蔡 鋒，劉 根

(1.自然資源部第三海洋研究所，福建 廈門 361005；2.福建省海洋生態(tài)保護(hù)與修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門 361005)

海灘是一種寶貴的天然資源，因具有海岸防護(hù)、旅游休閑和生態(tài)服務(wù)等多種重要功能，在沿海社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)中發(fā)揮著不可替代的作用。然而，在全球氣候變化和人類活動(dòng)背景下，我國(guó)海灘已經(jīng)或正在發(fā)生顯著變化[1-2]。監(jiān)測(cè)表明，1980—2018年中國(guó)沿海海平面上升速率為3.3 mm/a，高于同時(shí)段全球平均水平[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有約49.5%的砂質(zhì)岸線正遭受侵蝕[4]。

由于海岸帶集人口聚居地、經(jīng)濟(jì)活躍帶和旅游目的地于一體，海岸侵蝕會(huì)帶來(lái)巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失。21世紀(jì)以前，我國(guó)大量建造硬式構(gòu)筑物來(lái)應(yīng)對(duì)海岸侵蝕，比如丁壩、防波堤、海堤等。后來(lái)，逐漸發(fā)現(xiàn)這種硬式的防護(hù)措施并不能解決侵蝕問(wèn)題，反而造成堤前嚴(yán)重下蝕及相鄰海岸侵蝕加劇[4-6]。而且，隨著沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施的大量建設(shè)，自然岸線被固化，人工岸線的比例逐年增加，形成了新世紀(jì)的“鋼鐵長(zhǎng)城”[7]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)主要海灣自然岸線的比例由1940年代的78.21%降至2014年的28.87%[8]，海岸帶固有的生態(tài)活力和環(huán)境彈性逐漸降低，甚至喪失。

20世紀(jì)20年代以來(lái)，隨著海岸工程學(xué)家和海岸地貌研究人員的不斷探索，發(fā)現(xiàn)向海灘拋沙可以減緩海灘的侵蝕。世界上最早的海灘養(yǎng)護(hù)工程始于20世紀(jì)初的美國(guó)東海岸，包括1919年的加利福尼亞南部的圣佩德羅(San Pedro)[9]和1922年的紐約科尼島(Coney Island)[10]。海灘養(yǎng)護(hù)(也稱海灘修復(fù))是指利用人工或機(jī)械將異地一定體積的泥沙拋填在一個(gè)受侵蝕的岸段上[11-14]。因具有社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等多方面的綜合效應(yīng)，海灘養(yǎng)護(hù)技術(shù)已經(jīng)被認(rèn)可為一種環(huán)境友好型且經(jīng)濟(jì)有效的海岸侵蝕應(yīng)對(duì)措施，廣泛應(yīng)用于世界各地[15]，如美國(guó)[16]、西歐[17]、澳大利亞[18]等。

歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家早在20世紀(jì)中期就興起了海灘養(yǎng)護(hù)修復(fù)技術(shù)的研究和實(shí)踐，并形成了較為完善的理論和技術(shù)[11, 13-14]。而我國(guó)起步較晚，直到2005年前后，才開始重視海灘養(yǎng)護(hù)修復(fù)技術(shù)及應(yīng)用研究[19-21]。2015年，我國(guó)提出了“開展藍(lán)色海灣整治行動(dòng)”的工作部署；2016年以來(lái)，國(guó)家支持了幾十個(gè)沿海城市開展藍(lán)色海灣整治行動(dòng)，實(shí)施了海岸整治修復(fù)工程。本研究基于研究團(tuán)隊(duì)在過(guò)去十幾年間對(duì)我國(guó)海灘養(yǎng)護(hù)的深度研究與應(yīng)用推廣，通過(guò)研讀文獻(xiàn)、資料收集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，分析了我國(guó)海灘養(yǎng)護(hù)的發(fā)展現(xiàn)狀及特征，總結(jié)歸納了我國(guó)在海灘養(yǎng)護(hù)技術(shù)方面的創(chuàng)新，最后展望了海灘養(yǎng)護(hù)的未來(lái)發(fā)展并提出了建議。

