海滩养护与修复技术指引征求意见稿国家海洋局第一海洋研究所.docx

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海滩养护与修复技术指引征求意见稿国家海洋局第一海洋研究所

HY

中华人民共和国海洋行业标准

HY/TXXX—XXXX

海滩养护与修复技术指南

TechnicalguideforbeachnourishmentandrestorationinChina

XXXX-XX-XX发布

XXXX-XX-XX实施

国家海洋局发布

前  言

本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。

本标准由国家海洋局提出。

本标准由全国海洋标准化技术委员会（SAC/TC283）归口。

本标准主要起草单位：

国家海洋局海岛研究中心，国家海洋局第三海洋研究所。

本标准主要起草人：

蔡锋、刘建辉、戚洪帅、曹惠美、雷刚、李兵、张弛。

目    次

海滩养护与修复技术指南

1　内容与适用范围

本标准规定了海滩养护与修复选址要求、养护和修复基本流程、工程前期调查、养护和修复设计、施工和后期监测。

本标准适用于海滩养护与修复相关的工程设计、施工与监测。

本指南的适用范围包括天然砂质海滩、人工砂质海滩、人工护岸海滩等。

2　规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB3097-1997海水水质标准

GB/T12763.6-2007海洋调查规范第6部分:

海洋生物调查

GB17378.2-2007海洋监测规范第2部分：

数据处理与分析质量控制

GB17378.7-2007海洋监测规范第7部分：

近海污染生态调查和生物监测

GB/T14914-2006海滨观测规范

GB/T15920-2010海洋学术语物理海洋学

GB17378.2海洋监测规范数据处理与分析质量控制

GB17378.3海洋监测规范样品采集、贮存与运输

GB17501-1998海洋工程地形测量规范

GB/T18190-2000海洋学术语海洋地质学

GB18668-2002海洋沉积物质量

JTS257-2008水运工程质量检验标准

SL260-1998堤防工程施工规范

3　术语和定义

GB/T18190-2000和GB/T15920-2010规定的以及下列术语和定义适用于本标准。

3.1

人工海滩

通过人工补沙手段，并辅以海岸工程设施等，在原来无海滩发育的海岸，所塑造形成的新生海滩。

3.2

海滩养护

由于自然供沙不足或动力变化等原因导致海滩发生侵蚀，为了保护海滩，将异地与原海滩砂粒级相近的沙通过水力或机械手段搬运到原海滩的一定位置，迅速增加平均高潮位以上海滩后滨的宽度，并在必要条件下辅以丁坝或顺岸潜堤等海岸工程。

当海滩流失量超过50%时须进行补沙再养护。

3.3

海滩修复

原海滩由于各种人类活动而遭受破坏或消失，海岸带已丧失海岸灾害防护功能、生态功能和旅游价值，为了恢复海滩系统、修复海滩景观、改善海岸带生态环境，通过补沙和工程措施来修复被破坏的海滩。

