國內(nèi)外生態(tài)海岸建設(shè)技術(shù)綜述

熊洪峰 李達(dá) 陳漢寶

摘 要：海岸帶定義為海洋與陸地相互交匯的地帶，是當(dāng)今人類社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“生命帶”。由于全球氣候變化的影響，使得海岸帶地區(qū)的生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重威脅。本文簡述了國內(nèi)外生態(tài)海岸管理的相應(yīng)法規(guī)，同時總結(jié)了生態(tài)海岸建設(shè)的相關(guān)工程技術(shù)，希望能夠為生態(tài)海岸建設(shè)工程的有力開展提供可靠的依據(jù)，從而進(jìn)一步推動海岸帶地區(qū)的海洋生態(tài)文明建設(shè)。通過對近年來國內(nèi)外生態(tài)海岸建設(shè)工程實(shí)踐中常用的技術(shù)手段進(jìn)行總結(jié)，提出未來的生態(tài)海岸建設(shè)技術(shù)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾個方面：（1）生態(tài)海岸防護(hù)技術(shù);（2）人工護(hù)灘技術(shù);（3）景觀護(hù)岸建設(shè)技術(shù);（4）生態(tài)工程技術(shù)。

關(guān)鍵詞：海岸帶;生態(tài)海岸;海岸建設(shè)

海岸帶地區(qū)在自然界的位置特殊，是海陸的交界區(qū)域，既受到海洋、陸地、大氣等自然環(huán)境的綜合影響，又受到人類的頻繁、劇烈、持久的開采活動的作用。人類逐漸對海岸帶區(qū)域增加了關(guān)注和重視，對海岸帶地區(qū)的整治、保護(hù)及科學(xué)、合理的管理與開發(fā)早已成為全球社會的共同責(zé)任[1]。海岸帶的明顯特點(diǎn)是容易受到海陸環(huán)境間的互相作用，是容易受到環(huán)境影響而產(chǎn)生改變的生態(tài)敏感區(qū)域和脆弱性較強(qiáng)的生態(tài)系統(tǒng)[2]。

我國沿海經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，加快建設(shè)海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略部署正在逐步實(shí)施，人們越來越多的利用和發(fā)掘海岸帶資源，同時也忽視了保護(hù)海岸帶生態(tài)系統(tǒng)和維護(hù)環(huán)境功能的重要性，導(dǎo)致海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的功能降低和衰退、濕地退化、港池淤積、岸線侵蝕等海岸生態(tài)問題越來越突出。生態(tài)海岸建設(shè)技術(shù)既是海岸帶生態(tài)資源研究的一個熱點(diǎn)話題，同時也是工程建設(shè)中需要考慮的一種新型的海岸工程技術(shù)類型。生態(tài)海岸建設(shè)過程中不僅要考慮到工程建設(shè)前后建筑物對周圍波浪、潮流等海洋環(huán)境的影響，還要考慮到工程景觀及生態(tài)產(chǎn)生的影響，因而國內(nèi)外學(xué)者高度關(guān)注此問題。

本文總結(jié)了國內(nèi)外生態(tài)海岸研究與管理的相關(guān)法規(guī)，又分別從生態(tài)海岸防護(hù)技術(shù)、人工填沙護(hù)灘技術(shù)、景觀護(hù)岸技術(shù)、生態(tài)工程技術(shù)等方面開展了深入的研究分析與探討，希望能夠為生態(tài)海岸建設(shè)工程的有效實(shí)施提供參考依據(jù)。