1 我國(guó)海灘養(yǎng)護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀及特征

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)最早的沙灘修復(fù)始于1990年香港南岸的淺水灣浴場(chǎng)[22]，之后有過(guò)零星的、不成規(guī)模的浴場(chǎng)補(bǔ)沙工程，內(nèi)地第一個(gè)真正意義上的海灘養(yǎng)護(hù)工程是2007年完工的廈門觀音山海灘[23]。此后，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和對(duì)濱海旅游沙灘的日益需求，海灘養(yǎng)護(hù)在我國(guó)逐漸受到重視，許多濱海旅游城市相繼實(shí)施了海灘養(yǎng)護(hù)修復(fù)工程[12, 19-21]。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2019年8月，我國(guó)已完成或正在進(jìn)行的沙灘修復(fù)工程共有97項(xiàng)(表1)，分布于全國(guó)35個(gè)城市，修復(fù)岸線總長(zhǎng)度超過(guò)120 km，總填沙量約2.3×107m3，總投資超過(guò)2.0×105萬(wàn)元。盡管我國(guó)的沙灘修復(fù)起步較晚，但發(fā)展迅速，在2005年之前填沙量較少，此后快速持續(xù)增加。2016—2020年間的填沙量預(yù)計(jì)達(dá)到1.2×107m3，超過(guò)累積總填沙量的一半(圖1)。

表1 我國(guó)海灘養(yǎng)護(hù)工程概況Tab.1 Important projects of beach nourishment in China

續(xù)表1序號(hào)海灘養(yǎng)護(hù)工程名稱完成或預(yù)計(jì)完成年份養(yǎng)灘長(zhǎng)度/m填沙方量/(104m3)補(bǔ)沙粒徑/mm干灘寬度/m參考文獻(xiàn)25秦皇島北戴河中海灘B浴場(chǎng)20097201701.2～1.730[21]26秦皇島北戴河?xùn)|海灘20094003.10.5～0.860[21]27天津東疆港海灘2008137022.0—140[20]28廈門觀音山海灘二期200981843.00.3～1.00～70[21]29唐山菩提島人造海灘20101502.0—30～50[21]30?？诠鹆盅蠛?0103853.8—40[19]31濰坊寒亭區(qū)歡樂(lè)海沙灘2010160030.0—60[21]32秦皇島北戴河西海灘20113570180.00.4～0.650[21]33秦皇島北戴河淺水灣浴場(chǎng)20116003.0—40[21]34平潭龍鳳頭海灘一期2011140034.00.3～0.530[21]35廈門國(guó)際會(huì)議展覽中心海灘2012189082.00.4～0.740[21]36營(yíng)口白沙南灣浴場(chǎng)2012—17.0—30[21]37葫蘆島綏中天龍寺海灘2012900——30[21]38威海九龍灣沙灘2013330010.0——[21]39秦皇島金夢(mèng)灣浴場(chǎng)20133390173.0—50[21]40秦皇島浪淘沙浴場(chǎng)201370010.0—40[21]41廈門曾厝峖岸段201379016.50.6～1.010～80[21]42大連老虎灘2013250——30[21]43平潭龍鳳頭海灘二期20133800850.640[21]44大連金石灘海灘201480015.7——[21]45北海廉州灣一期2014180021.60.7～1.315～30[21]46廈門同安灣西岸2014440065.00.550～70[21]47廈門天泉灣沙灘20146326.050.0～100.015～20[21]48泉州青山灣海灘2014135016.00.720～40[21]49泉州西沙灣海灘2014123517.00.735[21]50廈門鼓浪嶼港仔后沙灘20142907.00.515～65[21]51廈門鼓浪嶼美華沙灘20142956.10.2～0.425～45[21]52三亞灣沙灘2014260022.50.2～0.730[21]53連云港海州灣西墅海灘20143600.50.2～1.0—[21]54珠海美麗灣沙灘2015116521.00.3～0.630[21]55珠海香爐灣海灘2015150037.00.3～0.650[21]56煙臺(tái)萊州灣招遠(yuǎn)海灘2015191740.01.0～1.310～30[21]57大連旅順世界和平公園2016800———[21]58欽州沙井島海灘2016120885.00.895[21]59樂(lè)東鶯歌海人工沙灘20171200——40～90本研究

