我國(guó)海岸工程技術(shù)展望

左其華，竇希萍，段子冰

(南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029)

我國(guó)海岸工程技術(shù)展望

左其華，竇希萍，段子冰

(南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029)

從海岸動(dòng)力監(jiān)測(cè)體系、河口海岸侵蝕及防護(hù)、海岸工程深水和離岸趨勢(shì)、極端條件下海岸工程結(jié)構(gòu)安全、島礁工程開發(fā)技術(shù)、海岸管理與數(shù)字海岸、親水工程、海洋能技術(shù)利用開發(fā)和海岸工程研究等九個(gè)方面對(duì)我國(guó)海岸工程中面臨的問(wèn)題，以及國(guó)外相關(guān)工程技術(shù)進(jìn)展情況進(jìn)行了分析，并指出我國(guó)未來(lái)海岸工程領(lǐng)域需要加以關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)。

海岸工程；海岸防護(hù)；工程建設(shè)；環(huán)境與管理；科學(xué)研究

近十多年來(lái)，我國(guó)在海岸工程建設(shè)方面取得了令人矚目的成績(jī)，推動(dòng)了該領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。在河口治理、海岸防護(hù)、港口建設(shè)、圍填海工程、跨海橋隧、修船造船、能源工程、漁業(yè)工程、海岸管理和科學(xué)研究等方面大大縮短與國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家的差距。但是，也應(yīng)該看到，我國(guó)海岸工程的進(jìn)展相當(dāng)大的比重是集中體現(xiàn)在建設(shè)規(guī)模上。隨著可持續(xù)發(fā)展的要求，尤其是國(guó)家城鎮(zhèn)化建設(shè)對(duì)沿海發(fā)展的需要，海岸工程將面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。這些機(jī)遇和挑戰(zhàn)主要包括海岸動(dòng)力監(jiān)測(cè)體系的完善、河口海岸普遍沖刷趨勢(shì)與防護(hù)、大型海岸工程向離岸和深水發(fā)展、極端條件下海岸工程結(jié)構(gòu)安全、島礁工程和圍填海工程的新技術(shù)應(yīng)用、海岸管理與數(shù)字海岸建立、親水工程與生態(tài)環(huán)境需求、海洋能利用和謹(jǐn)慎開發(fā)、海岸工程科學(xué)研究的多學(xué)科交叉與多手段耦合研究等[1]，應(yīng)引起人們的重視與思考。

1 海岸動(dòng)力監(jiān)測(cè)體系

1.1國(guó)際海岸動(dòng)力監(jiān)測(cè)狀況

國(guó)際海洋觀測(cè)目標(biāo)是建立全球聯(lián)網(wǎng)的立體觀測(cè)系統(tǒng)，目前已發(fā)展起包括衛(wèi)星遙感、浮標(biāo)陣列、海洋觀測(cè)站、水下剖面、海底有纜網(wǎng)絡(luò)和科學(xué)考察船的全球化觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，作為數(shù)字海洋的技術(shù)支持體系，提供全球性的實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)的基礎(chǔ)信息和信息產(chǎn)品服務(wù)。例如，全球海洋觀測(cè)系統(tǒng)(GOOS)和全球?qū)崟r(shí)地轉(zhuǎn)流觀測(cè)計(jì)劃(ARGO)等，覆蓋面都非常廣泛。美國(guó)國(guó)家基金委員會(huì)有關(guān)未來(lái)10年海洋科學(xué)的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域中，將“大斷面全球海洋大氣立體觀測(cè)”放在首位。美國(guó)的“海洋觀測(cè)計(jì)劃”是用幾千公里的光纜將海洋和陸地連接，將光纜接入互聯(lián)網(wǎng)，建立穿越海洋的“信息高速公路”。國(guó)際ARGO計(jì)劃將建成由3 000余個(gè)浮標(biāo)組成的全球?qū)崟r(shí)海洋觀測(cè)網(wǎng)，截止到2007年4月全球海洋中的ARGO浮標(biāo)已達(dá)到2 852個(gè)。目前美國(guó)有基于NOAA的90個(gè)浮標(biāo)、60個(gè)海岸自動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)和175個(gè)水位觀測(cè)站以及多源衛(wèi)星構(gòu)成的海洋動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)，并由國(guó)家業(yè)務(wù)海洋產(chǎn)品和服務(wù)中心為用戶提供相關(guān)海洋信息。美國(guó)和加拿大聯(lián)合正在東北太平洋海底建設(shè)深海長(zhǎng)期觀測(cè)網(wǎng)——海王星(NEPTUNE)計(jì)劃，布設(shè)在水下約3 000 m海床上，覆蓋海域約500萬(wàn)平方公里。歐洲國(guó)家也在多個(gè)重點(diǎn)海域進(jìn)行了長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)。

日本和韓國(guó)在其鄰近海域部署長(zhǎng)期的國(guó)家斷面進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間序列觀測(cè)，為本國(guó)的海洋生態(tài)與環(huán)境、生物資源和軍事海洋學(xué)研究提供基礎(chǔ)資料。日本在日本列島東部海域沿日本海溝的跨越板塊邊界，建設(shè)了長(zhǎng)約1 500 km，寬約200 km光/電纜連接的深海地震觀測(cè)網(wǎng)(ARENA)，并計(jì)劃延伸至我國(guó)的東海海域，目前正向地震、海洋學(xué)和生物學(xué)等多學(xué)科觀測(cè)和研究方向發(fā)展。韓國(guó)政府已在黃海南部建立了海洋科學(xué)觀測(cè)站，并計(jì)劃在濟(jì)州島西南海域建立海底觀測(cè)系統(tǒng)。

1.2我國(guó)海岸動(dòng)力監(jiān)測(cè)狀況

經(jīng)過(guò)幾十年的建設(shè)和發(fā)展，我國(guó)也初步形成近岸海洋動(dòng)力觀測(cè)系統(tǒng)。對(duì)于一些大中型海岸工程項(xiàng)目，政府也明確要求進(jìn)行旨在加強(qiáng)科學(xué)論證的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)。目前，我國(guó)常規(guī)海洋業(yè)務(wù)觀測(cè)主要依靠國(guó)家海洋局和中國(guó)科學(xué)院一些近海海洋觀測(cè)平臺(tái)。為了摸清我國(guó)現(xiàn)有包括海岸工程在內(nèi)的海洋狀況、規(guī)劃和優(yōu)化海洋發(fā)展布局，2007年實(shí)施了“我國(guó)近海海洋綜合調(diào)查與評(píng)價(jià)”專項(xiàng)(簡(jiǎn)稱908專項(xiàng))，進(jìn)行近海海洋綜合調(diào)查，嘗試構(gòu)建我國(guó)近?！皵?shù)字海洋”信息基礎(chǔ)框架。

國(guó)家海洋局現(xiàn)有15個(gè)中心站、66個(gè)海洋岸基觀測(cè)站、6個(gè)固定浮標(biāo)以及少量ARGO浮標(biāo)。在近海方面，自2002年以來(lái)，我國(guó)已在太平洋和印度洋布放了35個(gè)剖面浮標(biāo)。這些測(cè)量的主要目的是獲取海洋內(nèi)部的海流、溫度和鹽度等資料，而波浪等對(duì)海岸工程影響較大的參數(shù)似尚未明確包括在內(nèi)。中國(guó)科學(xué)院2009年在北黃海長(zhǎng)山群島所屬獐子島以南20海里(122°45’E，38°45’N附近)，水深約50 m處，與地方共建了黃海海洋環(huán)境觀測(cè)平臺(tái)及其陸基支撐站；并在東海長(zhǎng)江口嵊山島(舟山群島)以東海域(123°E，30°30’N)，水深50 m處，建立東海海洋環(huán)境長(zhǎng)期綜合觀測(cè)浮標(biāo)，在嵊山島建立陸基支撐站。該站涵蓋物理海洋、海洋地質(zhì)、海洋生態(tài)和海洋化學(xué)等諸多要素的綜合測(cè)量，主要開展長(zhǎng)江口區(qū)域海洋環(huán)境長(zhǎng)期多參數(shù)的連續(xù)觀測(cè)。2007年在西沙群島的主島——永興島(112°20’E，16°50’N)建立了西沙海洋環(huán)境觀測(cè)站，以物理海洋觀測(cè)為主。2009年新建南沙海洋環(huán)境觀測(cè)站，與西沙站、大亞灣站、海南三亞國(guó)家近海生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站構(gòu)成南海海洋環(huán)境與生態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)[2]。

在海岸動(dòng)力觀測(cè)體系建立方面，臺(tái)灣因其地理位置和沿岸范圍局限，與大陸相比觀測(cè)體系更完善些。

總體上來(lái)講，我國(guó)大陸海洋觀測(cè)手段仍以岸基臺(tái)站為主且數(shù)量不足，分布不盡符合需要；離岸觀測(cè)能力薄弱，空間覆蓋率低；長(zhǎng)期和連續(xù)觀測(cè)資料少，不能滿足多學(xué)科同步觀測(cè)的要求，觀測(cè)技術(shù)也相對(duì)落后；觀測(cè)數(shù)據(jù)不能共享，科學(xué)研究資源嚴(yán)重浪費(fèi)，與世界發(fā)達(dá)海洋國(guó)家相比有較大差距，制約了海岸工程科學(xué)研究的發(fā)展。采用岸站、雷達(dá)、浮標(biāo)、潛標(biāo)、海上平臺(tái)、衛(wèi)星遙感等多種觀測(cè)手段[3-4]，建設(shè)覆蓋范圍廣、高效、穩(wěn)定的海洋觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，提高海洋觀測(cè)技術(shù)水平，建立數(shù)據(jù)開放共享的管理應(yīng)用平臺(tái)，為預(yù)防和減輕海洋災(zāi)害提供決策依據(jù)是今后一段時(shí)期的重要工作。

1.3海洋監(jiān)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)近期在海洋觀測(cè)技術(shù)方面主要有這樣幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)[5]：

