國內外生態海岸建設技術綜述

熊洪峰 李達 陳漢寶

摘 要：海岸帶定義為海洋與陸地相互交匯的地帶，是當今人類社會經濟發展的“生命帶”。由于全球氣候變化的影響，使得海岸帶地區的生態環境受到嚴重威脅。本文簡述了國內外生態海岸管理的相應法規，同時總結了生態海岸建設的相關工程技術，希望能夠為生態海岸建設工程的有力開展提供可靠的依據，從而進一步推動海岸帶地區的海洋生態文明建設。通過對近年來國內外生態海岸建設工程實踐中常用的技術手段進行總結，提出未來的生態海岸建設技術應重點關注以下幾個方面：（1）生態海岸防護技術;（2）人工護灘技術;（3）景觀護岸建設技術;（4）生態工程技術。

關鍵詞：海岸帶;生態海岸;海岸建設

海岸帶地區在自然界的位置特殊，是海陸的交界區域，既受到海洋、陸地、大氣等自然環境的綜合影響，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域增加了關注和重視，對海岸帶地區的整治、保護及科學、合理的管理與開發早已成為全球社會的共同責任[1]。海岸帶的明顯特點是容易受到海陸環境間的互相作用，是容易受到環境影響而產生改變的生態敏感區域和脆弱性較強的生態系統[2]。

我國沿海經濟快速發展，加快建設海洋強國戰略部署正在逐步實施，人們越來越多的利用和發掘海岸帶資源，同時也忽視了保護海岸帶生態系統和維護環境功能的重要性，導致海岸帶生態系統的功能降低和衰退、濕地退化、港池淤積、岸線侵蝕等海岸生態問題越來越突出。生態海岸建設技術既是海岸帶生態資源研究的一個熱點話題，同時也是工程建設中需要考慮的一種新型的海岸工程技術類型。生態海岸建設過程中不僅要考慮到工程建設前后建筑物對周圍波浪、潮流等海洋環境的影響，還要考慮到工程景觀及生態產生的影響，因而國內外學者高度關注此問題。

本文總結了國內外生態海岸研究與管理的相關法規，又分別從生態海岸防護技術、人工填沙護灘技術、景觀護岸技術、生態工程技術等方面開展了深入的研究分析與探討，希望能夠為生態海岸建設工程的有效實施提供參考依據。

1國內外生態海岸相關研究管理

1.1 國外生態海岸相關研究管理

1950 年，日本《國土綜合開發規劃法》提出了以“太平洋海岸帶”為重心的戰略規劃方案，到 1998 年《第五次全國國土開發規劃——21 世紀的國土藍圖》，歷經五次修改，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害。但在之前的15～25年，這類使用防波堤的防護措施遭到質疑，并開始在海岸防護中開始嘗試采用與自然協調的“軟”措施。1972年，美國政府進行了大量調研和論證，在此基礎上頒發了世界上首部《海岸帶管理法》，采用法律規范規定了海岸帶的開發行為，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于海岸帶管理的法律和法規。為了降低資源破壞程度和生態環境的繼續惡化，利用人工干預對已遭到破壞的海岸帶進行生態復原。日本提出投放新型人工魚礁來增加水生動物的數量，此措施在馬爾代夫和塞舌爾等國應用成果良好。2004年的印度洋海嘯后調查發現，無紅樹林保護地區的破壞程度遠大于有紅樹林等植被保護的地區，因此海岸植物在沿海防災減災體系中的作用也越來越得到重視。在美國新奧爾良，颶風引起的城市淹沒后并沒有建設高墻式的海堤，而是加強了海灘上的植樹與木樁，配套了強制排水泵站。2013年HUD提出了一種分層防災的方法，通過建設“有生命的防波堤”來防止海岸侵蝕，降低波浪能量，來加強生態系統和社會的恢復能力從而降低風險。2015年荷蘭為應對北爪哇嚴重的海岸侵蝕問題開始實施了“Building with Nature Indonesia”項目，該項目旨在通過紅樹林恢復，小規模“硬”工程和可持續土地利用的獨特整合，建立穩定的海岸線，減少侵蝕風險。

