一种淤泥质海岸生态修复和减灾空间系统

技术领域

本发明涉及海洋生态修复技术领域，特别是涉及一种淤泥质海岸生态修复和减灾空间系统。

背景技术

海岸线是海陆交界的生态过渡带，兼具海陆生态特征，具有涵养水源、降解污染、维持区域生态平衡等功能。我国海岸线长漫长，其中约有三分之一为淤泥质海岸，该类海岸通常海岸坡度平缓，岸线顺直，并且水深较浅，波浪作用较弱，因此，容易形成泥沙的淤积；而当台风等极端天气引起的大浪来袭时，又由于海岸平缓开阔，缺乏必要的防护，岸滩更容易造成侵蚀。此外，淤泥质海岸由于水浅，多淤泥，通常不适用于人们日常的休闲、戏水和景观的功能，对于此类淤泥质海岸的修复、防护和功能提升是一个功能难题。另外，在有些原本为沙质海岸的区域，由于人为采砂、污水排放、海洋垃圾、海洋养殖和外围水工建筑物的影响等，造成了沙质海岸的泥化现象，在海岸的上层沉积了较厚的淤泥土层因而，对于此类泥化海岸的修复也是一个亟待解决的问题。

因此，亟需设计一种淤泥质海岸生态修复和减灾空间系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种淤泥质海岸生态修复和减灾空间系统，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种淤泥质海岸生态修复和减灾空间系统，用于淤泥质海岸，包括：双潜堤防护系统，沙滩消能系统和植被生态系统；所述双潜堤防护系统包括外贝藻礁潜堤，内潜堤和内湾；

所述外贝藻礁潜堤远离所述海岸设置，将所述海岸区域与外海分隔；所述内潜堤置于所述外贝藻礁潜堤内侧，且所述内潜堤与所述外贝藻礁潜堤之间挖设有内湾，将原有的淤泥土层清除；

所述沙滩消能系统设置于所述内潜堤内侧，所述植被生态系统设于所述沙滩消能系统靠近所述海岸的一侧。

所述外贝藻礁潜堤底部为不透水结构，顶部为透水结构；所述外贝藻礁潜堤顶部不高于海岸线。

所述植被生态系统包括回填土底层，培植土面层，植被层及灌溉系统；所述回填土底层由所述内湾中挖设的淤泥土体回填成型，且贴近所述海岸设置；所述回填土底层上方覆盖设有培植土面层，用于提供适于所述植被层生长的土质；所述灌溉系统用于对所述植被层进行灌溉。

所述植被层包括草坪，灌木和高乔木；所述草坪紧贴所述沙滩消能系统设置；

所述灌木设置于所述草坪靠近所述海岸的一侧，所述高乔木设置于所述灌木靠近所述海岸的一侧。

所述沙滩消能系统包括沙滩面层，底部垫层和隔泥层；所述隔泥层铺设于所述内潜堤与所述回填土底层之间，所述隔泥层上方铺设有所述底部垫层；所述底部垫层上方覆设有所述沙滩面层；所述沙滩面层的最高处与所述草坪平齐。

所述隔泥层采用柔性透水材料；所述底部垫层采用砂砾或卵石。

所述沙滩面层体积占所述沙滩消能系统整体体积的0.55-0.67；所述底部垫层和隔泥层均具有坡度。

所述内潜堤位于所述沙滩面层坡底处，所述内潜堤高度高于所述沙滩面层坡脚高度。

本发明公开了以下技术效果：本系统采用三个层次的防护和修复手段，包括最外道的双潜堤防护系统、中间层次的沙滩消能系统以及靠近内陆的植被生态系统，组成“三防一体”生态减灾空间体系；有效削减恶劣天气对海岸的影响，加强海滩的生态建设和提高植物多样性及群落的稳定性，降低施工和处理成本；对于海滨生态安全、提升区域防灾减灾能力、改善区域生态系统质量、促进海洋经济高质量发展具有重要作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为系统结构示意图；