1)改進(jìn)的傳統(tǒng)方法仍是今后工程應(yīng)用觀測(cè)的主要手段

衛(wèi)星觀測(cè)技術(shù)雖有其先進(jìn)性，但要應(yīng)用于工程還需一定的時(shí)間，這除其技術(shù)本身的一些缺陷外，主要是某一位置采樣的間斷性。傳統(tǒng)的海岸動(dòng)力測(cè)量通常在某一固定位置，每隔一段時(shí)間觀測(cè)一次；而衛(wèi)星觀測(cè)是由運(yùn)行軌道決定，數(shù)天重復(fù)一次，對(duì)若干平方公里的海面觀測(cè)。改進(jìn)的傳統(tǒng)觀測(cè)方法仍是今后應(yīng)用的主要手段。傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器和設(shè)備應(yīng)向易于操作、實(shí)時(shí)處理和智能采樣方向發(fā)展，未來(lái)的浮標(biāo)(筒)將使用現(xiàn)代的、更為可靠的海洋動(dòng)力變化跟蹤單元，GPS技術(shù)將是每個(gè)浮筒上的標(biāo)準(zhǔn)配置，提供整體系統(tǒng)精度；聲學(xué)測(cè)波儀器應(yīng)在如何減小惡劣環(huán)境下的噪聲上下功夫；通過(guò)布放測(cè)量?jī)x器以及改進(jìn)傳感器精度的方法，獲區(qū)不同水深處的水動(dòng)力要素等。

2)遙感技術(shù)向?qū)嵱眯苑较虬l(fā)展

遙感技術(shù)是今后的主要發(fā)展方向，已經(jīng)有人試圖將這一方法用于水動(dòng)力長(zhǎng)期分布的估計(jì)。在船舶或平臺(tái)上，可利用海上雷達(dá)測(cè)波和流，地面的HF雷達(dá)也已在大范圍水動(dòng)力測(cè)量方面證明其能力。然而，雷達(dá)光束映象信息和由三維雷達(dá)映象譜到海洋環(huán)境要素之間求逆的技術(shù)還不完全成熟。

衛(wèi)星遙感資料正成為大尺度海洋氣象水文研究的重要部分，一般海況下已經(jīng)達(dá)到浮筒的測(cè)量精度。雙頻率高度計(jì)的測(cè)量精度也在提高，特別在風(fēng)速測(cè)量上。衛(wèi)星高度計(jì)所測(cè)水文氣象資料已是而且還繼續(xù)是這一領(lǐng)域全球信息源，在這方面我國(guó)近幾年內(nèi)會(huì)有較明顯的進(jìn)展。利用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，從太空用孔徑雷達(dá)和高精度光學(xué)照相對(duì)海流、波浪、泥沙輸運(yùn)和風(fēng)暴潮的觀測(cè)將會(huì)有較快的進(jìn)展。

遙測(cè)儀器的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)就是由衛(wèi)星實(shí)時(shí)傳輸大量的數(shù)據(jù)。采用該方法進(jìn)行實(shí)時(shí)處理能減少數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)量，使得儀器能較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。由于衛(wèi)星遙感資料是不定時(shí)的，也不是等時(shí)間間隔的觀測(cè)，采樣覆蓋范圍較大從而分辨率受到限制，也不能自動(dòng)增加對(duì)極端現(xiàn)象的觀測(cè)，從而遙感資料可能漏掉最大值，用此方法估計(jì)的多年一遇的值可能會(huì)偏小。為此，必須針對(duì)各衛(wèi)星的特點(diǎn)和長(zhǎng)處，采用多種手段，盡量使其滿足工程需要，例如與岸基觀測(cè)站相結(jié)合等。英國(guó)SOS(衛(wèi)星觀測(cè)系統(tǒng))已有一種想法，就是將雷達(dá)高度計(jì)成本降低，用小衛(wèi)星組成較為密集的網(wǎng)格覆蓋全球，稱為GANDER(消除風(fēng)險(xiǎn)全球高度計(jì)網(wǎng)絡(luò))計(jì)劃。該計(jì)劃由12～16個(gè)衛(wèi)星組成，是一簡(jiǎn)單的低成本系統(tǒng)。

傳統(tǒng)量測(cè)技術(shù)與衛(wèi)星遙感技術(shù)的組合已被使用多年，今后會(huì)結(jié)合得更多更好，還可以與近岸長(zhǎng)期測(cè)站資料相配合得到深水處的氣象水文長(zhǎng)期分布。

3)更為精確的反演技術(shù)和非線性方法是今后主要研究?jī)?nèi)容

非線性海洋動(dòng)力要素隨機(jī)性的特性仍然是今后研究的熱點(diǎn)。目前衛(wèi)星遙感波浪資料處理正在進(jìn)行不同版本的、由SAR映象中得到海洋環(huán)境要素算法的研究，其精確度還有待改進(jìn)。所有SAR映象譜的內(nèi)在弱點(diǎn)在于雷達(dá)傳播方向顯著衰減。非線性效應(yīng)導(dǎo)致SAR圖像譜在方位上存在高波數(shù)截?cái)啵財(cái)嘀笥行┬畔G失，沿運(yùn)行方向傳播的水面波動(dòng)，其SAR圖像譜存在“雙峰”現(xiàn)象。這些都可能用非線性理論加以解釋。

雖然目前的氣象水文觀測(cè)技術(shù)可以滿足現(xiàn)在海岸工程中設(shè)計(jì)的基本需要，但離岸的大型建筑物，如美國(guó)海軍可移動(dòng)離岸海上基地(MOBS)的可行性研究就要求知道數(shù)平方公里范圍內(nèi)波浪場(chǎng)的空間耦合特性。目前的儀器還沒(méi)有辦法或還不能被證明可以提供這樣重要的信息。隨著我國(guó)海洋資源開發(fā)的不斷深入，有理由相信我們也會(huì)很快遇到類似問(wèn)題。

4)注重長(zhǎng)期觀測(cè)資料的連續(xù)性判別

限于當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)水平，我國(guó)不少建于20世紀(jì)60年代初期的海岸觀測(cè)站點(diǎn)大都位于淺水處，數(shù)十年過(guò)去，觀測(cè)點(diǎn)水深變化較大，有的甚至已數(shù)易觀測(cè)點(diǎn)。從測(cè)量方法看，早期資料所用的量測(cè)手段均較落后，有些是目測(cè)，而現(xiàn)在大多是自動(dòng)量測(cè)，甚至采用衛(wèi)星測(cè)量；從觀測(cè)點(diǎn)環(huán)境動(dòng)力看，有些河口地區(qū)受到上游人為因素影響，入海水文條件已經(jīng)發(fā)生很大變化。早期多年實(shí)測(cè)資料與現(xiàn)有資料的連續(xù)利用是我國(guó)今后工程水文資料同化分析中亟待解決的難點(diǎn)。

5)觀測(cè)資料的共享與否對(duì)我國(guó)海岸工程技術(shù)進(jìn)展影響甚大

我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用水平提高應(yīng)該采取的另一重大對(duì)策就是要解決資料共享這一難題。20世紀(jì)80年代中期以前，國(guó)家海洋水文站點(diǎn)資料是對(duì)外公開的。近三十余年來(lái)，這些海洋站點(diǎn)的資料使用必須是有償?shù)?，甚至有時(shí)有償也是難以取得，更無(wú)法共享一些單位觀測(cè)的資料。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因應(yīng)是國(guó)家對(duì)海洋水文現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)投入不足，其次是部門局部利益問(wèn)題。我國(guó)沿海數(shù)以百計(jì)海岸工程的建設(shè)項(xiàng)目，尤其近些年國(guó)家建設(shè)投入的增多，基本上每一較大的工程都有大小規(guī)模不等的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，但沒(méi)有對(duì)這些資料進(jìn)行整合并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，以致這些資源的開發(fā)利用不夠，既帶來(lái)較大的浪費(fèi)，也阻礙海岸工程技術(shù)的進(jìn)步。

2 河口海岸侵蝕及防護(hù)

2.1河口及水下三角洲將普遍侵蝕

入海泥沙銳減使得河口三角洲海岸岸灘在新的動(dòng)力泥沙環(huán)境下發(fā)生新的調(diào)整，過(guò)去的淤漲型河口海岸轉(zhuǎn)化成平衡型或侵蝕型。長(zhǎng)江三峽樞紐工程建成后，入海泥沙減少了3/4，長(zhǎng)江口門外的水下三角洲堆積速率已明顯趨緩，淤積速率從1958～1978年時(shí)段的55 mm/a下降為1978～1998年時(shí)段的11 mm/a，近20年長(zhǎng)江口水下三角洲已出現(xiàn)大范圍的侵蝕[6]；黃河因上游取水以及小浪底等樞紐工程的建設(shè)，黃河三角洲從過(guò)去年均造陸23 km2，演變?yōu)榇竺娣e的侵蝕后退，使勝利油田受到潮淹堤坍的威脅，具有重要生態(tài)功能的濱海濕地大面積喪失，灘涂資源減少；珠江三角洲河道大量采砂，使得入海泥沙大量減少。中小河流存在同樣的問(wèn)題，渤海灣沿岸許多入海河流出現(xiàn)有河無(wú)尾的現(xiàn)象，如灤河入海泥沙在引灤工程后減少了95%；膠州灣20世紀(jì)80年代的入灣河流泥沙僅相當(dāng)于50年代的2%～3%；蘇北廢黃河口和現(xiàn)代黃河三角洲北部廢棄河口地區(qū)，是河流改道導(dǎo)致海岸侵蝕的典型實(shí)例。

