潜堤结构断面图
（二）丁坝及丁坝群
1.平面方案
丁坝及丁坝群是一种与海岸线近乎垂直的海岸建筑物，它的作用是拦截海岸上游输来的泥沙，形成宽阔的海滩而保护海岸。

丁坝在淤泥质海岸有较成熟的运用，可以运用在黄河三角洲地区。

丁坝及丁坝群是靠拦截的泥沙来达到防护海岸的目的。

丁坝的上游是淤积，下游是冲刷，为了防止下游冲刷危及沙坝安全，下游须继续修建丁坝构成丁坝群。

按照设计手册及相关文献资料：
1）丁坝堤身高且长度延伸到平均低潮位以下3m水深处，能阻挡沿岸输沙量的100%；
2）堤身高而且延伸到平均低潮位以下的1.5m水深处或堤身矮但未延伸到平均低潮位以下3m水深处，能阻挡沿岸输沙量的75%；
3）堤身高，但未延伸到平均低潮位以下1.5m水深处或堤身矮但未延伸到平均低潮位以下3m水深处，能阻挡沿岸输沙量的50%。

本次设计方案主要以原则性为主进行考虑：
1）丁坝的方向设计
丁坝轴线应布置在消浪最优效果的方向，丁坝轴线与水流方向的夹角对坝头和坝间冲淤有很大影响，下挑丁坝坝头前的水流较上挑丁坝为平静，冲刷坑较小、较浅。

淹没丁坝宜修筑成上挑式，而非淹没丁坝宜修筑成下挑式。

本次设计上挑丁坝的轴线与水流的夹角一般为95°~105°，下挑丁坝轴线与水流的夹角一般为60°~65°2）丁坝纵坡设计
淹没丁坝的坝顶应有自坝根至坝头的1/100~1/300纵坡，以使海水的横断面面积随着水位上升而逐渐增加，随着水位的下降而逐渐减小，不致因横断面面积急剧变化而引起沙坝发生急剧的变化。

此外，坝顶倾斜能促使水流集中在治导线范围内。

丁坝坝头附近，会产生较自然情况为大的流速，可能要冲刷坝头和地基。

3）坝头偏坡设计
丁坝坝头迎海边坡愈陡，冲刷愈剧烈。

为此把迎海边坡系数放平到3~5，同时还铺设垫底沉排。

本工程措施试验中共设3条丁坝，布置在月湖沙坝靠近堤头段位置，每条丁坝长度为50m，丁坝间距取3倍丁坝长度为150m。

2.结构方案
丁坝的结构型式与离岸潜堤结构型式相同，丁坝结构断面图见图4。

图4 丁坝结构断面图
（三）补沙方案
1.平面方案
人工补沙因其不会破坏工程区上下游沿岸输沙的平衡，是相对于海岸防护建筑物而言最为经济和生态友好的新兴防护措施。

本方案在月湖沙坝靠近陆域位置约200m
范围采用月湖清淤工程的泥沙补填至沙坝外侧。

2.结构方案
补沙方式分沙丘补沙、滩肩补沙、剖面补沙和近岸补沙四类，结构断面图见图4。

图4 人工补沙方式示意图
四、思考
海岸侵蚀主要是由于泥沙运动引起的，离岸潜堤、丁坝及丁坝群和补沙都是保护海岸免遭泥沙侵蚀的工程措施。

泥沙运动规律是侵蚀防治建筑物设计的关键，泥沙运动力学作为一种专门的学科，国内外有很多专家进行研究，目前已有一些较为成熟的理论，但至今仍有许多问题尚未得到完全解决。

如何通过模型试验结论，结合相关的计算公式使泥沙侵蚀防治建筑物更为合理有效的发挥其功能是设计者需要思考的。

五、结语
泥沙运动力学不仅要解决河流泥沙问题，由于工农业的发展和环境保护的需要，湿地、泥石流、风沙、环境泥沙、工业管道输送等问题也是泥沙运动研究的主要对象，这些方面的研究还可大大丰富泥沙运动力学的研究内容。

自然科学的发展大多得益于一些新理论、新方法的运用，泥沙运动力学也不例外。

在我们所处的这样一个知识爆炸的时代，各种新理论、新方法层出不穷，泥沙运动研究也要及时将一些新理论、新方法引入进来，从而未解决更多的实际问题服务。