我国海滩养护修复的发展与技术创新

蔡 锋，刘 根

(1.自然资源部第三海洋研究所，福建 厦门 361005；2.福建省海洋生态保护与修复重点实验室，福建 厦门 361005)

海滩是一种宝贵的天然资源，因具有海岸防护、旅游休闲和生态服务等多种重要功能，在沿海社会经济发展和生态文明建设中发挥着不可替代的作用。然而，在全球气候变化和人类活动背景下，我国海滩已经或正在发生显著变化[1-2]。监测表明，1980—2018年中国沿海海平面上升速率为3.3 mm/a，高于同时段全球平均水平[3]。据统计，我国有约49.5%的砂质岸线正遭受侵蚀[4]。

由于海岸带集人口聚居地、经济活跃带和旅游目的地于一体，海岸侵蚀会带来巨大的生命财产损失。21世纪以前，我国大量建造硬式构筑物来应对海岸侵蚀，比如丁坝、防波堤、海堤等。后来，逐渐发现这种硬式的防护措施并不能解决侵蚀问题，反而造成堤前严重下蚀及相邻海岸侵蚀加剧[4-6]。而且，随着沿海地区经济的快速发展和基础设施的大量建设，自然岸线被固化，人工岸线的比例逐年增加，形成了新世纪的“钢铁长城”[7]。据统计，我国主要海湾自然岸线的比例由1940年代的78.21%降至2014年的28.87%[8]，海岸带固有的生态活力和环境弹性逐渐降低，甚至丧失。

20世纪20年代以来，随着海岸工程学家和海岸地貌研究人员的不断探索，发现向海滩抛沙可以减缓海滩的侵蚀。世界上最早的海滩养护工程始于20世纪初的美国东海岸，包括1919年的加利福尼亚南部的圣佩德罗(San Pedro)[9]和1922年的纽约科尼岛(Coney Island)[10]。海滩养护(也称海滩修复)是指利用人工或机械将异地一定体积的泥沙抛填在一个受侵蚀的岸段上[11-14]。因具有社会、经济、生态环境等多方面的综合效应，海滩养护技术已经被认可为一种环境友好型且经济有效的海岸侵蚀应对措施，广泛应用于世界各地[15]，如美国[16]、西欧[17]、澳大利亚[18]等。

欧美等发达国家早在20世纪中期就兴起了海滩养护修复技术的研究和实践，并形成了较为完善的理论和技术[11, 13-14]。而我国起步较晚，直到2005年前后，才开始重视海滩养护修复技术及应用研究[19-21]。2015年，我国提出了“开展蓝色海湾整治行动”的工作部署；2016年以来，国家支持了几十个沿海城市开展蓝色海湾整治行动，实施了海岸整治修复工程。本研究基于研究团队在过去十几年间对我国海滩养护的深度研究与应用推广，通过研读文献、资料收集、数据统计，分析了我国海滩养护的发展现状及特征，总结归纳了我国在海滩养护技术方面的创新，最后展望了海滩养护的未来发展并提出了建议。

1 我国海滩养护发展现状及特征

1.1 发展现状

我国最早的沙滩修复始于1990年香港南岸的浅水湾浴场[22]，之后有过零星的、不成规模的浴场补沙工程，内地第一个真正意义上的海滩养护工程是2007年完工的厦门观音山海滩[23]。此后，随着我国社会经济的不断发展和对滨海旅游沙滩的日益需求，海滩养护在我国逐渐受到重视，许多滨海旅游城市相继实施了海滩养护修复工程[12, 19-21]。

据不完全统计，截至2019年8月，我国已完成或正在进行的沙滩修复工程共有97项(表1)，分布于全国35个城市，修复岸线总长度超过120 km，总填沙量约2.3×107m3，总投资超过2.0×105万元。尽管我国的沙滩修复起步较晚，但发展迅速，在2005年之前填沙量较少，此后快速持续增加。2016—2020年间的填沙量预计达到1.2×107m3，超过累积总填沙量的一半(图1)。