2.2海岸侵蝕日趨嚴(yán)重

海岸侵蝕是一種全球性的自然災(zāi)害。目前，世界上70%的沙質(zhì)海岸出現(xiàn)侵蝕，侵蝕速率為10 cm/a，中國(guó)的平原海岸亦有70%左右在侵蝕后退[7]。我國(guó)海岸侵蝕自20世紀(jì)50年代末期日漸明顯，較發(fā)達(dá)國(guó)家遲約半個(gè)世紀(jì)。上世紀(jì)60年代海岸侵蝕主要發(fā)生在粉沙淤泥質(zhì)海岸，進(jìn)入70年代，由于不合理的開發(fā)活動(dòng)，如海灘資源與海底砂礦開采、水庫(kù)截留泥沙等，各種類型的海岸侵蝕均有所加劇。2000年以來(lái)，沙質(zhì)海岸侵蝕速率大多在1～3 m/a之間，淤泥質(zhì)海岸侵蝕速率大都在10～20 m/a。我國(guó)海岸侵蝕總體上是北強(qiáng)南弱，長(zhǎng)江口以北遭受海岸侵蝕的岸段十分普遍，且侵蝕速率較大，如江蘇省較多海岸遭受侵蝕[8]；山東省有70%的沙岸受到侵蝕，侵蝕速率約為2 m/a；河北省海岸帶無(wú)論是南岸的泥岸還是北岸的沙岸均以蝕退、沖灘為主要?jiǎng)輵B(tài)，遼西海岸目前也在蝕退；長(zhǎng)江口以南，除受強(qiáng)潮影響的杭州灣北岸以外，海岸侵蝕現(xiàn)象發(fā)生較少；福建省的中、南部海岸侵蝕較嚴(yán)重，廣東、海南和廣西等省、自治區(qū)也有局部海岸侵蝕現(xiàn)象發(fā)生。

預(yù)計(jì)全球性海平面上升將加劇這一侵蝕過(guò)程。據(jù)代表性長(zhǎng)期驗(yàn)潮站資料統(tǒng)計(jì)，過(guò)去100年全球海平面上升速率為1.5 mm/a。近30年來(lái)，中國(guó)沿海海平面總體上升了90 mm，2007年中國(guó)沿海海平面平均上升速率為2.5 mm/a，高于全球海平面的上升速率。有人預(yù)計(jì)未來(lái)10年，中國(guó)沿海海平面將比2007年上升32 mm。海平面上升直接導(dǎo)致海岸侵蝕加劇和大片海濱濕地的喪失。

2.3國(guó)外海岸防護(hù)發(fā)展?fàn)顩r

對(duì)于海岸侵蝕，歐美等國(guó)初期采取護(hù)岸工程進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)型式趨于多樣化。如德國(guó)采用木質(zhì)丁壩護(hù)岸，木質(zhì)丁壩的優(yōu)點(diǎn)是與環(huán)境的親和性較好，修建后可捕集海岸泥沙，防護(hù)岸線；采取培育連續(xù)的沙丘鏈，防止海岸后退；在沒(méi)有足夠構(gòu)筑空間的海岸，采用移動(dòng)式海堤擋御風(fēng)暴潮，在沒(méi)有風(fēng)暴潮的季節(jié)里，打開通道，供人們與自然海岸互動(dòng)。20世紀(jì)90年代以來(lái)，環(huán)境友好型的人工育灘工程在歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家的海岸防護(hù)中逐步興起。目前歐洲大部分海岸均受到人工控制，如海岸防護(hù)及堤防工程、沙丘穩(wěn)定工程、土地圍墾工程、河流控制工程等。“硬工程”為防潮堤和海堤，“軟工程”指海灘補(bǔ)給及礫石灘補(bǔ)給喂養(yǎng)措施，由于“軟工程”的靈活性和兼容性，在歐洲得到推廣應(yīng)用。

2.4海岸整體防護(hù)體系的規(guī)劃與建立

海岸防護(hù)工程的理想目標(biāo)是通過(guò)人為引導(dǎo)，使岸灘剖面和岸線形態(tài)達(dá)到平衡。海岸整體防護(hù)設(shè)計(jì)的基本思路為按照海岸侵蝕和防護(hù)的時(shí)空尺度差異，分級(jí)(不同尺度)控制。凡屬需護(hù)灘工程的海岸應(yīng)進(jìn)行平衡剖面的研究才能使護(hù)灘更為有效。利用重要海岸工程作為一級(jí)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)造人工岬角(凹灣)作為二級(jí)、三級(jí)乃至多級(jí)節(jié)點(diǎn)，人為增加岸線的相對(duì)長(zhǎng)度使海洋動(dòng)力能量分散釋放，保沙固沙，從而構(gòu)建海岸整體防護(hù)體系。一級(jí)節(jié)點(diǎn)的布局主要是針對(duì)大范圍的海岸侵蝕趨勢(shì)，遏制潮流作用引起的水下岸坡進(jìn)一步侵蝕后退，從而在更長(zhǎng)周期內(nèi)起到對(duì)近岸海灘和堤防工程的保護(hù)作用；二級(jí)節(jié)點(diǎn)即人工岬角工程主要針對(duì)近岸海灘沖刷，通過(guò)岬角控制保存侵蝕粗化泥沙，進(jìn)而對(duì)其下覆沉積物起到保護(hù)作用。福建的自然岬灣岸線和日本福岡能古島的人工岬灣岸線就是采用多級(jí)節(jié)點(diǎn)(岬角)控制的方式，塑造動(dòng)態(tài)平衡的多級(jí)嵌套穩(wěn)定岬灣岸線，以實(shí)現(xiàn)海岸防護(hù)的目的[9]。

2.5海岸防護(hù)形式的多樣性

我國(guó)現(xiàn)行的海岸侵蝕防護(hù)工程還是以“硬工程”為主，但已經(jīng)逐漸由單一的海堤轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸毯５毯拖俗o(hù)岸并重的組合防護(hù)。近年來(lái)，開始采用柔性防護(hù)如草皮種植、混凝土模袋護(hù)坡等，都取得了良好的防護(hù)效果，如福建沿海主要是修筑海堤和種植防護(hù)林，絕大多數(shù)風(fēng)成沙地類型的砂質(zhì)海岸后濱沙丘大都有防風(fēng)沙植被，沙堤海岸也大都有木麻黃固定沙丘。限于技術(shù)經(jīng)濟(jì)等原因，像江蘇沿海的護(hù)灘工程多以短、矮、密為特點(diǎn)，防護(hù)功能局限在堤前較小范圍內(nèi)，離岸堤外灘面下蝕和水下岸坡的蝕退依然發(fā)展，隨著時(shí)間的推移，侵蝕對(duì)近岸護(hù)灘工程和現(xiàn)有海堤仍存在潛在威脅。

盡管我國(guó)在侵蝕海岸防護(hù)方面開展了不少研究與實(shí)踐工作，相比發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)，在海岸防護(hù)的同時(shí)兼顧海岸生態(tài)與環(huán)境保護(hù)方面還有不少差距。采用適當(dāng)?shù)姆绞酵ㄟ^(guò)自然過(guò)程塑造穩(wěn)定海岸線，這已是一種趨勢(shì)，人工養(yǎng)灘和人工岬灣防護(hù)技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用，并且也取得了相當(dāng)良好的效果。美國(guó)人工育灘與護(hù)岸建筑在海岸侵蝕防護(hù)中運(yùn)用的比例達(dá)到4∶1以上，在歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家人工育灘的實(shí)踐也在迅速增加。近岸補(bǔ)沙在海灘侵蝕防治上與海灘補(bǔ)沙、沙丘補(bǔ)沙等方法相比更具有主動(dòng)性，目前荷蘭近岸補(bǔ)沙的補(bǔ)沙量和占人工育灘工程的比例都在增長(zhǎng)[10]。

我國(guó)海岸防護(hù)可根據(jù)具體海岸的侵蝕情況考慮嘗試使用人工養(yǎng)灘、人工岬灣與丁壩群、離岸堤相結(jié)合的防護(hù)措施，在原有剛性防護(hù)的基礎(chǔ)上結(jié)合使用柔性防護(hù)技術(shù)。在實(shí)施海岸工程項(xiàng)目時(shí)，要避免不合理的工程布置導(dǎo)致泥沙運(yùn)動(dòng)的不平衡，加劇海岸的不穩(wěn)定性。對(duì)于一些由于泥沙來(lái)源阻斷而遭受侵蝕的沙質(zhì)海灘，國(guó)際上多采用人工養(yǎng)灘加潛堤防護(hù)的形式，即形成所謂的棲息海灘(perched beach)，注重這類海岸防護(hù)形式的研究，對(duì)我國(guó)沙質(zhì)海灘旅游資源的恢復(fù)具有相當(dāng)重要的意義。

要重視紅樹林等生物對(duì)海岸防護(hù)的重要性，因開發(fā)利用不得不占用的應(yīng)采取就地補(bǔ)償?shù)却胧?/p>

3 海洋開發(fā)與海岸工程建設(shè)

3.1海岸工程深水和離岸趨勢(shì)及其挑戰(zhàn)

3.1.1 海岸防護(hù)工程前沿水深將越來(lái)越大

目前，沿海各地圍填海需求迫切，使得沿海防護(hù)工程，特別是海堤工程不斷地外移，海岸防護(hù)工程前沿水深將越來(lái)越大，基礎(chǔ)條件和動(dòng)力條件也將更加復(fù)雜。海岸工程的建設(shè)提高了這些防護(hù)工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，但也導(dǎo)致工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)增大和海岸防護(hù)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不連續(xù)等問(wèn)題。

3.1.2 跨海橋隧工程建設(shè)將成為熱點(diǎn)

舟山群島開發(fā)、膠東灣和港珠澳大橋等工程開啟了我國(guó)跨海橋隧建設(shè)高潮。今后更多的跨海橋隧工程將在海峽和島嶼之間建設(shè)。瓊州海峽是我國(guó)三大海峽之一，位于廣東雷州半島和海南島之間，長(zhǎng)約80 km，寬20～40 km，平均水深約44 m，最大深度120 m，擬建的瓊州海峽跨海橋梁工程將面臨水深、風(fēng)大、浪高、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、通航要求高、環(huán)境敏感等不利因素，且橋梁線位必須繞避國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的珊瑚礁，橋梁選址和建橋技術(shù)難度都相當(dāng)大。

3.1.3 深水港需求持續(xù)

