风暴潮作用下的海岸工程建设研究——以厦门市为例

谢博祎

（东南大学，江苏 南京 211100）

风暴潮是指一种由剧烈的大气扰动，如强风和气压骤变（通常指台风和寒潮等灾害性天气系统）等，引发的海平面异常升高现象。这种自然灾害常常造成人员伤亡和财产损失。我国沿海风暴潮频发，据统计，1949—2000年，我国发生了60次特大、严重风暴潮，沿海各省份每年平均发生风暴潮约1.5次，尤以福建、广东、广西为甚，其中福建省靠近西北太平洋，易受台风风暴潮影响。厦门市是福建省重要的经济、人口和航运中心，也是东南沿海重要的经济技术开发区。其中，行政隶属于厦门市（北）、金门县（东）、龙海市（南）的厦门湾，是厦门市的重要海湾，其形势图如图1所示。位于厦门湾西南角的厦门岛是厦门市经济特区的发祥地，厦门岛地势较为低平，拥有漫长的海岸线且多为沙质海岸，容易在风暴潮的条件下发生严重的侵蚀。这些条件的作用，可能会对厦门市已有和在建的近海工程和构筑物造成短期或长期损害，给当地带来严重的社会经济损失。因此，有必要基于当地水温气象条件对相关海岸工程建设进行针对性改进，以期减少风暴潮灾害带来的损失。

图1 厦门湾形势图

1 风暴潮时空分布特征

厦门湾每年夏秋季受台风风暴潮袭击十分频繁，基本发生在每年的4—11月，集中在7—9月这3个月，此3个月中风暴潮次数占一年中的70%以上；年均风暴潮次数为4.2次。根据历史台风风暴潮统计，在1959—2015年，每年平均出现4次增水超过50cm的风暴潮过程[1]。根据厦门市地方志记载，厦门海域台风增减水幅度为1.50～2.00m，逐时最大台风增水为1.70m（8034号台风期间），高程相对增水为1.43m（5093号台风期间）。

2008—2017年，福建省由台风登陆引起的台风风暴潮共有24次，其中1次在厦门市登陆，6次在临近厦门的泉州市登陆[2]。2016年，在厦门翔安登陆的1614号台风“莫兰蒂”是这10年间登陆福建的最强风暴，也是中国建国以来在福建登陆的最强台风。登陆时风力为15级、中心风速为52m/s、中心气压为94.5kPa。

2 厦门地区岸滩特性分析

2.1 岸滩沉积物概况

厦门岛及周边地区沙质海岸沉积物以不同粒径的沙为主，其主要来源分为河流来沙、海岸侵蚀来沙。由于厦门岛沙质岸滩疏松，波浪侵蚀海岸下来的泥沙经过波浪作用堆积在沙滩上参与海滩泥沙的物质循环，是厦门岛沙质岸滩最为主要的泥沙来源之一。厦门岛东岸南部海域受外海波浪作用较强，近岸岸滩类型主要为沙滩，沙滩宽度为100～500m，坐落有多处优良海滨浴场。受金门岛地形影响，厦门岛东岸北部海域波浪作用较弱，近岸多为沙泥混合型岸滩。根据文献数据，得到厦门市亚洲海湾大酒店附近沙质岸滩近岸带岸滩泥沙粒径为0.39～1.50mm，泥沙粒径为粗砂，海底采样泥沙粒径为0.144mm[3]。

2.2 海岸带冲淤概况

九龙江的入海口区域淤积情况严峻，近30年，九龙江水下三角洲向口门推进了300～1700m，年均推进量为10～60m。

东渡湾的淤积情况加重，其为厦门港东渡港区的所在地，港区主要航道年淤积厚度＞15cm，局部达80～100cm。

同安湾自1955年以来淤积情况加剧，生态环境转变较大。

厦门岛东南部海岸侵蚀严重，近50年来岸线普遍遭蚀退100～150m。

3 海岸建筑及风暴潮致灾机理

3.1 厦门市海岸工程概况

厦门市的海岸工程具有项目众多、涉及海岸线范围广、建设时间跨度长、所用施工标准不一的特点。

厦门市大规模修筑的海堤大部分是20世纪50年代至70年代修建的，已经运行了50多年。著名的高集海堤和集杏海堤，始建于1953年，全长5035m，目前已被改造成为海堤公园。部分建于80年代的海堤，也已经服役了20多年。亦有部分堤段是当时人们自发修筑的，用于围海建造水产养殖池等生产设施。围海造陆项目方面，自1950年以来，厦门市及其邻近地区开展了62项填海工程，多位于西海域和同安湾地区，西海域围填海面积达到了6214.7hm2，厦门海域的围填海总面积达12574hm2[4]。逐年的围填海项目建设使厦门岛的轮廓趋向于圆形。1950—2015年，厦门市海堤建设与填海造地进程如表1所示。

