涂金良,羅慶鋒,劉海洋

(廣東省水利水電技術(shù)中心，廣東 廣州 510635)

1 概述

海堤是防御風(fēng)暴潮災(zāi)害，保護沿海地區(qū)人民生命財產(chǎn)安全的重要屏障。造成海堤損毀的因素眾多且破壞機理復(fù)雜，陳才俊[1]通過現(xiàn)場調(diào)研江蘇沿海海堤歷年損毀事故后認為，海堤建設(shè)標準偏低、灘地治理不夠、選址布線不科學(xué)及施工質(zhì)量等是主要原因。王偉等[2]調(diào)查分析上海化學(xué)工業(yè)區(qū)海堤穩(wěn)定性后認為，堤前保護灘地寬度增加安全系數(shù)也增加，保護灘地寬度超過9 m后，安全系數(shù)趨于穩(wěn)定。蔣弘毅等[3]分析了錢塘江古海塘砌條石護坦的破壞機理，認為水深越淺時護坦越容易發(fā)生涌潮沖擊破壞，護坦破壞后缺少覆蓋的下層粉土被沖走，從而導(dǎo)致周邊條石護坦結(jié)構(gòu)解體和條石下沉。張鵬等[4]對2014年第9號超強臺風(fēng)“威馬遜”損毀海堤進行調(diào)查，認為海堤建設(shè)標準低、筑堤材料粘結(jié)性能差、堤身單薄和管養(yǎng)不善以及穿堤涵閘老化破損嚴重是造成海堤損毀的主要原因。黃哲等[5]分析了2018年第18號臺風(fēng)“溫比亞”期間的海堤破壞，認為主要原因之一是由于海灘沖刷導(dǎo)致堤腳嚴重淘空，引起鎮(zhèn)腳處漿砌塊石失穩(wěn)，進而導(dǎo)致海堤上部結(jié)構(gòu)破壞。黃井武等[6]研究指出采用背水坡較迎水坡緩的坡比對堤壩的整體穩(wěn)定有利，且軟基加固更應(yīng)針對堤下淺層地基。劉陽等[7]通過對東海某海堤后方陸域垮塌的事故調(diào)查認為，垮塌的主要原因是地表水下滲及反濾結(jié)構(gòu)缺陷導(dǎo)致回填土與堤身拋石接觸面發(fā)生接觸流失從而導(dǎo)致的滲透破壞。吳興龍等[8]提出了海堤越浪流的“陡坎”潰決模型，潰堤過程中海堤背水坡溝壑的擴寬和“陡坎”向上游的發(fā)展是由“陡坎”下游射流沖擊區(qū)周圍的水流紊動和水流剪應(yīng)力造成的。雷明月等[9]針對海堤后坡主要為干砌塊石護坡、混凝土板護坡、拋石護坡等護面形式，認為越浪作用下各種后坡護面的破壞機理復(fù)雜，有關(guān)護面厚度或塊體重量計算公式方面還需開展更多的現(xiàn)場調(diào)查、實驗和研究分析工作。

珠江河口地區(qū)是我國遭受臺風(fēng)影響最為嚴重的地區(qū)之一，平均每年有5.83個熱帶氣旋影響該灣區(qū)[10]。近年發(fā)生的超強臺風(fēng)1713號“天鴿”和1822號“山竹”給沿海地區(qū)造成了較為嚴重的損失，部分城市海水倒灌，部分海堤損毀嚴重。為此，本文介紹兩次超強臺風(fēng)期間海水倒灌及部分典型海堤損毀情況，并分析提出了相應(yīng)的對策建議。

2 臺風(fēng)特性及調(diào)研海堤

2.1 “天鴿”和“山竹”臺風(fēng)特性[11-12]