為適應(yīng)國(guó)際船舶大型化的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)、外大型港口都在進(jìn)行航道深水化的研究和建設(shè)[11]。如：韓國(guó)釜山港航道水深18 m以上；荷蘭鹿特丹港航道水深25 m；美國(guó)西雅圖港航道水深20 m；新加坡港航道水深20 m；美國(guó)長(zhǎng)灘港航道水深18.3 m。預(yù)計(jì)今后數(shù)年內(nèi)，我國(guó)還將建設(shè)為數(shù)可觀的20～30萬(wàn)噸乃至50萬(wàn)噸級(jí)泊位的碼頭和航道。例如：廣東茂名港已啟動(dòng)30萬(wàn)噸級(jí)博賀新港區(qū)建設(shè)，陽(yáng)江港西岸臨港新區(qū)可建30萬(wàn)噸級(jí)航道；欽州港、防城港正在開挖30萬(wàn)噸級(jí)航道；天津港正在建設(shè)30萬(wàn)噸級(jí)航道；日照港也將建設(shè)30萬(wàn)噸級(jí)原油碼頭；青島港與巴西原料供應(yīng)商合作，正在規(guī)劃建設(shè)4個(gè)40萬(wàn)噸級(jí)碼頭，30～40萬(wàn)噸級(jí)航道也將應(yīng)運(yùn)而生；連云港、洋口港正在建設(shè)30萬(wàn)噸級(jí)航道；寧波-舟山港蝦峙門口外航道水深已達(dá)22 m，30萬(wàn)噸級(jí)船舶可滿載進(jìn)出該港；大連港現(xiàn)也可以進(jìn)出30萬(wàn)噸級(jí)船舶；長(zhǎng)江口12.5 m深水航道上延到南京也將于2015年底竣工，將大力推動(dòng)江海聯(lián)運(yùn)。此外，在建港條件較差的淤泥質(zhì)海岸建設(shè)深水大港，尤其是利用淤泥質(zhì)海岸外的潮汐水道建港，是建港科學(xué)和工程技術(shù)的一大進(jìn)展。

3.1.4 海上人工養(yǎng)殖進(jìn)一步向深水發(fā)展

我國(guó)未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)會(huì)沿著“近海養(yǎng)殖”和“外海養(yǎng)殖”兩條途徑同時(shí)發(fā)展?！敖ｐB(yǎng)殖”將主要以改善養(yǎng)殖條件，優(yōu)化提升技術(shù)裝備水平，實(shí)現(xiàn)健康養(yǎng)殖為主要任務(wù)；“外海養(yǎng)殖”將重點(diǎn)突破新型養(yǎng)殖裝備研發(fā)，提升配套養(yǎng)殖管理技術(shù)水平和技術(shù)裝備，以開發(fā)拓展外海養(yǎng)殖空間，提高水產(chǎn)品產(chǎn)量。開展開放性海域養(yǎng)殖設(shè)施安全構(gòu)建與系統(tǒng)配套裝備技術(shù)探討是養(yǎng)殖業(yè)向外海發(fā)展的基礎(chǔ)。重點(diǎn)研究海上養(yǎng)殖平臺(tái)構(gòu)建與系統(tǒng)裝備技術(shù)，海上廢棄海洋工程結(jié)構(gòu)漁業(yè)利用模式和海上游弋式養(yǎng)殖裝備技術(shù)；建立開放性海域養(yǎng)殖設(shè)施安全規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)；研究海洋增養(yǎng)殖漁場(chǎng)環(huán)境保護(hù)、漁場(chǎng)建造與防護(hù)工程等技術(shù)，推進(jìn)我國(guó)海洋牧場(chǎng)建設(shè)；研究深水養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)抗風(fēng)、浪、流關(guān)鍵技術(shù)，優(yōu)化筏式養(yǎng)殖工程設(shè)施材料，研究筏架布局與養(yǎng)殖海域環(huán)境的相互關(guān)系；研究設(shè)置礁的類型、形狀、位置等，誘導(dǎo)聚群性魚類形成密集的群體。

3.1.5 海岸工程環(huán)境將更為復(fù)雜

目前，自然環(huán)境條件相對(duì)良好的岸線已基本全部開發(fā)利用，隨著海岸工程向水深處發(fā)展，限于對(duì)動(dòng)力要素的了解，海岸工程的可靠性越來(lái)越不確定。我國(guó)海岸工程建筑物結(jié)構(gòu)型式比較單一，對(duì)于適合深水和惡劣自然條件下的新型結(jié)構(gòu)型式還需進(jìn)一步研究。此外，海岸工程的建筑壽命普遍較低，在結(jié)構(gòu)耐久性研究中還需進(jìn)行大量的基礎(chǔ)性工作；施工技術(shù)與國(guó)際前沿的差距主要體現(xiàn)在拼裝技術(shù)、疏浚技術(shù)和環(huán)保技術(shù)上；施工設(shè)備與國(guó)際前沿的差距也主要體現(xiàn)在深水施工能力上。先進(jìn)施工技術(shù)的研究和大型施工裝備的研制是提高我國(guó)海岸工程建設(shè)能力和效率的前提保證。

3.2極端條件下海岸工程結(jié)構(gòu)安全

3.2.1 極端條件變化是海岸工程結(jié)構(gòu)安全永久的問(wèn)題

近十年來(lái)，全球氣候變化問(wèn)題成為科技界最熱門的話題之一。討論或可分為三個(gè)不同階段。開始是認(rèn)為全球氣候正在變暖，文獻(xiàn)[12]指出：“研究成果表明，未來(lái)50～100年全球氣候?qū)⒗^續(xù)向變暖的方向發(fā)展”。然而國(guó)際上就全球是否變暖爭(zhēng)議頗多，不同的依據(jù)支持不同的觀點(diǎn)，而且還有人將這一嚴(yán)格的科學(xué)課題使其政治化，作為發(fā)達(dá)國(guó)家限制發(fā)展中國(guó)家發(fā)展的一種手段。后來(lái)采用一種較為婉轉(zhuǎn)的說(shuō)法，即氣候變化。然而要證明氣候是否有某種特定的變化趨勢(shì)，應(yīng)有相當(dāng)長(zhǎng)的、無(wú)爭(zhēng)議實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)證明，僅僅采用某種模式來(lái)推演，尚不能算是嚴(yán)謹(jǐn)。其實(shí)一些自然現(xiàn)象，如潮汐等就有其自身的變化周期。針對(duì)自然災(zāi)害頻發(fā)，目前較為科學(xué)的一種講法是極端氣象條件的影響。這應(yīng)該是一古老的課題，而不是近年科學(xué)技術(shù)的新發(fā)現(xiàn)。

極端氣象條件發(fā)生具有顯著的不確定性，而氣候變化以及海平面上升等則具有明顯的趨勢(shì)性，因而極端氣象條件更具有危害性。2011年3月11日在日本西太平洋國(guó)際海域發(fā)生了里氏9.0級(jí)地震，據(jù)統(tǒng)計(jì)，自有記錄以來(lái)，此次的9.0級(jí)地震在全世界已發(fā)生的地震中排第三。根據(jù)后續(xù)調(diào)查，此次地震引起的海嘯最高達(dá)到24 m，核泄漏等級(jí)為7級(jí)，屬于最高級(jí)?？梢钥隙ǜ鲊?guó)對(duì)于核電站災(zāi)害防御的標(biāo)準(zhǔn)是海岸工程中最高的，尤其是日本這樣地震高發(fā)地區(qū)更是重中之重，然而這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)也沒(méi)能抵御這次海嘯的破壞。

3.2.2 極端條件的不確定性對(duì)沿海建設(shè)的挑戰(zhàn)

無(wú)論我們的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)取多少年一遇，與通常狀態(tài)相比都可以認(rèn)為是極端氣象條件。1 000年一遇不是要到1 000年才會(huì)發(fā)生，或許明天就會(huì)發(fā)生，只是概率較小而已。極端氣象條件的不確定性給海岸工程帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。隨著沿海經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，極端氣象條件引起的災(zāi)害將更加嚴(yán)重。

3.2.3 海岸工程結(jié)構(gòu)的可靠性(度)設(shè)計(jì)

海岸工程結(jié)構(gòu)的可靠性(度)設(shè)計(jì)是今后一大重點(diǎn)。問(wèn)題是我們對(duì)海岸動(dòng)力條件的變化(包括現(xiàn)場(chǎng)資料)究竟知道多少？這些變化對(duì)極端氣象條件的確定有怎樣的影響？一個(gè)工程究竟要抵御什么樣的極端氣象條件，是逐級(jí)抵御還是僅在最前沿一級(jí)抵御？如果超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的極端條件發(fā)生及其危害究竟有多大，能否預(yù)報(bào)(估)？有什么減災(zāi)方案？尤其是對(duì)在役多年的海岸工程建筑物安全性能的了解更為重要，象日本福島核電站維護(hù)那樣的“僥幸”心理如何避免？

過(guò)去的十多年是我國(guó)海岸工程發(fā)展最為快速、最為集中的時(shí)期之一。從建國(guó)以來(lái)不同時(shí)期海岸工程建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)看，雖然這一時(shí)期的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)水平比20世紀(jì)50年代和70年代要高很多，但是可以預(yù)見(jiàn)在今后一段時(shí)間內(nèi)，海岸工程結(jié)構(gòu)的除險(xiǎn)加固將集中地提到海岸工程管理者的議事日程上來(lái)。

3.3島礁工程開發(fā)技術(shù)

3.3.1 島礁開發(fā)利用應(yīng)是圍填海工程的優(yōu)先發(fā)展方向

日本不惜投入巨資在遠(yuǎn)離國(guó)土1 000多公里的沖之礁進(jìn)行人工筑島，其精神值得我國(guó)思考。

我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展尚處于并將還要在一定時(shí)間內(nèi)處于重化工和城市化發(fā)展時(shí)期，對(duì)建設(shè)用地仍將保持較高的需求。根據(jù)今后一段時(shí)期港口、臨港工業(yè)發(fā)展形勢(shì)和建設(shè)用地占補(bǔ)平衡的需要，未來(lái)海岸陸域形成工程、工業(yè)圍海造地工程、農(nóng)業(yè)圍墾工程仍將保持一定的規(guī)模；石油開采由陸向?yàn)┖０l(fā)展，海油陸采平臺(tái)因其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)在濱海油田將持續(xù)發(fā)展；濱海城市、旅游的發(fā)展和建設(shè)用地日益緊張。圍填海工程將呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；隨著建設(shè)技術(shù)的提高和城市大型化、工業(yè)區(qū)大型化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、用海集約化，為降低單位圍海造地難度和成本，單位圍海工程規(guī)模或會(huì)得到限制，但諸多“花整為零”工程的集合，數(shù)十、上百乃至數(shù)百平方公里的圍海工程或?qū)⒃絹?lái)越多。