續(xù)表1序號(hào)海灘養(yǎng)護(hù)工程名稱完成或預(yù)計(jì)完成年份養(yǎng)灘長(zhǎng)度/m填沙方量/(104m3)補(bǔ)沙粒徑/mm干灘寬度/m參考文獻(xiàn)60大連星海廣場(chǎng)浴場(chǎng)20177001.5——[21]61秦皇島北戴河戴河口至洋河口2017310042.0—50～70[21]62珠海綠洋灣201743022.00.5～0.6100[21]63珠海美麗灣沙灘二期20174908.6—20～35[21]64溫州東岙灣沙灘20171352.8—40[21]65秦皇島北戴河石河口至鐵門關(guān)2017200041.0—80～100[21]66珠海海濱泳場(chǎng)20176903.60.3～0.630～50[21]67汕尾人工沙灘2017500———本研究68廈門五通海岸2018330080.0—60[21]69寧波濱海萬(wàn)人沙灘2018198590.0—20～100[21]70欽州大環(huán)海灘2018132072.8——[21]71欽州三娘灣海灘201892730.0—35[21]72泉州泉港惠嶼大澳沙灘20182407.30.3～0.445[21]73臺(tái)州玉環(huán)干江白馬岙沙灘2018300———[21]74溫州洞半屏韭菜岙沙灘201869016.0——[21]75秦皇島北戴河金屋浴場(chǎng)至淺水灣2019350038.6—20～60[21]76珠海唐家灣濱海公園2019149743.80.3～0.655[21]77珠海外伶仃島海灘201924011.01.2～1.530～50[21]78溫州東沙漁港沙灘2019————[21]79溫州洞頭中心漁港沙灘2019100010.0——[21]80溫州洞頭區(qū)鹿西鄉(xiāng)20191317.20.3～2.2100[21]81溫州蒼南炎亭201960010.0——[21]82日照海龍灣人造海灘20191882———[21]83北海廉州灣二期2019123013.90.7～1.335～45[21]84北海銀灘中區(qū)2019291215.50.2～0.535[21]85海口西海岸20204100———[21]86漳州漳浦濱海新城20202000———[21]87煙臺(tái)月亮灣2020500———[21]88泉州惠安崇武半月灣2020140038.30.6～2.050[21]89珠海大萬(wàn)山島錦塘灣202020010.0—40～55[21]90廈門海滄鰲冠朝陽(yáng)水庫(kù)2020600———[21]91廈門翔安澳頭2020900———[21]92廈門同集片區(qū)人工沙灘20201380———[21]93臺(tái)州大陳島2020906———[21]94臺(tái)州市白沙灣20202472——100[21]

續(xù)表1序號(hào)海灘養(yǎng)護(hù)工程名稱完成或預(yù)計(jì)完成年份養(yǎng)灘長(zhǎng)度/m填沙方量/(104m3)補(bǔ)沙粒徑/mm干灘寬度/m參考文獻(xiàn)95珠海美麗灣海灘三期20201000———[21]96秦皇島鐵門關(guān)至哈動(dòng)力20201100———[21]97秦皇島唐子寨至海監(jiān)基地20201400———[21]

注：該表數(shù)據(jù)為不完全統(tǒng)計(jì)，59、67號(hào)工程的養(yǎng)灘長(zhǎng)度、干灘寬度數(shù)據(jù)為本研究野外實(shí)測(cè)所得，“—”表示數(shù)據(jù)缺失。

圖1 我國(guó)海灘養(yǎng)護(hù)填沙量發(fā)展Fig.1 Amount of filled sand volume in periods in beach nourishment projects in China圖中橫坐標(biāo)以5 a為1個(gè)時(shí)期，2016—2020年為預(yù)計(jì)填沙量，該圖修改自文獻(xiàn)[21]。

