吹挖泥沙与吹填造陆是天津市海岸带生态平衡的需要
2015-06-16毛建华
毛建华
摘 要:天津港在淤泥质海岸上建港,每年需吹挖6×107 m3以上的泥沙才能保证航道通畅和港口安全。浚深航道吹挖泥沙和滩涂吹填造陆的结合,是天津市海岸带生态平衡和天津港自身建设的需要。笔者对吹填土的土体构型、理化性状进行了研究,并对地下排水工程的形式与优劣做了比较,提出在滩涂吹填区应采用地下排水的工程形式,而在地下排水工程中碴石盲沟(碴石作为滤水材料的填料暗沟)是首选。
关键词:泥沙淤积;吹挖吹填;吹填土性状;碴石盲沟排水
中图分类号:F062.2 文献标识码:A DOI 编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2015.06.013
Abstract: Tianjin Port needs to dig 6×107 m3 sand every year to guarantee smooth sailing course transportation and port safety since it is built based on mucky soil. The combination of sand digging at dredging courses and land reclamation on beech is required by the ecological balance of coastal line in Tianjin City and safe construction of Tianjin port. This research studied the soil structure, chemical and physiological features of reclaimed soil, made a comparison of forms, advantages and disadvantages between underground dredging engineering, and proposed that underground drainage engineering form should be used, whereas blind ditch using ballast stone as water filter material is most preferred.
Key words: sediment accumulation;sand digging and land reclamation;reclamation soil feature;fragmented-stone-stuffed underground drain ditch
1 滩涂吹填造陆是天津市海岸带和天津港生态平衡的需要
1.1 我国河流入海的泥沙量和滩涂淤涨情况
我国大陆海岸线18 340 km,沿海滩涂面积约239万hm2,沿海各河流输送入海的泥沙量每年约20余亿t,在河口和潮间带淤涨成陆的面积每年达2.67万~3.33万hm2。
辽东半岛大陆海岸线约1 400 km,滩涂10万hm2。辽河每年以3 000万t泥沙向河口堆积,形成了宽阔的辽东湾滨海三角洲。
江苏省大陆海岸线1 039 km,滩涂68.73万hm2。黄河、长江每年向海洋输送的泥沙在近海岸淤积,使江苏省的滩涂面积以每年0.133万hm2的速度增长。
浙江省拥有1 840 km的大陆海岸线和大于4 000 km的岛屿岸线,滩涂面积40多万 hm2。浙江沿岸年泥沙补充量约1.8亿~2.2亿t,大量泥沙入海使滩涂处于不断淤涨状态,岸滩外移平均每年10~20 m,最大可达40 m以上。
浙江自建国以来已围垦滩涂18.8万hm2,尚有适宜围垦造地面积为17.47万hm2。浙江省滩涂围垦总体规划提出,至2020年,新增围垦面积为12.85万hm2。
1.2 天津港泥沙淤积量
1860年英法联军入侵,天津被辟为商埠,列强在海河两岸修建码头,成为对外通商口岸。1939年,日本开始在海河口北岸兴建新港码头。新中国成立后,迭经三期扩建,使天津港成为我国最大的人工港。