表1 我国海滩养护工程概况Tab.1 Important projects of beach nourishment in China

续表1序号海滩养护工程名称完成或预计完成年份养滩长度/m填沙方量/(104m3)补沙粒径/mm干滩宽度/m参考文献25秦皇岛北戴河中海滩B浴场20097201701.2～1.730[21]26秦皇岛北戴河东海滩20094003.10.5～0.860[21]27天津东疆港海滩2008137022.0—140[20]28厦门观音山海滩二期200981843.00.3～1.00～70[21]29唐山菩提岛人造海滩20101502.0—30～50[21]30海口桂林洋海滩20103853.8—40[19]31潍坊寒亭区欢乐海沙滩2010160030.0—60[21]32秦皇岛北戴河西海滩20113570180.00.4～0.650[21]33秦皇岛北戴河浅水湾浴场20116003.0—40[21]34平潭龙凤头海滩一期2011140034.00.3～0.530[21]35厦门国际会议展览中心海滩2012189082.00.4～0.740[21]36营口白沙南湾浴场2012—17.0—30[21]37葫芦岛绥中天龙寺海滩2012900——30[21]38威海九龙湾沙滩2013330010.0——[21]39秦皇岛金梦湾浴场20133390173.0—50[21]40秦皇岛浪淘沙浴场201370010.0—40[21]41厦门曾厝峖岸段201379016.50.6～1.010～80[21]42大连老虎滩2013250——30[21]43平潭龙凤头海滩二期20133800850.640[21]44大连金石滩海滩201480015.7——[21]45北海廉州湾一期2014180021.60.7～1.315～30[21]46厦门同安湾西岸2014440065.00.550～70[21]47厦门天泉湾沙滩20146326.050.0～100.015～20[21]48泉州青山湾海滩2014135016.00.720～40[21]49泉州西沙湾海滩2014123517.00.735[21]50厦门鼓浪屿港仔后沙滩20142907.00.515～65[21]51厦门鼓浪屿美华沙滩20142956.10.2～0.425～45[21]52三亚湾沙滩2014260022.50.2～0.730[21]53连云港海州湾西墅海滩20143600.50.2～1.0—[21]54珠海美丽湾沙滩2015116521.00.3～0.630[21]55珠海香炉湾海滩2015150037.00.3～0.650[21]56烟台莱州湾招远海滩2015191740.01.0～1.310～30[21]57大连旅顺世界和平公园2016800———[21]58钦州沙井岛海滩2016120885.00.895[21]59乐东莺歌海人工沙滩20171200——40～90本研究

续表1序号海滩养护工程名称完成或预计完成年份养滩长度/m填沙方量/(104m3)补沙粒径/mm干滩宽度/m参考文献60大连星海广场浴场20177001.5——[21]61秦皇岛北戴河戴河口至洋河口2017310042.0—50～70[21]62珠海绿洋湾201743022.00.5～0.6100[21]63珠海美丽湾沙滩二期20174908.6—20～35[21]64温州东岙湾沙滩20171352.8—40[21]65秦皇岛北戴河石河口至铁门关2017200041.0—80～100[21]66珠海海滨泳场20176903.60.3～0.630～50[21]67汕尾人工沙滩2017500———本研究68厦门五通海岸2018330080.0—60[21]69宁波滨海万人沙滩2018198590.0—20～100[21]70钦州大环海滩2018132072.8——[21]71钦州三娘湾海滩201892730.0—35[21]72泉州泉港惠屿大澳沙滩20182407.30.3～0.445[21]73台州玉环干江白马岙沙滩2018300———[21]74温州洞半屏韭菜岙沙滩201869016.0——[21]75秦皇岛北戴河金屋浴场至浅水湾2019350038.6—20～60[21]76珠海唐家湾滨海公园2019149743.80.3～0.655[21]77珠海外伶仃岛海滩201924011.01.2～1.530～50[21]78温州东沙渔港沙滩2019————[21]79温州洞头中心渔港沙滩2019100010.0——[21]80温州洞头区鹿西乡20191317.20.3～2.2100[21]81温州苍南炎亭201960010.0——[21]82日照海龙湾人造海滩20191882———[21]83北海廉州湾二期2019123013.90.7～1.335～45[21]84北海银滩中区2019291215.50.2～0.535[21]85海口西海岸20204100———[21]86漳州漳浦滨海新城20202000———[21]87烟台月亮湾2020500———[21]88泉州惠安崇武半月湾2020140038.30.6～2.050[21]89珠海大万山岛锦塘湾202020010.0—40～55[21]90厦门海沧鳌冠朝阳水库2020600———[21]91厦门翔安澳头2020900———[21]92厦门同集片区人工沙滩20201380———[21]93台州大陈岛2020906———[21]94台州市白沙湾20202472——100[21]