表1 1950—2015年厦门市海堤建设与填海造地进程表 单位：hm2

港口建设方面，厦门港是我国综合运输体系的重要枢纽之一。厦门港共有九处港区，分别位于厦门市（海沧、东渡、翔安）和漳州市（后石、招银、石码、古雷、东山、诏安），主要港口资源分布于厦门湾和东山湾周围，拥有总长约899km的自然海岸线和约106km的规划港口岸线。位于厦门市的港区基本情况如表2所示。此外，在厦门岛南岸沙滩区域，还建有海滨浴场、观景步道等各种娱乐观光设施。

表2 厦门市港区基本情况

3.2 风暴潮致灾机理

风暴潮灾害给福建省沿海各个城市的沿海建筑物、堤防设施等带来严重损失，2008—2017年，福建省累计海岸工程损毁长度达到479.54km，直接经济损失达175.77亿元。

以1614号强台风“莫兰蒂”为例，1614号强台风于2016年9月10日14时在西北太平洋生成后，一路向西北方向移动，于15日凌晨3时15分，以强台风级（15级，50m/s）登陆厦门市翔安区，之后继续以20km/h的速度向西北方向移动，然后转向偏北方向。台风对厦门市电网造成严重破坏，造成大量变电站停止运作，全市大面积停电，并因水厂停电，导致全市停止供水。厦门市、漳州市、泉州市等地的多处码头遭到破坏，堤防损坏54.05km，水利设施损坏1087座（处）。厦门市内3座220kV大型输电铁塔被吹倒，房屋倒塌损坏113处，道路积水195处，65万棵行道树倒伏；风暴潮导致海滨娱乐场所与部分观景台、防风、路灯、排洪管线被冲毁，邮轮中心两台登船廊桥进水损坏，电梯、户外显示屏等设施设备遭受不同程度损坏。全市转移46327人，1人因灾死亡，直接经济损失102亿元。

以往研究指出，风暴潮的袭击往往会导致海堤局部防浪墙开裂，迎水面混凝土剥落，消浪混凝土块如扭工字块、六角螺母块、条石等损坏。同时，也可能导致海堤迎水面一侧的坝肩及护坡垫层被侵蚀掏空，使防浪墙和外坡出现差异沉降，堤身稳定性受损。厦门地区独特的沉积物条件可能会加重这一破坏情形。以集杏海堤为例，在杏林堤段，海相沉积物淤泥是组成堤基的主要成分，中间堤段淤泥层厚度可达11.40m，淤泥工程性能较差，具有高压性和触变性，强度低，使得大堤发生差异沉降的情况更加严重。集杏海堤的护面和消浪平台多采用砌条石，砌石造价低廉，砌石护面的稳定是靠其重量和有序砌筑相互挤压形成的，对软地基的适应性较好，其空隙能吸收波浪能量。但整体性较差，经不起强风浪的冲击和淘刷，局部变形或个别块石抽出便会危及整个护面，消浪平台的破坏也是如此。此外，部分海堤建于江河出海口，常年受到江河流水和潮水的淘刷，在台风来临时，又受到风暴潮、强降雨的共同作用，易造成坡脚被刷深，造成护坡坍塌，危及堤身安全。

在2000年前后，厦门市政府曾组织过一次对市内千亩以上海堤的分期分批除险加固工程，彼时的建筑标准为能抵御10级至12级台风的正面袭击。但这个标准在面对登陆风力15级的强台风“莫兰蒂”仍力有未逮。这就导致了原有的防浪墙不足以有效控制波浪，造成大量超出设计容许越浪高度的越浪，使得海堤内坡被海浪冲蚀。

对海港工程来说，台风会破坏门机、吊机等生产设施、照明设施和指示标志，而风暴潮则破坏护岸、码头、防波堤等建筑物以及进港航道。风暴潮还会导致港口淤积问题，具体情况和港口沉积物类型有关，厦门市三个港区的沉积物情况如表3所示。其中，翔安港区隐蔽条件较差，此处近岸段水深较深，因此台风浪到达海岸时仍能量较强，起到了主要的破坏作用，台风增水影响同样存在；海沧港区隐蔽条件相对较好，风暴潮期间受的台风浪影响不大，但可能在风暴潮增水的影响下出现码头面被淹的情况，航道则可能会出现骤淤现象；而东渡港区隐蔽条件最好，进港航道总体稳定，但也有可能出现码头面在风暴潮期间被淹的情况。

