田鹏，隋伟涛，孙鹏，陈海英

（中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海 200120）

海堤是为防御风暴潮水和波浪对防护区的危害而修筑的堤防工程[1]。目前，我国沿海地区已建成海堤约1.45万km[2]。已建海堤大多采用传统的物理防护，即人们所谓的钢筋混凝土或抛石的硬防护，鲜有考虑海岸的生态功能。为满足堤防达标建设需要，海堤堤身越建越高，阻隔了堤后陆地与海洋的能量交换，妨碍人们亲海亲水的需求，也造成海岸带生态系统的破坏。

为贯彻落实《中共中央国务院关于加快推进生态文明建设的意见》，在海岸带整治修复工程中提出了一些新理念，其中“生态海堤”作为实现海岸防护能力提升和海洋生态文明建设的重要举措在工程中开始应用。本文将结合国内外生态海堤研究和实践，根据近期国家自然资源部发布的相关文件指南，就杭州湾某海岸防护工程中海堤生态化建设进行探讨。

1 国内外生态海堤研究和实践

1.1 国内现状

早在2006年刘琦波等[3]通过对沿海省市海堤建设现状分析指出了我国海堤建设中存在的景观生态问题主要有：缺乏景观性，破坏了海岸的自然形态，破坏了湿地系统，缺乏沿海防护林体系建设，缺乏绿地系统规划，环境污染日趋严重。2009年刘琦波等[4]在舟山市东港滩涂开发二期工程中综合考虑防洪安全、生态景观、城市交通和休闲旅游等因素，采用宽平台海堤结构，该结构具有堤体低矮、结构安全、景观好、亲水性强、综合成本低等特点。2012年严飞等[5]在上海市的长江吴淞口炮台湾湿地公园海堤达标工程中提出了充分利用堤前的滩地资源设置多个生态岛（景观抛石护面和植物消浪），营造大面积的湿地景观的同时还消减了堤前波浪，为海堤的生态化建设（迎水侧1颐5缓坡+景观抛石护面+抗风植物种植）提供基础条件。2013年王文双等[6]结合洞头县环岛西片围涂工程对滩涂围垦海堤空间的景观设计原则，海堤设计要把握的岸堤线平面形态、断面形态进行了探讨。2016年阮学成等[7]在长江南京以下12.5 m深水航道整治工程提出了“护滩+保护原有植物，铺设生态排+人工种植水生植物”的设计方案，对生态护滩技术进行了有益的研究与实践。2017年范航清等[8]提出了集物理、生态和文化功能于一体的生态海堤概念，并成功指导广西防城港市西湾红沙环生态海堤整治创新示范工程一期工程的规划和建设。2018年张玮等[9]通过对青黄带的现象研究分析，提出“宜植则植，宜防则防”的指导思想，探讨了长江中下游河段不同区域适宜的生态护岸形式。

1.2 国外现状

沙引擎[10]是欧洲应用于岸滩保护的典型案例，该项目位于荷兰海牙市斯海弗宁沙滩和近鹿特丹的霍克·范·浩兰德之间。2011年3月正式开始施工，首先在代尔夫特高地海岸带中心处向海侧吹填出长约2 km、宽约1 km的“沙岛”，吹填砂量为2 150万m3。利用波浪、风和流等自然的力量，沙滩逐渐地向两侧蔓延，经过7 a后形成了保护影响区域已达到6 km的海岸。

一个被称作“生物海岸线”项目，由美国联邦政府批准，耗资6 000万美元，在斯塔滕岛2 km的海岸边种植牡蛎，形成牡蛎礁，取代原本混凝土结构的防洪堤来防范风暴潮，并利用每只牡蛎可以净化190升（50加仑）水体的特性，在净化水质的同时为生物提供了栖息地[11]。

目前国内生态海堤的研究和实践主要集中于海堤的堤身结构，国外在实践中考虑项目的建设条件，人工防护与自然相结合。根据国内外的研究和实践成果，生态海堤应在优先考虑海堤的防潮挡浪功能基础上，采用人工修复和自然恢复相结合的方法，形成具有抵御海洋自然灾害的海岸带生态防护体系，实现了岸线的自然化、生态化、绿植化的目标。