续表1序号海滩养护工程名称完成或预计完成年份养滩长度/m填沙方量/(104m3)补沙粒径/mm干滩宽度/m参考文献95珠海美丽湾海滩三期20201000———[21]96秦皇岛铁门关至哈动力20201100———[21]97秦皇岛唐子寨至海监基地20201400———[21]

注：该表数据为不完全统计，59、67号工程的养滩长度、干滩宽度数据为本研究野外实测所得，“—”表示数据缺失。

图1 我国海滩养护填沙量发展Fig.1 Amount of filled sand volume in periods in beach nourishment projects in China图中横坐标以5 a为1个时期，2016—2020年为预计填沙量，该图修改自文献[21]。

1.2 特征

我国海岸位于太平洋西岸的主动大陆边缘上，近海岛屿众多，海岸线曲折漫长，发育有众多陆海镶嵌的海湾，近岸动力差异较大，海岸类型多种多样。在构造沉降带，滨海岸沉积形成淤泥质海滩；在构造隆起带，除局部岸段为断陷盆地平原海岸外，沿海地带大部分为溺谷型基岩港湾，多形成砂(砾)质海滩[24]。而欧美等西方国家的海岸位于大西洋两侧的被动大陆边缘上，近岸水动力以外海涌浪为主，动力较强，发育有众多平直型的大规模海滩，海滩长度少则十几千米，多则上百千米[25]。再加上近些年来社会经济的快速发展，我国的海滩养护呈现出一些不同于欧美等国家的特征，主要表现在海滩修复的目的、修复海滩类型和修复海滩形态3个方面。

1.2.1 海滩修复目的 海滩养护最初的功能主要是为了海岸防护，后来发现其在塑造旅游沙滩方面具有积极作用，又逐渐拓展出了改善海岸生态环境和景观(社会价值)，以及修复滨海旅游沙滩(经济价值)两个重要功能。按照这3种海滩修复目的的分类，对表1中97项海滩修复工程目的进行了分类统计(图2)。结果表明，以海岸防护、改善海岸生态环境和景观以及修复滨海旅游沙滩这3种主要目的修复海滩占比分别为8.5%、29.8%和61.7%。这表明我国海滩养护的目的集旅游、景观和海岸防护三者于一体，其中旅游占绝对主导，反映出海滩经济对滨海旅游业的发展具有极大的吸引力。

图2 我国海滩修复工程的主要目的分类Fig.2 Different purposes of beach nourishment projects in China

1.2.2 修复海滩类型 海滩养护可以分为两种类型，即海滩修复和人造海滩。前者是指对受损或退化的海滩进行补沙，以达到之前理想的状态；后者是指在一个先前海滩稀少甚至没有海滩的海岸上进行补沙，以建造一个全新的海滩，这样的沙滩更多的是一些景观沙滩和海滨浴场[13]。按照这两种类型的划分方法，对上述97个养护海滩进行了统计分类，发现人造海滩和修复海滩的占比分别为44.7%和55.3%(图3a)。我国出现了这么多的人造海滩，与我国的砂质海岸呈现“南多北少中间空”的分布特征密切相关。许多沿海发达城市沙滩资源稀缺，为了满足人民群众对滨海旅游沙滩的需求，通过人造沙滩的形式建造景观沙滩和海滨浴场。