臺風(fēng)“天鴿”于2017年8月20日在西北太平洋上生成，22日上午進入南海東北部海面，22日下午“天鴿”加強為臺風(fēng)級(中心附近最大風(fēng)力12級，33 m/s)，23日早上加強為強臺風(fēng)級(14級，42 m/s)，23日中午“天鴿”中心掠過澳門南部近海海面，于12：50在珠海登陸(強臺風(fēng)級，14級，45 m/s)；“天鴿”登陸前后，珠海、澳門、香港及珠江口海面和島嶼最大陣風(fēng)達16～17級，局地超過17級，其中珠海桂山島最大風(fēng)速為66.9 m/s(約240.8 km/h)、澳門大潭山站最大風(fēng)速為60.4 m/s(約217.4 km/h)、香港黃茅洲(島嶼)最大風(fēng)速為84.2 m/s(約303.1 km/h)，登陸后“天鴿”強度逐漸減弱，經(jīng)過廣東、廣西，進入云南減弱消失。臺風(fēng)期間，大虎、南沙、萬頃沙、橫門等站出現(xiàn)了較高的潮位，分別為3.11 m、3.12 m、2.86 m與2.87 m，均超200年一遇潮位。

臺風(fēng)“山竹”于2018年9月7日20：00由位于西北太平洋的熱帶低壓發(fā)展為熱帶風(fēng)暴，此后向偏西方向移動，強度不斷增強，15日2：00“山竹 ”以超強臺風(fēng)級別(17級)在菲律賓北部的呂宋島登陸。15日9：00進入南海之后向西偏北方向移動，中心強度減弱為15級，后強度維持，逐漸靠近廣東沿海，16日17：00“山竹”以強臺風(fēng)級在黃茅海西側(cè)登陸，登陸時中心附近最大風(fēng)力15級，17日14:00在廣西境內(nèi)減弱為熱帶低壓后消亡。 “山竹”風(fēng)眼區(qū)明顯、云系廣闊，東西向直徑約為1 400 km，南北向約為1 450 km，幾乎覆蓋整個廣東和南海。“山竹”登陸時中心附近最大風(fēng)力達15級，7級風(fēng)圈半徑高達400 km，10級風(fēng)圈半徑達到200 km，12級風(fēng)圈半徑更達到了80 km，各級風(fēng)圈半徑均遠遠大于1713號臺風(fēng)“天鴿”。大虎、南沙、萬頃沙、橫門、黃金、三灶最高潮位分別達到3.15 m、3.20 m、3.23 m、3.22 m、3.13 m、3.44 m，也均超過200年一遇設(shè)計潮位。

2.2 調(diào)研海堤

“天鴿”和“山竹”臺風(fēng)過后，作者以及有關(guān)人員對海堤損毀情況進行調(diào)研，主要調(diào)查“山竹”臺風(fēng)期間汕尾市、惠州市、深圳市及“天鴿”期間珠海市情侶路等地的災(zāi)害和海堤損毀情況，珠江河口以東部分調(diào)研海堤分布如圖1所示。

汕尾市現(xiàn)狀海堤有267.7 km，主要是紅草馬宮堤、汕尾城區(qū)防洪(潮)堤、紅海灣防洪(潮)堤和烏坎海堤，臺風(fēng)期間主要損毀海堤有：捷勝海堤、田寮湖海堤、金廂海堤，設(shè)計防潮標準為10～20年一遇?；葜菔鞋F(xiàn)狀海堤長度約為130 km，分布于惠東縣和大亞灣區(qū)沿海，其中惠東縣海堤長為111 km，除蟹洲海堤外均未達標，大亞灣石化海堤共11 km，按100 年一遇設(shè)計。深圳海堤總長度為103.73 km，分為西部沿海海堤、東部沿海海堤，臺風(fēng)期間受損毀海堤長度為27.2 km。珠海市海堤總長約為413.41 km (不含海島岸線海堤)，包括情侶路、小林聯(lián)圍、白蕉聯(lián)圍、乾務(wù)赤坎大聯(lián)圍、中珠聯(lián)圍、四小聯(lián)圍、鶴洲北海堤、鶴洲南海堤、橫琴新區(qū)和高新區(qū)海堤等。