2 杭州湾生态海堤案例

滨海综合会展中心等围填海项目位于上海市金山区，杭州湾北岸滩涂（位置如图1）。项目范围为沪杭公路以南、龙泉港出海闸以西、金山城市沙滩以东滩涂，南边界至规划驳岸线，成陆面积约2.6 km2。新建海堤4 820 m，分西侧堤、顺堤、东侧堤三段，防潮挡浪标准为重现期200 a高潮位（6.78 m）加12级风下限（风速32.7 m/s）。

图1 工程位置示意图Fig.1 The schematic of site location

项目的建设条件比较恶劣，主要表现在以下方面：1）潮差大，多年平均潮差4.07 m，实测最大潮差6.56 m，重现期200 a高潮位6.78 m（基面为上海吴淞零点，下同）；2）设计波浪西侧堤1.9~2.3 m（控制浪向S向），顺堤3.6~3.9 m（控制浪向SE向），东侧堤1.6~3.6 m（控制浪向E向）；3）涨潮流大于落潮流，涨潮最大流速为1.26耀1.60 m/s；4）顺堤沿堤线为6 m等深线，侧堤沿线滩面为-6~+4.0 m；5）堤基浅层为10~20 m的淤泥质土和淤泥质粉质黏土，土体的含水率高、承载力低[12]。

根据原国家海洋局对工程区域用海的批复，围填海项目区域功能定位为集生态观光、休闲度假、商务会展和户外运动为一体的生态型城市滨海旅游度假区，因此要求规划新形成的岸线充分考虑自然和生态景观因素，做到自然化、生态化和绿植化。开展生态海堤的专题研究，并在施工阶段实施结构预留。

3 生态海堤设计

主要设计原则为：

1）安全第一。包括了海堤的防汛安全和自身安全。新建海堤为上海市一线海塘，承担着金山滨海新区防汛安全，大堤的堤顶高程、堤顶宽度、外侧护面防护等须满足规范要求；生态海堤属于新结构，要满足堤身整体稳定、沉降变形和渗流稳定等要求。

2）因地制宜。结合当地自然资源现状、水文动力、地形地貌和海洋灾害等自然条件，必要时分区分段选用不同的方案。

3）技术可行。新结构须经过试验验证，施工方便。

设计时按原国家海洋局2017年10月印发的《围填海工程生态建设技术指南（试行）的通知》[13]中对“生态化海堤建设”提出的要求，重点从堤型设计、建筑材料、海堤生态带构建等提升新形成岸线的生态景观效果。

堤型设计和筑堤材料在设计阶段均进行了技术经济性比选。通过对斜坡式、直立式和混合式等3种常用堤型进行比较，斜坡式略有经济优势，考虑斜坡式可缓坡入海，且在坡面上可增加绿化，生态性更佳，推荐选择斜坡式堤型。堤身材料选用长江口砂源和附近块石，向海侧护面在潮间带和潮下带区域采用混凝土块体和块石等适宜当地海域生态系统的建筑材料，有利于藻类、贝类附着，促进生物多样性恢复。海堤生态带主要包括新形成岸线的坡面、堤顶和坡脚，以下将重点展开生态海堤设计方案。

3.1 海堤生态带构建

1）堤顶绿植化：在防浪墙内侧与路面设置绿化种植池，种植草皮和矮灌木，并在靠近防浪墙处种植爬山虎，使其攀爬在钢筋混凝土防浪墙上，长期效果可以将防浪墙覆盖，防浪墙堤顶绿化见图2所示。

图2 防浪墙堤顶绿化Fig.2 The planting on top of parapet

2）背海侧坡面绿植化：内坡护面为彩道砖拱肋草皮护坡，即采用预制彩色道砖形成拱圈防止暴雨冲刷草皮；内侧青坎上种植草皮、小灌木，起绿化保土作用。灌木种植选紫穗槐、海桐、单叶蔓等，草皮地被植物选高羊茅、大穗结缕草、狗牙根等，见图3。

图3 内坡和内侧青坎草皮绿化效果Fig.3 The planting effects on leeward slope and berm

3）向海侧坡面绿植化：由于本项目潮差大、风浪条件恶劣，向海侧坡面绿化种植难度大、维护成本高，因此选择在受金山城市沙滩潜堤掩护的西侧堤设置示范段，设计提出了一种新型生态护面结构。

