孫麗輝* 曾嬌嬌 李連盼

韌性城市是指當災(zāi)害來臨時，通過城市完善的整體格局和持續(xù)的功能運行，可適應(yīng)和化解這種災(zāi)害，基本維持相似的功能結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)，并能迅速實現(xiàn)災(zāi)后的恢復(fù)[1]。國內(nèi)韌性城市理論研究的興起為城市適應(yīng)未來不確定性的干擾和沖擊提供了新思路。

近年來，世界各地極端天氣頻發(fā)而帶來的災(zāi)害成為韌性城市重點研究的內(nèi)容。根據(jù)2019年聯(lián)合國發(fā)布的《2018年全球氣候狀況聲明》：2015～2016年遭遇了21世紀以來最強的厄爾尼諾現(xiàn)狀，致使全球臺風和雨帶異常，直接導(dǎo)致了多起超強臺風侵襲事件。濱海城市是我國經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心區(qū)域，人口密集，由于其陸海相連的特殊地理區(qū)位，遭受極端氣候事件的概率更高[2]。廣東省珠海市在2017～2018年連續(xù)遭遇兩次超強臺風及天文大潮，同時引發(fā)嚴重的海浪和風暴潮災(zāi)害，對濱海岸線周邊造成嚴重的破壞和損失。

對于我國濱海岸線的防護，沿海城市常在海陸相交處通過修筑防洪堤及防浪墻的方式（俗稱海墻）來保障城市的防洪安全，但傳統(tǒng)防洪堤存在與周邊景觀不協(xié)調(diào)、視線阻斷、親水性較差、災(zāi)后恢復(fù)慢等缺點，且隨著極端天氣頻發(fā)導(dǎo)致的海平面上升現(xiàn)象，傳統(tǒng)防洪堤在濱海岸線防護效果有限。為加強安全防護，濱海岸線迫切需要由原本單一的線狀防護走向多層次面狀防護發(fā)展，通過生態(tài)型與工程型堤防結(jié)合的模式，塑造集多功能性、綜合性、安全性及景觀性于一體的“韌性濱海岸線防護”。

本文以珠海市濱海岸線為例，以平衡濱海岸線安全性和景觀性兩個方面的視角，論述濱海岸線防護與修復(fù)的策略。

1 珠海堤岸防護現(xiàn)狀及特點

珠海市陸地處于珠江三角洲南緣，瀕臨南海，具有“山海相依、陸島相望”的地貌特點，陸地沿海岸線全長224.5 km，其中人工岸線占比達到87.2%，自然岸線保有率12.8%。其濱海岸線多以傳統(tǒng)堤岸防護為主，為“硬質(zhì)+線狀”防護，即在陸海交界處建設(shè)傳統(tǒng)堤岸進行防潮防浪。以珠海情侶路海堤為例，海堤建成于20世紀90年代末，設(shè)計防洪標準為100年一遇，主要為堤路結(jié)合型海堤。近年極端天氣頻發(fā)，情侶路海堤在2017年“天鴿”臺風及2018年“山竹”臺風中均遭受嚴重的海水漫灌，沿海部分區(qū)域水浸深度高達1.5 m以上。綜合分析存在如下問題：（1）沿岸部分區(qū)位不利，所處地理位置不利防范潮水，受逆時針氣旋影響位于強風受災(zāi)區(qū)，無地形遮擋；（2）消浪設(shè)施薄弱，堤前消浪設(shè)施簡單，部分強風向地段無消浪設(shè)施；（3）堤防不足，海堤高程偏低，設(shè)防水位與實際潮水位存在偏差，抵擋風暴潮標準不夠、防御能力不足；（4）強風巨浪對堤壩差生巨大的沖擊和破壞力使海岸堤壩極易遭受破壞，易在超警界水位時發(fā)生危險；（5）堤防防護與堤內(nèi)側(cè)綠化景觀建設(shè)未協(xié)同考慮，堤防消浪能力差，堤后排水能力弱，一旦遭遇臺風風暴潮，堤防及堤內(nèi)側(cè)綠化損毀嚴重。

2 波浪計算

對堤岸進行防護，首先要科學地研判波浪力對堤岸的影響，要通過相應(yīng)的計算進行分析。

2.1 波浪要素計算

根據(jù)河道斷面、風速及情侶路設(shè)計斷面分段進行波浪計算。計算斷面平均水深按照風區(qū)內(nèi)水域水深加權(quán)平均求得；計算風速根據(jù)《廣東省海堤工程設(shè)計導(dǎo)則》（DB44/T182-2004）之附錄E，采用廣東沿海地區(qū)國家氣象站設(shè)計風速資料，以珠海氣象站（區(qū)站號59488）10 m高年最大10 min平均風速計算值的成果作為設(shè)計風速依據(jù)。本地區(qū)屬熱帶氣旋、風暴多發(fā)地區(qū)，每年6～9月為盛行期。