图2为系统结构俯视图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种淤泥质海岸生态修复和减灾空间系统，用于淤泥质海岸，包括：双潜堤防护系统，沙滩消能系统和植被生态系统；双潜堤防护系统包括外贝藻礁潜堤，内潜堤和内湾；

外贝藻礁潜堤远离海岸设置，将海岸区域与外海分隔；内潜堤置于外贝藻礁潜堤内侧，且内潜堤与外贝藻礁潜堤之间挖设有内湾，将原有的淤泥土层清除；

沙滩消能系统设置于内潜堤内侧，植被生态系统设于沙滩消能系统靠近海岸的一侧。

外贝藻礁潜堤底部为不透水结构，顶部为透水结构；外贝藻礁潜堤顶部不高于海岸线。

植被生态系统包括回填土底层，培植土面层，植被层及灌溉系统；回填土底层由内湾中挖设的淤泥土体回填成型，且贴近海岸设置；回填土底层上方覆盖设有培植土面层，用于提供适于植被层生长的土质；灌溉系统用于对植被层进行灌溉。

植被层包括草坪，灌木和高乔木；草坪紧贴沙滩消能系统设置；

灌木设置于草坪靠近海岸的一侧，高乔木设置于灌木靠近海岸的一侧。

沙滩消能系统包括沙滩面层，底部垫层和隔泥层；隔泥层铺设于内潜堤与回填土底层之间，隔泥层上方铺设有底部垫层；底部垫层上方覆设有沙滩面层；沙滩面层的最高处与草坪平齐。

隔泥层采用柔性透水材料；底部垫层采用砂砾或卵石。

沙滩面层体积占沙滩消能系统整体体积的0.55-0.67；底部垫层和隔泥层均具有坡度。

内潜堤位于沙滩面层坡底处，内潜堤高度高于沙滩面层坡脚高度。

在本发明的一个实施例中，外贝藻礁潜堤是整个防护系统的最外道屏障，用于分隔外海和项目实施区域，是一道顶高低于平均海平面的贝藻礁结构，其关键设计在于下半部分设计成不透水结构，用于阻挡外海底层的高含泥沙海水进入内湾，同时保证内湾的中形成一定高度的稳定水面；外贝藻礁潜堤的上半部分为透水式结构，用于贝类附着栖息，同时外贝藻礁潜堤的两侧种植藻类等海洋经济植物；

外贝藻礁潜堤中养殖的贝类和藻类植物还可以进一步吸附海水中的杂质和微生物，共同提升海水质量。潜堤中的贝类、藻类以及后滨植被系统有利于加强海滩的生态建设和提高植物多样性及群落的稳定性，既是滨海城市沙滩生态系统维护自身平衡的需要，也是滨海地区防灾减灾的有效措施。

在本发明的一个实施例中，内潜堤位于外贝藻礁潜堤的内侧，并平行间隔一定距离，与外贝藻礁潜堤之间共同形成内湾；同时内潜堤平行于沙滩面层的滩肩线，置于沙滩面层的坡脚位置，用于保护沙滩的稳定，防止沙滩的沙外流到内湾中；其顶高程略高于沙滩面层的坡脚高程，且两侧坡度相对较缓，使人员可以平缓地进入内湾中；其建设材料可以采用半透水和不透水结构形式，比如混凝土块体或者碎石堆积体，不宜采用鱼礁和贝藻礁等透水结构，以防止沙滩流失，也不适于带尖和突起的结构，以防人员踩伤。

在本发明的一个实施例中，内湾为位于沙滩面层的正前方，在外贝藻礁潜堤和内潜堤之间，通过疏浚开挖海床表层淤泥形成的具有一定深度的开阔水域，是海岸休闲和景观的重要组成部分，改善了原有海岸的底质条件和水深条件；内湾两个端部向外海深水区延伸过渡，用于和外海的水体交换，引导外海清澈海水至内湾，同时将内湾中的悬起淤泥携带回外海。