庄振业等(2011)和Luo等(2015)根据养护海滩原地沉积物类型与养护沉积物类型之间的差异，将海滩养护的类型划分为同质养护和异质养护[19-20]。其中，同质养护包括砂质-砂质和砾石-砾石；异质养护包括泥质-砂质、生物礁-砂质、岩滩-砂质和砂质-砾石。按照这两种类型的划分方法，对上述97个养护海滩进行了统计分类，结果表明同质养护和异质养护的占比分别为51.1%和48.9%(图3b)。

图3 我国海滩养护工程类型分类Fig.3 Different types of beach nourishment projects in China

1.2.3 修复海滩形态 由于我国独特的海岸特征，养护海滩的平面形态呈现出多种类型，主要有凸出、平直、弧形和岬湾4种类型。按照这4种分类方法，对上述97个养护海滩平面形态进行了统计，结果表明岬湾形态占比最高，达43.6%，接近一半(图4)。这除了与我国的海岸特征密切相关外，还与我国的海滩修复实践有关。我国海岸被用于多种类型的开发利用，海滩常呈段状分布，长度偏小，且沉积物供给不足。因此，为了确保人工修复后沙滩能留得住沙，在人工沙滩的规划设计中，依据静态平衡岬湾海岸理论，或根据自然岬角或人为建造岬角，合理设置岸线的走向，尽可能塑造岬湾海滩，使岸线接近平衡形态，这样可有效避免补沙后岸线的大幅调整和沙量的净流失，增强海滩的稳定性。

图4 我国修复海滩平面形态分类Fig.4 Different plane configurations of beach nourishment projects in China

比如，在广东省珠海市情侣路香炉湾海滩的修复实践中(于2015年12月完工)，结合岸线走向和周边环境，在修复岸段的北侧构筑拦沙堤，并适当延长，起到人工岬角的作用，以此塑造岬湾海滩(图5)。该海滩在修复后的3 a间，尽管先后经历了超强台风“天鸽”和超强台风“山竹”的袭击，但始终保持稳定。

图5 广东省珠海市香炉湾岬湾海滩养护实例Fig.5 An example of headland-bay beach nourishment project on Xiangluwan Beach, Zhuhai, Guangdong Province

2 我国海滩养护技术创新

由于我国的海岸形态、动力条件与物源特征等方面和欧美等西方国家存在明显差异，因此这就造成在欧美广泛应用的海滩养护技术不能直接在我国应用，迫使我国必须探索与发展适用于我国海岸特征的海滩养护新技术。

在沙滩修复工程实践的过程中，我国对海滩养护技术进行了“吸收-改进-提升”。经过十几年的发展，我国的海滩养护技术体系逐渐形成。蔡锋等(2015)编著了适合于我国海岸特征和社会属性的《中国海滩养护技术手册》[12]，标志着我国海滩修复养护技术走向成熟，同时该手册已成为全国沿海地区开展海岸保护与修复的重要技术指南。此外，海滩养护行业标准——《海滩养护与修复技术指南》[26]的颁布，推进了我国海滩修复养护技术的标准化。

在海滩修复养护技术的应用实践中，我国创新性地提出了强潮海岸、强侵蚀海岸和淤泥质海岸等多种动力条件下的海滩修复思路与理念，以及海滩城市排水管涵优化设计和海滩生态养护潜堤等技术方法。

2.1 强潮海滩剖面演化数值模拟技术

强潮环境下海滩过程受水位变化影响明显，海滩剖面演化独特，其中低潮阶地型海滩是强潮海滩的一种常见类型，此类海滩可以有效的提供海滩休闲空间。Shi 等(2015)基于对低潮阶地型海滩剖面演化的研究，提出了横向一维数值模型，模拟强潮环境下低潮阶地型强海滩的中长期剖面演化[27](图6)，为强潮海滩修复养护提供有效的预测分析方法。

