砂质岸线修复方法与流程

本发明涉及海岸修复技术领域，尤其是涉及一种砂质岸线修复方法。

背景技术：

由于海域硬质工程建设、海岸带开发及滨海采砂等活动，使得部分砂质岸线所处的水动力环境发生变化，阻断了陆海联系以及物质交换或减少了沙源供应，导致砂质岸线出现淤泥化或者受到侵蚀，砂质岸线逐渐失去原有岸线属性，严重的可导致原有砂质岸线完全消失。据不完全统计，我国有近70％的砂质海岸线受到不同程度的侵蚀和损害，有些砂质岸线由于侵蚀作用，导致岸线不断后退，且完全失去砂质岸线的属性。

现有砂质岸线修复技术，多盲目采用补沙手段开展沙滩修复，以沙滩宽度作为施工指标，通过维持一定的沙滩宽度，保持砂质岸线的属性。随着时间的推移，在水动力条件未改变的前提下，砂质岸线难以形成稳定岸线，补沙后的砂质岸线依旧会出现受损问题，如沙滩泥质化或侵蚀；为了保持此类砂质岸线的稳定性，需要定期大量补沙，后期维护成本非常高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种砂质岸线修复方法，以缓解现有砂质岸线修复难以避免沙滩泥质化或被侵蚀的技术问题。

第一方面，本发明提供的砂质岸线修复方法包括如下步骤：

确定补沙粒径、沙滩平均坡度、滩肩高程和补沙厚度；

计算补沙量；

根据补沙量进行补沙。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，确定补沙粒径的步骤包括：

计算拟修复岸线沉积物的平均粒径；

在预设补沙粒径范围内，选取大于拟修复岸线沉积物的平均粒径的粒径值作为补沙粒径。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，计算拟修复岸线沉积物的平均粒径的步骤包括：

在拟修复岸线的范围内，沿岸线延伸方向间隔进行多组沉积物取样，沉积物取样为自海洋向陆地方向延伸进行大于等于10次等体积沉积物取样，并使取样深度介于1.5m～2.5m的范围内；

计算沉积物样本的平均粒径。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，确定滩肩高程的步骤包括根据如下公式计算滩肩高程：ht＝b·h，其中，ht为滩肩高程，单位为m；h为2年～5年一般风暴潮滩脚处波浪值，单位为m；b为乘积系数，根据补沙粒径选取；

当d＝7mm时，b＝1.68；

当d＝3mm时，b＝1.78；

当d＝0.5mm时，b＝1.8；其中，d为补沙粒径。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，确定沙滩平均坡度的步骤包括根据如下公式计算沙滩平均坡度：其中，k为常数，当拟修复岸线为侵蚀剖面时，k为0.3；当拟修复岸线为淤涨型剖面时，k为0.5；α为沙滩平均坡度；ρ为补沙颗粒沉降速度，单位为米/秒；hw为波浪有效高度，单位为米；l为波浪波长，单位为米；t为波浪周期，单位为秒；g为重力加速度，单位为m/s²；

或者，确定沙滩平均坡度的步骤包括：根据补沙粒径和拟修复岸线的水动力情况，选定沙滩平均坡度。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，确定补沙厚度的步骤包括：

根据如下公式计算目标水深：h1＝a·xⁿ，其中，h1为目标区域水深，单位为米；x为目标区域与岸线的距离，单位为米；n的取值为2/3，a由如下公式计算：ρ＝14·d^1.1，a＝0.067·ρ^0.44，其中，d为补沙粒径，单位为毫米；ρ为补沙颗粒沉降速度，单位为米/秒；a为海滩剖面尺度系数；

根据如下公式计算补沙厚度：h＝h2-h1，其中，h2为拟修复岸线区域实际水深，h为补沙厚度。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，确定补沙粒径、沙滩平均坡度、滩肩高程和补沙厚度的步骤包括：

选取对标海岸；

自海洋向陆地方向延伸，多点间隔取样测算对标海岸的形态参数；

根据对标海岸的形态参数类比选定补沙粒径、沙滩平均坡度、滩肩高程和补沙厚度。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，补沙的步骤包括：

铺设垫层沙，垫层沙中：石英和长石的总质量占比大于92％，泥质量占比小于2％，粒径小于1mm的颗粒占比小于10％，并且垫层沙的粒径范围为1.2mm～2mm；

铺设表层沙，表层沙中石英和长石的总质量占比大于96％，泥质量占比小于0.2％，贝壳质量占比小于1％，且表层沙的粒径小于等于0.8mm。

结合第一方面，本发明提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，在补沙的步骤后进行固沙，固沙的步骤包括：在高潮水位以上的滩脊处种植固沙植物。