（1）為平均浪高和平均波周期計算公式。

在工程計算中，不同累積頻率的波高也可按（a）進行換算。式中：為累積率是的坡高；為平均波高（m）；為考慮水深因子的系數(shù)，其值為為累積率。

波浪周期可采用平均周期，波長可按（d）計算。式中：L為波長（m）；平均周期（s）；g為重力加速度（m/s2）；d為水深（m）。

（2）近岸淺水區(qū)波高計算。波浪淺水變形中的波高，當海底坡度i≤1/500時，按下式計算：

（3）波浪計算結(jié)果。取風區(qū)長度D=35 000 m，設(shè)計風速V0=34.3 m/s（ENE方向），風區(qū)平均水深Hm=11.5 m，經(jīng)計算，平均波高hm=1.822 m，平均波周期Tm=5.991 s。不規(guī)則波長L=50.103 m。

近岸淺水區(qū)波高分為無沙灘路段、有沙灘路段兩種情況。有沙灘的路段，取沙灘平均高程2.50 m、水深Hm= 1.20 m，寬Δx=50 m，摩擦系數(shù)f=0.02，經(jīng)計算，淺水變形波高=1.804 m，極限破碎波高Hb=0.96 m，不規(guī)則波長L=20.093 m，累積頻率為1%的波高Hf=1.178 m。

無沙灘的路段，取近岸灘地高程0.60 m、平均水深Hm=3.1 m，寬Δx=50 m，考慮防浪工程的作用，取摩擦系數(shù)f=0.02，經(jīng)計算，淺水變形波高，極限破碎波高Hb=2.108 m，不規(guī)則波長L=31.116 m，累積頻率為1%的波高Hf=2.708 m。

2.2 波浪爬高計算

（1）波浪爬高計算公式。海堤0＜M＜1單一坡的波浪爬高計算式：

式中：RF為累計頻率為F的爬高（m）；H1%為累計頻率為1%的波高（m）；kΔ為糙滲系數(shù)；kV為與風速及堤前水深有關(guān)的參數(shù)；R0為不透水光滑墻上相對爬高，即當kΔ=1、H=1時的爬高值，它由斜坡M及深水波L0/H0（1%），或堤前水深d=2H1%處的波坦，查圖確定。當?shù)糖八頳≤2H1%，R0應(yīng)按照括號中波坦確定；kF為累計頻率爬高換算系數(shù)。

（2）波浪爬高計算結(jié)果。

有沙灘的路段，計算H1%=1.178、kΔ=0.90、kV=1.30、R0=1.25、kF=1，波浪爬高RF=1.723 m。

無沙灘的路段， 計算H1%=2.708、kΔ=0.90、kV=1.30、R0=1.25、kF=1，波浪爬高RF=3.960 m見表1。

經(jīng)計算，在有30 m寬沙灘的路段，波浪爬高1.723 m；對于無沙灘的路段，波浪爬高3.96 m?？紤]珠海情侶路仍有部分路段在堤岸外側(cè)無沙灘緩沖，建議對于無沙灘的路段在防洪墻外側(cè)增設(shè)至少10 m寬、2.5 m高的消浪平臺，以增強堤前的消浪效果。

3 韌性防風浪潮堤岸策略

針對傳統(tǒng)堤防的不足，可以通過構(gòu)建不同形態(tài)的韌性防護體系，采取堤前消浪、堤防防浪加高等策略來提升城市對災(zāi)害的防護能力。

3.1 “底線型”提前消浪措施

海浪沖擊是對海堤和護岸安全造成威脅的主要因素，防浪消浪設(shè)施是抗御波浪沖擊的有效方法[3]。消浪設(shè)施不僅可以降低堤防堤頂高程或防浪墻頂高程，而且可以減輕波浪對堤身主體或岸體的沖擊，有利于工程安全[4]。

（1）塊石消浪。拋填塊石主要分為不分級塊石和分級塊石兩種。不分級塊石是將大小不一的塊石不規(guī)則拋填，這種消浪方式用料多，在波浪作用下上部小塊石容易被海浪淘刷帶走，護坡也容易坍塌。分級塊石是將塊石分級使用，小塊石放在下部，大塊石放在波浪作用強的上部，充分發(fā)揮大塊石的消浪作用。這種消浪方式用料更省，護坡更穩(wěn)定[4]。