3.4

砂泥分界线

在弱动力环境的海滩潮间带和潮下带附近通常会出现砂泥过渡地带，过渡带中沉积物性质变化最显著的位置为砂泥分界点，分界点的连线构成砂泥分界线。

3.5

泥沙相容性

泥沙相容性是指养护砂与天然海滩砂的对比程度，也包括养滩区生物对新沉积物的适宜性，可简单归结为天然海滩砂与养护用沙的相对粒度（大小属性）的相似性。

3.6

取沙区

取沙区是指用于采沙的离岸或近岸的区域。

3.7

单宽抛沙量

单宽抛沙量是指海滩沿岸单位长度上的养护砂量，通常用m3/m来表示。

3.8

闭合深度

海滩剖面季节性有效波动的向海界限，即波浪所能作用到海底泥沙几乎不运动的最大水深，可用简易公式

计算，其中

为0.14%大波波高，

为闭合水深。

3.9

静态平衡岬湾海滩（充分发育岬湾海滩）

充分发育的岬湾海滩是指岬湾所发育的海滩平面形态基本稳定，泥沙物源相对充足且成独立体系，已达到自我平衡状态。

3.10

非静态平衡岬湾海滩（不充分发育岬湾海滩）

非静态平衡岬湾海滩是指由于海岸工程、供沙减少等各种人类活动和自然过程影响而造成的岬湾内海滩发育不稳定，未能形成一个稳定的岬湾海滩形态。

4　海滩养护和修复选址要求

4.1　符合既定规划

海滩养护和修复选址要符合如下规划要求：

——海洋功能区划；

——海洋主体功能区规划；

——海域使用规划；

——海岸线开发利用规划；

——生态红线规划；

——海岛保护规划；

——城市建设规划。

4.2　具备海滩发育动力条件

近岸波浪运动活跃，水动力作用较强，波浪动力和潮流动力的耦合作用下适宜于形成不同类型海滩形态。

4.3　掌握海滩演变历史

掌握海滩演变历史需要考虑以下三点原则：

——对于需要养护和修复的受损海滩，要分析海滩受损原因、了解海滩受损程度和演化过程，评估海岸背景侵蚀率；

——对于需要改善海滩质量、增强海滩的容纳能力、提高旅游吸引力的海滩，要考虑海滩增宽、加长或者沉积物粒径变化情况下的海滩演变趋势，预测养护海滩后退速率、侵蚀热点以及剖面的变化，结合物模和数模给予验证；

——对于新建人造海滩的岸段，要分析海滩发育或维持海滩的动力因素、沉积特征，并结合物模和数模给予验证。

4.4　海滩环境及水质条件

海滩浴场

4.4.1.1海水水质：

不低于GB3097-1997规定的第二类海水水质的要求；

4.4.1.2海滩沉积物质量：

符合GB18668-2002规定的第一类海洋沉积物质量的要求；

4.4.1.3海滩动力环境：

波浪适中、无暗流（裂流）。

旅游景观海滩

4.4.2.1海水水质：

不低于GB3097-1997规定的第二类的海水水质的要求；

4.4.2.2海滩沉积物质量：

不低于GB18668-2002规定的第二类海洋沉积物质量的要求。

5　海滩养护和修复基本流程

遵循图1所示流程。

图1海滩养护和修复基本流程

6　工程前期调查与分析

6.1　工程前期分析内容

包括工程区近岸动力环境分析、海滩动力地貌分析、海滩沉积环境分析、近岸生态环境分析、人类活动影响分析等。

需开展以下调查。

6.2　海岸动力环境调查

应符合表1规定。

表1海岸动力环境调查基本项目及要求

调查项目

调查要求

波浪

观测时间：

近5年内不少于1年的连续观测。

站位布设：

养护或修复区附近海域水深10m-15m处为宜。

观测技术要求：

按GB/T14914-2006执行。

海流

观测时间：

近5年内不少于6站的大、小潮观测。

站位布设：

近岸平行海岸线布设，观测站密度不少于1站/km。

观测技术要求：

按GB/T12763.2-2007执行。

悬沙

观测时间:

大、小潮共2次不少于25小时全潮连续观测。

站位布设:

近岸平行海岸线布设，不少于2条垂直岸线断面。

观测技术要求：

按GB/T12763.2-2007执行。

潮位

观测时间:

近5年内不少于1年的连续观测。

观测技术要求：

按GB/T12763.2-2007执行。

风

观测时间：

不少于1年的连续观测，原则上与波浪观测同步。

站位布设：

养护或修复区海岸开敞处。

观测技术要求：

按GB/T14914-2006执行。

收集养护或修复区海域不少于新近10年风速、风向资料。

区域海平面

收集区域不少于最近30年海平面变化资料。

6.3　沉积物调查

应符合表2规定。

表2海岸沉积物调查基本项目及要求

调查项目

调查要求

海滩沉积物变化监测

位置：

取样剖面同监测剖面，取样位置至少包括滩肩、高潮带、中潮带、低潮带等代表性部位，可根据现场特点增加采样数。

取样深度：

表层～20cm。

取样时间：

原则上与岸滩测量同步。

海底沉积物变化监测

取样密度：

工程区由海向陆采样密度逐渐增大，不少于10个/km2。

取样深度：

表层。

取样频率：

不少于1年2次，冬夏季节各一次。

海滩沉积物厚度调查

调查方法：

利用槽探或钻探，调查沙滩沉积物厚度。

位置：

至少包括滩肩、高潮带、中潮带、低潮带等代表性部位，可根据现场特点增加钻孔或探槽数，以砂粒沉积物厚度作为海滩沉积物厚度标准。

海滩沉积物

沙泥分界线调查

调查方法：

利用高精度测量设备获取沙泥分界线平面位置和高程。

位置：

滩面沉积物砂、泥过渡地带。

6.4　地形地貌与工程地质调查

应符合表3规定。

表3海岸地形地貌与工程地质调查基本项目及要求

调查项目

调查要求

地形测量

测量范围：

海滩养护或修复区域岸线向海延伸至7m等深线以深（或闭合水深以深）。

测量比例尺：

水下地形不低于1:

5000；岸滩地形一般为1:

1000。

测量技术要求：

按GB/T12763.10-2007执行。

岸滩剖面地形监测

测量范围：

海滩养护或修复区的后滨向海至平均低潮水深0.5m以深。

断面布设：

断面垂直水边线布设，密度不少于4条/km，基点固定。

测量频率：

不少于1年周期，不低于每季度1次，台风作用后加测。

测量技术要求：

按照GB17501-1998执行。

岸线变化监测

测量范围：

海滩养护或修复区所在的海岸单元范围内海岸线。

测量比例尺：

1:

200。

测量频率：

不少于1年周期，不低于每季度1次，台风作用后加测。

测量技术要求：

按照GB17501-1998执行。

工程地质调查

调查范围：

海滩养护或修复工程需修建辅助人工构筑物的区域。

调查技术要求：

按照GB12763.11-2007执行。

6.5　底栖生物调查

应符合表4规定。

表4海滩底栖生物调查基本项目及要求

调查要素

底栖动物、底栖植物的种类组成、数量（栖息密度、生物量或现存量）及其水平分布和垂直分布。

调查密度

通常在高潮区布设2站、中潮区布设3站、低潮区1站或2站；

在滩面较窄的潮间带，在高潮区布设1站、中潮区布设3站、低潮区1站。

调查周期

通常按春季、夏季、秋季和冬季进行一年4个季度月调查；

根据不同要求可选择春、秋季两个季度月进行调查。

调查时间

潮间带生物采样必须在大潮期间进行；

或在大潮期间进行低潮区取样，小潮期间再进行高、中朝区的取样。

技术要求

硬相（岩石岸）生物取样，用25cm×25cm的定量框取2个样方；在生物密集区取样，采用10cm×10cm定量框取样；

软相（泥滩、泥沙滩、沙滩）生物取样，用25cm×25cm×30cm的定量框取4个样方至8个样方。

同时进行定性取样与观察，定性取样在高潮区、中潮区和低潮区至少分别取1个样品。

6.6　水质环境质量调查

应符合表5规定。

表5近岸海域水质调查基本项目及要求

调查指标

常规近岸海域水质调查内容为悬浮体浓度、油类、pH、溶解氧。

可根据现场特点，适当增加相关内容。

调查范围

工程区域沿涨落潮主流向两侧各外扩3km水域。

调查频率

一年四季，每季度一次。

取样层次

表层、中层、底层。

技术要求

按GB/T12763.2-2007执行。

6.7　人类活动和海岸演变调查

应符合表6规定。

表6近岸人类活动和海岸演变调查内容

调查项目

具体内容及要求

围垦填海

范围：

工程区内及毗邻上、下游区域2km内

内容：

围垦区域范围、围垦时间；

要求：

收集近50年围填海资料，并对当前围填海区域界址点开展测量工作。

海岸工程建设

范围：

工程区及毗邻上、下游区域2km内

内容：

海岸工程类型、建设时间、建设位置；

要求：

收集近50年海岸工程建设资料。

养殖

范围：

工程区及附近海域

内容：

养殖时间、养殖种类、养殖区域；

要求：

收集当前及历史养殖资料。

人工采砂

范围：

工程区及附近海域

内容：

采砂时间、采砂地点、采砂量、采砂沉积物特征；

要求：

收集所有人工采砂资料。

沉积地貌

范围：

海滩后缘至闭合深度

内容：

海滩系统的地形、地貌、沉积物类型分布；

要求：

收集海滩地形地貌和沉积特征资料。

入海河口

范围：

对工程区有影响的入海河流河口区

内容：

海滩养护与修复区附近河流入海泥沙变化；

要求：

收集入海河流近50年水文、泥沙资料。

7　海滩养护和修复设计

7.1　海滩剖面设计

设计公式

养护和修复海滩剖面设计推荐遵循Dean（1977）的海滩平衡剖面计算公式如下：

公式中h为深度（m），y为离岸距离（m），A为海滩剖面尺度系数，A=0.067w0.44，w=14D1.1，D为沙粒的平均直径（mm）。

设计要点

海滩横向剖面的设计需要考虑以下几点：

（1）海滩的天然剖面形态类型主要为低潮阶地型和完全耗散型（分类参见Masselink&Short，1993），亦可见它们之间的过渡形态（如图2），海滩剖面形态的设计需参考其原始形态和邻近岸滩剖面形态特征。

（a）低潮阶地型（b）低潮沙坝/裂流型（c）完全耗散型

图2海滩基本形态类型

（2）在动力条件较弱的海湾进行海滩剖面设计时，为防止或减缓岸滩的“泥化”趋势，可适当增加养滩沉积物粒径以取得较大坡角；

（3）一般养护或修复海滩放坡多选择1/10～1/30的范围；

（4）参考常见天然海滩条件，一般推荐平均高潮～平均低潮范围滩面宽度以80～100m为宜；

（5）推荐滩肩宽度以30～60m为宜；

（6）动力较弱的海岸环境，可对原岸滩向海一侧进行适当清淤，以塑造稳定的海滩剖面。

7.2　平面形态设计

设计依据

岬湾海滩养护与修复的平面设计一般遵循静态海湾平衡形态，通过辅助人工海岸工程以实现养滩后海岸线的新平衡。

推荐Hsu&Evans（1989）的抛物线模型进行平面形态设计，其方程表示如下：

其中，Rn为任意极半径；θ为相应的极角；R0为控制线的长度；β为波峰线和控制线的夹角（如图3）。

图3抛物线海岸平衡模式（HsuandEvan，1989）

C1、C2、C3是β的函数，其中，β的范围为10º～80º，各函数表达式如下：

C1=0.0707－0.0047β＋0.000349β2—0.00000875β3＋0.00000004765β4

C2=0.9536＋0.0078β－0.00004879β2＋0.0000182β3－0.000001281β4

C3=0.0214－0.0078β＋0.0003004β2－0.00001l83β3＋0.00000009343β4

设计过程

充分发育的海滩设计

首先通过角度αmin=f（Y/Ls）来确定下游端控制点P0（其中，Y是绕射控制点到海滩岬湾岸线切线的距离，Ls是近岸波长），并得到R0和β，接着应用Hsu&Evans（1989）的抛物线方程来计算平衡形态。

不充分发育的海滩设计

假设该不完全发育海滩是完全发育海滩的一部分，设计步骤如下：

（1）确定控制线的波浪前缘方向，波浪前缘与该区的波浪平均能量通量相适应；

（2）确定岸线上的一点Pc（θc>β,Rc）（如图4所示），先估计一点未来岸线的位置，确定海滩平衡剖面的外滨限制点PL，从PL点开始，根据平衡剖面公式来确定点Pc（θc,Rc）；

