开敞式海岸围海工程堤线布置研究——以福建省潘岐头围垦为例硕士论文
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围海工程包括海堤、堵口和水闸三大部分。其中海堤是围海工程的主体,也是海岸防护的主要措施,它是保护海岸、河口地区不受暴潮、风浪侵袭的重要水 工建筑物。 海堤堤线的平面布置必须服从海岸带综合开发的利益,同时应考虑到对临近 水域或地区的影响。尤其在河口地区海堤堤线平面布置要结合河口整治的自然条 件和技术经济条件,满足堤身安全、防洪、排涝、航运、水产及施工等方面的要 求,力求提高工程的综合效益。随着沿海经济的高速发展,围海工程日趋向外海 低涂发展,将面I临着恶劣的暴潮和风浪。因此,研究开敞式海岸围海工程堤线布 置具有现实意义! 本文介绍了国内外围海工程进展、开敞式海岸上消浪堤消浪效果的研究成 果,重点研究了开敞式海岸恶劣的水文条件作用下,围海工程海堤堤线的平面布 置。以福建省潘岐头围海工程为例,遵守围海工程建设必须服从海岸带综合开发 的利益,通过系列物理模型试验,研究不同消浪堤与尺度及设计水位组合情况下, 晴川湾内水域波高分布特点,提出合理的消浪堤尺度:一方面有利于船舶正常进 港作业,台风期渔船避风锚泊及保障渔民生命和财产安全、另一方面提高了水闸、 码头等建筑物的安全性:确定新围区堤线布置方案:协调了围区和湾内区域的综 合开发利益。同时,又采用波浪绕射和透射的非线Bw模块进行数 值模拟计算,并结合出水潜堤波浪透射系数估算方法,计算消浪堤堤后湾内水域 波高分布,经与物理模型比较,数学模型能较好的模拟工程前后晴川湾内波高分 布,论证确定新围区堤线布置方案,对研究开敞式海岸围海工程堤线布置是可行 关键词:消浪堤、堤线布置、物模试验、数值模拟、Bw模块河海大学硕士学位论文 Abstract Gene耐ly, therearethree partsincluding sea dyke, cIosureandsluice 他cl锄ationengineering.Seadyke istllemain part ofrcclamation engineering a11dthe mainmeaSureofcoaStal protection.n isa hydraulic stnJctecan protect me seashore, es埘neareasnottobc subjected itlvadingofsto帅surge aIld、vindwaves. The 1ayout dykeline seaemban工anent must obey coagtal zone comprchensivedevelopment andconsiderthee脏ctonadjacentareaSattlle estualyregion,itshouldcombinethenaturc conditionand TeclltlologicalEconomycondition;meetthe requiremem ofthe safety ofembankmem wall,floodcontrol,storm drainage,navigation, fishedesandconstmction.Then improve me comprehensiVe bene丘toftllis project.with me rapiddevelopment ofme coastal economy,sea—closIlre engineeringgrowing outseafieldwillface也eworst Stonnconditions.sot11eresearchontlle layout ofembaflkmem project opencoast has practicalsignificance 11bepaper introduceswave absorbing e脏ctin open coaStandtheresearchat homeandabroadaboutwaVe hei曲t behind submergeddyke,mainly studieson rcasonable aHangemem dykelineforreclamation engineering.TakenPanQ汀ou rcclamation project asan example,under t11e premise matrecl啪ationmust obey coastalzone comprehensiVedeVelopment,mrou曲tlle seriesof physicalmodeltests, mis paper studiedt11ewaVe height dismbutionin Q.mgchuanbay