“山竹”臺風(fēng)期間珠江河口以東，由汕尾、惠州到深圳，堤防損毀程度由東到西呈遞增的趨勢。大陸沿海中，“天鴿”臺風(fēng)對珠海市影響最為嚴重。

圖1 調(diào)研海堤及站點分布示意

3 海堤損毀及原因調(diào)查

3.1 臺風(fēng)期間的潮水位調(diào)查

根據(jù)“山竹”臺風(fēng)期間汕尾站和港口站潮水位的調(diào)研結(jié)果，臺風(fēng)期間汕尾站最高潮水位為1.92 m(珠基，以下同)，相當于50 年一遇設(shè)計潮位值；惠東港口站最高潮水位為1.44 m，相當于5 年一遇設(shè)計潮位值。由于當時正值天文低潮時段(見表1)。產(chǎn)生高潮位主要是臺風(fēng)造成的風(fēng)暴增水量級很大，汕尾和港口兩站潮位差也是因風(fēng)暴潮增水影響造成。受臺風(fēng)影響，汕尾外海最大浪高約為17 m，沿海居民目測襲岸波浪高為3～9 m。

表1 “山竹”臺風(fēng)期間部分站點潮位調(diào)查 m

對“天鴿”臺風(fēng)期間的珠海情侶路淹水調(diào)研顯示，情侶中路的吉大站實測潮位超過3.7 m，導(dǎo)致情侶沿線發(fā)生海水倒灌，最大漫水深度1 m左右，造成沿線23個住宅小區(qū)地下車庫進水，大量汽車水浸，九州機場被海水浸泡。情侶路及沿線基礎(chǔ)設(shè)施始建于20世紀90年代，路面高程按2.81 m控制，僅比100年一遇潮位高0.28 m，本次情侶路的實際潮位遠高于100年一遇潮位及路面高程。

根據(jù)對臺風(fēng)期間站點潮位及淹水水深調(diào)查結(jié)合珠江河口主要控制站點潮位數(shù)據(jù)，“山竹”和“天鴿”的特點是臺風(fēng)造成的風(fēng)暴增水量級很大，風(fēng)暴潮造成了近?？耧L(fēng)巨浪，形成很強破壞力，導(dǎo)致海堤損毀嚴重和發(fā)生海水倒灌。

調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，距汕尾和港口兩潮位站不遠的兩段海堤，堤頂高程高于潮位站測得的本次臺風(fēng)最高潮位，但仍發(fā)生了海水漫頂，應(yīng)與當?shù)氐木植康匦螚l件有關(guān)。

3.2 海堤損毀調(diào)查

汕尾海堤調(diào)查顯示，捷勝海堤部分崩塌，堤腳和側(cè)向漏沙，堤身被淘空；田寮湖和宮前堤海堤出現(xiàn)8處塌陷；金廂海堤堤前壓腳塊石多處沖毀，越浪水浸有20 cm水深，時長為2 d左右?；葜莺５陶{(diào)查顯示，鹽洲海堤堤身9處損壞，部分堤段越浪嚴重；考洲海堤部分堤段防浪墻倒塌，前坡?lián)p壞、堤身局部淘空；大亞灣石化海堤預(yù)制混凝土護塊(重約為1 t)被風(fēng)浪卷上岸至20 m遠，迎水坡被沖垮坍塌、混凝土地梁斷裂；東升島海堤越浪嚴重，部分堤身淘空；深圳市鵬城海堤越浪嚴重，部分堤段損毀，約1 050 m堤段被海沙覆蓋；王母海堤受損嚴重，全部坍塌損毀；楊梅坑海堤破損嚴重，臨水側(cè)設(shè)施均損毀，堤路在薄弱環(huán)節(jié)(管道集中處滲漏水砂)處崩塌，堤路上的綠化帶均損毀；鹽田海堤長約3 km，大型鋼筋砼結(jié)構(gòu)觀景臺均被臺風(fēng)吹毀，多數(shù)倒塌，相互之間錯位超過1 m，堤后水浸最深達1 m。珠海市調(diào)查顯示，受災(zāi)最嚴重區(qū)域集中在情侶路香洲漁港至九州港沿線海堤，最大漫水深度1 m左右，造成沿線23個住宅小區(qū)地下車庫進水，大量汽車水浸，金海灣花園、白玫瑰花園出現(xiàn)人員傷亡，九州機場被海水浸泡，數(shù)架飛機及多輛汽車受損(見圖2所示)。

