“天鸽”和“山竹”台风沿海部分海堤损毁调查及对策分析

涂金良,罗庆锋,刘海洋

(广东省水利水电技术中心，广东 广州 510635)

1 概述

海堤是防御风暴潮灾害，保护沿海地区人民生命财产安全的重要屏障。造成海堤损毁的因素众多且破坏机理复杂，陈才俊[1]通过现场调研江苏沿海海堤历年损毁事故后认为，海堤建设标准偏低、滩地治理不够、选址布线不科学及施工质量等是主要原因。王伟等[2]调查分析上海化学工业区海堤稳定性后认为，堤前保护滩地宽度增加安全系数也增加，保护滩地宽度超过9 m后，安全系数趋于稳定。蒋弘毅等[3]分析了钱塘江古海塘砌条石护坦的破坏机理，认为水深越浅时护坦越容易发生涌潮冲击破坏，护坦破坏后缺少覆盖的下层粉土被冲走，从而导致周边条石护坦结构解体和条石下沉。张鹏等[4]对2014年第9号超强台风“威马逊”损毁海堤进行调查，认为海堤建设标准低、筑堤材料粘结性能差、堤身单薄和管养不善以及穿堤涵闸老化破损严重是造成海堤损毁的主要原因。黄哲等[5]分析了2018年第18号台风“温比亚”期间的海堤破坏，认为主要原因之一是由于海滩冲刷导致堤脚严重淘空，引起镇脚处浆砌块石失稳，进而导致海堤上部结构破坏。黄井武等[6]研究指出采用背水坡较迎水坡缓的坡比对堤坝的整体稳定有利，且软基加固更应针对堤下浅层地基。刘阳等[7]通过对东海某海堤后方陆域垮塌的事故调查认为，垮塌的主要原因是地表水下渗及反滤结构缺陷导致回填土与堤身抛石接触面发生接触流失从而导致的渗透破坏。吴兴龙等[8]提出了海堤越浪流的“陡坎”溃决模型，溃堤过程中海堤背水坡沟壑的扩宽和“陡坎”向上游的发展是由“陡坎”下游射流冲击区周围的水流紊动和水流剪应力造成的。雷明月等[9]针对海堤后坡主要为干砌块石护坡、混凝土板护坡、抛石护坡等护面形式，认为越浪作用下各种后坡护面的破坏机理复杂，有关护面厚度或块体重量计算公式方面还需开展更多的现场调查、实验和研究分析工作。

珠江河口地区是我国遭受台风影响最为严重的地区之一，平均每年有5.83个热带气旋影响该湾区[10]。近年发生的超强台风1713号“天鸽”和1822号“山竹”给沿海地区造成了较为严重的损失，部分城市海水倒灌，部分海堤损毁严重。为此，本文介绍两次超强台风期间海水倒灌及部分典型海堤损毁情况，并分析提出了相应的对策建议。

2 台风特性及调研海堤

2.1 “天鸽”和“山竹”台风特性[11-12]

台风“天鸽”于2017年8月20日在西北太平洋上生成，22日上午进入南海东北部海面，22日下午“天鸽”加强为台风级(中心附近最大风力12级，33 m/s)，23日早上加强为强台风级(14级，42 m/s)，23日中午“天鸽”中心掠过澳门南部近海海面，于12：50在珠海登陆(强台风级，14级，45 m/s)；“天鸽”登陆前后，珠海、澳门、香港及珠江口海面和岛屿最大阵风达16～17级，局地超过17级，其中珠海桂山岛最大风速为66.9 m/s(约240.8 km/h)、澳门大潭山站最大风速为60.4 m/s(约217.4 km/h)、香港黄茅洲(岛屿)最大风速为84.2 m/s(约303.1 km/h)，登陆后“天鸽”强度逐渐减弱，经过广东、广西，进入云南减弱消失。台风期间，大虎、南沙、万顷沙、横门等站出现了较高的潮位，分别为3.11 m、3.12 m、2.86 m与2.87 m，均超200年一遇潮位。

台风“山竹”于2018年9月7日20：00由位于西北太平洋的热带低压发展为热带风暴，此后向偏西方向移动，强度不断增强，15日2：00“山竹 ”以超强台风级别(17级)在菲律宾北部的吕宋岛登陆。15日9：00进入南海之后向西偏北方向移动，中心强度减弱为15级，后强度维持，逐渐靠近广东沿海，16日17：00“山竹”以强台风级在黄茅海西侧登陆，登陆时中心附近最大风力15级，17日14:00在广西境内减弱为热带低压后消亡。 “山竹”风眼区明显、云系广阔，东西向直径约为1 400 km，南北向约为1 450 km，几乎覆盖整个广东和南海。“山竹”登陆时中心附近最大风力达15级，7级风圈半径高达400 km，10级风圈半径达到200 km，12级风圈半径更达到了80 km，各级风圈半径均远远大于1713号台风“天鸽”。大虎、南沙、万顷沙、横门、黄金、三灶最高潮位分别达到3.15 m、3.20 m、3.23 m、3.22 m、3.13 m、3.44 m，也均超过200年一遇设计潮位。