（2）混凝土異型塊體消浪?；炷廉愋螇K體消浪在50年代后的國內(nèi)外護岸建筑物和防波堤護面工程中逐漸得到推廣應(yīng)用，與普通的塊石護面或混凝土板護面相比，混凝土異型塊具有空隙大、透水性強等特點，效能效果好；能使波浪在不同角度充分破碎，堤前波浪反射較弱；波浪爬高更小，能降低堤頂高程；安放后塊體嵌合緊密，穩(wěn)定性強；塊體可以現(xiàn)場預(yù)制，施工更方便。但是混凝土異形塊體造價較高，且需要大型起重設(shè)備來安放[5]。

（3）護面加糙消浪。護面加糙消浪也是海堤和護岸中廣泛采用的消浪方法，護面加糙有上凸式加糙和下凹式加糙兩種方式。上凸式加糙利用設(shè)置的上凸式消力石或消力墩來破碎波浪，消耗波浪能量，減小波浪爬高。此外，上凸結(jié)構(gòu)要垂直于結(jié)構(gòu)面設(shè)置，上凸消浪結(jié)構(gòu)布置方式靈活，既可設(shè)置在斜坡上和平臺上，也可設(shè)置在陡墻上[5]。下凹式加糙一般布置在海堤斜坡上，主要利用柵欄板下凹空腔來達到消浪目的，當波浪水舌經(jīng)過柵欄板時，波浪遇到柵欄板空腔形成漩渦，使波浪撞擊和破碎。此外，階梯式消浪兼有上凸式和下凹式消浪加糙特點，工程中也可選用。

表1 情侶路設(shè)置防浪墻的越浪量試算成果表

1. 結(jié)合防洪安全考慮的綠地高度設(shè)計示例

3.2 “底線型”提前消浪+綠地，構(gòu)建縱向韌性防風浪

提前消浪堤內(nèi)結(jié)合綠地構(gòu)建縱向韌性防護，可利用綠地高差起到消減越浪的作用。以珠海情侶路北段臨海處的綠地公園為例①來源于防范氣候變化預(yù)期和非預(yù)期影響的風險與中歐低碳生態(tài)城市開展的合作（EC-LINK）項目。，占地面積約51 hm2，公園由多個提升區(qū)域組成，其中沿海的提升區(qū)域與防洪堤岸相結(jié)合，堤岸的高度為4.2 m。從周邊用地性質(zhì)及公園布局分析，這些提升區(qū)域未達到連續(xù)的洪水防御線。當風暴潮來襲，通過水文數(shù)據(jù)模擬測算，發(fā)生率為1∶100的臺風期間，洪潮漫頂速度為90 l/s/m，持續(xù)時間為2 h。臺風期間，公園后面的居民區(qū)極易發(fā)生洪水。在2017年臺風“天鴿”期間，居民區(qū)的洪水在25 h內(nèi)已達到0.5 m。針對實際情況，提出的堤岸解決策略是：從縱向空間進行控制和提升，一是利用場地綠地增加豎向高度，起到一定的防洪安全作用，豎向高度應(yīng)結(jié)合城市可達界面觀海的視線分析，高度宜控制在相對標高1.3 m以下（圖1）；二是堤岸外海側(cè)設(shè)置防波堤，防波堤可采用不同材質(zhì)的砌塊設(shè)計，如巖石、混凝土防護塊、帶瀝青層砌塊等。也可結(jié)合生態(tài)化手段考慮如貝類和甲殼類等，為海洋生物提供棲息場所，是生態(tài)可持續(xù)化的具體體現(xiàn)（圖2）。

3.3 以沙灘縱向延伸，構(gòu)建帶狀韌性防風浪

沙灘消浪是沙灘修復(fù)的首要功能。利用大海和陸地中間形成沙灘緩沖區(qū)，有效降低臺風的破壞力度，是最自然的護岸辦法。沙灘修復(fù)注重護岸功能，而且兼顧美化城市景觀、維護生態(tài)平衡、提供旅游休閑、提高城市品位等綜合作用。以珠海市香爐灣沙灘修復(fù)項目為例，項目位于情侶路中部，長約1.5 km。此段情侶路在珠海主城區(qū)范圍內(nèi)，城市建設(shè)密度高、核心景觀區(qū)最集中的區(qū)域，堤岸與城市腹地之間，無拓展防范空間。修復(fù)前，岸段全部為直立式防波堤，堤岸與外海因灣內(nèi)動力較弱，岸灘主要呈現(xiàn)“砂質(zhì)海灘+泥質(zhì)潮灘”的混合地貌類型。由于岸灘長期受到侵蝕，逐步呈退化及局部消失的現(xiàn)象。沙灘生物多樣性減少，城市濱海活動空間逐漸減小。

