星海湾人工海滨浴场的规划设计研究

资源类型:pdf 资源大小:866.00KB 文档分类:工业技术 上传者:邹巧柔

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【作者】 宋向群  郭子坚  陈士荫 

【关键词】人工海滨浴场 海滩剖面 固滩 景观规划 海岸整治 

【出版日期】2005-04-30

【摘要】对我国第一个人工海滨浴场规划设计中所遇到的关键问题, 进行了具有可操作性的研究。在研究中, 海滩物质采用一次充填, 用建筑物固定使之不流失的办法, 将陆域填筑的河西区南部岸线一分为三, 修建成为互不关联的三个海滩, 每个海滩分别用T形防波堤、L形防波堤以及潜堤等建筑物加以固定。研究的重点是海滩岸线平面形状、海滩剖面形状和固滩建筑物的布置。另一方面, 景观设计按多种要素进行设计, 考虑了提供多功能、多层次的开放游憩空间。该规划设计创立了通过海岸环境整治和景观生态设计, 形成环境、景观与城市相和谐的城市经营与开发模式, 对于我国港口及海岸工程建设具有较大的示范意义。

【刊名】土木工程学报

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1 引言星海湾海岸位于大连市南部重点风景区的西段,东面是风景秀丽的滨海路, 西面是星海公园与海水浴场。岸线总长2km, 东端有马栏河入海, 该河道是大连市西南地区一条重要的排洪及排污河道。整治前,海岸上分布着水产养殖公司等十余个单位, 近岸水域则是水产养殖场的广阔养殖海域; 由于多年来未加治理, 海滩长期受到马栏河污水的严重污染, 海滩及海床底质以及海水水质严重超出污染标准; 由于随意倾倒建筑垃圾, 海滩上夹杂大量的碎石、破砖, 大部分海滩已被废弃的建筑材料所覆盖; 岸线凹凸不齐, 地面高低不平, 海岸上各种建筑物杂乱无章, 除了马栏河外, 海滩上还散布多个小型排污口; 脏、乱、差俱全, 是整个南部风景区一个突出的落后环节。为彻底消除污染源, 大连市政府实施了马栏河排污工程, 对马栏河进行了整治改造, 同时决定对该段海岸整治改造。星海湾近岸区水深较浅, 底坡较缓, -1m等深线以内的坡度为1∶400, 波浪相对较小。为填海造地,填海压污提供了有利条件。作为海岸整治工程的一部分, 规划设计我国第一个人工海滨浴场, 既发展了城市旅游业, 也为整治海岸环境提供了一个开发模式。规划的星海湾改造工程主要包括:(1) 从养殖公司的西突堤到南大亭约1700m范围内填筑形成新岸线。(2) 在新岸线背后填筑89 6万m2 的陆域。(3) 在新岸线前充填砾砂, 形成岸线总长度为1400m的新的大型人工海水浴场。在国际上, 有很多国家进行过海岸整治项目, 如法国地中海的朗格多克—胡西昂海滨胜地, 那里原本是一片人迹罕至的荒僻海岸, 经过规划设计人员的统一规划、综合开发, 建成了八个海滨旅游疗养基地,被誉为开发落后地区和领土整治的成功范例。但是,在星海湾整治工程之前, 我国尚未有建设人工海滨浴场的先例。2 总体布置研究除了一般的工程方面的要求外, 本项工程总体布置的重要原则是: 要能满足改造环境、扩大新区陆域以及建设新的旅游风景点的三大功能要求; 保护环境、防止工程污染及满足美学上的要求。星海湾人工浴场工程布置见图 1。陆地填筑前沿大致沿-5m等深线布置, 建筑物所在处达-6 5m等深线。海岸填筑范围西端达水产养殖公司的西突堤西沿, 东端达南大亭山崖, 直线距离约 1700m。由于马栏河入海, 填筑区分为河东区与河西区。河西区为主要填筑区, 其西端突出于原岸线 476m, 东端突出于原岸线725m, 可形成陆地85 7万m2。河东区是新马栏河与南大亭山崖之间的狭长地带, 成陆面积仅 3 9万m2。两者合计89 6万m2。陆地填筑高程为+4 50m。为了避免污染海域,先以抛石修筑围堤, 外坡为 1∶1 5, 内坡为 1∶1, 在内坡上铺以片石和倒滤层。河西区围堤总长 2450m河东区围堤总长 760m。围堤合龙以后, 在所围水域内可以用建筑垃圾填筑陆域, 全区建筑垃圾回填量550 5万m3。围堤工程的建筑材料用附近的开山石,施工方法用陆上端进法施工。