2.2 调研海堤

“天鸽”和“山竹”台风过后，作者以及有关人员对海堤损毁情况进行调研，主要调查“山竹”台风期间汕尾市、惠州市、深圳市及“天鸽”期间珠海市情侣路等地的灾害和海堤损毁情况，珠江河口以东部分调研海堤分布如图1所示。

汕尾市现状海堤有267.7 km，主要是红草马宫堤、汕尾城区防洪(潮)堤、红海湾防洪(潮)堤和乌坎海堤，台风期间主要损毁海堤有：捷胜海堤、田寮湖海堤、金厢海堤，设计防潮标准为10～20年一遇。惠州市现状海堤长度约为130 km，分布于惠东县和大亚湾区沿海，其中惠东县海堤长为111 km，除蟹洲海堤外均未达标，大亚湾石化海堤共11 km，按100 年一遇设计。深圳海堤总长度为103.73 km，分为西部沿海海堤、东部沿海海堤，台风期间受损毁海堤长度为27.2 km。珠海市海堤总长约为413.41 km (不含海岛岸线海堤)，包括情侣路、小林联围、白蕉联围、乾务赤坎大联围、中珠联围、四小联围、鹤洲北海堤、鹤洲南海堤、横琴新区和高新区海堤等。

“山竹”台风期间珠江河口以东，由汕尾、惠州到深圳，堤防损毁程度由东到西呈递增的趋势。大陆沿海中，“天鸽”台风对珠海市影响最为严重。

图1 调研海堤及站点分布示意

3 海堤损毁及原因调查

3.1 台风期间的潮水位调查

根据“山竹”台风期间汕尾站和港口站潮水位的调研结果，台风期间汕尾站最高潮水位为1.92 m(珠基，以下同)，相当于50 年一遇设计潮位值；惠东港口站最高潮水位为1.44 m，相当于5 年一遇设计潮位值。由于当时正值天文低潮时段(见表1)。产生高潮位主要是台风造成的风暴增水量级很大，汕尾和港口两站潮位差也是因风暴潮增水影响造成。受台风影响，汕尾外海最大浪高约为17 m，沿海居民目测袭岸波浪高为3～9 m。

表1 “山竹”台风期间部分站点潮位调查 m

对“天鸽”台风期间的珠海情侣路淹水调研显示，情侣中路的吉大站实测潮位超过3.7 m，导致情侣沿线发生海水倒灌，最大漫水深度1 m左右，造成沿线23个住宅小区地下车库进水，大量汽车水浸，九州机场被海水浸泡。情侣路及沿线基础设施始建于20世纪90年代，路面高程按2.81 m控制，仅比100年一遇潮位高0.28 m，本次情侣路的实际潮位远高于100年一遇潮位及路面高程。

根据对台风期间站点潮位及淹水水深调查结合珠江河口主要控制站点潮位数据，“山竹”和“天鸽”的特点是台风造成的风暴增水量级很大，风暴潮造成了近海狂风巨浪，形成很强破坏力，导致海堤损毁严重和发生海水倒灌。

调查还发现，距汕尾和港口两潮位站不远的两段海堤，堤顶高程高于潮位站测得的本次台风最高潮位，但仍发生了海水漫顶，应与当地的局部地形条件有关。

3.2 海堤损毁调查

汕尾海堤调查显示，捷胜海堤部分崩塌，堤脚和侧向漏沙，堤身被淘空；田寮湖和宫前堤海堤出现8处塌陷；金厢海堤堤前压脚块石多处冲毁，越浪水浸有20 cm水深，时长为2 d左右。惠州海堤调查显示，盐洲海堤堤身9处损坏，部分堤段越浪严重；考洲海堤部分堤段防浪墙倒塌，前坡损坏、堤身局部淘空；大亚湾石化海堤预制混凝土护块(重约为1 t)被风浪卷上岸至20 m远，迎水坡被冲垮坍塌、混凝土地梁断裂；东升岛海堤越浪严重，部分堤身淘空；深圳市鹏城海堤越浪严重，部分堤段损毁，约1 050 m堤段被海沙覆盖；王母海堤受损严重，全部坍塌损毁；杨梅坑海堤破损严重，临水侧设施均损毁，堤路在薄弱环节(管道集中处渗漏水砂)处崩塌，堤路上的绿化带均损毁；盐田海堤长约3 km，大型钢筋砼结构观景台均被台风吹毁，多数倒塌，相互之间错位超过1 m，堤后水浸最深达1 m。珠海市调查显示，受灾最严重区域集中在情侣路香洲渔港至九州港沿线海堤，最大漫水深度1 m左右，造成沿线23个住宅小区地下车库进水，大量汽车水浸，金海湾花园、白玫瑰花园出现人员伤亡，九州机场被海水浸泡，数架飞机及多辆汽车受损(见图2所示)。