天津市位于渤海湾西岸,天津港地处海河入海口的淤泥质浅滩上。渤海湾细颗粒泥沙以悬浮状态随潮流进港造成港内淤积。据1960—1972年13年间统计,天津新港外航道每年平均淤积泥沙106×104 m3,横堤口内年均淤积342×104 m3,合计每年淤积量为448×104 m3。1974—1975年港池航道的淤积量为553×104 m3。1976—1984年间年均淤积量达621×104 m3。
1.3 吹挖泥沙与吹填造陆的结合是天津港自身建设的需要
天津港在淤泥质海岸上建港,为扩建港池和浚深航道,每年必须吹挖600×104 m3以上的泥沙,才能保证航道通畅和港口安全。
天津港总体包括北疆、南疆和海河3部分。南疆是一个从陆上发育入海的大突堤,是通过吹填造陆形成的人工岸线,现有可利用岸线大于6 800 m,其中2 170 m已经吹填成陆并在主航道一侧建造了码头而成为新港船厂的生产基地,尚有超过4 600 m需要吹填造陆,用于修建出口煤炭与矿石的散货码头(天津海岸带和海涂资源综合调查报告,1985年)。
浚深航道吹挖泥沙与滩涂吹填造陆的结合,是天津海岸带生态平衡的需要,也是天津港自身建设的需要。据天津市海岸带和海涂资源综合调查报告,在国务院批准成立天津滨海新区之前的1985年,天津海岸带滩涂吹填造陆的面积已达87.78 km2。
2 滩涂吹填的新陆地是最具潜力的国土资源
2.1 潮间带、滩涂和吹填土
潮间带:位于高、低潮线间。上界抵人工堤岸,下界至零米等深线。天津海岸带的潮间带高程为0~3.5 m,宽度3 000~7 300 m,面积697.61 km2,其中天津市所辖的潮间带面积为512.03 km2(包括滩涂、芦苇地、沼泽地和大米草滩地)。
滩涂:是受潮汐、潮流和波浪周期性浸漫的海陆交接的滩地。亦称海涂或潮滩盐土。天津市潮间带滩涂面积为373.9 km2。
吹填土:用挖泥船和高压泥浆泵把港口和江河入海口底部沉积的泥沙,通过管道吹填到已打好围埝的滩涂上,在达到要求的标高后,再用插板机把吸水板打入滩面以下并进行真空排水,最后形成新的潮滩盐土(陆地)。
2.2 国务院批准的天津滨海新区吹填造陆区
天津滨海新区开发开放已纳入国家发展战略的总体布局。天津滨海新区是继深圳特区和上海浦东新区带动“珠三角”和“长三角”发展之后,带动环渤海区域经济和京津冀协同发展的中国经济发展的“第三极”。
经国务院批准的天津滨海新区总体规划(2005—2020年),滩涂吹填造陆总面积120 km2(中心渔港14 km2,滨海旅游区28 km2,东疆保税港区30 km2,临港经济区48 km2)。
2.3 滩涂吹填造陆是最具潜力的国土资源
潮间带滩涂吹填而成的新陆地,是天津滨海新区最为宝贵的土地资源,也是最具活力和开发潜力最大的国土资源。
正在实施中的南港经济区(2009—2020年)总规划面积200 km2。其中,现有陆域38 km2,港池和航道水域38 km2,吹填造陆124 km2。滩涂吹填造陆面积占南港经济区陆域总面积的76.5%。
南港经济区是全国同类区域中规模最大、速度最快的吹填造陆项目。截止2010年底,具备摆放大项目建设条件的滩涂吹填造陆面积已超过50 km2(《天津今晚报》2011年1月1日报道)。到“十二五”末,南港经济区将由一片盐碱滩涂,成为世界级石化产业基地和装备制造、钢铁冶金、港口物流、新能源新材料等产业门类高度集聚的综合性工业园区。
3 吹填土的土体构型与理化性状
潮间带滩涂的吹填土为滨海潮滩盐土。滨海潮滩盐土是滨海盐土成土母质的盐渍淤泥,是滨海盐土形成过程的初级阶段。
吹填土属于滨海盐土土类的滨海潮滩盐土亚类。吹填成陆的新陆地其土壤尚未经过自然成土过程和生物演替过程,还不具备植物生长所需要的水、肥、气、热条件。
3.1 吹填土的土体构型、质地、容重
吹填土系水力吹填而成的沉积土,因成土年龄短,土壤剖面无明显发育层次,1 m土体的构型和质地上下基本一致。
吹填土的质地取决于吹填时的海相沉积物或砂或泥。若是砂质或是砂壤质海相沉积物,则吹填土的质地为砂质或砂壤质;若是粘质或粘壤质的海相沉积物,则吹填土的质地为粘质或粘壤质。
滩涂吹填成陆的土壤普遍紧实,体积质量较大。容重一般在1.40~1.60 g·cm-3。吹填土颗粒组成及容重见表1。
3.2 吹填土的全盐量、盐分组成与pH值