1國內(nèi)外生態(tài)海岸相關(guān)研究管理

1.1 國外生態(tài)海岸相關(guān)研究管理

1950 年，日本《國土綜合開發(fā)規(guī)劃法》提出了以“太平洋海岸帶”為重心的戰(zhàn)略規(guī)劃方案，到 1998 年《第五次全國國土開發(fā)規(guī)劃——21 世紀(jì)的國土藍(lán)圖》，歷經(jīng)五次修改，歷時50多年的時間，基本形成了今天的“太平洋海岸城市帶”[3]。德國、英國、荷蘭、美國等國多采用防波堤工程來抵御海洋帶來的災(zāi)害。但在之前的15～25年，這類使用防波堤的防護(hù)措施遭到質(zhì)疑，并開始在海岸防護(hù)中開始嘗試采用與自然協(xié)調(diào)的“軟”措施。1972年，美國政府進(jìn)行了大量調(diào)研和論證，在此基礎(chǔ)上頒發(fā)了世界上首部《海岸帶管理法》，采用法律規(guī)范規(guī)定了海岸帶的開發(fā)行為，明確沿海各州政府的海岸帶管理行為，鼓勵地方政府積極開展ICM規(guī)劃[4]。在這之后，日本、英國、韓國、新加坡等國家也開始制定了關(guān)于海岸帶管理的法律和法規(guī)。為了降低資源破壞程度和生態(tài)環(huán)境的繼續(xù)惡化，利用人工干預(yù)對已遭到破壞的海岸帶進(jìn)行生態(tài)復(fù)原。日本提出投放新型人工魚礁來增加水生動物的數(shù)量，此措施在馬爾代夫和塞舌爾等國應(yīng)用成果良好。2004年的印度洋海嘯后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，無紅樹林保護(hù)地區(qū)的破壞程度遠(yuǎn)大于有紅樹林等植被保護(hù)的地區(qū)，因此海岸植物在沿海防災(zāi)減災(zāi)體系中的作用也越來越得到重視。在美國新奧爾良，颶風(fēng)引起的城市淹沒后并沒有建設(shè)高墻式的海堤，而是加強(qiáng)了海灘上的植樹與木樁，配套了強(qiáng)制排水泵站。2013年HUD提出了一種分層防災(zāi)的方法，通過建設(shè)“有生命的防波堤”來防止海岸侵蝕，降低波浪能量，來加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)和社會的恢復(fù)能力從而降低風(fēng)險。2015年荷蘭為應(yīng)對北爪哇嚴(yán)重的海岸侵蝕問題開始實(shí)施了“Building with Nature Indonesia”項目，該項目旨在通過紅樹林恢復(fù)，小規(guī)模“硬”工程和可持續(xù)土地利用的獨(dú)特整合，建立穩(wěn)定的海岸線，減少侵蝕風(fēng)險。

1.2 國內(nèi)海岸帶相關(guān)研究

進(jìn)入21世紀(jì)以來，針對“海岸帶生境修復(fù)”問題，我國開啟了相關(guān)的“863計劃”課題，該計劃從生物技術(shù)、工程技術(shù)和管理技術(shù)3個方面針對渤海灣淤泥質(zhì)海岸帶的生態(tài)修復(fù)技術(shù)開展研究。2010年國家海洋局印發(fā)了《關(guān)于開展海域海岸帶整治修復(fù)保護(hù)工作的若干意見》，十多年來，隨著海岸修復(fù)整治工程的不斷實(shí)施，海岸和近岸海域的景觀及生態(tài)已經(jīng)得到極大改善，同時海岸與近岸海域的可持續(xù)健康發(fā)展也得到提升。海南島通過構(gòu)建紅線制度，構(gòu)建完善的海岸帶管理模式的海岸帶生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)策略開展海岸帶的生態(tài)系統(tǒng)一保護(hù)工作[5]。2016年我國建立了全面的海洋生態(tài)紅線制度，初步將沿海各省30%以上的管理海域和35%的大陸自然岸線包含到紅線范圍。2017年2月19日，國家海洋局印發(fā)了《海岸線保護(hù)與利用管理辦法》《海岸線保護(hù)與利用管理辦法》作為生態(tài)文明體制改革的重要舉措，是切實(shí)加強(qiáng)海岸線管控、加快推進(jìn)海洋生態(tài)文明建設(shè)、全面深化海洋綜合管理的重要抓手[6]。在2018年的政府工作報告明確提出，要加強(qiáng)重點(diǎn)流域海域水污染防治，嚴(yán)控填海造地，同時為了增強(qiáng)海洋生態(tài)環(huán)境的保護(hù)工作，成立生態(tài)環(huán)境部，整合了國家海洋局的海洋環(huán)境保護(hù)職責(zé)。20世紀(jì)80年代以來，我國先后在渤海、黃海以及東海加強(qiáng)運(yùn)用海洋生物人工放流的增殖技術(shù)，這種技術(shù)加強(qiáng)了近海海洋生物數(shù)量的復(fù)原，同時人工魚礁技術(shù)也得到極大的提升。青島通過采取藍(lán)色港灣工程、環(huán)灣綠肺工程、智慧海洋工程、審慎填海工程等重點(diǎn)工程進(jìn)行生態(tài)海岸建設(shè)[7]。遼寧省通過建設(shè)遼西走廊沙礫質(zhì)平原海岸帶綜合性防護(hù)林體系、島嶼防護(hù)林、遼東半島丘陵海岸帶防護(hù)林體系、遼河三角洲淤泥質(zhì)平原海岸帶綜合性防護(hù)林體系進(jìn)行生態(tài)海岸建設(shè)。