迄今為止的海岸開發(fā)及其工程大都是根據(jù)沿海建設(shè)的需要從陸地或以陸地為基礎(chǔ)向海向擴(kuò)展的，這既是受自然和經(jīng)濟(jì)條件的限制，也與我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)海洋權(quán)益重視不夠有關(guān)。當(dāng)我們正在內(nèi)海渤海沿岸進(jìn)行大規(guī)模圍填海工程時(shí)，南海以及東海的一些島嶼正在被其他國(guó)家侵占或蠶食。從國(guó)家長(zhǎng)久利益出發(fā)，島礁開發(fā)利用應(yīng)是我國(guó)今后一段時(shí)間圍填海工程的優(yōu)先主題。

政府應(yīng)從國(guó)家長(zhǎng)久之計(jì)考慮，制定寬松積極的激勵(lì)政策。海島開發(fā)需要有與之相適應(yīng)的規(guī)劃，在技術(shù)層次上要有規(guī)程(范)或者指導(dǎo)書。

3.3.2 人工島是海岸開發(fā)利用的重要形式

人工島式圍填海是目前國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)，雖然會(huì)增加圍填海成本，但是具有十分明顯的環(huán)境和生態(tài)優(yōu)勢(shì)。正基于此，日本圍填海已很少自岸線向外延伸、平推，而是通常建成人工島。神戶的港島和六甲島、東京灣內(nèi)的扇島、長(zhǎng)崎市的香燒島、大阪市的鋼鐵凈島等，都是十分知名的人工島。為適應(yīng)沿海港口深水化需要，在近岸水深不足的地區(qū)，依托島嶼圍海和海上人工島形式的海港陸域形成工程將逐漸增多。海上人工島具有島嶼的特征和景觀，同時(shí)避免了依托陸地的圍海造地工程對(duì)海洋環(huán)境的顯著影響，將對(duì)海洋環(huán)境的影響降至最低，屬于環(huán)境友好型設(shè)施，因而具有良好的應(yīng)用前景。大連、唐山、葫蘆島、天津、福建、海南等地已開始實(shí)施較大規(guī)模的海上人工島建設(shè)。

3.3.3 島礁海岸工程的特殊性

島礁多兀立于大陸架和大陸坡，周邊海底地形陡，變化大，有的地方水深甚至達(dá)百米、千米以上，而島礁的高程僅數(shù)米，直接受深水海洋動(dòng)力的影響，海岸工程建設(shè)難度較大；海域受不同季節(jié)風(fēng)吹流和常年海流影響顯著，流場(chǎng)模擬及預(yù)測(cè)具有一定難度；波浪由大水深直接傳至水深1～2 m的礁坪，對(duì)于波浪傳播的模擬和破波特性認(rèn)識(shí)均面臨新的課題；島礁上部物質(zhì)松散，生物碎屑密度較大，但顆粒孔隙密布，濕容重小，在風(fēng)、浪、流影響下，活動(dòng)性極強(qiáng)，其施工技術(shù)有待研究；受臺(tái)風(fēng)大浪影響頻繁，遠(yuǎn)離大陸，島礁面積小，缺乏淡水和砂石料，現(xiàn)場(chǎng)施工條件惡劣，且礁坪水淺，外部物資運(yùn)輸困難，工程造價(jià)數(shù)倍于其他類似工程。

3.4親水工程

3.4.1 親水工程越來(lái)越受到重視

我國(guó)重要海岸工程已充分認(rèn)識(shí)到親水工程的重要性，甚至像核電廠這樣重要的能源設(shè)施也在要考慮親水需要，并作為工程設(shè)計(jì)考慮的重要因素之一。在海岸防護(hù)工程建設(shè)中，有些城市為了保持其獨(dú)特的海岸風(fēng)景，寧肯降低海堤建設(shè)高程標(biāo)準(zhǔn)，也要保持沿海的親水性。我國(guó)沿海已建立一系列的經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，沿海城市的增加，特別是沿海城鎮(zhèn)化的建設(shè)將催生建設(shè)更多的親水工程。

3.4.2 游艇業(yè)前景廣闊

游艇業(yè)作為重要的海岸休閑業(yè)之一，我國(guó)在今后數(shù)年內(nèi)將有較快的發(fā)展。近年世界范圍內(nèi)海上游艇業(yè)呈穩(wěn)步上升的發(fā)展趨勢(shì)，增速每年為6%～7%。美國(guó)在經(jīng)歷了20世紀(jì)80年代短暫的低迷狀態(tài)后，90年代至今游艇市場(chǎng)又進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的時(shí)期，注冊(cè)和使用的游艇數(shù)量基本上維持在1 700多萬(wàn)艘的水平。2008年美國(guó)游艇消費(fèi)人數(shù)達(dá)7 000萬(wàn)，占全國(guó)總?cè)丝诘?/4。挪威、新西蘭等國(guó)家人均擁有游艇比例高達(dá)8∶1，美國(guó)為14∶1。意大利8 000公里海岸線和內(nèi)湖島嶼上分布大大小小84萬(wàn)個(gè)游艇泊位。法國(guó)約有愛(ài)好者900萬(wàn)人，2003年擁有游艇90多萬(wàn)艘，分布在大小374個(gè)港口和碼頭共有16余萬(wàn)個(gè)泊位。

亞洲游艇業(yè)在20世紀(jì)70年代逐步發(fā)展，主要集中在日本、韓國(guó)、新加坡以及我國(guó)香港、臺(tái)灣地區(qū)。日本臺(tái)風(fēng)大，瀨戶內(nèi)海、名古屋、東京附近和九州西岸的多島海域是游艇的主要集中地，目前擁有約40萬(wàn)艘游艇。香港星羅棋布的235個(gè)島嶼及眾多海灣，目前有游艇、帆船逾2萬(wàn)艘。

2007年大陸具有游艇1 100艘，其中上海、青島、深圳三市占40%。廣東2012年已建游艇泊位500多個(gè)，據(jù)估計(jì)如在建的5個(gè)游艇會(huì)所都建成，近幾年新增泊位將到1 800個(gè)。顯然，我國(guó)游艇業(yè)的發(fā)展有非常大的空間。游艇業(yè)的發(fā)展離不開航道水域、港口碼頭、游艇俱樂(lè)部、景觀水系等基礎(chǔ)設(shè)施的配套建設(shè)。目前我國(guó)在這些方面還存在很多障礙，在一定程度上阻礙了游艇業(yè)的發(fā)展。我們可以通過(guò)多種方式，有計(jì)劃有步驟地建設(shè)一批國(guó)際水平的配套設(shè)施，滿足游艇消費(fèi)的需求，同時(shí)要注重資源的可持續(xù)利用，防治污染環(huán)境；保障停泊水域或者停泊點(diǎn)的游艇的安全；向游艇提供航行所需的氣象、水文情況和海事管理機(jī)構(gòu)發(fā)布的航行通(警)告等信息服務(wù)。

3.4.3 漁港工程是沿海城鎮(zhèn)化的重要組成部分

2011年國(guó)務(wù)院發(fā)布《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》，明確把漁港作為新農(nóng)村建設(shè)重點(diǎn)工程，提出“改擴(kuò)建或新建一批沿海中心漁港、一級(jí)漁港、二級(jí)漁港、避風(fēng)錨地和內(nèi)陸重點(diǎn)漁港”。未來(lái)漁港建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)將更加注重漁港功能多樣化、漁港村鎮(zhèn)一體化、生態(tài)環(huán)保、防災(zāi)減災(zāi)體系建立等。漁港設(shè)施要控制污染，使?jié)O港水域保持海洋生物生存的良好狀態(tài)，要設(shè)計(jì)能滿足水流交換的新材料、新結(jié)構(gòu)，盡量減少和避免對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，注重對(duì)港區(qū)海洋水域生態(tài)環(huán)境的修復(fù)，降低其維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)漁港的使用壽命。要充分利用沿岸區(qū)域，建設(shè)和改造具有海水交換功能的防護(hù)工程以及水產(chǎn)動(dòng)植物生息、繁殖的具有藻場(chǎng)功能的水工建筑物，以緩解對(duì)海洋自然環(huán)境的影響。研究采取各種生物、工程和技術(shù)措施，對(duì)已遭到破壞的水域生態(tài)進(jìn)行修復(fù)，重建水域生態(tài)平衡[13]。漁港與淺海養(yǎng)殖結(jié)合，研究沿岸漁場(chǎng)環(huán)境的修復(fù)與保護(hù)、利用潮汐、海流、波浪等自然能源來(lái)實(shí)現(xiàn)增養(yǎng)殖漁場(chǎng)的水質(zhì)交換工程技術(shù)措施等。

3.4.4 親水工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)多樣性

親水海岸工程需要解決二個(gè)主要問(wèn)題：一是建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)；二是多樣性。親水工程如游艇工程、海上養(yǎng)殖工程、漁港工程等的設(shè)計(jì)目前都沒(méi)有各自的標(biāo)準(zhǔn)，一般參照港口航道設(shè)計(jì)規(guī)范。如何在不降低設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)又能滿足工程景觀和親水要求，這正是需要進(jìn)行研究的。如核電工程，對(duì)不同等級(jí)的建筑物按其等級(jí)防御不同風(fēng)浪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，值得其他大中型海岸工程參考。東南亞一些國(guó)家利用紅樹林資源開發(fā)海岸旅游業(yè)，由于紅樹林能遮掩強(qiáng)烈海洋動(dòng)力的作用，使得防護(hù)工程具有良好的親水性及與環(huán)境的和諧性。