3.3 海堤破坏原因调查

捷胜海堤分期建设， 施工段端头断面缺乏侧面防护措施， 海浪首先淘空侧向混凝土墙基础， 随后击断混凝土墙本身， 最后淘空堤身，造成海堤损坏。 田寮湖和宫前海堤正面迎海， 损毁海堤为直立式挡墙， 由于堤身结构为老旧浆砌石，堤前无滩，少有块石压脚，海水较深，直接承受海浪冲击，堤内有穿堤排水管道，使得海堤多处垮塌。金厢海堤属自建，标准偏低，设计堤顶宽为4.05 m，现状仅3 m左右。盐洲和考洲海现状堤身标准达不到10 年一遇，多次损毁，堤身老化，存在多处隐患。大亚湾石化海堤直接面向大海，海浪冲击力巨大，堤前无滩地，前坡和堤后保护措施偏弱，造成前坡填料和堤后填土淘空，1 t重混凝土块偏轻，以致混凝土大梁悬空断裂、护坡混凝土块被卷入大海或抛到堤后。东升岛海堤为居民自建，相当于护岸工程，无防御标准。鹏城海堤正面迎海，部分堤段在建，涉及海域使用论证及沿海生物的保护，程序复杂周期长，升级改造工程尚未启动。王母海堤属待开发用地区域，自建堤防，标准低，沿堤绿道无基础加固措施，均为天然沙层，海浪翻过堤顶，从堤后破坏堤防结构，导致堤防崩塌。杨梅坑海堤正面迎海，景区亲水沙滩多，堤身内布置有管线，导致整体强度不够。盐田海堤(海鲜街)已达标建设，但由于风暴潮强度高，超出海堤设施受力强度而出现破坏。情侣路最高潮位比当前路面高1 m左右，致路面漫水，海水倒灌。

图2 海堤受损现状示意

表2汇总了珠江河口台风期海堤损毁主要原因。总结可见，调查的12段海堤受损原因中，有8处损毁与越浪有关，7处与风浪正面冲击和未达标建设有关，6处为堤身防护不足。由此可见，台风越浪、风浪正面冲击、未达标建设以及堤身护坡措施不到位是目前海堤损毁的主要原因。

表2 台风期海堤损毁原因统计

4 海堤防护讨论及建议

海堤损毁是堤防系统薄弱环节(内部隐患)与外来作用(荷载)共同作用的结果，尽管原因复杂，但总体可概况为5类：越浪或漫溢损毁(失事)、滑动和塌陷损毁、渗透变形损毁、迎水与背水坡面冲刷损毁和其他形式损毁。根据珠江河口风暴潮期间海堤损毁调查显示，主要以越浪损毁及迎水与背水坡面冲刷损毁2种类型为主，由其造成海堤损毁数量占比分别达到67%和50%。因此，合理确定海堤堤顶高程及允许越浪量、加强堤身两侧坡面防护和抗冲击力、做好堤前削浪和堤后排水措施是目前珠江河口海堤防护设计的关键因素。结合本次调查总结，提出珠江河口海堤防护对策如下。

1)做好超标准风暴潮预警预报和应急预案

受全球气候及海平面上升影响，近些年超标准台风暴潮的出现频次有增加的趋势；粤东地区海堤防潮能力大多数为10～20年一遇，珠江河口海堤主要以50～200年一遇防御标准为主；“山竹”和“天鸽”台风暴潮引起的增水幅度、潮水位及破坏强度已经远超其防御能力，是本次粤东海堤损毁和情侣路海堤漫堤的主要自然原因。对极端风暴潮灾害的防御采用不断加高加固海堤既不经济也不现实，但可以从积极开展风暴潮预警预报、编制好应急预案及做好越浪后的排水措施等方面将风暴潮灾害造成的人员财产损失控制在尽量小的范围内。如对珠海市情侣路沿线防汛，在堤线上可考虑增设拆卸式高强合金挡板，减少漫顶损失，同时基本不影响城市景观；在地下空间，进行全面摸查，配备防汛挡板、多用型防洪包、备用泵等防浸应急设施；在城市空地，划定台风期间车辆安全停放场所，加强防淹(浸)能力建设。

