一种较强海岸动力条件下的卵石滩剖面设计方法技术领域
本发明涉及一种较强海岸动力条件下的卵石滩剖面设计方法。
背景技术
由于河流建坝蓄水、人工护岸、流域治理等造成河流入海泥沙减少，沿海围填海工程、护岸工程、占滩工程等造成海岸入海沙源减少，近滨海砂开采造成沙滩循环体系平衡被打破，等等诸如此类的原因，引起很多海岸发生海岸侵蚀，造成岸线后退、沙滩退化、护岸损毁，进而直接威胁到海岸后方的道路和民居。根据近几年的调查研究数据，我国软质海岸岸线有将近40%处于不同程序的侵蚀状态。早期的海岸侵蚀防护往往采用“堵”的思路，即采用硬式护岸来抵消波浪、海流对海岸的冲击，达到防护的目的。近年来，以海滩养护和海滩修复为代表软式护岸方式，逐渐为人们所接受和推崇，原因在于这种方式是生态的、和谐的，其修复方案尽量顺应海岸地形地貌演变的规律，而不是与之对立。海滩养护与修复工程还有一大益处就是可以增加滨海沙滩旅游空间，这对于很多沿海城市的旅游业发展是不可或缺的宝贵资源。
研究表明，由于人类活动的占滩建筑，改变了天然的砂质岸线形态，造成海岸整体上存在着侵蚀后退的趋势，即海岸天然的波浪海流动力会推动岸线后退至原来的位置，这种变化趋势虽然暂时被人工护岸所限制，但这种动力作用是时时存在的，它会在人工护岸根部形成一个强烈侵蚀区，在这个区域里，护岸遭冲刷破损、护岸前沙滩滩面不断蚀低、护岸基础被掏蚀等现象屡见不鲜。对于这种海岸，采用普通粒径的砂作为回填物，同时限制于海域使用敏感性不能采用丁坝或离岸堤等消浪设施来设计海滩修复方案，已经不能适应海岸动力条件，工程完成后往往会造成修复海滩流失较大，海滩不稳定。有鉴于此，根据天然条件下卵石海滩的地形地貌特征，我们提出了修复海滩工程之卵石海滩剖面设计的相关参数，并用于工程设计实践。
发明内容
本发明的目的，是要提供一种较强海岸动力条件下的卵石滩剖面设计方法，它用于较强动力侵蚀海岸岸线防护、滨海景观改善的岸线整治修复工程，可提高海岸的稳定性，并美化海岸景观。
本发明是这样实现的，所述一种较强海岸动力条件下的卵石滩剖面设计方法，设计卵石滩滩肩面与原始护岸交线处高程为H，海堤根部海底面高程为H0，H1、H2分别是卵石滩回填剖面底层回填石料顶面高程和次表层回填石料顶面高程；h为设计卵石滩滩肩顶面高程H与海底根部高程H0的高差；设计卵石滩滩肩宽度为B，拟回填卵石滩表层的卵石粒径为D，其中H、H0、H1、H2、B单位均为m，D单位为mm，约定：
（1）H值根据当地设计高水位，并考虑波浪在岸线破碎、上冲、爬高的因素，综合确定；一般设置在设计高水位以上100cm的高程位置；
（2）B值根据项目建设功能的要求，以及项目经费预算来确定，一般设置为10～20m，或适当增加宽度；
（3）D值根据工程区海岸年平均波高值来给出建议值，建议选取30～100mm粒径的卵石，一般不选择大于150mm粒径的卵石；具体参考值见表1；
（4）卵石滩剖面的分层设计，修复卵石滩剖面采用分层设计，一般分三层：
①底层：从现状海底面回填至平均海面位置（H1）；
②中层：从底层上表面回填至设计高水位位置（H2）；
③表层：从中层上表面回填至设计滩肩高程（H）；
底层回填为二片石（直径20cm左右的块石），中层回填分选较差、粒径料大的卵石（直径大于15cm、允许含一定量的砂或碎石）或碎石（直径2～8cm），表层回填分选较好、满足设计粒径标准的卵石；
（5）卵石滩剖面的坡度设计，粒径大于2mm的砾石堆，在波浪动力作用下，其与海水接触的边坡坡度在1:3～1:6范围；修复卵石滩滩面向海坡面坡度设计为1:5；设计滩肩顶面由岸向海按1:50坡度微倾斜。
本发明所述底层顶部宽度为B/2；所述中层顶部宽度为2B/3。
本发明的有益效果是，采用本技术设计的海滩修复工程，竣工后将形成一定规模的卵石海滩，该海滩在较强动力浪流作用下之形态调整可以抵消或者减弱波浪、海流对海岸的直接冲刷作用，更好稳定海岸；滨海卵石滩可以增强海滩景观的多样性，提高海岸景观品位。
附图说明
图1一种较强海岸动力条件下的卵石滩剖面设计示意图。
图中：1.陆地，2.后滨，3.岸线，4.海洋，5.沙滩卵石滩过渡带，6.现状海底剖面线，7.海堤，8.表层（卵石层），9.中层（碎石层），10.底层（二片石层），11.沙滩。