1.2 國內海岸帶相關研究

進入21世紀以來，針對“海岸帶生境修復”問題，我國開啟了相關的“863計劃”課題，該計劃從生物技術、工程技術和管理技術3個方面針對渤海灣淤泥質海岸帶的生態修復技術開展研究。2010年國家海洋局印發了《關于開展海域海岸帶整治修復保護工作的若干意見》，十多年來，隨著海岸修復整治工程的不斷實施，海岸和近岸海域的景觀及生態已經得到極大改善，同時海岸與近岸海域的可持續健康發展也得到提升。海南島通過構建紅線制度，構建完善的海岸帶管理模式的海岸帶生態系統保護策略開展海岸帶的生態系統一保護工作[5]。2016年我國建立了全面的海洋生態紅線制度，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，國家海洋局印發了《海岸線保護與利用管理辦法》《海岸線保護與利用管理辦法》作為生態文明體制改革的重要舉措，是切實加強海岸線管控、加快推進海洋生態文明建設、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，要加強重點流域海域水污染防治，嚴控填海造地，同時為了增強海洋生態環境的保護工作，成立生態環境部，整合了國家海洋局的海洋環境保護職責。20世紀80年代以來，我國先后在渤海、黃海以及東海加強運用海洋生物人工放流的增殖技術，這種技術加強了近海海洋生物數量的復原，同時人工魚礁技術也得到極大的提升。青島通過采取藍色港灣工程、環灣綠肺工程、智慧海洋工程、審慎填海工程等重點工程進行生態海岸建設[7]。遼寧省通過建設遼西走廊沙礫質平原海岸帶綜合性防護林體系、島嶼防護林、遼東半島丘陵海岸帶防護林體系、遼河三角洲淤泥質平原海岸帶綜合性防護林體系進行生態海岸建設。

2生態海岸建設的相關技術

2.1 生態海岸防護技術

世界范圍內，包括中國在內的很多國家和沿海地區都面臨著海岸線和沙灘侵蝕破壞的問題，我國是重災區之一。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，海岸如何防護也成為了海岸工程的研究焦點，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力減弱，沿海居民因此產生財產和生命損失[9]。災害性氣候、海平面上升等變化，導致我國風暴潮、地面沉降、海岸侵蝕等災害發生的頻率和強度較以往增加，對海岸防護系統的要求隨之提高。所以在抵御海岸帶災害發生手段中加入了新的理念，即在硬防護的基礎上，恢復重建工程防護、修建人工沙灘、移植珊瑚礁、恢復沼澤濕地、人工種植紅樹林等，逐漸建立可持續發展的海岸防護體系。

2.1.1 工程防護

我國開展了大量的生態海岸防護工程建設，其中為了代替傳統護坡，在一種新型海岸防護系統工程中發明了雙絞合六邊形金屬網面格賓系列結構進行護坡[10]、實施了廢黃河口岸段海岸演變研究及海岸防護工程，在江蘇海岸帶防護工程中實施了柔性工法。交通運輸部天津水運工程科學研究院采用生態海岸防護的建設技術，通過物理模型實驗論證了工程建設對周邊海岸的影響，利用設置離岸丁壩、潛堤等結構來治理海岸侵蝕。

2.1.2 植物防護

通過種植防護林以及紅樹林等生態防護工程，可提升生態海岸的防護功能。海南島根據“海南島沿海防護林生態恢復模式及其綜合效益研究”和“沿海防護林半紅樹種繁殖與栽培技術研究”等多項科學研究，并將研究成果運用到沿海防護林工程實施中，來加強生態防護的功能。中國林業科學研究院熱帶林業研究所聯合6家單位完成了“紅樹林快速恢復與重建技術”項目，實現了人工恢復和重建大面積紅樹林，有效地增強了生態防護功能[11]。鹽城沿海灘涂地區受海風、海浪沖刷嚴重，使當地居民生活生產受到損失，大面積種植林木并保護已有天然林木可使灘涂生態環境更加穩定，并能增強抗災能力[12]。

2.1.3 人工魚礁

2002-2007年50多個國家和地區，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建設工程，計劃10年時間內形成5個人工漁礁區，總面積500平方公里，保護和復原海洋生態資源和環境的同時，又帶動了漁業的發展[13]。天津市在2009年實驗性投放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 人工填沙護灘技術