1.2 特征

我國(guó)海岸位于太平洋西岸的主動(dòng)大陸邊緣上，近海島嶼眾多，海岸線曲折漫長(zhǎng)，發(fā)育有眾多陸海鑲嵌的海灣，近岸動(dòng)力差異較大，海岸類型多種多樣。在構(gòu)造沉降帶，濱海岸沉積形成淤泥質(zhì)海灘；在構(gòu)造隆起帶，除局部岸段為斷陷盆地平原海岸外，沿海地帶大部分為溺谷型基巖港灣，多形成砂(礫)質(zhì)海灘[24]。而歐美等西方國(guó)家的海岸位于大西洋兩側(cè)的被動(dòng)大陸邊緣上，近岸水動(dòng)力以外海涌浪為主，動(dòng)力較強(qiáng)，發(fā)育有眾多平直型的大規(guī)模海灘，海灘長(zhǎng)度少則十幾千米，多則上百千米[25]。再加上近些年來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的海灘養(yǎng)護(hù)呈現(xiàn)出一些不同于歐美等國(guó)家的特征，主要表現(xiàn)在海灘修復(fù)的目的、修復(fù)海灘類型和修復(fù)海灘形態(tài)3個(gè)方面。

1.2.1 海灘修復(fù)目的 海灘養(yǎng)護(hù)最初的功能主要是為了海岸防護(hù)，后來(lái)發(fā)現(xiàn)其在塑造旅游沙灘方面具有積極作用，又逐漸拓展出了改善海岸生態(tài)環(huán)境和景觀(社會(huì)價(jià)值)，以及修復(fù)濱海旅游沙灘(經(jīng)濟(jì)價(jià)值)兩個(gè)重要功能。按照這3種海灘修復(fù)目的的分類，對(duì)表1中97項(xiàng)海灘修復(fù)工程目的進(jìn)行了分類統(tǒng)計(jì)(圖2)。結(jié)果表明，以海岸防護(hù)、改善海岸生態(tài)環(huán)境和景觀以及修復(fù)濱海旅游沙灘這3種主要目的修復(fù)海灘占比分別為8.5%、29.8%和61.7%。這表明我國(guó)海灘養(yǎng)護(hù)的目的集旅游、景觀和海岸防護(hù)三者于一體，其中旅游占絕對(duì)主導(dǎo)，反映出海灘經(jīng)濟(jì)對(duì)濱海旅游業(yè)的發(fā)展具有極大的吸引力。

圖2 我國(guó)海灘修復(fù)工程的主要目的分類Fig.2 Different purposes of beach nourishment projects in China

1.2.2 修復(fù)海灘類型 海灘養(yǎng)護(hù)可以分為兩種類型，即海灘修復(fù)和人造海灘。前者是指對(duì)受損或退化的海灘進(jìn)行補(bǔ)沙，以達(dá)到之前理想的狀態(tài)；后者是指在一個(gè)先前海灘稀少甚至沒(méi)有海灘的海岸上進(jìn)行補(bǔ)沙，以建造一個(gè)全新的海灘，這樣的沙灘更多的是一些景觀沙灘和海濱浴場(chǎng)[13]。按照這兩種類型的劃分方法，對(duì)上述97個(gè)養(yǎng)護(hù)海灘進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分類，發(fā)現(xiàn)人造海灘和修復(fù)海灘的占比分別為44.7%和55.3%(圖3a)。我國(guó)出現(xiàn)了這么多的人造海灘，與我國(guó)的砂質(zhì)海岸呈現(xiàn)“南多北少中間空”的分布特征密切相關(guān)。許多沿海發(fā)達(dá)城市沙灘資源稀缺，為了滿足人民群眾對(duì)濱海旅游沙灘的需求，通過(guò)人造沙灘的形式建造景觀沙灘和海濱浴場(chǎng)。

莊振業(yè)等(2011)和Luo等(2015)根據(jù)養(yǎng)護(hù)海灘原地沉積物類型與養(yǎng)護(hù)沉積物類型之間的差異，將海灘養(yǎng)護(hù)的類型劃分為同質(zhì)養(yǎng)護(hù)和異質(zhì)養(yǎng)護(hù)[19-20]。其中，同質(zhì)養(yǎng)護(hù)包括砂質(zhì)-砂質(zhì)和礫石-礫石；異質(zhì)養(yǎng)護(hù)包括泥質(zhì)-砂質(zhì)、生物礁-砂質(zhì)、巖灘-砂質(zhì)和砂質(zhì)-礫石。按照這兩種類型的劃分方法，對(duì)上述97個(gè)養(yǎng)護(hù)海灘進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分類，結(jié)果表明同質(zhì)養(yǎng)護(hù)和異質(zhì)養(yǎng)護(hù)的占比分別為51.1%和48.9%(圖3b)。