2)完善海堤防潮措施，提高防风暴潮能力

沿海城市海堤建设需综合考虑城市规划、挡潮、景观、生态、旅游、交通等因素，堤顶高程相对较低，通常允许越浪。对于正面迎海的海堤，应着重加强堤防的坚固性和抗冲击性；对于已建标准偏低海堤，可采取辅助和补救措施防潮、防浪，如设置消浪平台、抛石护岸、完善堤后排水设施、适当提高堤后地面标高等；对于有条件的海堤，研究采取“软硬”、“灰绿”结合的多功能综合防护措施，如人工沙滩、植物消浪、滨海公园、人工坡地、丁坝、顺坝等，既能防潮防浪，也可满足城市景观、生态等多种需求；对于未达标的海堤，建议抓紧研究立项，加快海堤建设，提高海堤建设标准。海堤设计时宜考虑最新的潮位资料的影响。

3)做好海堤坡面防护

表面侵蚀破坏是海堤工程最常见的病险形态之一，包括迎水面的波浪和水流侵蚀破坏和背水面的越浪冲蚀破坏。形成海堤工程坡面侵蚀的外部原因包括：波浪冲击、水流淘刷、降雨冲刷及震害和人畜破坏；内部原因包括：坡面设计过陡而失稳、施工质量差被冲刷后而损坏、堤身不均匀沉降等。海堤迎水坡面宜采用渗透性好的土工布，结合足够重量的人工混凝土四脚空心块体等措施护坡消浪，混凝土四脚块体之间若有钢筋连接则效果更好，背水坡面宜采用排水沟结合加筋草皮护坡或浆砌石护面等防止越浪流冲刷等措施。

4)堤顶高程与越浪量控制

大量海堤损坏事件表明，越浪对堤顶以及背浪坡产生切应力作用是导致许多海堤损坏的重要因素之一。越浪量与堤顶高程密切相关，基于景观上及经济上的考虑，在进行堤防断面设计时，大都采用允许部分越浪设计以降低堤顶高程，但前提是要控制越浪量以确保不对海堤造成显著的结构破坏。具体设计中，可以通过减缓迎水坡面，利用扭工字块、扭王字块、四脚锥体以及设置消浪平台等措施削减波浪爬高来降低海堤顶高程。

5)做好消浪措施

不论是用越浪量控制堤顶高程还是海堤坡面损毁等，都与波浪作用强度密切相关，尤其是在缺少滩地直面水深较大的外海堤段尤为明显。如本次调研的大亚湾石化海堤段无滩地防护，直面风暴潮正面冲击，坡面重达1 t的混凝土块被风浪卷至岸上约20 m远。因此，在无滩地防护的堤段，做好各项消浪措施尤为重要，如海堤外侧建设丁坝或潜坝，海堤断面设置消浪平台，正面临海重要海堤圬工最好用钢筋混凝土结构等。

6)高度重视海堤结构的安全性

海堤设计应严格按照规范标准，保证前坡护面、护脚、挡墙和防浪墙的强度和稳定性；充分考虑对后坡、堤段侧向的保护，特别是允许越浪设计的海堤；避免穿堤管道的集中布设，杜绝薄弱环节；考虑结合地区的风向特点，布设丁坝、防浪堤等消浪设施以减轻对堤身的冲击力，以提高海堤的抗风能力；要注重特殊部位的加固以及排水问题；针对海浪淘沙影响海堤安全问题，设计时应提出有效可行的措施。

7)推进海堤建设管理的协同性

目前沿海地区海堤建设大多是水利部门和市政部门主导，海堤建设须做海域利用论证，论证复杂，周期长且涉及到沿海生物的保护等内容，严重影响海堤建设的进度。海堤近海及海滩偷采海砂、穿堤管线布设直接影响海堤的安全运行。海堤建设管理涉及市政、国土、环保、海洋等多个部门，推进海堤建设管理的协同性，确保海堤顺利建设和安全运行，是保障沿海群众生命财产安全和经济持续发展的重要基础，也是营造共建共治共享社会治理格局的具体落实。

5 结语

“天鸽”和“山竹”超强台风不仅导致珠江河口沿岸潮位普遍超过200年一遇设计潮位，而且对沿线海堤造成了不同程度的破坏。根据两场台风之后的海堤损毁情况及原因调查，大多数海堤是由于护岸被摧毁导致堤身掏空至堤防坍塌所致，主要原因有台风越浪、风暴潮正面袭击、未达标建设以及护坡措施不到位等。调查显示，珠江河口风暴潮期间海堤损毁类型最多的为2类：越浪损毁及迎水与背水坡面冲刷损毁。因此，提出了今后海堤应重点从预警预报、能力提升、越浪量控制、海堤坡面防护、消浪措施、结构安全及协同建设管理方面开展工作。