3.2 新型生态护面结构

1）结构设计

本项目的平均高潮位为3.84 m，历史最高潮位为6.57 m，汛期1%历时保证率潮位5.0 m，非汛期1%历时保证率潮位4.8 m。因此，在堤顶高程满足防潮挡浪安全的前提下，在6 m平台以上的向海侧坡面上设置景观绿化是合理和可行的，如果遭遇大风浪，允许耕植土和绿化植物有损失，待台风过后进行维护修复，但护面结构不允许有破坏。

新型护面采用钢筋混凝土结构，由底板、前墙和侧墙组成整体浇筑而成。底板厚度0.4 m；前墙和侧墙厚度均为0.35 m，墙身高度1.4~1.6 m。前墙将上坡面分隔为4个种植池，每个池内覆种植土，覆土厚度为0.55~0.95 m。在前墙和侧墙均设置排水孔，保证池内积水可以排出。

新型生态护面结构图和断面图如图4、图5所示。

图4 新型生态护面结构图Fig.4 The structural schematic of novel ecological revetment

图5 新型生态护面断面图Fig.5 The cross sectional view of novel ecological revetment

本项目西侧堤示范段向海侧上坡护面采用了栅栏板与新型生态护面结构间隔布置，即12 m长度为一仓，每两仓栅栏板布置一仓新型生态护面。生态护面内种植池覆土后构建灌草结合、多群落交错的梯度布局，灌木种植选紫穗槐、海桐、单叶蔓等，草皮地被植物选高羊茅、大穗结缕草、狗牙根等。

2）室内物理模型试验

由于生态护面为新型结构，没有相关规范可以计算结构的稳定性和消浪效果，因此须采用室内物理模型试验验证。

试验采用正态模型，按重力相似模型设计，断面试验模型比尺为1颐20。验证试验条件：波浪要素Hs=2.3 m、T=8.15 s，水位6.78 m，墙顶高程11.0 m，消浪平台高程6.15~6.30 m，消浪平台宽度约9 m，护面形式为下坡扭王字块体上坡生态护面结构，斜坡坡度m=3.0。试验采用的不规则波浪谱为JONSWAP谱。

稳定性试验，无论规则波或不规则波，每一波况累计试验持续时间不小于原型作用时间3 h，每组试验中波数不少于120个，每组试验重复至少3次。越浪量采用接水箱称取水重。

试验验证了新型生态护面结构种植池内填土和不填土两种工况，在12级风波浪作用下断面各部位满足稳定要求；在重现期200 a高潮位及相应不规则波加风作用下，只有部分水花被吹向堤后，满足不越浪设计要求。

3.3 生态化岸滩建议

海堤堤身生态化建设与堤前岸滩滩涂塑造相辅相成，堤前稳定的岸滩系统、丰富的植物群落，可以减少风浪对海岸的冲击，为堤身的生态化建设提供有利条件。由于本项目顺堤直面外海且堤前滩面低，现阶段在堤身上实施绿化维护成本太高，平台对公众开放有一定的风险。因此，建议在远期考虑通过堤前实施丁格坝等促淤保滩工程，在保证后方大堤的安全稳定前提下，塑造堤外湿地、营造海洋生物生境、提高海洋生物多样性，实现公众亲海、海堤外护面的生态化和绿植化[14]。

4 结语

1）生态海堤需结合当地自然资源现状、水文动力、地形地貌和海洋灾害等自然条件，在优先考虑海堤的防潮挡浪功能基础上，采用人工修复和自然恢复相结合的方法，形成具有抵御海洋自然灾害能力的海岸带生态防护体系，实现岸线的自然化、生态化、绿植化的目标。

2）生态海堤重点从堤型设计、筑堤材料、海堤生态带等方面建设。海堤生态带构建应综合考虑生态、景观、亲水和防灾减灾等要素，在新形成岸线的坡面、堤顶和坡脚等实施生态设计措施，以达到海堤的防护功能与生态化建设协调统一，实现人海和谐。

3）海堤堤身生态化建设与堤前岸滩滩涂塑造相辅相成，因此生态海堤建设时宜统筹考虑。