在本发明的一个实施例中，本发明在外贝藻礁潜堤上进行贝类和藻类的养殖，不但兼顾了海岸防护的功能，还营造了水深生物的栖息环境，可以开展相关的养殖活动，具有较好的经济性。此外，本发明在两道潜堤之间开挖淤泥海床土体，形成内湾后，对于开挖的淤泥处理也是一个重要的环节。通常做法是淤泥外运，需要进行妥善运输和处理，以防止产生次生的环境污染，由此产生较高的处理费用。本发明将开挖的淤泥土体，运至岸上，回填至后滨植被系统的最底层，而后其上再覆盖培植土层。这样一方面减少了开挖淤泥的海上运输和处置费用，也降低了长途运输的环境风险，另一方面还可以减少培植土层的用量，降低该部分购置成本，具有较好的经济和环保效果。

进一步，由于淤泥质海岸或者易泥化海岸的海岸坡度平缓、水深较浅，较难形成有效的水下沙滩部分，无法实现海水浴场和戏水休闲的功能，致使原有海岸的亲水功能较差。本发明提出在两道潜堤之间海床进行疏浚开挖，形成人工纳潮海湾，增加了沙滩面层前的有效水深，开辟出了人们戏水休闲的场所，同时水质的改善，也使海岸的景观功能进一步提升。在提高海滩生态防护能力的同时，也增加海滩整体的环境美学效益，提升自然资源资产价值。

在本发明的一个实施例中，沙滩面层为沙滩面层消能系统的中层和上层部分，该部分约占沙滩厚度的2/3，是其最主要的部分，主要由中细沙组成，可以缓冲波浪和海流对于后方海岸的冲击，同时也是海岸休闲的主要部分，可以开展沙滩活动等；

底部垫层为沙滩消能系统的中下层，主要由较粗的沙砾或卵石组成，起到过滤和透水的作用，同时也起到降低沙滩面层沙的用量，节约成本的作用；

隔泥层为沙滩消能系统的最底层，采用柔性透水材料，厚度较薄但强度很大，通常采用土工织物材料，水平铺设于原来淤泥质海岸或者泥化沙质海岸表层，并且进行固定，之后在其上布置底部垫层；同时另外一部分隔泥层垂直布置于沙滩消能系统和植被生态系统之间，以防止人工沙滩底部和侧面发生泥化现象。

在本发明的一个实施例中，回填土底层位于植被生态系统最下层，由内湾中开挖的淤泥土体回填而成，既解决了项目开挖土体的存放问题，又减少了上部的培植土面层土体的用量，可以降低成本；

培植土面层位于回填土底层的上层，为富含有机物的适于植物生长的土质，用于草坪、灌木、高乔木的种植生长；

草坪紧邻人工沙滩面层，位于其陆向一侧，铺设于培植土面层之上，用于稳固人工沙滩的边缘部分；通常应选择抗风、抗干旱、耐瘠薄、耐盐碱、生长迅速、外型优美的的灌草植物种类。

灌木，位于草坪陆向的一侧，用于降低地表的海向风速，阻挡人工沙滩面层的沙体被海风吹至陆地；

高乔木位于灌木的陆向的一侧，为整个海岸生态修复系统与内陆海岸的分隔界线，夏季用于减缓来自于海上的台风等极端天气对于陆地设施的破坏，在秋冬季节可以阻挡来自于内陆的寒潮大风对于人工沙滩的侵袭，减少沙滩沙体吹至海里，起到双向防护的作用。