圖3 我國(guó)海灘養(yǎng)護(hù)工程類型分類Fig.3 Different types of beach nourishment projects in China

1.2.3 修復(fù)海灘形態(tài) 由于我國(guó)獨(dú)特的海岸特征，養(yǎng)護(hù)海灘的平面形態(tài)呈現(xiàn)出多種類型，主要有凸出、平直、弧形和岬灣4種類型。按照這4種分類方法，對(duì)上述97個(gè)養(yǎng)護(hù)海灘平面形態(tài)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明岬灣形態(tài)占比最高，達(dá)43.6%，接近一半(圖4)。這除了與我國(guó)的海岸特征密切相關(guān)外，還與我國(guó)的海灘修復(fù)實(shí)踐有關(guān)。我國(guó)海岸被用于多種類型的開發(fā)利用，海灘常呈段狀分布，長(zhǎng)度偏小，且沉積物供給不足。因此，為了確保人工修復(fù)后沙灘能留得住沙，在人工沙灘的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，依據(jù)靜態(tài)平衡岬灣海岸理論，或根據(jù)自然岬角或人為建造岬角，合理設(shè)置岸線的走向，盡可能塑造岬灣海灘，使岸線接近平衡形態(tài)，這樣可有效避免補(bǔ)沙后岸線的大幅調(diào)整和沙量的凈流失，增強(qiáng)海灘的穩(wěn)定性。

圖4 我國(guó)修復(fù)海灘平面形態(tài)分類Fig.4 Different plane configurations of beach nourishment projects in China

比如，在廣東省珠海市情侶路香爐灣海灘的修復(fù)實(shí)踐中(于2015年12月完工)，結(jié)合岸線走向和周邊環(huán)境，在修復(fù)岸段的北側(cè)構(gòu)筑攔沙堤，并適當(dāng)延長(zhǎng)，起到人工岬角的作用，以此塑造岬灣海灘(圖5)。該海灘在修復(fù)后的3 a間，盡管先后經(jīng)歷了超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“天鴿”和超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“山竹”的襲擊，但始終保持穩(wěn)定。

圖5 廣東省珠海市香爐灣岬灣海灘養(yǎng)護(hù)實(shí)例Fig.5 An example of headland-bay beach nourishment project on Xiangluwan Beach, Zhuhai, Guangdong Province

2 我國(guó)海灘養(yǎng)護(hù)技術(shù)創(chuàng)新

由于我國(guó)的海岸形態(tài)、動(dòng)力條件與物源特征等方面和歐美等西方國(guó)家存在明顯差異，因此這就造成在歐美廣泛應(yīng)用的海灘養(yǎng)護(hù)技術(shù)不能直接在我國(guó)應(yīng)用，迫使我國(guó)必須探索與發(fā)展適用于我國(guó)海岸特征的海灘養(yǎng)護(hù)新技術(shù)。

在沙灘修復(fù)工程實(shí)踐的過(guò)程中，我國(guó)對(duì)海灘養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)行了“吸收-改進(jìn)-提升”。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，我國(guó)的海灘養(yǎng)護(hù)技術(shù)體系逐漸形成。蔡鋒等(2015)編著了適合于我國(guó)海岸特征和社會(huì)屬性的《中國(guó)海灘養(yǎng)護(hù)技術(shù)手冊(cè)》[12]，標(biāo)志著我國(guó)海灘修復(fù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)走向成熟，同時(shí)該手冊(cè)已成為全國(guó)沿海地區(qū)開展海岸保護(hù)與修復(fù)的重要技術(shù)指南。此外，海灘養(yǎng)護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——《海灘養(yǎng)護(hù)與修復(fù)技術(shù)指南》[26]的頒布，推進(jìn)了我國(guó)海灘修復(fù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。

在海灘修復(fù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐中，我國(guó)創(chuàng)新性地提出了強(qiáng)潮海岸、強(qiáng)侵蝕海岸和淤泥質(zhì)海岸等多種動(dòng)力條件下的海灘修復(fù)思路與理念，以及海灘城市排水管涵優(yōu)化設(shè)計(jì)和海灘生態(tài)養(yǎng)護(hù)潛堤等技術(shù)方法。