表3 厦门市港区沉积物类型

台风风暴潮对填海造陆工程同样影响显著，主要表现在风暴潮会将填海工程中填充的沙土冲刷入海，加重周围航道的淤积，亦改变周围海域的悬浮泥沙含量，使海域水质恶化，破坏海洋生态[4]。

4 对策与措施

根据以上分析结果，厦门市现有的海岸工程并不能很好地抵御强台风及其带来的风暴潮，若要对目前厦门市已有的海堤和围填海项目进行全面改造和加固，投资过于巨大。为此，为应对超强台风风暴潮，一方面应对现有海岸工程进行维护和加固，另一方面应加强对风灾过后受损和可能受损的海岸设施的及时修复与监测。

（1）老化海堤的修复。厦门市的多数海堤都已经建成超过10年，并经历数次强台风的袭击，虽然它们也已经过多次的改造和修复，但仍存在一些问题和安全隐患。特别是海堤开口处等重要节点和曾经出现过沉降、滑坡、渗漏等险情的堤段，需要定期监测，更换损坏的建筑和消浪构件，遇到问题及时修复，使之达到现阶段应有的防浪挡潮要求。例如，在地基含水量大的堤段改进防渗层，使用打塑料排水板加固，设置反渗井，改进内外坡坡度以减少波浪爬高等。同时，应考虑增设镇压层或潜堤，以减少越浪，增加堤身稳定性，控制强台风风暴潮作用下海堤的冲刷下限。

（2）港航工程的布局优化。为抵御台风风暴潮的侵袭，选址和布局应与海岸水文气候条件和地形地貌特征相结合。港航工程应优先选择建设在隐蔽条件较好的港湾，对于隐蔽条件较差、位于敞开海湾的码头，宜根据海域特性和波浪规律，从经济合理性和工程预算方面综合考虑，建设防波堤等设施防风防潮。防波堤的维护范围越大，越可以有效减弱波浪绕射，进而减少波浪对码头前沿的影响，降低码头工程投资，延长港口运营时间。

（3）围填海项目的工艺改进。厦门市目前仍有数个围填海项目处于施工之中，其中规模最大的就是大嶝岛的翔安机场建设项目。厦门地区的水文气候条件决定了其施工条件复杂、台风空窗期短，这就要求围填海工程的施工做到“又快又好”，特别是施工关键节点的计划制定与实施，如围堤龙口的合龙和度汛，围内吹填的步骤和方式以及填充过程中的监测和保护。为此，可以在施工设计阶段运用BIM等计算机软件对极端气候条件下的施工过程进行模拟，以保证施工安全。

（4）损害控制和灾后的梳理总结。自然大潮具有难以预测的特性，再好的工程设计也不能确保在强台风甚至超强台风的极端条件下不发生任何损失，但可以进行有效的损害控制，防止损失进一步扩大。例如，在历次台风期间出现的伤亡事件中，有很多都是因台风损坏的配电照明设施被水淹没导致的触电事故，因此有必要对包括海滨浴场在内的沿海建筑的电力设施的保护措施进行改进。在台风风暴潮过境后，有必要运用多种手段对受损和有受损风险的海岸工程建筑进行系统、全面的破坏状况调查，避免留下隐患，并梳理相关数据，总结规律，为今后海岸工程的建设和修复保留经验。

5 结束语

厦门是一座正在发展且充满活力的城市，其常住人口不断增加，海岸工程的数量也在增加，而原建的海堤正在不断老化。与此同时，因围填海工程对生态环境带来的巨大影响，福建省已于2019年全面停止受理新增围填海项目申请，并要求对已经完成施工或正在施工的围填海项目进行必要的生态修复，提升湿地生态功能；确需继续围填海的，要优化围填海平面设计，坚持生态用海。这些都对海岸工程的建设和修复提出了新的要求：人民生命财产安全和生态环境保护缺一不可。

长久以来，厦门市的海岸工程多注重社会经济效益，某些项目对极端气候条件引起的潮波对工程本身和周边环境造成的影响重视不足。政府在进行海岸工程建设和修复之前，应该深谋远虑、统筹规划，在城市规划建设中贯彻可持续发展理念，只有这样才能减少自然灾难带来的损失，让东海之畔的这颗明珠更加闪耀。