结合第一方面的第八种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，种植固沙植物的步骤包括：

间隔挖设多个第一种植穴，使沿海岸线延伸方向相邻第一种植穴的间距范围为10cm～30cm，自靠海侧向陆地侧方向相邻第一种植穴的间距范围为40cm～50cm，并向第一种植穴内种植地爬类植物；

间隔挖设多个第二种植穴，使第二种植穴位于自靠海侧向陆地侧方向相邻的两个第一种植穴之间，沿海岸线延伸方向相邻第二种植穴的间距范围为20cm～30cm，并向第二种植穴内种植强根系植物。

本发明带来了以下有益效果：采用确定补沙粒径、沙滩平均坡度、滩肩高程和补沙厚度，计算补沙量，并根据补沙量进行补沙的方式，通过确定补沙粒径、沙滩平均坡度、滩肩高程和补沙厚度，从而确保修复后的岸线能够形成稳定的生态结构，实现沙滩自然冲淤平衡，避免沙滩泥质化或被侵蚀，并根据所需的补沙量进行补沙作业，无需多次施工修补，能够提高砂质岸线的持久稳定性，降低岸线维护成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的砂质岸线修复方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的砂质岸线修复方法的取样剖面位置示意图；

图3为本发明实施例提供的砂质岸线修复方法的平衡剖面示意图；

图4为本发明实施例提供的砂质岸线修复方法的第一种植穴和第二种植穴的示意图。

图标：1-取样剖面；2-低潮水位线；3-高潮水位线；4-当前岸线底面；5-目标岸线底面；6-零米等深线；7-平均高潮位水平面；8-第一种植穴；9-第二种植穴。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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和简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。公式中的物理量，如无单独标注，应理解为国际单位制基本单位的基本量，或者，由基本量通过乘、除、微分或积分等数学运算导出的导出量。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供的砂质岸线修复方法，如下步骤：

确定补沙粒径、沙滩平均坡度、滩肩高程和补沙厚度；

计算补沙量；

根据补沙量进行补沙。

具体地，通过对受损砂质岸线附近海域水环境及沉积环境进行调查，测算补沙粒径、沙滩平均坡度、滩肩高程和补沙厚度，以获知该海域稳定砂质岸线的相关参数。并根据补沙粒径、沙滩平均坡度、滩肩高程和补沙厚度计算补沙量，以便在施工时将一定量的沙砾填补至拟修复岸线，形成冲淤平衡结构，无需反复修补，避免长周期补沙造成的沙砾流失。此外，沙滩平均坡度、滩肩高程和补沙厚度相结合，能够使砂质岸线形成避免海浪侵蚀和污泥淤积的稳定结构，从而可以避免沙滩泥质化或被侵蚀，提高了砂质岸线的持久稳定性。

在本发明实施例中，确定补沙粒径的步骤包括：计算拟修复岸线沉积物的平均粒径；在预设补沙粒径范围内，选取大于拟修复岸线沉积物的平均粒径的粒径值作为补沙粒径。在重力作用和海浪冲刷作用下，随着时间推移和沙砾沉积，沙砾的粒径将会逐渐缩小。因此在补沙时，应选取粒径略大于沉积物平均粒径的沙砾进行补沙。

进一步的，计算拟修复岸线沉积物的平均粒径的步骤包括：

在拟修复岸线的范围内，沿岸线延伸方向间隔进行多组沉积物取样，沉积物取样为自海洋向陆地方向延伸进行大于等于10次等体积沉积物取样，并使取样深度介于1.5m～2.5m的范围内；计算沉积物样本的平均粒径。

如图2所示，自海洋向陆地方向延伸的多个取样点连线位于竖直方向的取样剖面1内，沿岸线延伸方向间隔设有多个取样剖面1，相邻取样剖面1间隔距离为500m。自海洋向陆地方向延伸分布的多个取样点至少分布于滩肩、高潮带、中潮带和低潮带。中国沿海砂质岸线沉积物平均粒径多介于0.28mm～2.64mm之间，具体可根据样本进行估算。为确保样本准确，各取样点取样体积相等，根据样本中各粒径沉积物的比例，计算沉积物的平均粒径，参照沉积物的平均粒径，选用粒径略大于沉积物的平均粒径的回填砂进行补沙，以确保沙滩稳定；例如，选用粒径较沉积物的平均粒径大0.5mm的回填砂作为补沙原料。