3.3 海堤破壞原因調(diào)查

捷勝海堤分期建設(shè)， 施工段端頭斷面缺乏側(cè)面防護措施， 海浪首先淘空側(cè)向混凝土墻基礎(chǔ)， 隨后擊斷混凝土墻本身， 最后淘空堤身，造成海堤損壞。 田寮湖和宮前海堤正面迎海， 損毀海堤為直立式擋墻， 由于堤身結(jié)構(gòu)為老舊漿砌石，堤前無灘，少有塊石壓腳，海水較深，直接承受海浪沖擊，堤內(nèi)有穿堤排水管道，使得海堤多處垮塌。金廂海堤屬自建，標準偏低，設(shè)計堤頂寬為4.05 m，現(xiàn)狀僅3 m左右。鹽洲和考洲?，F(xiàn)狀堤身標準達不到10 年一遇，多次損毀，堤身老化，存在多處隱患。大亞灣石化海堤直接面向大海，海浪沖擊力巨大，堤前無灘地，前坡和堤后保護措施偏弱，造成前坡填料和堤后填土淘空，1 t重混凝土塊偏輕，以致混凝土大梁懸空斷裂、護坡混凝土塊被卷入大?；驋伒降毯蟆|升島海堤為居民自建，相當于護岸工程，無防御標準。鵬城海堤正面迎海，部分堤段在建，涉及海域使用論證及沿海生物的保護，程序復(fù)雜周期長，升級改造工程尚未啟動。王母海堤屬待開發(fā)用地區(qū)域，自建堤防，標準低，沿堤綠道無基礎(chǔ)加固措施，均為天然沙層，海浪翻過堤頂，從堤后破壞堤防結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致堤防崩塌。楊梅坑海堤正面迎海，景區(qū)親水沙灘多，堤身內(nèi)布置有管線，導(dǎo)致整體強度不夠。鹽田海堤(海鮮街)已達標建設(shè)，但由于風(fēng)暴潮強度高，超出海堤設(shè)施受力強度而出現(xiàn)破壞。情侶路最高潮位比當前路面高1 m左右，致路面漫水，海水倒灌。

圖2 海堤受損現(xiàn)狀示意

表2匯總了珠江河口臺風(fēng)期海堤損毀主要原因?？偨Y(jié)可見，調(diào)查的12段海堤受損原因中，有8處損毀與越浪有關(guān)，7處與風(fēng)浪正面沖擊和未達標建設(shè)有關(guān)，6處為堤身防護不足。由此可見，臺風(fēng)越浪、風(fēng)浪正面沖擊、未達標建設(shè)以及堤身護坡措施不到位是目前海堤損毀的主要原因。

表2 臺風(fēng)期海堤損毀原因統(tǒng)計

4 海堤防護討論及建議

海堤損毀是堤防系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)(內(nèi)部隱患)與外來作用(荷載)共同作用的結(jié)果，盡管原因復(fù)雜，但總體可概況為5類：越浪或漫溢損毀(失事)、滑動和塌陷損毀、滲透變形損毀、迎水與背水坡面沖刷損毀和其他形式損毀。根據(jù)珠江河口風(fēng)暴潮期間海堤損毀調(diào)查顯示，主要以越浪損毀及迎水與背水坡面沖刷損毀2種類型為主，由其造成海堤損毀數(shù)量占比分別達到67%和50%。因此，合理確定海堤堤頂高程及允許越浪量、加強堤身兩側(cè)坡面防護和抗沖擊力、做好堤前削浪和堤后排水措施是目前珠江河口海堤防護設(shè)計的關(guān)鍵因素。結(jié)合本次調(diào)查總結(jié)，提出珠江河口海堤防護對策如下。