2 2. 公園整體海岸設(shè)計示例

為了解決上述問題，采用沙灘帶狀防風浪結(jié)構(gòu)，在堤前削弱風浪影響，減少風浪對海堤的沖擊，減緩風浪爬高。結(jié)合潮位、流速、流向過程等構(gòu)建了STWAVE波浪模型和GENESZS岸線演變模型，形成完整清晰的岸線演變模型技術(shù)路線。經(jīng)過水動力模型多次矯正，最終構(gòu)建沙灘向海面縱向延伸約50 m，長度1.5 km的韌性沙灘防護帶。

沙灘形成后，通過近3年的臺風災(zāi)中和災(zāi)后調(diào)研與觀察，沙灘未發(fā)生明顯變化，未見積水及陷坑。經(jīng)過檢測表明，沙灘的形態(tài)基本穩(wěn)定，而沙灘本身是海域?qū)傩?，具有動態(tài)變化的特點，通過自身形態(tài)的調(diào)整，實現(xiàn)了對波浪、海流的消減，消減對堤岸后方的道路、護欄等的破壞力，達到保護海岸的目的，進而擴展了海岸線休閑的活力空間，提升岸線的親水性。珠海情侶路香爐灣沙灘修復(fù)項目還榮獲了“2017年中國人居環(huán)境范例獎”①來源于廣東省珠海市香爐灣沙灘修復(fù)項目。，在抵御臺風、風暴潮等自然災(zāi)害上起到了降低城市風險的作用。

3.4 利用生態(tài)植物，構(gòu)建面狀韌性防風浪

生態(tài)堤岸是目前比較提倡的一種生態(tài)岸線防護模式，與傳統(tǒng)消浪方法比較，一是具有增強岸灘穩(wěn)定、防蝕促淤、防風消浪等功能，二是成本低、工程量小、環(huán)境協(xié)調(diào)性好、維護方便等優(yōu)點。以珠海淇澳紅樹林濕地為例，其中天然紅樹林為32.2 hm2，是全國少有的緊靠城市中心區(qū)的紅樹林之一[4]。海堤外的紅樹林呈帶狀分布，主要為無瓣海桑（Sonneratia apetala）、秋茄（Kandelia candel）、桐花樹（Acgiceras corniculatum）、老鼠簕（Acanthus ilicifolius）等真紅樹，靠近海堤主要為半紅樹植物，主要為銀葉樹（Heritiera litteralis）、水黃皮（Pongamia pinnata）、海芒果（Cerebra manghas）等，整體紅樹林構(gòu)成面域的防風防浪植物體系，自身具有極強的修復(fù)能力，內(nèi)部構(gòu)成生物鏈或微生物圈，極容易適應(yīng)環(huán)境變化。據(jù)統(tǒng)計紅樹林內(nèi)潮水流速僅為裸灘的1/4～1/3，潮溝的1/13～1/6。強熱帶風爆發(fā)生時，林帶高度5倍處的背風面可降低風速約56%，15倍處約降低30%。當林帶高度大于當?shù)仫L暴潮高度時，入射波高1.2 m，周期為4 s，平均水深3 m ，波長21.7 m，枝葉遮蔽系數(shù)為0.4，林帶寬30 m、50 m、100 m的消波系數(shù)分別為58%、72%、85%。紅樹林的這種高效的護岸功能可防止淇澳島200.8 hm2水田及大面積的水產(chǎn)養(yǎng)殖遭受風暴潮的危害[6-12]。

構(gòu)建生態(tài)面狀韌性防風浪體系是生態(tài)保護的重要手段，對城市生態(tài)修復(fù)，提升生態(tài)環(huán)境能力有重要的作用。在生物消浪應(yīng)用過程中，應(yīng)結(jié)合當?shù)氐匦魏秃Ｋ⑼寥罈l件，選用耐咸性及耐淹性好、材質(zhì)柔韌、樹冠發(fā)達、生長速度快的樹種或其他海邊植物，種植時還要有一定的寬度和適宜的密度才能達到良好消浪效果。