如图3所示，确定滩肩高程的步骤包括根据如下公式计算滩肩高程：ht＝b·h，其中，ht为滩肩高程，即目标岸线底面5背离海洋的一端与零米等深线6在竖直方向上的距离，单位为m；h为2年～5年一般风暴潮滩脚处波浪值，单位为m，由沿海观测数据获知；b为乘积系数，根据补沙粒径选取；当d＝7mm时，b＝1.68；当d＝3mm时，b＝1.78；当d＝0.5mm时，b＝1.8；当补沙粒径介于3mm～7mm之间或者，补沙粒径介于1.78mm～3mm之间，或者，补沙粒径小于1.78cm时，可假定b与d成反比例关系进行估算；其中，d为补沙粒径。通常情况下，滩肩高程为3m～5m。滩肩宽度由5年或10年一遇风暴潮侵蚀量再加上保护后滩最小值进行估算，一般取值为20m～30m。

确定沙滩平均坡度的步骤包括根据如下公式计算沙滩平均坡度：其中，k为常数，当拟修复岸线为侵蚀剖面时，k为0.3；当拟修复岸线为淤涨型剖面时，k为0.5；α为沙滩平均坡度；ρ为补沙颗粒沉降速度，单位为米/秒；hw为波浪有效高度，单位为米；l为波浪波长，单位为米；t为波浪周期，单位为秒；g为重力加速度，单位为m/s²；

或者，确定沙滩平均坡度的步骤包括：根据补沙粒径和拟修复岸线的水动力情况，选定沙滩平均坡度。

具体地，收集砂质岸线稳定海域水动力、沉积物粒径和坡度情况，将沉积物粒径加上预设增量作为补沙粒径，从而制定沙滩平均坡度、水动力和补沙粒径的对照表。

当补沙颗粒沉降速度、波浪有效高度、波浪波长和波浪周期通过施工前调研能够测得时，采用公式计算确定沙滩平均坡度；在数据量较少时，可根据补沙粒径和水动力情况查表选取沙滩平均坡度。

如图3所示，确定补沙厚度的步骤包括：根据如下公式计算目标水深：h1＝a·xⁿ，其中，h1为目标区域水深，即目标岸线底面5至平均高潮位水平面7在竖直方向上的距离，单位为米；x为目标区域与岸线的距离，即自靠岸侧向海侧，目标区域与低潮海岸线的水平距离，单位为米；n的取值为2/3，a由如下公式计算：ρ＝14·d^1.1，a＝0.067·ρ^0.44，其中，d为补沙粒径，单位为毫米；ρ为补沙颗粒沉降速度，单位为米/秒；a为海滩剖面尺度系数；根据如下公式计算补沙厚度：h＝h2-h1，其中，h2为拟修复岸线区域实际水深，即当前岸线底面4与平均高潮位水平面7在竖直方向上的距离，h为补沙厚度。

进一步的，沙滩宽度应尽量增大，一方面利于消浪，以维护沙滩稳定；另一方面可确保足够的出露时间供游玩使用。拟修复砂质岸线的向海侧沙滩宽度取决于滩面形态、补沙粒径、当地的水文动力条件和补沙量等。抛填的砂量越多，能够获得的沙滩宽度就越宽，这就存在砂质岸线修复地区沙滩维护成本和旅游效益的平衡点问题。根据经验，当沙滩宽度为21.5m～37m之间时，维护成本与旅游效益可以相对实现共赢。

此外，确定补沙粒径、沙滩平均坡度、滩肩高程和补沙厚度的步骤包括：选取对标海岸；自海洋向陆地方向延伸，多点间隔取样测算对标海岸的形态参数；根据对标海岸的形态参数类比选定补沙粒径、沙滩平均坡度、滩肩高程和补沙厚度。具体地，选择与拟修复砂质岸线动力条件和近岸沉积特征相似的相邻海岸进行类比，修复区海岸因为各种自然和人类因素发生侵蚀破坏或消失，而临近类比岸段或海岸的海滩保存较好或处于动态平衡状态，通过借鉴对标海岸的海滩形态，来设计养护海滩剖面。具体步骤如下：

全面分析相邻岸段的近岸动力环境条件、海岸地貌类型、海滩走向、海滩剖面类型和沉积物特征；

基于上述分析，选择与修复区海岸最相似的对标海岸；

在对标海岸的海滩中部、两侧或者变化显著处布设观测断面进行周期性海滩形态测量，测量范围包括最低潮线到平均潮高潮线以上的区域，以确定海滩滩面形态；

根据对标海岸的滩面形态特征，对拟修复岸线进行海滩剖面设计，确定目标岸线底面5的位置，即选定补沙粒径、沙滩平均坡度、滩肩高程和补沙厚度。

进一步的，根据如下公式计算补沙量：v＝l1·l2·hb，其中，v为补沙体积，单位为立方米；l1为沙滩宽度，单位为米；l2为沿海岸线延伸方向，拟修复岸线的延伸距离，即拟修复岸线的长度，单位为米；hb为补沙厚度平均值，可由多次测算的补沙厚度求平均值获知。