withthecombination ofdi位rcnt submergeddykes andmewaterlevels,aIldgives reaSonableseawallscale 1ayoutschemeofdikelinefornew rcclamation.Meall、】v!hile,t11epaper considers Mile21 BWmodule aboutnonlinear def.orrnabilitv of、vave dimaction aIld tmnSmissiontoenumemtenumerical modeling,andcombiIledwithestinlatedmethod onwaVe协msmissioncoefficientofoutlet submergeddyke,then enufneratetlle waVe height distributionbemnd waVe—absorbingdyke.Compared physicalmodel,n啪ericalmodelcansimulatetlle、aVe hei曲t distributionabout Qingchuanbay feasibleforstudying dykelinefortherccl锄ation en西neering openco船t.Keywords:wave—absorbing dyke,Layoutof dyke linc,Physical model tcst, NllInedcalsimulation.BWmodule 学位论文独创性声明: 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外, 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作 的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示了谢意。如不实,本人负全部责任。 论文作者(签名): 学位论文使用授权说明 2008年6月 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电 子文档,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子 文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外, 允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布泡括刊登)授权 河海大学研究生院办理。 论文作者c签名,:纽垂 河海大学硕J:学位论文头部章绪论 头部章绪论 1.1概述 我国人多地少,尤以沿海省市更为严重,人均耕地不足一亩,有的地区仅 0.3~0.4亩,土地资源的匮乏制约了国民经济的发展和人民生活水平的提高。 为了解决这个土地不足问题,我国历史上就有围海造地的传统习惯。新中国成立 以来,围海工程有了更大的发展,围海工程规模日益扩大,从高、中滩围海发展 到低滩围海;从单一的农业开发发展到农业、工业、交通、水产、旅游、环境等 综合利用和协调发展,取得了巨大的经济效益和社会效益‘1H4m引。 我国大陆沿海岸线万多km,每年从长江、黄河、珠江等河流 挟带入海的泥沙约17.5亿t,其中大部分沉积在河口及其两侧海岸,使滩地不 断淤涨,陆地不断向海扩展,为围海造地创造了优良条件”1。 长期以来,我国一直在探索扩大土地的有效途径。新中国成立50多年以来, 我国共围海造地1.2万km2,至少解决了二千万人口的生存空问,并在围区土地上 建起了农业资源丌发基地,重要能源与工业企业,大型国际机场,休闲胜地,还 出现了多个全国百强县,充分说明了围海造地对推进国家经济建设和提高人民生 活质量起到了很大的作用”。。 我困围海工程建设取得了很大的进展。从被动地防护海岸免受潮浪的冲击 而转变为主动的向海要土地、要资源。开发目标从单一地为耕地而转变为农业、 工业、电站、机场、港区、石油基地、居民生活区、休闲场所等多目标开发。投 资、经营方式由“国家投资、农民投劳、谁围谁用”的模式转变为“多渠道投资、 多元化经营管理”的模式”。。 经多年的工程实践,我国围海事业在围海工程的规划、设计和施工各方面都 有长足的进步,对围海工程环境分析、围海工程规划、海堤设计与施工、海岸防 护、围海堵口、软基处理、保滩促淤等方面均创造了不少理论与方法,积累了丰 富的实践经验。 围海工程一般包括海堤、堵口、水闸三部分。海堤工程是围海工程的主体, 也是海岸防护的主要措施。它是保护海岸、河口地区不受暴潮、风浪、洪水的侵 袭的一种水工建筑物。海堤堤线的平面布置必须服从海岸带综合开发的利益,同 河海大学硕士学位论文 头部章绪论 时应考虑到对临近水域或地区的影响。