围堤加上护面层以及上部的胸墙, 即形成新陆区的护岸。自西向东为西护岸、弧形护岸、马栏河西护岸、马栏河东护岸。其中弧形护岸形成三个圆弧, 圆弧半径340m, 每个弧的弧长477m, 圆心角80 4°, 不仅是为了美观的需要, 更重要的是为了人工海滨浴场岸线自然平衡上的要求。3 人工海滨浴场规划研究星海湾离城市中心很近, 交通便利, 海底坡度较缓, 具有修建人工海滩的有利条件。特别是马栏河口河床底下有大量的砾卵石, 粒径在 10~30mm之间,可利用作为海滩砂料。因此, 在填筑陆域前方, 修建人工海滩, 使之成为大型海水浴场, 不仅可以满足市民生活和发展旅游事业的需要, 而且可以提高新填陆区的经济价值。就工程方面而言, 在弧形护岸前充填了人工砾石海滩, 使波浪在到达弧形护岸以前, 首先在海滩上破碎消能, 因而使冲击到护岸的波浪力大大减小, 使护图1 星海湾人工浴场工程布置图Fig 1 Layout plan of artificial beach in the Xinghai Bay岸结构简化且安全可靠, 人工浴场海滩的建造对于护岸工程是十分有利的。建造人工浴场海滩最重要的是要有合适的砂料来源。马栏河口河床下有大量的砾砂可作为海滩材料。但这种海滩材料来源是一次性的, 在工程完成后, 河床下的砾砂即不可复得。因此在人工海滩规划中, 首先确定的原则是: 海滩物质不采用定期补充的办法,而是采用一次充填, 用建筑物固定不使流失的办法。为此, 将陆域填筑的河西区南部岸线一分为三, 修建成互不关联的三个海滩, 每个海滩分别用T形防波堤、L形防波堤以及潜堤等建筑物加以固定。具体规划要点有: ①海滩岸线平面形状; ②海滩剖面形状;③固滩建筑物布置。3 1 新岸线的走向与平面形状为了能够充填人工砂滩, 造成大型海水浴场, 新岸线的走向与平面形状应符合海滩泥砂的运动规律,岸线形状要适应当地波浪条件, 符合平衡岸线的外形。在斜向波作用下, 海滩上的泥砂会顺岸方向运动, 称为沿岸输砂。当岸线走向为东西向时, 偏东方向来的波浪会产生向西的沿岸输砂, 偏西方向来的波浪会产生向东的沿岸输砂。若海滩两端为岬角或建筑物所限, 泥沙不会外输, 则一定方向波浪产生的沿岸输砂会把泥砂从一端搬向另一端, 引起一端的海滩受到侵蚀, 而另一端受到淤积。若波浪方向不变, 则长时间的侵蚀与淤积会使岸线走向发生改变, 直至岸线走向与来波方向相垂直, 沿岸输砂停止时为止, 这时岸线形状趋于稳定, 形成所谓平衡岸线。如果波浪方向正反交变, 则泥砂搬运方向随来波方向的改变而改变, 岸线会发生摆动。如果正反两方向的输砂量不平衡, 则岸线在摆动的同时, 会有永久性的变形。岸线的走向也会调整, 直至正反方向输砂量相平衡, 这时岸线会在一个平均位置前后摆动, 而不发生永久性的变形, 这时的岸线形状称为处于动态平衡之中。人工海滩的岸线走向应符合动态平衡的条件, 使海滩不发生永久性变形。由此可知, 为找到平衡岸线的走向,应使在一个相当长的时间内正反方向的沿岸输砂量基本相等。从当地的波浪玫瑰图可知, 在马栏河口海域, 偏东方向的波浪与偏西方向的波浪基本平衡。从地形图可知, 在充填人工砂滩的深度上, 等深线基本上平行且走向为东西向, 这意味着地形对于偏东方向的来波与偏西方向的来波的折射效果是相同的。因此, 可以推知, 新岸线符合平衡条件的走向应是与所在位置处的等深线走向一致。海滩岸线平面形状当有离岸堤掩护时, 由于在离岸堤背后为波浪绕射区, 波向稳定不变, 因而岸线状对外海来波条件反应不灵敏, 稳定少变, 一般接于圆弧形。平衡岸线形状是在当地波浪长期作用下, 达到定的岸线形状, 可应用岸线变形数学模型计算求得岸线变形的基本方程是:连续方程:yt=-1dQx(沿岸输砂率方程:Q = K1(Ecn)0K2rK2dcosαbsinαb- K2(Ecn)0K2rK2dcosαbcotβHbx(式中: Q 为沿岸输砂率;y为岸线上各点的坐标 (x轴取顺岸方向);d为计算剖面高;(Ecn)0 为沿岸各点深水波能流;Kr 为沿岸各点的折射系数;Kd 为沿岸各点的绕射系数;αb 为破波角;Hb 为破波高;cotβ为海滩坡度的倒数;K1、K2 为沿岸输砂率系数。将式 (1)、(2) 写成有限差分形式, 按图2所程序框图进行计算。