（3）确定控制点附近的波长Ls=f（hp,TS12），其中hp是波浪前缘靠近绕射点处的平均水深，TS12是周年最大12个小时波高（HS12）波浪的平均波周期；

（4）确定出假定充分发育海滩的Y值，其过程如下：

a）通过下游极限点（P0）来应用Y值；

b）用αmin=f（Y/Ls）来估计角度β，β=90°-αmin；

c）定义点P0，该点可以根据Hsu&Evans（1989）的抛物线方程所确定的R0来界定，

式中C0,C1和C2=f（β），Rc,θc通过Pc来确定；

d）用下式重新计算Y：

e）如果计算得到的

值与一开始所预测的Y值相差甚远，则应用步骤4；

（5）应用Hsu&Evans（1989）的抛物线方程，求出不同角度θ所对应的半径R。

7.3　海滩养护与修复人工构筑物设计

丁坝

丁坝应修建于养护或修复海滩沿岸输沙的下游段，还应与岸线形态相吻合构成人工岬角。

推荐入射主波向与丁坝之间的交角

为100°~110°；丁坝在水中的长度以岸线至破波点距离的40%~60%为最有效的设置距离。

离岸堤

离岸堤包括出水离岸堤和潜堤两种类型。

（1）出水离岸堤

其设计应遵循离岸堤背后养护海滩的岸线变化与影响因素之间的相互关系，其关系式如下：

式中

为离岸堤之背后沙嘴长度（m），B为堤长（m），

及

分别为深水波高及波长（m），

为海滩之前滩坡度，S为离岸距离（m），

为开口宽度（m），

为堤体的孔隙率（%）。

在上游有足够来沙的情况下，当离岸堤的离岸距离XB与堤长LB的比值在1~2时，堤后将形成由岸伸向海的沙嘴；当XB/LB<1时，沙嘴将发展成连岛沙坝（图4）。

图4离岸堤修建后的岸线变化

（2）潜堤

潜堤潜没水下，堤顶高程应低于最低低潮位面，适用于潮差较小的海岸区域。

潜堤波浪透射系数与堤顶在计算水位以上的高度之间的关系参照JTS154-1-2011。

人工构筑物结构设计

人工构筑物结构设计按照JTS154-1-2011执行。

7.4　滩肩高程设计

滩肩高程需要综合考虑当地的历史高水位高程、波浪爬高、陆上景观高程、现有海滩高程和相邻海滩高程以及养滩成本等多方面的因素来确定。

滩肩高程设计可用以下公式计算：

滩肩高程=设计水位（20年重现期）+波浪爬高

波浪爬高（R2）经验公式为：

其中H0为深水波有效波高，L0波长，βf为滨面坡度。

允许在极端天气时存在一定程度的漫滩。

7.5　补沙粒径选择

选择补沙沉积物粒径大小主要考虑以下几个方面的因素：

——原始天然海滩的沉积物粒径；

——附近相似海滩的沉积物粒径；

——工程区的波浪条件；

——取沙区的远近；

——取沙成本高低；

——工程的修复或养护目的；

确定补沙粒径大小的基本原则为填充沙粒径要等于或略粗于工程区天然海滩砂。

7.6　数值模拟预测

目前对于不同类型的海岸演变预测,本技术指南推荐的数值模型如下:

——人工海滩岸线短-中期演变模拟，代表性模型有UNIBEST-TC，CROSS，Xbeach，SBEACH，CROSPE和NearCoM；

——人工海滩岸线长期演变模拟，一般采用GENESIS模型和ONELINE模型；

——近岸水动力模拟和海滩恢复工程模拟，一般采用CMS（CoastalModelingSystem）和Delft3D海岸工程模拟软件；

7.7　取沙区选择

考虑因素

取沙区的选择主要考虑离工程区距离的远近、取沙成本高低、沉积物组分含量、取沙区沙量多少以及取沙活动对海岸环境的影响程度等因素。

一般设计海滩养护工程时就要考虑寻找一个或多个砂质量和体量符合要求的取沙区。

取沙区类型

一般推荐的取沙区类型及其特点见表7。

表7取沙区类型及其特点

取沙区类型

特点

滨海内湾

运程短，价格便宜，但常含一定量的细粒成分，对近岸环境影响较大，砂量可能不足。

潟湖

三角洲

航道港口疏浚沙

滨外（闭合深度以外）取沙区

运程长、费用高、对环境影响相对小。

沙源调查

海滩养护与修复所使用砂质沉积物主要来源于两个方面，包括海砂资源开采和河道采砂。

海砂资源调查通常分为两个阶段，首先对取沙区表层沉积物采集，在获得满意结果后，第二阶段则结合钻孔探测和浅地层剖面调查等手段来确定取沙区形态特征和范围（调查过程按照GB/T12763.11-2007），最终确定取沙区砂体的质量与储量。

海滩养护与修复通常采用海砂，部分工程可用陆源沙，陆源沙调查标准参照SL383-2007执行。

本标准主要介绍海砂沙源调查。

7.8　补沙量计算

通常可通过设计的养护与修复海滩地形和原始海滩地形之间的体积差异来计算需要填充沙体方量，施工补沙量需要考虑施工过程以及海滩养护后的沙体的自然调整和流失，一般推荐实际施工补沙量为理论计算补沙量的1.5倍。