2.1 強(qiáng)潮海灘剖面演化數(shù)值模擬技術(shù)

強(qiáng)潮環(huán)境下海灘過(guò)程受水位變化影響明顯，海灘剖面演化獨(dú)特，其中低潮階地型海灘是強(qiáng)潮海灘的一種常見類型，此類海灘可以有效的提供海灘休閑空間。Shi 等(2015)基于對(duì)低潮階地型海灘剖面演化的研究，提出了橫向一維數(shù)值模型，模擬強(qiáng)潮環(huán)境下低潮階地型強(qiáng)海灘的中長(zhǎng)期剖面演化[27](圖6)，為強(qiáng)潮海灘修復(fù)養(yǎng)護(hù)提供有效的預(yù)測(cè)分析方法。

圖6 強(qiáng)潮海灘剖面演化模型流程Fig.6 Flowchart of beach profile evolution model for macro-tidal environments該圖修改自文獻(xiàn)[27]。

同時(shí)，根據(jù)強(qiáng)潮海灘特征，提出了差異性沉積物養(yǎng)灘設(shè)計(jì)方法、養(yǎng)護(hù)方式設(shè)計(jì)和強(qiáng)潮海灘剖面設(shè)計(jì)，采用與原砂差異明顯的客砂進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，改變?cè)﹦?dòng)力地貌特征，人為塑造低潮階地型強(qiáng)潮海灘，提升了強(qiáng)潮海岸海灘修復(fù)養(yǎng)護(hù)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性及其養(yǎng)護(hù)效果。

該技術(shù)已在福建省廈門市觀音山、國(guó)際會(huì)議展覽中心、鼓浪嶼，泉州市青山灣和西沙灣，以及平潭綜合試驗(yàn)區(qū)龍鳳頭等多處海灘修復(fù)養(yǎng)護(hù)工程中得到實(shí)踐應(yīng)用。

2.2 強(qiáng)侵蝕海岸修復(fù)的卵石海灘養(yǎng)護(hù)技術(shù)

強(qiáng)侵蝕岸段具有動(dòng)力強(qiáng)、岸灘變化快的特點(diǎn)，潮間帶砂質(zhì)沉積物輸沙率大，砂質(zhì)灘面通常難以維持穩(wěn)定。然而，卵石灘面孔隙度大、滲流快，具有更好的消能效果。因此，通過(guò)改變海灘養(yǎng)護(hù)的材料，利用大粒徑卵石設(shè)計(jì)海灘消能剖面，能夠有效降低海岸泥沙輸運(yùn)的速率，提升海灘的穩(wěn)定性。科研人員研發(fā)出了一種高消能、強(qiáng)滲透卵石分層養(yǎng)灘技術(shù)設(shè)計(jì)方法，提出了“天然卵石(灘面耗能層)+級(jí)配碎石(強(qiáng)滲透墊層)+二片石(基礎(chǔ)層)” 的卵石灘混合剖面設(shè)計(jì)[28](圖7)，這種剖面具有強(qiáng)滲透、高消能的動(dòng)力地貌特征。

圖7 強(qiáng)侵蝕海岸的卵石灘混合剖面分層設(shè)計(jì)示意Fig.7 Sketch map of beach nourishment profile design with different cobbles at different layers on strongly eroded coasts該圖修改自文獻(xiàn)[28]。

福建省廈門市天泉灣卵石灘是我國(guó)首個(gè)卵石養(yǎng)灘工程，在該海灘修復(fù)工程技術(shù)設(shè)計(jì)中，在兼顧海岸防護(hù)和海灘的休閑功能的同時(shí)，采用粒徑為10 cm 左右的卵石進(jìn)行修復(fù)[28](圖8)。該卵石養(yǎng)灘工程的實(shí)施大幅度削減波浪入射能量，海灘侵蝕現(xiàn)象得以極大緩解，沿岸輸沙明顯減小，輸沙率為 1 500±500 m3/a，僅為砂質(zhì)沉積物輸沙率的1/10[29-30]。