进一步的，补沙的步骤包括：铺设垫层沙，垫层沙中：石英和长石的总质量占比大于92％，泥质量占比小于2％，粒径小于1mm的颗粒占比小于10％，并且垫层沙的粒径范围为1.2mm～2mm；铺设表层沙，表层沙中：石英和长石的总质量占比大于96％，泥质量占比小于0.2％，贝壳质量占比小于1％，且表层沙的粒径小于等于0.8mm。其中，垫层沙的厚度为100cm～150cm，表层沙的厚度为50cm～70cm，并且垫层沙的厚度为表层沙厚度的2倍～3倍，从而提高沙滩的稳定性和沙滩表层的松软度，增强了海滩对波能的渗透和吸收作用，同时渗透消能有利于降低波浪爬高，起到软性护岸的作用，可以有效减轻砂质岸线的侵蚀。

进一步的，在补沙的步骤后进行固沙，固沙的步骤包括：在高潮水位以上的滩脊处种植固沙植物。滩脊向陆侧种植固沙植物，南方地区砂质岸线选择种植厚藤、白茅、仙人掌、沟叶结缕草、铺地黍、单叶蔓荆、龙爪茅、狗牙根、木麻黄等植物，北方地区砂质岸线选择种植砂钻苔草、珊瑚菜、匍匐苦荬菜、肾叶打碗花、砂引草等植物。

如图4所示，种植固沙植物的步骤包括：间隔挖设多个第一种植穴8，使沿海岸线延伸方向相邻第一种植穴8的间距范围为10cm～30cm，自靠海侧向陆地侧方向相邻第一种植穴8的间距范围为40cm～50cm，并向第一种植穴8内种植地爬类植物；间隔挖设多个第二种植穴9，使第二种植穴9位于自靠海侧向陆地侧方向相邻的两个第一种植穴8之间，沿海岸线延伸方向相邻第二种植穴9的间距范围为20cm～30cm，并向第二种植穴9内种植强根系植物。以第一种植穴8内种植沟叶结缕草，第二种植穴9内种植木麻黄为例，沟叶结缕草与木麻黄的根系交错，形成了密集牢固的群落结构，从而能够起到防风固沙作用，且具有较好的自然生态修复效果。具体种植步骤如下：

沟叶结缕草播种前要先行种子处理，用0.5％氢氧化钠溶液浸泡24小时，再用清水洗净、晾干后播种在育苗基地；

在砂质岸线滩脊向陆侧的沙地区域挖第一种植穴8，第一种植穴8的截面为圆形，直径为5cm～15cm，深为10cm～15cm，第一种植穴8内放入由淤泥、有机肥组成的缓释肥和保水剂，缓释肥质量为100g～300g，保水剂用量标准为10g/株；

在两行沟叶结缕草中植穴间挖第二种植穴9，第二种植穴9的截面为圆形，直径为20cm～40cm，深为30cm～50cm，第二种植穴9内放入缓释肥和保水剂，第二种植穴9内缓释肥由淤泥、有机肥组成，质量为500g～1000g，第二种植穴9内的保水剂用量标准为50g/株；

将沟叶结缕草苗埋入第一种植穴8中，回填土厚度为5cm～10cm，再填沙至完全覆盖，并浇水至饱和；

将高度在40cm左右，且接种过根瘤菌的木麻黄苗埋入第二种植穴9中，回填土厚度为20cm～40cm，再填沙完全覆盖，并浇水至饱和；对沟叶结缕草和木麻黄进行后期养护，直至达到自然生长和繁殖要求。通过固沙植物既可以防止砂质岸线被侵蚀，又可以完全保留砂质岸线向海侧沙滩的滨海旅游功能。

通过补沙修复使沙滩形成冲淤平衡结构，并在砂质岸线滩脊向陆侧的沙地区域种植固沙植物，从而使人工修复的砂质岸线形成与自然砂质岸线相似的稳态结构和冲淤平衡特性。由此避免砂质岸线遭受侵蚀，无需人工反复修补，且具有较好的自然生态效果。

此外，还应对修复后的砂质岸线，每年开展一次砂质岸线向海侧海滩的剖面观测，主要对砂质岸线海域水动力情况，沙滩物质组成、粒径变化、宽度变化、坡度变化和厚度变化及沙滩损失率等进行监测。同时对砂质岸线向陆侧的固沙植物生长状态进行监测，及时评估砂质岸线的修复效果，为后续砂质岸线的维护积累数据，进一步细化和完善沙滩平均坡度、滩肩高程和补沙厚度计算中的各参数取值范围。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。