2生態(tài)海岸建設(shè)的相關(guān)技術(shù)

2.1 生態(tài)海岸防護(hù)技術(shù)

世界范圍內(nèi)，包括中國在內(nèi)的很多國家和沿海地區(qū)都面臨著海岸線和沙灘侵蝕破壞的問題，我國是重災(zāi)區(qū)之一。有多種因素會造成海岸的侵蝕，其中人類的活動是使海岸遭到破壞的重要原因[9]。隨著海岸侵蝕的問題逐漸凸顯，海岸如何防護(hù)也成為了海岸工程的研究焦點(diǎn)，隨著紅樹林、珊瑚礁等生存面積不斷遭受破壞減小，使這一天然屏障的防護(hù)力減弱，沿海居民因此產(chǎn)生財產(chǎn)和生命損失[9]。災(zāi)害性氣候、海平面上升等變化，導(dǎo)致我國風(fēng)暴潮、地面沉降、海岸侵蝕等災(zāi)害發(fā)生的頻率和強(qiáng)度較以往增加，對海岸防護(hù)系統(tǒng)的要求隨之提高。所以在抵御海岸帶災(zāi)害發(fā)生手段中加入了新的理念，即在硬防護(hù)的基礎(chǔ)上，恢復(fù)重建工程防護(hù)、修建人工沙灘、移植珊瑚礁、恢復(fù)沼澤濕地、人工種植紅樹林等，逐漸建立可持續(xù)發(fā)展的海岸防護(hù)體系。

2.1.1 工程防護(hù)

我國開展了大量的生態(tài)海岸防護(hù)工程建設(shè)，其中為了代替?zhèn)鹘y(tǒng)護(hù)坡，在一種新型海岸防護(hù)系統(tǒng)工程中發(fā)明了雙絞合六邊形金屬網(wǎng)面格賓系列結(jié)構(gòu)進(jìn)行護(hù)坡[10]、實(shí)施了廢黃河口岸段海岸演變研究及海岸防護(hù)工程，在江蘇海岸帶防護(hù)工程中實(shí)施了柔性工法。交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院采用生態(tài)海岸防護(hù)的建設(shè)技術(shù)，通過物理模型實(shí)驗論證了工程建設(shè)對周邊海岸的影響，利用設(shè)置離岸丁壩、潛堤等結(jié)構(gòu)來治理海岸侵蝕。

2.1.2 植物防護(hù)