图6 强潮海滩剖面演化模型流程Fig.6 Flowchart of beach profile evolution model for macro-tidal environments该图修改自文献[27]。

同时，根据强潮海滩特征，提出了差异性沉积物养滩设计方法、养护方式设计和强潮海滩剖面设计，采用与原砂差异明显的客砂进行养护，改变原海滩动力地貌特征，人为塑造低潮阶地型强潮海滩，提升了强潮海岸海滩修复养护预测的准确性及其养护效果。

该技术已在福建省厦门市观音山、国际会议展览中心、鼓浪屿，泉州市青山湾和西沙湾，以及平潭综合试验区龙凤头等多处海滩修复养护工程中得到实践应用。

2.2 强侵蚀海岸修复的卵石海滩养护技术

强侵蚀岸段具有动力强、岸滩变化快的特点，潮间带砂质沉积物输沙率大，砂质滩面通常难以维持稳定。然而，卵石滩面孔隙度大、渗流快，具有更好的消能效果。因此，通过改变海滩养护的材料，利用大粒径卵石设计海滩消能剖面，能够有效降低海岸泥沙输运的速率，提升海滩的稳定性。科研人员研发出了一种高消能、强渗透卵石分层养滩技术设计方法，提出了“天然卵石(滩面耗能层)+级配碎石(强渗透垫层)+二片石(基础层)” 的卵石滩混合剖面设计[28](图7)，这种剖面具有强渗透、高消能的动力地貌特征。

图7 强侵蚀海岸的卵石滩混合剖面分层设计示意Fig.7 Sketch map of beach nourishment profile design with different cobbles at different layers on strongly eroded coasts该图修改自文献[28]。

福建省厦门市天泉湾卵石滩是我国首个卵石养滩工程，在该海滩修复工程技术设计中，在兼顾海岸防护和海滩的休闲功能的同时，采用粒径为10 cm 左右的卵石进行修复[28](图8)。该卵石养滩工程的实施大幅度削减波浪入射能量，海滩侵蚀现象得以极大缓解，沿岸输沙明显减小，输沙率为 1 500±500 m3/a，仅为砂质沉积物输沙率的1/10[29-30]。

图8 福建省厦门市天泉湾强侵蚀海岸的卵石海滩养护实例Fig.8 An example of beach nourishment projects with cobbles on a strongly eroded coast on Tianquanwan Beach, Xiamen, Fujian Province该图引自文献[29]。

2.3 淤泥质海岸人工沙滩

如前文所述，由于我国海滩资源分布不均，呈现“南多北少中间空”的特征，导致许多沿海地区存在“有海难亲”的困境。为了满足人们对于旅游沙滩的巨大需求，提出了在淤泥质海岸建造人工沙滩的设计方法[31]，研发了一种通过抽泥管廊系统来减缓沙滩泥化的技术(图9)[32]。该成果已应用于大连、唐山、天津、潍坊等地的十余个人工沙滩工程中，取得了显著的社会、经济和生态效益。

图9 一种淤泥质海岸人工沙滩减缓泥化的抽泥管廊系统示意Fig.9 Sketch map of an innovative technique with dredging pipe system for mud dredging from artificial beaches on muddy coast该图修改自文献[32]。

此外，针对弱动力环境中波浪动力先天不足、海滩活性差的难题，通过岬角聚能技术，在复合型海滩或低能海岸环境中营造海滩，满足旅游需求，比如广西壮族自治区钦州市茅尾海沙井海滩。

2.4 海滩城市排水优化设计

在滨海城市中，排洪排涝系统与海滩相互冲突，一直是海滩修复中的难点。一方面，管涵的出现和管口的裸露，极大的影响了海滩的整体景观；另一方面，作为横布于海滩的硬式构筑物，管涵起着类似于丁坝的作用，可能会产生侵蚀热点，进而导致管涵堵塞、破坏。