目前我國(guó)海岸工程親水的結(jié)構(gòu)形式還比較單一，給結(jié)構(gòu)工程師和建筑設(shè)計(jì)師留有更多的發(fā)展空間。3D打印技術(shù)在親水工程方面的應(yīng)用可能是海岸工程使用這一技術(shù)的最早嘗試。

3.5海洋能技術(shù)利用和謹(jǐn)慎開發(fā)

3.5.1 海洋能開發(fā)前景看好

在當(dāng)前大力發(fā)展新能源的背景下， 海洋能開發(fā)技術(shù)將會(huì)得到前所未有的發(fā)展。如：英國(guó)、加拿大、俄國(guó)、韓國(guó)將建成100～1 000 kW級(jí)的潮汐電站；美國(guó)、日本、印度尼西亞、印度將建10萬(wàn)kW級(jí)的溫差電站；英國(guó)、挪威、日本將建萬(wàn)千瓦級(jí)的波力電站和潮流電站。我國(guó)也將建設(shè)海島多能互補(bǔ)獨(dú)立供電系統(tǒng)(100 kW級(jí))、100 kW級(jí)的波浪能和潮流能實(shí)用化電站、萬(wàn)千瓦級(jí)潮汐電站，到2020年前我國(guó)海洋能開發(fā)的總裝機(jī)容量有望達(dá)到或超過(guò)20萬(wàn)kW。

從總體上看，我國(guó)海洋能開發(fā)利用尚處于初級(jí)階段，技術(shù)不成熟，無(wú)法和常規(guī)能源競(jìng)爭(zhēng)。目前我國(guó)對(duì)海洋能的開發(fā)利用還主要局限在漁業(yè)和油氣資源開發(fā)上，與我國(guó)海洋能源狀況及經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展對(duì)能源的需求不相適應(yīng)。2007年《可再生能源法》的頒布實(shí)施，為我國(guó)海洋能等可再生能源的開發(fā)利用奠定了良好的法律基礎(chǔ)，使我國(guó)海洋能開發(fā)迎來(lái)了重要的戰(zhàn)略機(jī)遇期。

3.5.2 潮汐能工程

潮汐能開發(fā)的一個(gè)明顯趨勢(shì)是向巨型化發(fā)展，各國(guó)已完成技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，幾個(gè)著名站址裝機(jī)容量都在100萬(wàn)kW以上。當(dāng)前潮汐發(fā)電技術(shù)研究的重點(diǎn)問(wèn)題各國(guó)的分歧并不大，或者基本形成共識(shí)，多數(shù)是傾向單庫(kù)開發(fā)，單向運(yùn)行。而水輪機(jī)組則主張不要太追求效率高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)組，因?yàn)橐愿咄顿Y換取高效率在經(jīng)濟(jì)上并不合算。當(dāng)前影響眾多電站開工的主要不是技術(shù)問(wèn)題，而是投資效益和生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。

我國(guó)在20世紀(jì)70年代前曾是國(guó)際上擁有最多的潮汐發(fā)電站的國(guó)家。國(guó)家《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》提出了積極推進(jìn)海洋能的開發(fā)利用，到2020年建成潮汐電站100 MW的目標(biāo)，但是沒(méi)有提到具體方案。聯(lián)系到我國(guó)目前多個(gè)大型潮汐電站(福建大官坂、八尺門和浙江健跳港、黃墩港、杭州灣和樂(lè)清灣以及長(zhǎng)江口北支[14]等)項(xiàng)目長(zhǎng)期處于規(guī)劃設(shè)計(jì)或討論階段，可以看出，國(guó)家希望發(fā)展對(duì)潮汐能的利用，但對(duì)水庫(kù)式潮汐電站的經(jīng)濟(jì)性以及可能帶來(lái)的環(huán)境影響問(wèn)題也很慎重。

潮汐發(fā)電技術(shù)是土木、水利、機(jī)械、材料、發(fā)電、輸電、可靠性等技術(shù)的集成，一次性投資大，與常規(guī)能源利用相比經(jīng)濟(jì)性不好。借鑒國(guó)內(nèi)外潮汐發(fā)電的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，我國(guó)大規(guī)模開發(fā)潮汐電站應(yīng)遵循積極規(guī)劃、謹(jǐn)慎開發(fā)、技術(shù)進(jìn)步、降低成本、適度扶持、逐步形成規(guī)模的原則。

3.5.3 波浪能電站

目前開展波浪能利用研究的有英國(guó)、日本、挪威、中國(guó)、丹麥、美國(guó)、西班牙、葡萄牙等20多個(gè)國(guó)家，其中又以英、日、挪等國(guó)對(duì)波浪發(fā)電的研究最為踴躍，極有可能在今后10年內(nèi)達(dá)到目前風(fēng)能的經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平。我國(guó)波浪發(fā)電雖起步較晚，但在國(guó)家科技攻關(guān)、“863”計(jì)劃等支持下，取得了較快的發(fā)展和較大的進(jìn)步。微型波力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟，并已商品化。小型岸式波力發(fā)電技術(shù)已進(jìn)入世界先進(jìn)行列，與國(guó)際領(lǐng)先水平的差距不大。但在波浪能發(fā)電規(guī)模方面，世界上已從102kW、103kW級(jí)發(fā)展到104kW級(jí)的應(yīng)用，而我國(guó)目前仍停留在10 kW、102kW級(jí)的水平上，至2020年的遠(yuǎn)景目標(biāo)也只是發(fā)展到102～103kW級(jí)的波力電站，波浪能開發(fā)的規(guī)模遠(yuǎn)小于挪威、英國(guó)等。

波浪能發(fā)電的前沿技術(shù)主要有：1)將分散的、低密度的、不穩(wěn)定的波浪能吸收起來(lái)，集中、經(jīng)濟(jì)、高效地轉(zhuǎn)化為有用的電能，承受海洋災(zāi)害性氣候的破壞，實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行；2)大部分波能裝置從波能到電能的總轉(zhuǎn)換效率只有10%～30%，且投資巨大，因此，研究的關(guān)鍵問(wèn)題是提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本；3)防腐技術(shù)和防生物附著技術(shù)；4)抗浪技術(shù)，如合理的轉(zhuǎn)換裝置設(shè)計(jì)、錨泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)及下潛避浪技術(shù)；5)綜合利用，如波浪能與風(fēng)能、太陽(yáng)能與海洋熱能的綜合利用，英國(guó)建成的波力發(fā)電裝置，頂部同時(shí)安裝了的風(fēng)力發(fā)電機(jī)；日本建成的多用途波能發(fā)電裝置“巨鯨”，還安裝了太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)。

3.5.4 海流能裝置

20世紀(jì)90年代以前，國(guó)外潮流發(fā)電技術(shù)研究不像潮汐、波浪發(fā)電技術(shù)那樣活躍，只在英國(guó)等較少幾個(gè)國(guó)家進(jìn)行。90年代中后期，開展潮流能利用的國(guó)家逐漸增多。當(dāng)前潮流發(fā)電技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是在小容量示范裝置試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，向大型化發(fā)展，以降低裝置的單位裝機(jī)容量造價(jià)。有人論證后認(rèn)為，只有當(dāng)裝機(jī)容量達(dá)500 kW以上時(shí)才可能獲得商業(yè)性收益。加大轉(zhuǎn)換裝置的裝機(jī)容量有兩個(gè)途徑：一是加大單機(jī)裝機(jī)容量；二是由潮流發(fā)電單體裝置組成類似“風(fēng)力田”的電站群系統(tǒng)。英國(guó)MCT公司計(jì)劃單機(jī)經(jīng)過(guò)700～800 kW的過(guò)渡后，向3～5 MW目標(biāo)邁進(jìn)，英國(guó)愛(ài)丁堡大學(xué)已提出了10 MW的開發(fā)方案。

3.5.5 海岸風(fēng)能利用

要正面回答海岸沿線風(fēng)能裝置大范圍的建立對(duì)沿海生態(tài)是否有影響。

4 海岸管理與數(shù)字海岸

4.1海岸開發(fā)存在的主要問(wèn)題

據(jù)有關(guān)分析，1990～2008年，我國(guó)圍填海總面積從8 241 km2增至13 380 km2，平均每年新增圍填海面積285 km2。圍海造地是人類向海洋拓展生存空間和生產(chǎn)空間的一種重要手段，然而，圍填海也帶來(lái)了一些生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，主要有：1)改變岸線、海底的形態(tài)，影響自然條件下的動(dòng)力場(chǎng)與泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在某種情況下會(huì)造成局部持續(xù)的淤積或沖刷，破壞海岸與海底的自然平衡狀態(tài)，對(duì)海岸帶生態(tài)系統(tǒng)和航運(yùn)等產(chǎn)生影響。2)打破生態(tài)敏感區(qū)、濕地范圍內(nèi)的海岸與海底的自然平衡狀態(tài)，海洋植物和動(dòng)物生存環(huán)境受到嚴(yán)重影響。3)導(dǎo)致海洋自然性狀改變，海洋災(zāi)害潛在威脅加大；圍海造地造成天然海灣的消失、河口束窄、岸線趨于平直等自然形狀特征的改變，自然納潮空間區(qū)域的縮小、灘涂消失，減少甚至消失了波浪消能的空間，加大了潮災(zāi)的隱患。雖然近年有些地區(qū)的岸線有些增長(zhǎng)，但有數(shù)據(jù)表明，我國(guó)的海岸線比新中國(guó)成立初期縮短了1 500多公里，海灣減少百余個(gè)。2011年初，歷時(shí)6年的中國(guó)908專項(xiàng)海島海岸帶調(diào)查發(fā)現(xiàn)，中國(guó)海岸線因填海造地正逐年減少。在過(guò)去20年間共700多個(gè)小島消失。4)圍海造地可導(dǎo)致潮差變小，潮汐沖刷能力降低，海水自凈能力減弱。近10年來(lái)，我國(guó)因圍填海失去了近50%的濕地；2002～2007年，濕地消失速度從20 km2/a增加到134 km2/a。因此，海岸管理的必要性和迫切性將更加凸顯。