3.5 多級防護互補，構(gòu)建多維空間韌性防風浪

為有效應(yīng)對臺風期間的風暴潮增水、海浪及暴雨，可考慮基于現(xiàn)有濱海岸線構(gòu)筑“三道防線”，第一道防線由堤防及水閘組成，主要功能為防浪擋潮，防止海潮、海浪越過堤防；第二道防線應(yīng)在堤后設(shè)置排導(dǎo)和滯蓄設(shè)施，主要功能為針對越過堤防的海水盡快導(dǎo)排或加以蓄集；第三道防線為臨時應(yīng)急設(shè)施，主要在重點保護對象及險段布設(shè)。以珠海金灣區(qū)機場東路海堤改造項目為例，在堤后通過微地形處理，建設(shè)帶狀雨水花園，作為堤后排導(dǎo)及滯蓄設(shè)施，并建設(shè)5座地下雨水調(diào)蓄池，合計3 500 m3的調(diào)蓄容積。堤后雨水花園及雨水調(diào)蓄池的建設(shè)完美地解決了高潮位期間內(nèi)陸雨水因潮位頂托無法重力直排的問題，也為臺風期間的越浪海水提供了行泄路徑和滯蓄容積。

4 結(jié)論與展望

珠海在現(xiàn)階段的濱海岸線防洪潮提升中以實現(xiàn)和平衡安全和景觀功能為目標，主要進行了兩大轉(zhuǎn)變：一是空間層次轉(zhuǎn)變。將原來單一的岸線橫向防護體系，轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬哟蔚南蚝Ｑ由斓目v向防護體系；二是防護機理轉(zhuǎn)變。將原來的工程型防護轉(zhuǎn)為生態(tài)型防護，強調(diào)安全性和景觀性兩個方面的平衡，通過多種適應(yīng)性的策略，在防護的基礎(chǔ)上增加生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益，針對濱海城市的實際情況，有以下三方面可供借鑒：

（1）構(gòu)建多層次縱向防護體系。在濱海岸線構(gòu)建多層次向海延伸的縱向防護體系，主要包括堤前消浪、堤圍水閘擋潮、堤后導(dǎo)排及調(diào)蓄、濱海小區(qū)及商鋪臨時攔擋等多級縱向防護來保證城市的韌性防護及安全。

（2）重視生態(tài)型防護策略。采用生態(tài)型防護取代以前的工程防護，在進行濱海岸線防護的過程中，共同創(chuàng)建海岸的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與生物多樣性的動植物棲息地。在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)時納入韌性的生態(tài)化模塊，如海灣的沙灘修復(fù)、紅樹林修復(fù)；加高現(xiàn)狀堤防方面，提出通過對現(xiàn)狀堤岸的綠化帶中新建埋入式矮墻，抬高堤后綠化帶，以構(gòu)筑第二條防線，通過各種景觀微地形打造被抬高后的微地形，來達到功能性與景觀性的有效結(jié)合。

（3）因地制宜，因堤施策。對已建成區(qū)的濱海防護岸線，結(jié)合周邊不同情況因地制宜采用防護提升策略，保證堤圍的閉合連續(xù)防護。目前，沿海防風浪潮的韌性提升策略仍在探索階段，未來隨著堤岸綜合提升工作的推進還需進行以下完善：銜接各專業(yè)，提出各類韌性防護措施，生成一套韌性海岸基礎(chǔ)設(shè)施的工具庫；打造更生態(tài)的堤前堤后防護空間，建立更多層次和更多方面的人與水的聯(lián)系；形成一套系統(tǒng)的組合性的洪潮防護體系，通過不同的系統(tǒng)組合優(yōu)化提升城市韌性防災(zāi)能力；開拓海岸防護的休閑娛樂與經(jīng)濟發(fā)展功能，充分挖掘其生態(tài)、社會的經(jīng)濟價值。

公式來源：

（1）《海堤工程設(shè)計規(guī)范》（GB/T 51015-2014）

（2）《海堤工程設(shè)計規(guī)范》（GB/T 51015-2014）（C.0.4-1）

（3）《海堤工程設(shè)計規(guī)范》（GB/T 51015-2014）（C.0.4-2）

（4）《海堤工程設(shè)計規(guī)范》（GB/T 51015-2014）（C.0.11）

（5）《廣東省海堤工程設(shè)計導(dǎo)則》（DB44/T182-2004）（H.0.5-1）

（6）《海堤工程設(shè)計規(guī)范》（GB/T 51015-2014）（E.0.3）