8　施工

8.1　施工准备

总则

施工单位开工前应对合同或设计文件进行深入研究并应结合施工具体条件编制施工设计。

开工前应做好各项技术准备并做好各种设备和器材等的准备工作。

应根据水文气象资料合理安排施工计划。

临时施工辅助工程

做好海岸环境勘查工作，确定临时辅助工程如临时航道、码头、输运通道等的位置、大小、形态，并做好其设计、施工方案。

做好现场勘定工作，取沙区和堆放场地应少占滩地，且做好安全警示工作。

施工设备准备

施工船只、抽沙设备等施工机械、工具设备及材料的型号规格技术性能应根据工程施工进度和强度合理安排与调配。

8.2　挖沙与抛沙

采砂船挖沙

绞吸式挖沙

绞吸式挖沙适用于抽取厚度大于1.5m以上的沙层，其操作示意见图5。

图5绞吸式挖沙过程示意

耙吸式挖沙

耙吸式挖沙主要适用于在海滩养护工程不远处的取沙区挖沙，在采砂船装满后直接开至补沙区域，通过管道进行抛沙，其操作过程见图6。

图6耙吸式挖沙过程示意

传送带抛沙

传送带抛沙适用于将采砂船上大量沙传送到海岸指定地点，其主要操作过程见图7。

图7传送带抛沙过程示意

8.3　补沙方式

补沙方式主要有干滩补沙、滩面补沙、水下补沙和沙丘补沙等四种，其基本特征如表8所示，推荐海滩养护和修复的主要补沙方式为干滩补沙和滩面补沙。

表8不同补沙方法及其特征

补沙方法

图示

特点

干滩补沙

增加宽度

优点：

增加干滩宽度，造滩效果显著，便于施工，用沙量省，运程短，见效快。

缺点:

剖面后续调整较大，向海流失快。

海滩滩面补沙，塑造平衡海滩

优点：

增加干滩宽度，塑造平衡剖面，长期效果好。

缺点：

抛沙技术难度大，不易施工。

近岸补沙，构建水下沙坝链

优点：

滨外浪小，抛的沙运移少，可以逐渐补充海滩；水下沙坝可以起消浪作用，使海滩浪力减弱，利于堆沙。

缺点：

用沙量大；短时间内难以展现养滩效果。

沙丘补沙，构筑滩顶沙丘

优点：

阻挡风暴浪期间沙的越顶迁移，植物固丘提高海滩上部的抗冲力和扩大旅游休闲场所；风浪侵蚀滩肩期间，沙丘沙不断补充海滩。

缺点：

用沙量大，自外海输运，运线长，造价高。

实际施工一般是干滩补沙和滩面补沙两种方式的结合。

8.4　辅助海岸工程及其他水工建筑施工

海岸工程和水工建筑的施工应符合SL260-98的要求。

8.5　质量控制与验收

总则

施工单位应建立完善的质量保证体系，建设监理单位应建立相应的质量检查体系，分别承担工程质量的自检和抽检任务，实行全面质量管理。

工程质量检测人员须具备相关资质，工程质量检验的职责范围、工作程序、事故处理、数据处理等应符合工程施工质量评定规程。

应保证检测成果的真实性，严禁伪造或任意舍弃检测结果；质量检测记录应妥善保存，严禁涂改或自行销毁。

填沙质量控制

在现场以目测、手测法为主来判断海滩填充砂的含泥、含贝壳量，并根据判断确定是否增加采样测试频率。

垫层砂每10000m3取1组3个试样，表层砂每2000m3取1组3个试样进行含泥量、含贝量及不合格砂含量测试。

填沙形态质量控制

标高：

滩面设计标高误差不大于+50mm；

坡度：

不大于设计施工坡度设计值。

辅助海岸工程及其他水工建筑验收

参照SL260-2008的规定对辅助海岸工程及其他水工建筑验收。

9　监测

9.1　监测准备

在监测计划实施之初须设立监测基准线，推荐监测基线设立位置为人工护岸（海滩后滨为人工护