具体实施方式
本发明所述一种较强海岸动力条件下的卵石滩剖面设计方法，如图1所示，假定设计卵石滩滩肩面与原始护岸交线处高程为H，海堤根部海底面高程为H0，H1、H2分别为卵石滩剖面底层和次表层回填石料顶面高程；h为设计卵石滩滩肩顶面高程H与海底根部高程H0的高差；设计卵石滩滩肩宽度为B，拟回填卵石滩表层的卵石粒径为D（H、H0、H1、H2、B单位均为m，D单位为mm），约定：
（1）H值根据当地设计高水位，并考虑波浪在岸线破碎、上冲、爬高的因素，综合确定；一般可以设置在设计高水位以上1m的高程位置；
（2）B值根据项目建设功能的要求，以及项目经费预算来确定；
一般可以设置为10～20m，确实需要也可以适当增加宽度；
（3）D值根据工程区海岸年平均波高值来给出建议值，见表1，建议选取30～100mm粒径的卵石，一般不选择大于150mm粒径的卵石；
（4）卵石滩剖面的分层设计，考虑到卵石价格较高，从节约成本考虑，我们对修复卵石滩剖面采用分层设计，一般分三层：
①底层：底层：从现状海底面回填至平均海面位置（H1）；
②中层：从底层上表面回填至设计高水位位置（H2）；
③表层：从中层上表面回填至设计滩肩高程（H）；
底层回填为二片石（直径20cm左右的块石），中层回填分选较差、粒径料大的卵石（直径大于15cm、允许含一定量的砂或碎石）或碎石（直径2～8cm），表层回填分选较好、满足设计粒径标准的卵石；
（5）卵石滩剖面的坡度设计，根据相关研究成果和天然卵石滩实地踏勘调查数据，粒径大于2mm的砾石堆，在波浪动力作用下，其与海水接触的边坡坡度在1:3～1:6范围；根据我们业已完成的卵石滩修复工程剖面监测数据，修复卵石滩向海坡面坡度约在1:5左右（施工坡度按1:5控制）；设计滩肩顶面由岸向海按1:50坡度微倾斜，这样可以更有效地消减冲越浪流对卵石滩乃至卵石滩后方海滩的冲击。
卵石滩剖面相关参数详见图1。
卵石滩剖面相关参数常用数值表见表2。
表1卵石滩剖面回填卵石粒径与工程区近岸年平均波高对应值表
年均波高（H1/10）0.3～0.50.5～0.707～1.01.0～1.5＞1.5
卵石粒径30～6040～7050～8060～12080～150
注：工程区海岸年均波高单位为m，回填卵石粒径单位为mm。
表2较强海岸动力条件下的卵石滩剖面设计相关参数常用值表（单位均为m）
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注：Bs、Hs、Bt、Ht分别表示卵石滩剖面中表层回填石料表面向海宽度、中表层回填石料表面高程、底层回填石料表面向海宽度、底层回填石料表面高程；S表示（表层）卵石滩滩肩面向海倾斜的坡度；s表示（表层）卵石滩滩面（向海倾斜、与原始滩面衔接的坡面）坡度；h表示卵石滩剖面滩肩总厚度。
下面结合附图1对本发明进一步说明。
图1中，修复卵石滩一般布置于强动力侵蚀海岸，后方与人工护岸衔接，剖面采用分层回填不同粒径块石或者卵石；砂质或者粉砂质滩面可以直接回填，淤泥层较厚的滩面，可适当开挖后再回填石料。
图1中，修复卵石滩滩肩面高程H一般位于工程区海岸设计高水位以上1m，具体可根据工程建设实际情况适当调整；修复卵石滩滩肩面宽度一般取10～20m，根据工程实际需要可适当加宽，但不宜小于10m。
图1中，卵石滩剖面三层结构，即底层回填二片石，中层回填分选差的卵石或小块石，表层回填分选好、质地较好、满足设计粒径要求的卵石；各层的厚度、宽度及坡度参考图1的比例设置。
图1中，修复卵石滩施工滩肩面向海坡度设置为1:50，可更有效消减波浪上冲流对海滩及后方海岸的冲刷；前滨向海的坡面坡度为1:5，与天然卵石滩前滨坡度相近。
图1中：1.陆地，2.后滨，3.岸线，4.海洋，5.沙滩卵石滩过渡带，6.现状海底剖面线，7.海堤，8.表层（卵石层），9.中层（碎石层），10.底层（二片石层），11.沙滩。
其他说明：本剖面设计方案是考虑综合效益设置的，如果工程区卵石来源丰富，或者投资经费充裕，可考虑把剖面三层回填设计改为两层，或者全部回填卵石，卵石滩的护岸功能和景观效果不受影响。