1)做好超標準風(fēng)暴潮預(yù)警預(yù)報和應(yīng)急預(yù)案

受全球氣候及海平面上升影響，近些年超標準臺風(fēng)暴潮的出現(xiàn)頻次有增加的趨勢；粵東地區(qū)海堤防潮能力大多數(shù)為10～20年一遇，珠江河口海堤主要以50～200年一遇防御標準為主；“山竹”和“天鴿”臺風(fēng)暴潮引起的增水幅度、潮水位及破壞強度已經(jīng)遠超其防御能力，是本次粵東海堤損毀和情侶路海堤漫堤的主要自然原因。對極端風(fēng)暴潮災(zāi)害的防御采用不斷加高加固海堤既不經(jīng)濟也不現(xiàn)實，但可以從積極開展風(fēng)暴潮預(yù)警預(yù)報、編制好應(yīng)急預(yù)案及做好越浪后的排水措施等方面將風(fēng)暴潮災(zāi)害造成的人員財產(chǎn)損失控制在盡量小的范圍內(nèi)。如對珠海市情侶路沿線防汛，在堤線上可考慮增設(shè)拆卸式高強合金擋板，減少漫頂損失，同時基本不影響城市景觀；在地下空間，進行全面摸查，配備防汛擋板、多用型防洪包、備用泵等防浸應(yīng)急設(shè)施；在城市空地，劃定臺風(fēng)期間車輛安全停放場所，加強防淹(浸)能力建設(shè)。

2)完善海堤防潮措施，提高防風(fēng)暴潮能力

沿海城市海堤建設(shè)需綜合考慮城市規(guī)劃、擋潮、景觀、生態(tài)、旅游、交通等因素，堤頂高程相對較低，通常允許越浪。對于正面迎海的海堤，應(yīng)著重加強堤防的堅固性和抗沖擊性；對于已建標準偏低海堤，可采取輔助和補救措施防潮、防浪，如設(shè)置消浪平臺、拋石護岸、完善堤后排水設(shè)施、適當提高堤后地面標高等；對于有條件的海堤，研究采取“軟硬”、“灰綠”結(jié)合的多功能綜合防護措施，如人工沙灘、植物消浪、濱海公園、人工坡地、丁壩、順壩等，既能防潮防浪，也可滿足城市景觀、生態(tài)等多種需求；對于未達標的海堤，建議抓緊研究立項，加快海堤建設(shè)，提高海堤建設(shè)標準。海堤設(shè)計時宜考慮最新的潮位資料的影響。

3)做好海堤坡面防護

表面侵蝕破壞是海堤工程最常見的病險形態(tài)之一，包括迎水面的波浪和水流侵蝕破壞和背水面的越浪沖蝕破壞。形成海堤工程坡面侵蝕的外部原因包括：波浪沖擊、水流淘刷、降雨沖刷及震害和人畜破壞；內(nèi)部原因包括：坡面設(shè)計過陡而失穩(wěn)、施工質(zhì)量差被沖刷后而損壞、堤身不均勻沉降等。海堤迎水坡面宜采用滲透性好的土工布，結(jié)合足夠重量的人工混凝土四腳空心塊體等措施護坡消浪，混凝土四腳塊體之間若有鋼筋連接則效果更好，背水坡面宜采用排水溝結(jié)合加筋草皮護坡或漿砌石護面等防止越浪流沖刷等措施。