圖8 福建省廈門市天泉灣強(qiáng)侵蝕海岸的卵石海灘養(yǎng)護(hù)實(shí)例Fig.8 An example of beach nourishment projects with cobbles on a strongly eroded coast on Tianquanwan Beach, Xiamen, Fujian Province該圖引自文獻(xiàn)[29]。

2.3 淤泥質(zhì)海岸人工沙灘

如前文所述，由于我國(guó)海灘資源分布不均，呈現(xiàn)“南多北少中間空”的特征，導(dǎo)致許多沿海地區(qū)存在“有海難親”的困境。為了滿足人們對(duì)于旅游沙灘的巨大需求，提出了在淤泥質(zhì)海岸建造人工沙灘的設(shè)計(jì)方法[31]，研發(fā)了一種通過(guò)抽泥管廊系統(tǒng)來(lái)減緩沙灘泥化的技術(shù)(圖9)[32]。該成果已應(yīng)用于大連、唐山、天津、濰坊等地的十余個(gè)人工沙灘工程中，取得了顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

圖9 一種淤泥質(zhì)海岸人工沙灘減緩泥化的抽泥管廊系統(tǒng)示意Fig.9 Sketch map of an innovative technique with dredging pipe system for mud dredging from artificial beaches on muddy coast該圖修改自文獻(xiàn)[32]。

此外，針對(duì)弱動(dòng)力環(huán)境中波浪動(dòng)力先天不足、海灘活性差的難題，通過(guò)岬角聚能技術(shù)，在復(fù)合型海灘或低能海岸環(huán)境中營(yíng)造海灘，滿足旅游需求，比如廣西壯族自治區(qū)欽州市茅尾海沙井海灘。

2.4 海灘城市排水優(yōu)化設(shè)計(jì)

在濱海城市中，排洪排澇系統(tǒng)與海灘相互沖突，一直是海灘修復(fù)中的難點(diǎn)。一方面，管涵的出現(xiàn)和管口的裸露，極大的影響了海灘的整體景觀；另一方面，作為橫布于海灘的硬式構(gòu)筑物，管涵起著類似于丁壩的作用，可能會(huì)產(chǎn)生侵蝕熱點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致管涵堵塞、破壞。

針對(duì)此難題，研究人員利用離岸堤后連島砂體發(fā)育的原理，發(fā)明了一種海灘管涵端部固定與裝飾設(shè)計(jì)方法[33]，通過(guò)對(duì)海灘修復(fù)工程管涵端部固定與裝飾體設(shè)計(jì)，提出管口形態(tài)設(shè)計(jì)，管口人工礁盤景觀設(shè)計(jì)、管體埋設(shè)設(shè)計(jì)、沿線排水并線設(shè)計(jì)(圖10)。這一發(fā)明，不僅緩解了人類活動(dòng)與海灘過(guò)程的沖突，還提升了城市海灘排水構(gòu)筑物的穩(wěn)定性和海岸景觀效果。

圖10 海灘養(yǎng)護(hù)中城市排水管涵優(yōu)化設(shè)計(jì)示意Fig.10 Sketch map of optimized drain pipe design involved in beach nourishment projects該圖修改自文獻(xiàn)[33]。

在福建省廈門國(guó)際會(huì)議展覽中心岸段海灘修復(fù)工程中，將沿岸多處排水管涵歸并為兩處，并利用該技術(shù)設(shè)計(jì)合理的“八”型管口，不僅維持了海灘管涵的排水功能，人工礁石管口也極大的提升了海灘的整體景觀，至今也未出現(xiàn)因侵蝕熱點(diǎn)的發(fā)育而導(dǎo)致管體裸露和破壞的現(xiàn)象(圖11)。

2.5 人工魚礁式的海灘生態(tài)養(yǎng)護(hù)潛堤

對(duì)于侵蝕較嚴(yán)重的海灘，在海灘修復(fù)時(shí)，僅僅通過(guò)補(bǔ)沙是無(wú)法維持沙灘的存在，通常會(huì)輔以離岸堤進(jìn)行消浪。但傳統(tǒng)的離岸堤建設(shè)，嚴(yán)重影響了海岸景觀。楊燕雄等(2015)創(chuàng)造性地提出了以人工魚礁形式建造離岸潛堤的技術(shù)[34]，不僅可以起到消浪護(hù)灘的作用，有效防止泥沙流失，還能為魚類和貝類等海洋生物提供棲息地，改善周邊生態(tài)環(huán)境，具有重要的生態(tài)功能[35]。該項(xiàng)技術(shù)已在河北省秦皇島市西海灘[35]、金夢(mèng)海灘[36]等修復(fù)工程中得到了廣泛應(yīng)用。