由于海水直接参与成土过程,吹填土的土壤形成仍以积盐过程为主。如表2,1 m土体上下各层的含盐量均较接近,一般在10.0~30.0 g·kg-1。盐分组成以氯化物为主。氯离子和钠离子含量分别占阴离子和阳离子总量的80%以上。镁离子含量明显高于钙离子。
吹填土与我国沿海滩涂的土壤一样,均呈碱性,pH值一般在8.5左右。
3.3 吹填土的有机质和养分含量
有机质和养分含量与吹填土的质地相关。由砂质或砂壤质海相沉积物吹填而成的吹填土,有机质和养分含量较低。由粘质沉积物吹填的,其土壤有机质与养分含量相对较高。
如表3,河北省曹妃甸吹填土为中砂土,其有机质(0.56%)和全氮(0.03%)均在养分分级标准的最低等级(VI级)。而质地为轻粘土的天津临港吹填土,其有机质、全氮、速效磷钾的含量显著增加。
3.4 吹填土区地下水矿化度、化学组成及埋深
滩涂吹填区的地下水仍与海水保持着紧密的水力联系,地下水的矿化度、化学组成与海水基本一致。如表4,地下水矿化度高达27.1 g·L-1,NaCl占全盐的75.0%,并含有显著数量的镁离子。
吹填土区的地下水埋深决定于吹填土的地面标高。一般地面标高在3.5~4.0 m时,地下水埋深90~100 cm。
4 吹填土排水脱盐工程形式的选择
吹填土(滨海潮滩盐土)改土绿化的最根本(基础)措施是排水脱盐。只有通过排水(排除地下水和土壤水)才能实现土体(土壤)脱盐,只有土体(土壤)脱盐,才能实现改土绿化。
4.1 明沟排水与地下排水
农田排水按工程特点分为明沟排水、暗沟(暗管)排水和竖井排水等3种方式。
明沟排水是利用各级地面沟道,排除多余的地面水和地下水的措施。明沟排水因过水断面大,排水能力强,工程造价低等优点而成为农田排水的一种主要方式。但因占地面积大、土地利用率低、地面交通不便等原因,局限于在大面积农田上应用。
地下排水包括暗沟排水、暗管排水和鼠道排水。其中暗沟排水又分土暗沟和填料暗沟两种形式。土暗沟是在田间挖一定深度的沟槽,上盖预制的顶盖(或顶板),然后回填原土。填料暗沟是在沟槽内装填滤水材料后再回填原土。碴石盲沟是在地面以下100~130 cm,截面积30 cm×30 cm的地下沟槽内装填直径为3~4 cm的碴石(建筑用石料)构成的填料暗沟。
碴石盲沟排水系统包括淋层、支盲沟、主盲沟和集水井。淋层位于地面以下、盲沟之上,由直径6~8 mm的石屑(建筑用石料)、厚度为10 cm构成的淋滤层。灌溉冲洗和降雨淋溶的土壤可溶性盐,经过淋层—支盲沟—主盲沟—集水井,直至排出区外。
暗管排水是用不同的材料制成管子,埋设在地面以下一定深度,地下水透过多孔管壁,或两节管子接头处的缝隙进入管道,并通过排水系统排除到地段以外。排水暗管按制作的材料不同,有PVC波纹管、陶瓦管、混凝土管等。
4.2 排水工程形式的选择
在滩涂吹填和滩涂围垦后作为经济技术开发区、工业新城和生态宜居城的用地。为了满足土地开发利用和提高土地利用率,以及城市绿化美化对土地盐渍化治理等多目标要求,在明沟排水与地下排水工程形式的选择上,应首先选用地下排水。而在排水暗管与排水暗沟的选择上,碴石盲沟(填料暗沟)又是首选。有条件的区域(地段),可采用暗沟排水与明沟排水相结合的形式。
4.3 碴石盲沟排水与暗管排水的比较
碴石盲沟与排水暗管(PVC塑料波纹管、陶瓦管、混凝土管等)相比较,其优点如下。
(1) 排水暗管仅一级管道(吸水管)具有吸水(进水)的功能,其二级管道只有输水功能。而碴石盲沟不论是支盲沟、主盲沟,还是石屑淋层,都由碴石组成,均具有吸水、集水和输水的功能。
(2) 碴石盲沟和石屑淋层中,由碴石或石屑之间构成的大小不一的孔(空)隙,雨季和灌溉洗盐时是水盐“下行”的顺畅通道;旱季时能阻断毛管上升水,有效切断“上行”的土壤水盐,起到降控地下水位与抑制土壤“返盐”的作用。
(3) PVC波纹管每1 m长的管子其进水孔面积为30 cm2(荷兰)和68 cm2(日本),而碴石盲沟的进水孔面积(碴石间构成的大孔隙)是PVC波纹管的几十倍以上。从水利学和土壤渗流稳定的角度分析,排水暗管(或排水暗沟)的直径愈大和进水孔面积愈大,在一定流量下,从土中逸出的流速就愈低,因而其携细土颗粒的能力愈低,则愈利于防止泥沙进入,愈利于透水和排水。
参考文献:
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