4)堤頂高程與越浪量控制

大量海堤損壞事件表明，越浪對堤頂以及背浪坡產(chǎn)生切應(yīng)力作用是導(dǎo)致許多海堤損壞的重要因素之一。越浪量與堤頂高程密切相關(guān)，基于景觀上及經(jīng)濟上的考慮，在進行堤防斷面設(shè)計時，大都采用允許部分越浪設(shè)計以降低堤頂高程，但前提是要控制越浪量以確保不對海堤造成顯著的結(jié)構(gòu)破壞。具體設(shè)計中，可以通過減緩迎水坡面，利用扭工字塊、扭王字塊、四腳錐體以及設(shè)置消浪平臺等措施削減波浪爬高來降低海堤頂高程。

5)做好消浪措施

不論是用越浪量控制堤頂高程還是海堤坡面損毀等，都與波浪作用強度密切相關(guān)，尤其是在缺少灘地直面水深較大的外海堤段尤為明顯。如本次調(diào)研的大亞灣石化海堤段無灘地防護，直面風(fēng)暴潮正面沖擊，坡面重達1 t的混凝土塊被風(fēng)浪卷至岸上約20 m遠。因此，在無灘地防護的堤段，做好各項消浪措施尤為重要，如海堤外側(cè)建設(shè)丁壩或潛壩，海堤斷面設(shè)置消浪平臺，正面臨海重要海堤圬工最好用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等。

6)高度重視海堤結(jié)構(gòu)的安全性

海堤設(shè)計應(yīng)嚴格按照規(guī)范標準，保證前坡護面、護腳、擋墻和防浪墻的強度和穩(wěn)定性；充分考慮對后坡、堤段側(cè)向的保護，特別是允許越浪設(shè)計的海堤；避免穿堤管道的集中布設(shè)，杜絕薄弱環(huán)節(jié)；考慮結(jié)合地區(qū)的風(fēng)向特點，布設(shè)丁壩、防浪堤等消浪設(shè)施以減輕對堤身的沖擊力，以提高海堤的抗風(fēng)能力；要注重特殊部位的加固以及排水問題；針對海浪淘沙影響海堤安全問題，設(shè)計時應(yīng)提出有效可行的措施。

7)推進海堤建設(shè)管理的協(xié)同性

目前沿海地區(qū)海堤建設(shè)大多是水利部門和市政部門主導(dǎo)，海堤建設(shè)須做海域利用論證，論證復(fù)雜，周期長且涉及到沿海生物的保護等內(nèi)容，嚴重影響海堤建設(shè)的進度。海堤近海及海灘偷采海砂、穿堤管線布設(shè)直接影響海堤的安全運行。海堤建設(shè)管理涉及市政、國土、環(huán)保、海洋等多個部門，推進海堤建設(shè)管理的協(xié)同性，確保海堤順利建設(shè)和安全運行，是保障沿海群眾生命財產(chǎn)安全和經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，也是營造共建共治共享社會治理格局的具體落實。

5 結(jié)語

“天鴿”和“山竹”超強臺風(fēng)不僅導(dǎo)致珠江河口沿岸潮位普遍超過200年一遇設(shè)計潮位，而且對沿線海堤造成了不同程度的破壞。根據(jù)兩場臺風(fēng)之后的海堤損毀情況及原因調(diào)查，大多數(shù)海堤是由于護岸被摧毀導(dǎo)致堤身掏空至堤防坍塌所致，主要原因有臺風(fēng)越浪、風(fēng)暴潮正面襲擊、未達標建設(shè)以及護坡措施不到位等。調(diào)查顯示，珠江河口風(fēng)暴潮期間海堤損毀類型最多的為2類：越浪損毀及迎水與背水坡面沖刷損毀。因此，提出了今后海堤應(yīng)重點從預(yù)警預(yù)報、能力提升、越浪量控制、海堤坡面防護、消浪措施、結(jié)構(gòu)安全及協(xié)同建設(shè)管理方面開展工作。