尤其在河口地区海堤堤线平面布置要结合 河口整治的自然条件(地形、土质、水文、海岸动力等)和技术经济条件,满足 堤身安全、防洪、排涝、航运、水产及施工等方面的要求,力求提高工程的综合 效益,但不宜片面追求单位堤长所围面积较大而使堤线定位不当吲。 围海工程不单有土地效益,而且可以产生综合效益。围海与水产,早年曾有 过争论,但实践证明,原来生长在滩涂上的生物,围海以后在堤外淤积的滩涂上, 仍能形成其生长条件;而围海后发展的养殖业,却大大增加了沿海水产业的效益。 罔海与建港,根据“宜港则港、宜围则围”的原则,妥善解决了两者的布局关系 问题而合理安排的围海工程可以为港口提供大量的陆域用地。在河口整治线外进 行围海,实践已证明是河口整治的有效措施。围海结合海岸防护,可以缩短海岸 线,减轻防台、防潮压力。围海结合交通,使海岛与大陆相连有力的促进了海岛 经济的发展”。。 与围海工程有关的综合效益必须要在海堤堤线平面布置时论证清楚!本论文 根据福建省福鼎市潘岐头围海工程围区对防洪、排涝、水运、水产、渔船避风等 要求,综合协调各部门利益,采用数学和物理模型方法,研究海堤堤线滩涂资源 我国沿海滩涂分布十分广泛,据全国海岸带和海涂资源综合调查资料显示, 我国大陆的海岸线,自北起辽宁省鸭绿江口右岸,沿渤海湾、黄海、东海、南海 南至广西壮族自治区的北仑河口,总长1.8万多lUn。沿海有辽宁、河北、天津、 山东、江苏、卜海、浙江、福建、广东、广西、海南和台湾等12个省、市、自 治区。领海水域面积470104km2,其中潮间带面积21700km2(台湾均未统计在 内),并且在泥沙来源丰富的海岸带上沿海滩涂仍在淤长。沿岸港湾众多,长江、 黄河、淮河、珠江等入海大江大河,水流挟带大量泥沙,故水沙资源十分丰富, 海涂非常发育,开发利用前景良好嘲 据全国海岸带和海涂资源综合调 资源数量,从北向南呈阶梯状减少, 查统计资料显示,我国四大海区沿岸的潍涂 渤海沿岸占31.3%,黄海沿岸占26.8%,东 河海大学硕士学位论文头部章绪论 海沿岸占25.6%,南海沿岸占16-3%。按行政区划分,差别非常显著,江苏省滩 涂面积蕞多达51.28104hm2,山东省次之,有33.87104hm2,浙江省28.86 l04hm2,辽宁、福建、广东三省各约20104hm2,河北、广西各有7104hm2, 上海、天津和海南各有数万公顷。我国滩涂资源分布情况见表1—1‘“。 表卜l我国滩涂资源分布 区域内所占 岸段内所占 区域名称万公顷(104}皿2) 比例(%) 面积(%) 辽宁 24.18 35.5 河北 11.O 16.2 渤海沿岸 天津 5.87 8.6 31.3 26.9939.7 小计 68.04 6.8811.8 黄海沿岸 江苏 51.32 88.2 26.8 小计 58.2 上海 6.15 11.1 浙江 28.86 52.0 东海沿岸 25.6 福建 22.48 36.9 小计 55.49 广东 20.42 57.8 海南 4.89 13.8 南海沿岸 广西 10.05 28.4 16.3 小计 35.36 总计 217.03 1-2.2围海开发目标与效益 沿海各省、市、自治区围海情况(见表卜2)‘33 1、我国围海开发的目标[31 (1)种植业开发; (2)养殖业开发; (3)制盐业; (4)水资源开发; (5)港口码头开发。 (6)工业开发; 河海大学硕士学位论文 头部章绪论 (7)旅游业开发; )房地产业及相关产业开发围海开发效益‘踟 )滩涂围海促进盐业的发展 (2)滩涂围海促进耕地“占补平衡”; (3)滩涂圈海促进粮食的发展; (4)滩涂围海促进水产养殖业的发展; (5)滩涂围海促进了林、果的发展; (6)海堤有效地保障了人民生命财产安全。 3、主要围海工程 我国主要的围海工程有: (1)上海石化总厂自1972年开始,在杭州湾北岸围涂造地,到1990年先 后围海六期,围海面积达17000亩,建立了我国蕞大的石油化工生产基地。 (2)1976年在浙江省乐清湾堵港,兴建我国蕞大的江厦潮汐发电站。 (3)1983~1985年,在长江口南岸、吴凇口以西岸段,围涂造地兴建了我 国蕞大的现代化钢铁厂——上海宝山钢铁厂以及配套的石洞口电厂,并利用海涂 围地兴建水库,解决工业生产及生活用水。 (4)1983年我国头部个核电站——浙江秦山核电站,在杭州湾北岸建设海 堤全长1818m,围地850亩,作为电厂附属企业用地。 (5)1990年为改善上海市供水条件,上海市自来水公司在宝钢水库下侧兴 建了陈行水库,水库围涂面积2400亩,总库容830万m3,为上海市月浦水厂的 水源地,供应市区生产及居民生活用水。 (6)中国船舶总公司投资1.3亿元,在浦东外高桥岸段Om线kIIl,将暗沙中的粉土吹填入围堤,使滩面升高至5,造地1575亩,建成上 海蕞大的修船基地,年造船能力达90万吨。 (7)曹妃店围涂工程(在建),北京首钢搬迁所在地,垦区开发建设以大码 头、大钢铁、大化工、大电能等“四大”主导产业为核心: 计划建设4各25万吨级矿石码头、2个30万吨级原油码头、16个5至 10万吨级煤炭码头、1个10万吨级LNG码头; 河海大学硕十学位论文头部章绪论 由首钢、唐钢结合在曹妃店建设1500万吨精品钢材生长基地; 计划建设1500万吨的华北原油储备基地; 计划建设460万千瓦大型火力发电,一,并实行工业区集中供热。 (8)温州浅滩围垦工程(在建),新型的连岛工程,一期工程已围涂3.05 万亩;二期工程围涂9.6万亩。随着该工程的建设实施,温州城市发展空问将向 东延至洞头诸岛,可新增包括洞头诸岛在内的200多平方公里的发展空间。同时, 浅滩工程将使温州城r再的格局将由滨江城市转向滨海城市,洞头区域将崛起成为 特大型城市旅游休闲基地。 河海』=学硕上学位论文 头部章绪论 表1.2沿海各省、市、自治区围海情况 地区堤线长度 F同海面积(万亩) 开发利用面积(万亩) 备注 自治区 (km)共计 其中水域 共计 其中水域 14J9.9 169.1 120.3 46.2 丹东 97.5 12.7 113 30 1.堤线长度和 围海面积统汁到 lll67lOl8 92.1 37.8 1995年(1998.8 辽宁 3303.4 1.5 05 月份报来) 盘锦 114.O 41O 1l 412.利用面积统 锦州 217 4.0 计到1992年 葫芦岛 37.O 6.2 42 O.7 548.3 183.5 21.2 180.6 20.5 秦皇岛 689 32,5 325 乐亭 54.0 20.O 20.0 河北 滦南 92.3 30.O 177 29.6 17.3 统计到1992年 唐海 119.2 50.3 50.3 丰南 1135 48l 0.9 45.6 0.6 黄骅 100.4 2.6 2.6 26 2.6 59.7 8.7 2.0 8.7 20 汉沽区 23.3 1.5 1.5 1.5 天津统计到1998年 塘沽区 128 4.3 0.5 43 O5 人港区 23.6 2.9 2.9 1160 250.4 滨州地区 168.5 32.O 1.用涂面积和 东营市 172.5 88.O 堤线 海地带滩涂地总 山东 威海市 13.9 2.0 青岛市165.6 12.0 2.分市数根据 1994年《山东省 109.55.0 滩涂工程开发现 实验场 0.1 状和设想》 军区盐场 2.O 其他 150 2234 1128.3 323-3 300.O 江苏 赣榆县 152.2 21.2 21.2 统计到1998年 连云港市区 98.4 35.4 354 河海大学顾十学位论文头部章绪论 续表1—2 地区堤线长度 围海面积(万亩) 开发利用面积(万卣) 备注 自治区 (km)共计 其中水域 共计 其中水域 灌云县 69.9 22.2 22.2 响水县 94.1 36.4 36.4 滨海县 76.4 19.8 18.7 射阳县 118,1 49.2 47.6 大丰县 139.5 62.1 51.5 江苏 东台县 118.9 26.9 18.6 统计到1998年 海安县 6.0 2.5 2.3 如东县 126.6 33.O 31.3 通州市 12.7 2.8 2.S 启东市 96.9 9.9 9.9 海门市 18.8 2.0 2.O 467.7 117.7 崇明岛 78,9 宝山 6.5 上海 浦东 2.7 统计到1998年 南汇县 9.3 奉贤县 171 金山县 3.2 1223.7 241.16 176.62 30.56 0.730.73 海盐县 O.79 0.7l 海宁市 704 404 3.19 1.37 1.围涂面积统 杭州市区 57.2 12.99 9.38 032 计到1998年 萧山市 160.1 50.54 35.09 5.J0 2.堤线年,其 浙江 上虞市 71.4 25.93 1218 467.9km,万亩以余姚市 11.8 384 3.44 O60 下围区755.8km, 慈溪市 59.6 19.70 8.47 O24 合计1223.7h 钲海区 4.5 2.94 2.80 北仑区 5.70 5.12 O.25 10.10.95 O.32 奉化市 O.74 0.60 O.13 河海大学硕士学位论文头部章绪论 续表1—2 地区堤线长度 围海面积(万亩) 开发利用面积(万亩) 备注 自治区 (km)共计 其中水域 共计 其中水域 宁海县 29 10.80 916 90象山县 7.7 13.77 921 三门县 14.4 10.8l 9.78 48临海市 70 52l 4.96 034 椒江区 304 2.58 030 路桥区 31 483 397 044 温岭市 9.1 12.5l 989 10玉环县 452 499 10乐清市 4.95495 246 浙江 永嘉县 067 0.10 鹿城区 O.52 