在實(shí)踐基礎(chǔ)上，還創(chuàng)造性地提出了“沙丘-沙灘-沙壩-潛堤”的“岬灣砂質(zhì)旅游海灘生態(tài)修復(fù)模式”[35](圖12)，克服了傳統(tǒng)人工養(yǎng)灘模式的養(yǎng)灘壽命短、海灘自營(yíng)力喪失和養(yǎng)灘工程與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的矛盾等問(wèn)題，在海灘養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域創(chuàng)造了“北戴河模式”[37]。

圖12 “沙丘-沙灘-沙壩-潛堤”修復(fù)模式Fig.12 An innovative model of beach nourishment with integrating sand dune, beach, sand bar with submerged breakwater該圖修改自文獻(xiàn)[35]。

3 未來(lái)發(fā)展及建議

我國(guó)“十三五”規(guī)劃(2016—2020年)中明確指出，要通過(guò)實(shí)施“藍(lán)色海灣”、“生態(tài)島礁”和“南紅北柳”三大海洋生態(tài)修復(fù)工程修復(fù)約2 000 km的岸線。海灘養(yǎng)護(hù)作為岸線修復(fù)的重要技術(shù)方法，為我國(guó)的海岸帶生態(tài)修復(fù)和保護(hù)提供重要的技術(shù)支撐[38]。近些年來(lái)，通過(guò)開展藍(lán)色海灣整治行動(dòng)，受損岸線得到了修復(fù)，自然岸線保有率得到了明顯提高[39]。2018年10月，國(guó)家明確提出了“實(shí)施海岸帶保護(hù)修復(fù)工程”，財(cái)政部、自然資源部決定繼續(xù)在沿海地區(qū)擇優(yōu)支持開展“藍(lán)色海灣”綜合整治行動(dòng)[39]。因此，作為海岸帶生態(tài)修復(fù)的重要技術(shù)，海灘養(yǎng)護(hù)勢(shì)必會(huì)迎來(lái)更加蓬勃的發(fā)展。

然而，在當(dāng)前的社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)浪潮中，海岸帶開發(fā)存在許多問(wèn)題，海岸帶保護(hù)面臨巨大挑戰(zhàn)。筆者結(jié)合自身經(jīng)歷，在推進(jìn)海灘養(yǎng)護(hù)修復(fù)方面形成了一些思考和建議，僅供參考。一是我國(guó)海灘資源分布極不均衡，海灘養(yǎng)護(hù)技術(shù)創(chuàng)新可以發(fā)揮更加重要的作用，緩解我國(guó)海灘資源與需求之間的矛盾[40]。二是在海灘修復(fù)的過(guò)程中，應(yīng)統(tǒng)籌考慮從后濱植被一直到近濱水下生物群落的完整海岸帶系統(tǒng)，而不僅僅只重視沙灘的物理呈現(xiàn)。三是因地制宜，針對(duì)不同修復(fù)海岸存在的實(shí)際問(wèn)題，進(jìn)一步加強(qiáng)新技術(shù)研發(fā)。四是應(yīng)加強(qiáng)海灘資源保護(hù)的立法和管理，由人類活動(dòng)導(dǎo)致海灘侵蝕的案例不勝枚舉，修復(fù)只是輔助手段。五是建立全國(guó)統(tǒng)一的海灘資源信息管理數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)一調(diào)查和監(jiān)測(cè)、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一用途管制、統(tǒng)一保護(hù)修復(fù)的全過(guò)程管理機(jī)制[40]。

致謝：戚洪帥、雷剛、劉建輝、曹慧美、鄭吉祥、朱君、趙紹華等在資料收集和論文撰寫過(guò)程中提供了許多幫助，審稿人也對(duì)論文提升提出了諸多寶貴的意見和建議，在此一并表示感謝。