通過種植防護(hù)林以及紅樹林等生態(tài)防護(hù)工程，可提升生態(tài)海岸的防護(hù)功能。海南島根據(jù)“海南島沿海防護(hù)林生態(tài)恢復(fù)模式及其綜合效益研究”和“沿海防護(hù)林半紅樹種繁殖與栽培技術(shù)研究”等多項科學(xué)研究，并將研究成果運(yùn)用到沿海防護(hù)林工程實(shí)施中，來加強(qiáng)生態(tài)防護(hù)的功能。中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所聯(lián)合6家單位完成了“紅樹林快速恢復(fù)與重建技術(shù)”項目，實(shí)現(xiàn)了人工恢復(fù)和重建大面積紅樹林，有效地增強(qiáng)了生態(tài)防護(hù)功能[11]。鹽城沿海灘涂地區(qū)受海風(fēng)、海浪沖刷嚴(yán)重，使當(dāng)?shù)鼐用裆钌a(chǎn)受到損失，大面積種植林木并保護(hù)已有天然林木可使灘涂生態(tài)環(huán)境更加穩(wěn)定，并能增強(qiáng)抗災(zāi)能力[12]。

2.1.3 人工魚礁

2002-2007年50多個國家和地區(qū)，投放了50多萬個單體球漁礁，完成了3500多個人工漁礁的工程項目。2002年連云港市啟動海州灣生態(tài)建設(shè)工程，計劃10年時間內(nèi)形成5個人工漁礁區(qū)，總面積500平方公里，保護(hù)和復(fù)原海洋生態(tài)資源和環(huán)境的同時，又帶動了漁業(yè)的發(fā)展[13]。天津市在2009年實(shí)驗性投放84個人工漁礁， 2010年又一次性投放160件能為海洋生物提供棲息地的人工漁礁。

2.2 人工填沙護(hù)灘技術(shù)

設(shè)計并修建合理的人工建筑物，與人工護(hù)灘養(yǎng)灘技術(shù)配合，可以促使海灘達(dá)到靜態(tài)平衡狀態(tài)，有利于對海岸帶的開發(fā)和保護(hù)。20世紀(jì)美國的養(yǎng)灘工程應(yīng)用得非常廣泛，據(jù)統(tǒng)計，到1996年，美國東海岸有154處海岸進(jìn)行過人工養(yǎng)灘護(hù)灘，完成了573多項養(yǎng)灘工程[14]。我國有遼寧省鲅魚圈港區(qū)月亮灣沙灘浴場的整治修復(fù)工程、北戴河淺水灣浴場養(yǎng)灘、洞頭區(qū)東岙灣沙灘修復(fù)工程，濰坊濱海旅游度假區(qū)人工沙灘，大連金州灣人工沙灘建設(shè)，天津港東疆港區(qū)的人工沙灘等工程。2008年北戴河的西海灘完成人工養(yǎng)灘工程，形成了親水和平衡的沙灘環(huán)境，養(yǎng)灘效果顯著[15]。交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程研究院研究出波浪作用下沙層滲透性和岸灘剖面變化規(guī)律及透水管促淤保灘作用，即PEM沙灘養(yǎng)護(hù)技術(shù)。

2.3 景觀護(hù)岸技術(shù)

通過海岸帶周圍環(huán)境整治、人文景觀建設(shè)以及生態(tài)復(fù)原等人工手段，使海岸帶周圍的自然景觀和人文景觀得到改善。修復(fù)和改善海岸帶周圍的廢棄景觀、環(huán)境改善、綠化建設(shè)以及人文景觀建設(shè)是常用的人工手段，可以構(gòu)建出人工濱海景觀帶。

生態(tài)型的護(hù)岸注重強(qiáng)調(diào)建造生態(tài)河岸進(jìn)程的重要性，對河道的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)是非常重要的，可以使河道與周圍的環(huán)境達(dá)到平衡[16]。防洪護(hù)岸是城市濱水堤岸的重要結(jié)構(gòu)，可以在濱江洪澇安全的保證方面起到重要作用，重慶市合理優(yōu)化調(diào)整南濱路六大景觀節(jié)點(diǎn)處護(hù)岸的斷面結(jié)構(gòu)形式，形成了明顯的護(hù)岸景觀。雷剛[17]遵循自然規(guī)律，首先改善了海岸景觀，清理了廈門島會展中心段直立式護(hù)岸前的散亂塊石和泥灘，形成了與環(huán)境協(xié)調(diào)的親水沙灘。臺州將白沙灣的臨海岸線進(jìn)行整治修復(fù)并建設(shè)了海岸公園，并將其建設(shè)成了一個以海岸生態(tài)景觀為主的公園。東營港廣利港區(qū)的護(hù)岸設(shè)計成圓弧狀，主要為了使護(hù)岸、旅游基礎(chǔ)設(shè)施和景觀步道等3種功能達(dá)到協(xié)調(diào)統(tǒng)一[18]。還有許多成功的工程技術(shù)如景觀斜坡堤、濕地型生態(tài)護(hù)岸景觀構(gòu)建技術(shù)、防洪河道生態(tài)護(hù)岸工程、海壇灣沿線景觀護(hù)岸工程等。