针对此难题，研究人员利用离岸堤后连岛砂体发育的原理，发明了一种海滩管涵端部固定与装饰设计方法[33]，通过对海滩修复工程管涵端部固定与装饰体设计，提出管口形态设计，管口人工礁盘景观设计、管体埋设设计、沿线排水并线设计(图10)。这一发明，不仅缓解了人类活动与海滩过程的冲突，还提升了城市海滩排水构筑物的稳定性和海岸景观效果。

图10 海滩养护中城市排水管涵优化设计示意Fig.10 Sketch map of optimized drain pipe design involved in beach nourishment projects该图修改自文献[33]。

在福建省厦门国际会议展览中心岸段海滩修复工程中，将沿岸多处排水管涵归并为两处，并利用该技术设计合理的“八”型管口，不仅维持了海滩管涵的排水功能，人工礁石管口也极大的提升了海滩的整体景观，至今也未出现因侵蚀热点的发育而导致管体裸露和破坏的现象(图11)。

2.5 人工鱼礁式的海滩生态养护潜堤

对于侵蚀较严重的海滩，在海滩修复时，仅仅通过补沙是无法维持沙滩的存在，通常会辅以离岸堤进行消浪。但传统的离岸堤建设，严重影响了海岸景观。杨燕雄等(2015)创造性地提出了以人工鱼礁形式建造离岸潜堤的技术[34]，不仅可以起到消浪护滩的作用，有效防止泥沙流失，还能为鱼类和贝类等海洋生物提供栖息地，改善周边生态环境，具有重要的生态功能[35]。该项技术已在河北省秦皇岛市西海滩[35]、金梦海滩[36]等修复工程中得到了广泛应用。

在实践基础上，还创造性地提出了“沙丘-沙滩-沙坝-潜堤”的“岬湾砂质旅游海滩生态修复模式”[35](图12)，克服了传统人工养滩模式的养滩寿命短、海滩自营力丧失和养滩工程与生态环境保护之间的矛盾等问题，在海滩养护领域创造了“北戴河模式”[37]。

图12 “沙丘-沙滩-沙坝-潜堤”修复模式Fig.12 An innovative model of beach nourishment with integrating sand dune, beach, sand bar with submerged breakwater该图修改自文献[35]。

3 未来发展及建议

我国“十三五”规划(2016—2020年)中明确指出，要通过实施“蓝色海湾”、“生态岛礁”和“南红北柳”三大海洋生态修复工程修复约2 000 km的岸线。海滩养护作为岸线修复的重要技术方法，为我国的海岸带生态修复和保护提供重要的技术支撑[38]。近些年来，通过开展蓝色海湾整治行动，受损岸线得到了修复，自然岸线保有率得到了明显提高[39]。2018年10月，国家明确提出了“实施海岸带保护修复工程”，财政部、自然资源部决定继续在沿海地区择优支持开展“蓝色海湾”综合整治行动[39]。因此，作为海岸带生态修复的重要技术，海滩养护势必会迎来更加蓬勃的发展。

然而，在当前的社会经济建设浪潮中，海岸带开发存在许多问题，海岸带保护面临巨大挑战。笔者结合自身经历，在推进海滩养护修复方面形成了一些思考和建议，仅供参考。一是我国海滩资源分布极不均衡，海滩养护技术创新可以发挥更加重要的作用，缓解我国海滩资源与需求之间的矛盾[40]。二是在海滩修复的过程中，应统筹考虑从后滨植被一直到近滨水下生物群落的完整海岸带系统，而不仅仅只重视沙滩的物理呈现。三是因地制宜，针对不同修复海岸存在的实际问题，进一步加强新技术研发。四是应加强海滩资源保护的立法和管理，由人类活动导致海滩侵蚀的案例不胜枚举，修复只是辅助手段。五是建立全国统一的海滩资源信息管理数据库，统一调查和监测、统一规划、统一用途管制、统一保护修复的全过程管理机制[40]。

致谢：戚洪帅、雷刚、刘建辉、曹慧美、郑吉祥、朱君、赵绍华等在资料收集和论文撰写过程中提供了许多帮助，审稿人也对论文提升提出了诸多宝贵的意见和建议，在此一并表示感谢。