4.2海岸管理國(guó)際前沿狀況

海岸帶立法是世界性的發(fā)展趨勢(shì)。迄今為止，大多數(shù)海洋國(guó)家和地區(qū)都制定了有關(guān)海岸帶的法律。近年來(lái)，荷蘭、日本、美國(guó)等具有圍海造田傳統(tǒng)的國(guó)家，已經(jīng)先后出現(xiàn)了海岸侵蝕、土地鹽化、物種減少等問(wèn)題。有的國(guó)家開始采取透空式的海上大型浮式建筑物取代圍海，有的國(guó)家甚至已不允許圍海，并開始將圍海造田的土地恢復(fù)成原來(lái)的濕地面貌，探索與水共存的新路。

1972年美國(guó)通過(guò)了世界上第一部《海岸帶管理法》(CZM)，由美國(guó)海洋與大氣局(NOAA)的海洋和海岸資源管理署(OCRM)在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)施[15]。其目標(biāo)為：1)為了生態(tài)功能、文化遺產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)利益的可持續(xù)，保護(hù)和修復(fù)海岸和海洋資源；2)構(gòu)建可恢復(fù)的海岸群落，維持健康的海洋和海岸；3)提高人們的意識(shí)和行動(dòng)能力，使海岸地區(qū)的公眾和生態(tài)系統(tǒng)受益。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，國(guó)家海岸帶管理委員會(huì)協(xié)助各州進(jìn)行海岸的綜合規(guī)劃和社團(tuán)的發(fā)展以及其他保護(hù)和恢復(fù)棲息地、緩解風(fēng)險(xiǎn)、保護(hù)水質(zhì)、海域使用的項(xiàng)目。OCRM幫助34個(gè)州和地區(qū)在維持和加強(qiáng)管理能力的同時(shí)，提高國(guó)家的海岸管理目標(biāo)，負(fù)責(zé)海岸和河口土地的保護(hù)，保護(hù)海岸和河口土地的平衡、再生以及生態(tài)、歷史和美學(xué)價(jià)值。

歐洲荷蘭的圍填海歷史早，規(guī)模大，技術(shù)要求高，是世界上公認(rèn)的海洋管理和利用最成功的國(guó)家之一，占國(guó)土面積20%(約7 000 km2)的陸地是通過(guò)填海造陸形成。荷蘭1950年到1985年間濕地?fù)p失了55%。濕地的喪失讓荷蘭在降解污染、調(diào)節(jié)氣候的功能上出現(xiàn)許多環(huán)境問(wèn)題，如近海污染、鳥類減少等。1990年，荷蘭農(nóng)業(yè)部制定《自然政策計(jì)劃》，要通過(guò)30年時(shí)間恢復(fù)這個(gè)國(guó)家的“自然”。位于荷蘭南部西斯海爾德水道兩岸的部分堤壩將被推倒，一片圍海造田得來(lái)的300公頃“開拓地”將再次被海水淹沒(méi)，恢復(fù)為可供鳥類棲息的濕地，通過(guò)使過(guò)去的景觀復(fù)原，為老百姓的生活增添亮麗的風(fēng)景線。

日本在過(guò)去100多年中，共從海洋中索取了12萬(wàn)km2土地，沿海城市約有三分之一土地都是通過(guò)填海獲取的?！白⒅匾?guī)劃控制、防止各自為政”，“注重依法審批，尊重民眾權(quán)益”是其成功的一大特色。

4.3我國(guó)海岸管理狀況

我國(guó)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和海洋事業(yè)發(fā)展中均提出了海岸帶綜合管理的戰(zhàn)略思路，將建立海岸帶綜合管理制度作為海岸帶地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針和指導(dǎo)思想。1997～2000年，在廣東、廣西、海南等地進(jìn)行了海岸帶綜合管理能力建設(shè)，其目的就在于探索建立海岸帶綜合管理機(jī)制、提高合理利用海洋資源和保護(hù)海洋環(huán)境的綜合管理能力。目前，我國(guó)對(duì)海岸帶資源的管理基本上是傳統(tǒng)的分工、分類管理，根據(jù)自然資源屬性及其開發(fā)產(chǎn)業(yè)，按行業(yè)部門進(jìn)行計(jì)劃管理。隨著海岸帶開發(fā)利用的不斷深入，參與海岸帶開發(fā)管理的部門日漸增多，僅在海岸帶地區(qū)范圍內(nèi)，涉海部門就有20個(gè)左右，如：農(nóng)業(yè)部漁業(yè)局具有管理海洋漁業(yè)生產(chǎn)的職能；交通部門具有管理港口作業(yè)和海上航運(yùn)的職能；國(guó)家旅游局具有管理海洋旅游活動(dòng)的職能等。不同的部門根據(jù)自己的職能，對(duì)同一地區(qū)往往從不同的目標(biāo)進(jìn)行管理，或?qū)ν粚?duì)象從不同的角度或方法進(jìn)行控制，再加上有些地區(qū)管理分工不同，由此則容易造成部門間的不協(xié)調(diào)。

近年來(lái)，我國(guó)海岸帶環(huán)境質(zhì)量似有不斷惡化的趨勢(shì)，與海岸帶管理法律的缺位以及缺乏有法可依的有效綜合管理有著密切聯(lián)系。目前我國(guó)已有的一些海岸和海岸工程管理法律，雖然不能完全滿足我國(guó)沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的需要，但最大的問(wèn)題仍是執(zhí)法難，違法的成本太低。

4.4現(xiàn)代海岸管理必須借助于數(shù)字海岸的建立

現(xiàn)代化的技術(shù)是海岸管理最為有力的支撐，數(shù)字海岸將是長(zhǎng)遠(yuǎn)、持續(xù)的努力方向，也是提高海岸帶管理水平的關(guān)鍵。數(shù)字海岸的建立和應(yīng)用可以全面促進(jìn)海岸帶的管理和開發(fā)，并在規(guī)劃、動(dòng)態(tài)監(jiān)控、資源開發(fā)、海岸侵蝕防護(hù)、防災(zāi)減災(zāi)、工程建設(shè)、土地利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面起到輔助研究、輔助開發(fā)、輔助管理、輔助決策等作用。這將涉及到不同的部門和技術(shù)，如信息技術(shù)、模擬技術(shù)、管理系統(tǒng)等[16]。

1)信息技術(shù)

數(shù)字海岸的信息包括氣象、水文、地震、海向地形、海岸工程結(jié)構(gòu)、保護(hù)區(qū)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。目前一些長(zhǎng)期氣象水文資料，有陸地衛(wèi)星、海洋水色衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星和雷達(dá)衛(wèi)星等遙感資料。近幾十年來(lái)，美國(guó)利用遙感資料建立起各類數(shù)據(jù)庫(kù)，研究人員可以免費(fèi)使用數(shù)據(jù)庫(kù)的資料，如美國(guó)國(guó)家航天航空局戈達(dá)德航天中心建立的北美土地?cái)?shù)據(jù)系統(tǒng)(NLDAS：north-american land data assimilation systems)和全球土地?cái)?shù)據(jù)同化系統(tǒng)(GLDAS：global land data assimilation systems)，可以通過(guò)數(shù)值氣象預(yù)報(bào)模型(NWP)更精確地進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)模擬。信息系統(tǒng)應(yīng)通過(guò)國(guó)內(nèi)外不同渠道、多種方法、綜合手段來(lái)豐富基本信息資源，應(yīng)具有實(shí)時(shí)性和長(zhǎng)期性。

2)模擬技術(shù)

在海岸工程建設(shè)中可基于海岸信息，利用模擬技術(shù)建立海岸動(dòng)力模型、結(jié)構(gòu)安全性模型、災(zāi)害預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模型等。動(dòng)力模型包括河口徑流、潮汐、波浪、臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮、泥沙運(yùn)動(dòng)等；結(jié)構(gòu)安全包括工程老化、極端條件下結(jié)構(gòu)可靠性等；災(zāi)害預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模型主要用于工程會(huì)否失事以及失事后的損失評(píng)估等。

3)管理系統(tǒng)

海岸帶的管理過(guò)程包括經(jīng)常性和突發(fā)性的干預(yù)，即自然和人為對(duì)海岸的影響。在此基礎(chǔ)上，研究海岸侵蝕、海岸價(jià)值、海岸養(yǎng)護(hù)與否、侵蝕控制與否對(duì)海岸帶利用潛力的影響，以海岸損失最小、防御和恢復(fù)成本最小為目標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)海岸線的有效保護(hù)。數(shù)字海岸技術(shù)在管理中的應(yīng)用可包括：1)參與海岸帶規(guī)劃，提高和改善海岸帶管理開發(fā)的質(zhì)量和效率；2)全方位、全天候地動(dòng)態(tài)監(jiān)控海岸帶，及時(shí)作出相應(yīng)的結(jié)論和對(duì)策；3)保護(hù)和合理開發(fā)海岸帶資源，提高海岸帶資源的利用效率；4)海岸侵蝕防護(hù)，包括對(duì)海岸侵蝕的實(shí)際現(xiàn)狀和演進(jìn)趨勢(shì)、成因的探討，使防護(hù)對(duì)策制定更加科學(xué)、高效；5)海岸帶防災(zāi)減災(zāi)，包括海岸災(zāi)害的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)，海岸災(zāi)害的防范、規(guī)避，海岸災(zāi)害的抵抗、消除，海岸災(zāi)害的災(zāi)中救護(hù)、災(zāi)后恢復(fù)和災(zāi)后重建等；6)參與海岸帶工程的規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、建設(shè)和管理的整個(gè)過(guò)程；7)參與海岸帶生態(tài)環(huán)境的調(diào)查監(jiān)控、評(píng)估分析、綜合研究、對(duì)策制定、措施落實(shí)等；8)促進(jìn)沿海國(guó)防建設(shè)。

數(shù)字海岸建設(shè)的難點(diǎn)在于實(shí)際有價(jià)值數(shù)據(jù)的獲得，這不是僅靠少數(shù)幾個(gè)部門和單位所能完成的。

5 海岸工程研究

5.1海岸工程學(xué)科總體發(fā)展趨勢(shì)