設計并修建合理的人工建筑物，與人工護灘養灘技術配合，可以促使海灘達到靜態平衡狀態，有利于對海岸帶的開發和保護。20世紀美國的養灘工程應用得非常廣泛，據統計，到1996年，美國東海岸有154處海岸進行過人工養灘護灘，完成了573多項養灘工程[14]。我國有遼寧省鲅魚圈港區月亮灣沙灘浴場的整治修復工程、北戴河淺水灣浴場養灘、洞頭區東岙灣沙灘修復工程，濰坊濱海旅游度假區人工沙灘，大連金州灣人工沙灘建設，天津港東疆港區的人工沙灘等工程。2008年北戴河的西海灘完成人工養灘工程，形成了親水和平衡的沙灘環境，養灘效果顯著[15]。交通運輸部天津水運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律及透水管促淤保灘作用，即PEM沙灘養護技術。

2.3 景觀護岸技術

通過海岸帶周圍環境整治、人文景觀建設以及生態復原等人工手段，使海岸帶周圍的自然景觀和人文景觀得到改善。修復和改善海岸帶周圍的廢棄景觀、環境改善、綠化建設以及人文景觀建設是常用的人工手段，可以構建出人工濱海景觀帶。

生態型的護岸注重強調建造生態河岸進程的重要性，對河道的生態系統恢復是非常重要的，可以使河道與周圍的環境達到平衡[16]。防洪護岸是城市濱水堤岸的重要結構，可以在濱江洪澇安全的保證方面起到重要作用，重慶市合理優化調整南濱路六大景觀節點處護岸的斷面結構形式，形成了明顯的護岸景觀。雷剛[17]遵循自然規律，首先改善了海岸景觀，清理了廈門島會展中心段直立式護岸前的散亂塊石和泥灘，形成了與環境協調的親水沙灘。臺州將白沙灣的臨海岸線進行整治修復并建設了海岸公園，并將其建設成了一個以海岸生態景觀為主的公園。東營港廣利港區的護岸設計成圓弧狀，主要為了使護岸、旅游基礎設施和景觀步道等3種功能達到協調統一[18]。還有許多成功的工程技術如景觀斜坡堤、濕地型生態護岸景觀構建技術、防洪河道生態護岸工程、海壇灣沿線景觀護岸工程等。

2.4生態工程技術

人們過度地開發利用水資源，導致河流、水庫、湖泊及海岸帶遭到嚴重破壞，傳統的“硬”防護措施對生態環境損害很大，生態工程技術成為專家們關注的焦點。烏梁素海西海岸湖濱緩沖帶生態溝通過開挖及疏通生態溝，降低烏梁素海對周圍地區的陰滲，起到排鹽治堿、改良土壤的作用[19]。昌黎黃金海岸濕地恢復一方面清理潟湖內養殖池塘，恢復濕地面積，另一方面全面治理七里海流域水土流失，改善湖水水質。人們將堤壩等傳統防潮工程結與米草生態工程結合，來治理黃河三角洲地區的海岸侵蝕問題。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用鹽地堿蓬完成實驗研究，發現生態修復預期效果比較理想。陳惠彬用原位和異位修復的生物資源結構調整與生態平衡的方法，進行示范區生物資源多樣性修復和示范區生態平衡[21]。

3 結語

綠色植被覆蓋的護岸，難以經受大浪的淘洗;護岸上植樹無法抵抗大風;海岸營造生態環境往往要求更緩的坡度、更大的面積。傳統的海岸建設通常采用“硬”工程手段來解決海岸的侵蝕問題和相關危害。但是傳統的基礎設施如海堤等堅硬的結構建筑物在海岸環境中受到軟泥基礎承載力不足以及堤前沖刷的因素的影響，導致工程建設的成本價格昂貴且施工工藝復雜無法適應氣候變化。此外這樣的解決方案并沒有從根本上解決問題，未能恢復對生產性水產養殖和漁業部門至關重要的環境條件，無法提供之前當地生態系統可提供的經濟、環境和社會服務功能。

根據不同海岸建設的需求設計出適應特定海岸的生態海岸建設技術的同時也必須要考慮到當地海岸的水動力條件以及生態環境要求。當前的生態海岸建設更多的是滿足人民對美好生活的向往，可能需要以更長遠的眼光和不同的價值體系來評估其安全性與經濟性。雖然全球已經有許多成功的方案，但是生態系統是復雜的，而且各地區的審美有區別，所以生態海岸建設仍然是復雜的、長期的，也是探索性的。

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基金項目：天津市應用基礎與前沿技術研究計劃（17JCYBJC21900）。