图2 岸线变形计算框图Fig 2 Calculation flow chart of shoreline deformation计算时按五年实测波浪资料逐个按序列输入算, 当第一遍输入完毕后, 将上述资料从头重新入。波浪输入共达15年后的计算所得岸线形状如图所示, 此时岸线已接近自然平衡岸线。取设计岸线率半径R=340m, 与计算岸线在中间段甚为接近, 唯两端在防波堤掩护区与计算结果差别较大, 但仅限于局部范围。两端掩护区的淤积形态基本上对称, 说明圆弧的走向合理, 与当地波浪条件基本适应。3 2 海滩剖面决定海滩剖面的三个要素是海滩泥沙粒径、海滩坡度及滩肩高程。海滩充填砂料就地取材, 用当地马栏河口河床以下蕴藏的砾石, 粒径 10 ~ 30mm, 平均 d50= 17mm。根据大连市南部海滨几个砾石海滩剖面主要尺度实测资料来规划人工海滩的主要尺度。对大连市南部海滨几个海滩实测资料见表1。表1 海滩剖面要素实测资料Table 1 Measured data of profile海滩名称泥沙粒径 (mm)范围平均海滩坡度滩肩高程 (m)凌水湾1 5~27 10 1∶7 8 2 55凌水湾2 1∶6 6 未测至滩肩星海公园 15~45 32 1∶6 8 3 34马栏河口1 3~15 8 1∶7 3 滩面沙料不足马栏河口2 10~30 17 1∶8 0 未形成滩肩付家庄 3~18 6 1∶7 4 2 8  由表1可见, 大连市南部海滨的砾石海滩坡度普遍为1∶7~1∶8。为安全起见, 考虑到大浪时海滩坡度变缓, 星海湾人工海滩设计的海滩坡度取为 1∶10。在海滩顶部规划有30m宽的滩肩, 滩肩顶标高取为设计高水位以上1 4倍常浪波高, 常浪波高取出现频率为5%的有效波高为1 0m, 故滩肩顶标高取为3 0m,与南部海滨实测得到的滩肩平均高程相近。根据以上设计的海滩剖面基本尺度, 可得各种潮位时人工海滩宽度如表2所示 (计算时海滩坡度取实测平均坡度1∶7 4)。表2 人工海滩宽度表Table 2 Width of artificial beach潮位平均高潮位1 11m 平均潮位0 00m 平均低潮位-0 91m海滩宽度 44m 53m 59m  以上的海滩宽度, 可为游泳者提供较宽广的休息或进行日光浴的场地。海滩回填砾砂厚度取为 3 0m, 全部三个海滩共需回填砾砂31 5万m3。回填砾砂中有粒径小于 3mm的成分在回填时应作为无效成分予以扣除。此部分粒径较小的泥沙应作为易流失的成分对待。所规划人工海滩所在处原来海床标高为-5 0~-6 5m, 海滩回填砾砂层的基底标高为±0 0, 故在回填砾砂到原海床之间尚须用5m厚的开山石垫底。开山石垫底层顶标高从弧形海岸处为±0 0向海到潜堤处逐渐降低为-2 50m。三个海滩区需开山石垫底层石料 68 3 万m3。人工浴场海滩剖面见图4。3 3 固滩建筑物布置为了阻止人工海滨浴场回填的海滩砾石以及下卧的开山石垫底层纵向或横向流失, 在人工海滨浴场的东、南、西部修筑一系列的固定海滩建筑物。在人工海滨浴场区的东西两端各修一道L形防波堤, 在中部修两道T形防波堤, 它们将人工海滨浴场分割为互不相连的平面尺度相同的三个人工海滨浴场, 见图 1。L形堤与T形堤的南北走向 (垂直岸) 堤身的作用是阻止海滩砾砂的纵向运动: 在西南向波浪作用下, 海滩砾砂向东移动, 在东南向波浪作用下, 海滩砾砂向西移动, 但由于东西两堤的阻挡, 这种泥砂运动始终被限制在东西两堤之间。图3 设计岸线15年后形状图Fig 3 Shoreline profile after 15 years图4 人工浴场海滩剖面图 (单位: m)Fig 4 Profile of artificial beach (unit: m)L形堤与T形堤的东西走向 (顺岸) 堤身的作用是阻止砾砂向外海方向移动, 同时可以在每个人工海滩的两端形成相当范围的波影区, 使海滩岸线平面形状趋于稳定少变。L形与T形堤的顶标高为+2 50m,堤顶宽为 5 4m, 游客可以到堤上散步, 也可以在堤面有损坏时, 修理车辆可上堤进行

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