2.4生態(tài)工程技術(shù)

人們過度地開發(fā)利用水資源，導(dǎo)致河流、水庫、湖泊及海岸帶遭到嚴(yán)重破壞，傳統(tǒng)的“硬”防護(hù)措施對生態(tài)環(huán)境損害很大，生態(tài)工程技術(shù)成為專家們關(guān)注的焦點(diǎn)。烏梁素海西海岸湖濱緩沖帶生態(tài)溝通過開挖及疏通生態(tài)溝，降低烏梁素海對周圍地區(qū)的陰滲，起到排鹽治堿、改良土壤的作用[19]。昌黎黃金海岸濕地恢復(fù)一方面清理潟湖內(nèi)養(yǎng)殖池塘，恢復(fù)濕地面積，另一方面全面治理七里海流域水土流失，改善湖水水質(zhì)。人們將堤壩等傳統(tǒng)防潮工程結(jié)與米草生態(tài)工程結(jié)合，來治理黃河三角洲地區(qū)的海岸侵蝕問題。管博[20]等人利用翻地、施肥和蘆葦碎屑培肥等土壤改良方法，在黃河三角洲重度退化區(qū)用鹽地堿蓬完成實(shí)驗研究，發(fā)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)預(yù)期效果比較理想。陳惠彬用原位和異位修復(fù)的生物資源結(jié)構(gòu)調(diào)整與生態(tài)平衡的方法，進(jìn)行示范區(qū)生物資源多樣性修復(fù)和示范區(qū)生態(tài)平衡[21]。

3 結(jié)語

綠色植被覆蓋的護(hù)岸，難以經(jīng)受大浪的淘洗;護(hù)岸上植樹無法抵抗大風(fēng);海岸營造生態(tài)環(huán)境往往要求更緩的坡度、更大的面積。傳統(tǒng)的海岸建設(shè)通常采用“硬”工程手段來解決海岸的侵蝕問題和相關(guān)危害。但是傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施如海堤等堅硬的結(jié)構(gòu)建筑物在海岸環(huán)境中受到軟泥基礎(chǔ)承載力不足以及堤前沖刷的因素的影響，導(dǎo)致工程建設(shè)的成本價格昂貴且施工工藝復(fù)雜無法適應(yīng)氣候變化。此外這樣的解決方案并沒有從根本上解決問題，未能恢復(fù)對生產(chǎn)性水產(chǎn)養(yǎng)殖和漁業(yè)部門至關(guān)重要的環(huán)境條件，無法提供之前當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)可提供的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會服務(wù)功能。

根據(jù)不同海岸建設(shè)的需求設(shè)計出適應(yīng)特定海岸的生態(tài)海岸建設(shè)技術(shù)的同時也必須要考慮到當(dāng)?shù)睾０兜乃畡恿l件以及生態(tài)環(huán)境要求。當(dāng)前的生態(tài)海岸建設(shè)更多的是滿足人民對美好生活的向往，可能需要以更長遠(yuǎn)的眼光和不同的價值體系來評估其安全性與經(jīng)濟(jì)性。雖然全球已經(jīng)有許多成功的方案，但是生態(tài)系統(tǒng)是復(fù)雜的，而且各地區(qū)的審美有區(qū)別，所以生態(tài)海岸建設(shè)仍然是復(fù)雜的、長期的，也是探索性的。

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基金項目：天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計劃（17JCYBJC21900）。