海岸工程學(xué)科也是一門古老學(xué)科，通過(guò)數(shù)百年特別是最近幾十年的研究，一些經(jīng)典的研究辦法已基本做到了極致，沒(méi)有新的研究理論和方法，就很難有新的突破。自然科學(xué)是互通的，將其他學(xué)科的研究方法和成果應(yīng)用到本學(xué)科往往會(huì)取得突破性的進(jìn)展。國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)組織全國(guó)專家對(duì)海洋科學(xué)的過(guò)去進(jìn)行了回顧，對(duì)未來(lái)10年的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，提出今后10年海洋科學(xué)的4大發(fā)展趨勢(shì)：1)多學(xué)科交叉、滲透和綜合；2)重點(diǎn)研究與資源、環(huán)境、氣候等和人類生存與發(fā)展密切相關(guān)的重大問(wèn)題；3)全球化和國(guó)際化；4)采用高新技術(shù)，并趨向于全覆蓋、立體化、自動(dòng)化和信息化。

海岸工程是多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，包括了所有的自然學(xué)科。海洋工程科學(xué)研究涉及數(shù)學(xué)、力學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)、電學(xué)等不同類型學(xué)科。遙感技術(shù)成果與海岸演變、海流、泥沙運(yùn)動(dòng)等研究已結(jié)合得相當(dāng)緊密；光學(xué)、聲學(xué)的成果促進(jìn)了水波傳播的研究；新材料、新工藝的采用使得深水港建設(shè)、大型圍填海工程、橋隧工程等有了較大的突破；計(jì)算機(jī)技術(shù)促進(jìn)了各行各業(yè)快速技術(shù)進(jìn)步。

5.2海岸工程基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展要與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究緊密結(jié)合

歐美很注重現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究，以促進(jìn)海岸工程基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展。以防波堤技術(shù)為例[17-18]，近20多年來(lái)，歐美出現(xiàn)過(guò)三次防波堤事故的研究熱潮，即，1980年前后葡萄牙錫尼斯防波堤事故后對(duì)斜坡堤穩(wěn)定性的分析；1994年深水防波堤會(huì)議前后對(duì)直立堤損壞的分析；20世紀(jì)90年代后期結(jié)合防波堤可靠度設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)對(duì)防波堤破壞模式的研究。這些研究熱潮，大大促進(jìn)了防波堤技術(shù)的發(fā)展。

國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家注重將水動(dòng)力觀測(cè)與海岸地形影響等結(jié)合起來(lái)研究，如歐美等國(guó)家進(jìn)行一系列如DELILAH、DELTA’93、DUCK’94等現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)合觀測(cè)，并持續(xù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室研究，引起學(xué)術(shù)界的關(guān)注，促進(jìn)了海岸動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。

我國(guó)有不同類型的可將工程與學(xué)術(shù)研究緊密結(jié)合的海岸，也有很多值得從科學(xué)研究角度進(jìn)行深入探討和總結(jié)的工程實(shí)例，且有一支龐大的海岸工程技術(shù)研究隊(duì)伍。但我們的現(xiàn)場(chǎng)及實(shí)驗(yàn)室研究大多是服務(wù)于某一特定工程，尤其是工程的立項(xiàng)和建設(shè)，積累了很多的測(cè)量資料，卻很少開展相應(yīng)的基礎(chǔ)理論和基本方法的研究工作。提高我國(guó)在海岸工程學(xué)科的國(guó)際學(xué)術(shù)地位，必須要重視海岸工程基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究及技術(shù)的緊密結(jié)合。

5.3數(shù)學(xué)模型、物理模型及其復(fù)合技術(shù)的發(fā)展

數(shù)學(xué)模型在我國(guó)海岸工程科學(xué)研究中將占有更高的比例，但要加強(qiáng)國(guó)際品牌數(shù)學(xué)模型的研發(fā)。我國(guó)擁有眾多從事海岸數(shù)學(xué)模型研究的科研人員，然而我國(guó)并沒(méi)有擁有象DELFT3D、MIKE21、SWAN、ANSYS等類似的國(guó)際著名軟件。這其中既有傳統(tǒng)固有的、封閉不開放的科研機(jī)制因素，也有我國(guó)科研人員研制的模型大多沒(méi)有經(jīng)過(guò)較嚴(yán)格的物理模型和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，其驗(yàn)證往往具有明顯的地域或類型的局限性，而前述的幾個(gè)著名軟件都是經(jīng)過(guò)前后多年的論證檢驗(yàn)后才逐步成型的。此外，我國(guó)的模型大多沒(méi)有自己的理論體系，相當(dāng)多的程序是基于模仿。

物理模型今后一段時(shí)間內(nèi)還將在海岸工程各階段科學(xué)研究中起到相當(dāng)重要的作用，甚至是決定性的作用。要加強(qiáng)在相似理論、現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證資料的可靠性和量測(cè)技術(shù)水平提高等方面的研究。在采用天然水和重力加速度不變的限制條件下，流體動(dòng)力模擬物理模型的可選擇性很小，離心試驗(yàn)裝置的大型化可部分地解決困難，但難以較為準(zhǔn)確地解決結(jié)構(gòu)的三維破壞特性。泥沙運(yùn)動(dòng)相似理論近年進(jìn)展不大，有什么新的理論或者是其他學(xué)科的理論可以借鑒？沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)資料的驗(yàn)證就沒(méi)有現(xiàn)行條件下的物理模型試驗(yàn)，然而用以驗(yàn)證的現(xiàn)場(chǎng)資料可靠性怎樣？這些用來(lái)驗(yàn)證的大多經(jīng)過(guò)擾動(dòng)的樣品在多大程度上代表現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況？這些用短期實(shí)測(cè)資料驗(yàn)證的結(jié)果真的可以被外延來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)多年的演變？還有實(shí)驗(yàn)室量測(cè)技術(shù)水平的提高速度不快已成為試驗(yàn)研究水平提高的制約因素。

物理模型和數(shù)學(xué)模型結(jié)合起來(lái)的復(fù)合模型將越來(lái)越多地在海岸工程中得到應(yīng)用。物理模型會(huì)成為數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證的重要手段，甚至與現(xiàn)場(chǎng)資料起到相同的作用。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料和物理模型試驗(yàn)資料驗(yàn)證的數(shù)學(xué)模型又可以作為物理模型的繼續(xù)，進(jìn)行多方案的試驗(yàn)研究，或提供較為優(yōu)化的方案供物理模型研究。

5.4海洋動(dòng)力-結(jié)構(gòu)-地基相互作用

長(zhǎng)期以來(lái)，海岸工程中的水動(dòng)力-結(jié)構(gòu)-地基是相互作用的已成為共識(shí)。日本對(duì)過(guò)去20多年混合堤的損壞作了總結(jié)，將損壞形態(tài)與原因歸結(jié)為蛇行破壞，基床過(guò)高、過(guò)寬或過(guò)陡引起破碎波沖擊波壓作用，波浪引起繞堤頭或沿堤水流對(duì)基床淘刷損壞，堤前海床沖刷或液化，地基承載力不足等。統(tǒng)計(jì)分析表明，防浪護(hù)岸破壞的主要原因是波浪力超過(guò)海墻抗力、越浪及墻前海床沖刷。50%的護(hù)岸損壞是由于海床沖刷引起。

海洋動(dòng)力-結(jié)構(gòu)-地基相互作用研究受研究手段的限制，一直進(jìn)展緩慢。重大工程要加大“流-固-彈”三位一體的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，這是推動(dòng)這一方向研究進(jìn)展的關(guān)鍵。已有一些重大工程進(jìn)行了這樣的監(jiān)測(cè)，但主要是解決工程問(wèn)題，應(yīng)緊密結(jié)合基本理論加強(qiáng)研究力度。在實(shí)驗(yàn)室模擬方面還有很多基礎(chǔ)性的問(wèn)題有待解決，如流體與固體、彈性體模擬時(shí)間不匹配；泥沙沖淤與水流時(shí)間匹配問(wèn)題；結(jié)構(gòu)耐久性中時(shí)間尺寸確定；流體重力相似與結(jié)構(gòu)彈性相似、強(qiáng)度相似不兼容等問(wèn)題。地基如何在實(shí)驗(yàn)室中模擬一直是該研究方向的瓶頸，這需要尋找新的模擬材料以推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室模擬的進(jìn)展。

6 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)分析我國(guó)海岸動(dòng)力監(jiān)測(cè)體系、河口海岸侵蝕及防護(hù)、海洋開發(fā)與海岸工程建設(shè)、海岸管理與數(shù)字海岸和海岸工程研究等方面存在的問(wèn)題和國(guó)外進(jìn)展情況，可以期望今后十多年中，海岸工程仍將保持快速的發(fā)展趨勢(shì)，并繼續(xù)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮重要作用。隨著綜合國(guó)力的提升和國(guó)內(nèi)海岸開發(fā)技術(shù)的相對(duì)成熟，我國(guó)海岸工程技術(shù)向國(guó)外輸出，將面臨更多的國(guó)際合作與競(jìng)爭(zhēng)，這將促使其國(guó)際化，進(jìn)而在一些重要領(lǐng)域處于國(guó)際領(lǐng)先行列。我國(guó)海岸工程技術(shù)水平提高任重而道遠(yuǎn)，中國(guó)海岸工程領(lǐng)域的發(fā)展將隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展而更加輝煌。

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Prospects of coastal engineering technology in China

ZUO Qihua，DOU Xiping, DUAN Zibing

(Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China)

The existing problems in coastal engineering in China and the progress in foreign countries are analyzed in nine aspects, such as dynamic monitoring system, estuarine and coast erosion and protection, deepwater and offshore trend of coastal engineering, coastal engineering structures safety under extreme conditions, development technology of island and reef engineering, coast management and digital coast, hydrophilic engineering, utilization and development of ocean energy technology and coastal engineering research. The key problems and development trend of coastal engineering in China are pointed out.

coastal engineering; coast protection; project construction; environment and management; scientific research

P753

A

10.16483/j.issn.1005-9865.2015.01.001

1005-9865(2015)01-0001-13

2014-09-30

左其華(1954-)，男，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事海岸工程方面的研究。E-mail：qhzuo@nhri.cn