喷灌系统为布置在培植土面层上的一系列喷水管道，均匀分布在培植土面层之上，可以对草坪、灌木和高乔木进行喷淋灌溉。

在本发明的一个实施例中，本发明为海岸修复提供了三道防护，最外侧的双潜堤防护系统，主要是针对台风、风暴潮和波浪等对于海岸的冲击，可以有效削减海浪、潮流的能量；中间区域的沙滩消能系统可以进一步的衰减和缓冲极端天气对于海岸的作用；最内侧的植被生态系统则通过生物固着，稳固沙滩表面，减少沙体移动，还可以在较大的纵深上保护内陆的人们生产和生活设施。采用的外贝藻礁潜堤属于半透水构筑物，不同于传统的实体堤，可以满足水体交换的功能，符合当下的海洋环境保护要求。植被生态系统也可以起到净化空气、改善地表环境的作用。

在本发明的一个实施例中，实施操作过程如下：步骤1、先根据项目实施位置的地形地质及水文条件以及对于海岸人工沙滩的防护要求，设计整个双潜堤防护系统的平面形式和总体尺寸：包括外贝藻礁潜堤和内潜堤的尺寸和高度、内湾的宽度和清淤深度、内湾向海里的延伸距离等。

步骤2、根据原有淤泥海岸的宽度和当地平均水深进行人工沙滩的剖面设计，使人工沙滩的滩肩高度高于当地的平均高潮水位；人工沙滩的填沙剖面的设置根据平衡剖面理论进行设计，即填沙剖面应大于等于理论上的平衡剖面，并且以1:10-1:20为最佳，沙滩面层的泥沙颗粒粒径一般在0.4-0.6mm左右，厚度约为整个沙滩厚度的2/3左右；

步骤3、根据设计要求，在岸上预制场地制作外贝藻礁潜堤的单元块体和内潜堤的混凝土块体或者碎石材料；准备好用作隔泥层的土工织物材料；准备好底部垫层22的沙砾或卵石；

步骤4、植被生态系统的各个组成部分在项目现场后方就位；

步骤5、根据设计轴线位置，通过驳船在海上运送预制好的外贝藻礁潜堤单元模块，安装外贝藻礁潜堤；同时在岸上利用拖车等将内潜堤的混凝土单元或者碎石运送至内潜堤的设计位置，通常外贝藻礁潜堤和内潜堤的距离约为250-300m，即为内湾宽度。

步骤6、利用挖泥船和驳船在外贝藻礁潜堤和内潜堤之间进行疏浚开挖作业，将表层的海床淤泥土体清除掉，直至设计深度，或者露出硬底或沙质底床，从而形成内湾，并将内湾延伸至外海的水深区域，便于和外海海水的交换。内湾的设计减少了原来淤泥的悬起，可以保持海水的透明度，同时维持一定的水深，以实现海水浴场和海边戏水休闲等功能。

步骤7、将疏浚开挖内湾的淤泥直接上岸，转运至海岸带的后滨位置，即作为植被生态系统的回填土垫层，可以作为填充物抬高植被生态系统的整体高度。

步骤8、将海岸近滨区域的淤泥质海滩进行整平，其后在之上铺设土工织物制成的隔泥层，同时隔泥层还可以阻隔回填土垫层中开挖的淤泥，以防污染人工沙滩。

步骤9、在隔泥层之上布设一层砾石或者卵石，形成底部垫层，之后在其上再修建沙滩面层，使整个人工沙滩的剖面底脚延伸至内潜堤的位置。

步骤10、在回填土垫层之上铺设一层培植土面层，其高度与沙滩面层的顶标高基本一致。

步骤11、在培植土面层之上，从海向陆依次铺设和种植草坪、灌木和高乔木，之后布设喷灌系统，可以为植被生态系统进行喷淋灌溉。构建集生态、景观、休憩功能于一体的稳定的植被生态系统，减缓土壤风蚀作用，提高生物多样性，营造另一层生态屏障。

步骤12、在外贝藻礁潜堤的上部空腔结构中布撒贝类等幼体，使其生长栖息在外贝藻礁潜堤上，同时在外贝藻礁潜堤的两侧布撒海带、海藻等幼苗，使其依附于外贝藻礁潜堤之上，吸引海洋中的鱼类在此栖息生活，从而营造一个多样性的近海生态系统。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。