O.52 033 瓯海区 2.78 2.78 2.1l 瑞安市 36l 2.75 49平阳县 068 0.65 018 苍南县 98062 定海区 586 539 51普陀区 3.7 5.97 5.22 49岱山县 13.0 6.61 6.32 1.26 洞头县 0.75 O.61 1048 128.7 17.6 119.6 13.0 宁德地区 180 17.1 2.6 15.8 2.4 福州市 235 45.2 5.7 42.7 4.9 福州 22517.2 1.7 15.4 1.0 统计到1998年 泉州市 158 16.5 1.7 15.1 1.1 195197 3.3 17.8 2.1 厦门市 55 13.0 2.6 12.8 1.5 22146 3050 81.9 潮州市 44.4 14.8 汕头市 158.3 15.0 广东 统计到1998年 揭阳市 54.O 3.5 汕尾市 182.0 18.O 惠州市 51.0 5.0 河海』=学硕士学位论文头部章绪论 续表1—2 地区堤线长度 嘲海面积(万亩) 开发利用面积(万亩) 备注 自治区 (km)共计 其中水域 共计 其中水域 深圳市 】95.1 13.7 东莞 16.7 2.7 广州市 52.5 16.4 中山市 195 4.2 广东 珠海市 262.2 47.9 统计到1998年 江门市 2854 204 阳江市 162.O 14.6 茂名市 16.0 93 湛江市 7155 119.6 3235 48.7 5.2 40.1 3.1 北海市 263.8 34,O 28.3I.9 广西 统计到1998年 钦州市 458 7.8 0.9 59 05 防城市 13.9 69 1.4 5.8 07 海南 189.8 13.9 13.9 I.67 统计到1998年 台湾 待补 香港 待补 澳门 待补 总计 97835 ”90.2 1.2.3围垦滩涂与河口治理相结合的工程实例 在河口整治线外进行围海,实践证明是河口整治的有效措施,以钱塘江海涂 围垦为例:钱塘江河口的滩涂,大片分布在河流的两侧,由于涌潮和急流的冲刷, 两侧滩地时涨时坍,河道主槽迅速迁徙,频繁摆动,航线多变。海宁盐官镇上下 游各约30km河段内,是河槽摆动蕞为频繁、滩地面积蕞大的河段,几个月时间 内,河槽线可从一侧岸边移至另侧岸边,随着一侧滩地冲刷坍失,另侧则淤涨出 大片滩地。”。如兴建围垦工程,即可以防止滩地坍失,也可以缩窄高水河宽,减 少低水主槽的摆动幅度,相对稳定航线,为达到整治目的,首先要正确选定堤线、在江道治理规划岸线之内,根据江道形势,预估堤线外侧的主槽演变趋 势和迁移速度,选定堤线。 河海大学硕十学位论文头部章绪论 2、即要尽量扩大围涂范围,又要与主槽离开适当距离,保证在围堤施工期 间,主槽不致临逼堤脚,威胁堤身安全。 近20多年来,钱塘江河口两岸共围涂80万亩,其中南岸64万亩,北岸16 万亩,成为工农业用地的土地资源,达到了河口整治与围海工程的有效结合…。 1.3国外围海工程进展 同本是典型的海洋国家,平原面积狭窄,矿产资源匮乏,发展困难,但同本拥有漫长的海岸线,广阔的滩涂资源,向海洋扩展土地,以追求土地的蕞佳利用。 明治维新前,以农业为主的围海屯田,在大和政权时期,利用海洋就成为统 治者治国安民的重要国策。进入江户时期,以农业与盐业为目的的围海造田活动 已经具有相当的规模。明治维新以后,日本进入工业化与军国主义扩张的阶段, 为了克服资源短缺这’‘弊端,同本提出了以填海建厂为途径的独具岛国特色的现 代工业布局理论。据估算,从明治、大正到昭和20年(1945年),全日本临海 造地约14500公顷,东京湾、大阪湾及北九州市等都以原有的港口海湾为中心填 造了大量土地,形成了支撑日本经济的“四大丁业地带”。二战以后,四大工业 带的生产能力得到迅速恢复和发展,渐渐在太平洋沿岸形成了一条长达looO余 公里的沿海工业地带,即“环太平洋带状工业带”。与此同时,为解决战后的粮 食短缺问题,以增加粮食产量,推广现代化农业为目的的大规模围海屯田也占相 当比例。 日本海洋开发建设协会提出的21世纪海洋开发9大建设项目,总投资近40 万亿目元,包括海上人工岛、海上航空港、海底隧道、海洋牧场、海上货运机场、 海上疗养院、海底粮食储备基地、海洋能源开发和横穿半岛运河等项目。 日本现已建成了一座神户人工岛海上城市,日本建筑师还提出了”海上东京 城”的设计方案,该方案将城市居住区与城市的管理和商业部分布置在东京湾上, 它们之间有桥梁相连。 世界上蕞早的海上机场是同本于1975年建造的长崎海上机场,该机场一部 分地基利用自然岛屿,一部分也是填海造成。 lO 河海大学硕上学位论文 头部章绪论 2、荷兰 荷兰海岸线公里,全境以平原为主,地势低洼,约有一半面积在海平
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