江苏海堤工程建设研究综述

陈 君，林 祥，孙典红

(河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏 南京 210098)

在全球范围内，沿海地区容易受到各种自然灾害的影响，包括洪水、飓风、海啸、海水入侵和海岸侵蚀等[1]。海岸防护工程是保护沿海城镇、农田、盐城和岸滩，防止风暴潮的泛滥淹没，抵御波浪、水流的侵袭与淘刷的各种工程设施，其主要建筑物有海堤、护岸和保滩工程[2]。海堤是沿海地区抗御台风风暴潮灾害、保障经济社会发展和人民群众生命财产安全的重要基础设施[3]。我国大陆海岸线北起辽宁鸭绿江口，南至广西北仑河口，总长约18 000 km，已建海堤约13 000 km，保护近7 000万人口和约333.5万hm2耕地的安全[4]。部分研究认为海堤工程造成了生物多样性和生态系统服务功能的急剧下降，并将威胁区域生态安全和可持续发展[5]。

陆海界面是一个自然过程与人类活动相互制约、相互反馈的复杂的具有自我调节功能的自然-社会生态系统，海岸生态系统作为陆地和沿海系统之间的生态缓冲区，其退化可能加剧沿海危害，降低对自然和人为干扰的恢复能力[6-12]。

海堤是陆海界面的重要而敏感的人工建筑物，江苏沿海筑堤经历了古海堤阶段、斜坡式土堤阶段、海堤达标建设阶段等发展历程，海堤功能已由抵御海洋灾害、保障粮棉生产、提供产业用地逐渐向保障海岸生态系统良性循环发展。本文在总结江苏海堤建设过程的基础上，对海堤设计标准、堤线选址、结构形式及防护工程等方面进行了系统论述，并对未来生态海堤建设进行了展望，以期能为相关工程与研究提供参考。

1 江苏岸线概况

江苏海岸线北起绣针河口苏鲁交界海陆分界点，南至长江口南岸苏沪交界，总长为888.945 km[13]。江苏沿海以淤泥质海岸为主，除少数砂质海岸、基岩海岸为自然岸线外，其余均为人工岸线，人工岸线中最主要的组成部分即为海堤工程，总长度为848.923 km，约占海岸线总长度的95.5%(表1)。

表1 江苏岸线类型与长度 [13] 单位：km

江苏海岸按冲淤特性可分为侵蚀型、稳定型和淤涨型，其中射阳河口—东灶港为淤积岸段，烧香河口—灌河口、中山河口—射阳河口、东灶港—塘芦港为侵蚀岸段，绣针河口—临洪口为基本稳定岸段，临洪口—西墅、灌河口—中山河口、塘芦港—连兴港为稳定微淤岸段[14-15]。

2 江苏海堤工程的发展历程

2.1 历史时期的海堤工程

江苏海岸除全新世高海面时期海水侵入较深外，海岸线在相当长的时间内大致稳定在赣榆、板浦、阜宁、盐城至海安一线，在海岸线附近形成了数条沿岸堤，其中以西冈、中冈和东冈最为有名，成为不同时期海岸线的自然标志[15]。

历史上江苏滨海平原潮灾频繁，为抵御海潮侵袭，不同历史时期以东冈为基础修筑了多道海堤。其后，随着海岸线向海推进，海堤亦多次向海增筑延修。如唐朝的永安堤和常丰堰，宋朝的范公堤、狄堤、沈公堤、皇岸和桑子河堤等，明朝的包公堤、新岸，清朝的嵇公堤等，其中北宋范公堤，北起海陵东新城，南至虎墩，长约143 km，高5 m，堤脚宽10 m，堤顶宽3.3 m[16]。自北宋以来，海堤成为苏北沿海重要保障，遮护民田，屏蔽盐灶，为盐、农生产与生活提供了重要屏障[17]。

由于1939年特大海潮对江苏沿海地区造成巨大损失，1941年修筑完成宋公堆。宋公堆以废黄河为界分为北堤和南堤，废黄河至头罾之间的北堤，堤长27 km，底宽10 m，高3.3 m，顶宽2.5 m；废黄河南岸至扁担港北之间的南堤，堤长18 km，底宽19 m，高3.0 m，顶宽3.5 m，转弯处顶宽6 m，底宽21 m[16]。

历史时期的海堤堤线多沿海岸线布置，以斜坡式土堤为主，堤顶高程约3～5 m(废黄河基面)，堤脚宽通常为10 m(海洋动力增强处或转弯处增宽至20 m)，堤顶宽为2.5～3.5 m。

2.2 20世纪下半叶的海堤工程

新中国成立后，结合治淮，在沿海开展了大规模治水兴垦生产运动，经过1949—1956年7年的集中建设，完成了北起绣针河、南至长江口的初步沿海挡潮工程体系[18]。至20世纪80年代末，沿海除少数自然沙堤外，全部筑有海堤。海堤总长度约703.9 km，堤顶宽5～10 m，堤高5.5～9.0 m(废黄河基面)，内坡比1∶3，外坡比1∶2.5～1∶15，最缓为1∶35，约有435 km已种草植树[15]。

海堤结构形式以植物护坡斜坡式土堤为主，全省约有70%的海堤属于此种类型，其他还有块石护坡斜坡堤、水泥土护坡斜坡堤和石墙护坡海堤等。植物护坡的斜坡式土堤主要用于淤涨或稳定海岸以及部分侵蚀海岸，由于堤前滩面高、水深浅且风浪小，海堤外坡平缓，断面宽大。一般外坡为1∶5～1∶15，顶宽8 m，若外坡设平台，平台宽度一般为5～8 m。以如东海堤为例，其海堤断面为全省最大，外坡达1∶25～1∶35，平台宽度达10～30 m(图1)。块石护坡的斜坡堤和石墙护坡海堤等这类海堤通常分布于海岸侵蚀强烈的地段，如吕四和小丁港海岸、赣榆和淮北盐场的海岸等。水泥土护坡斜坡堤在此时期尚属于试验阶段，数量较少。

图1 如东典型海堤断面

2.3 21世纪达标海堤工程建设

1997年8月，我国沿海先后有4次台风登陆，其中9711和9713号台风给福建、浙江、上海、江苏、山东、河北、天津、辽宁和广东9个省市造成严重的风暴潮灾害，是1949年以来遭受风暴潮灾害最严重、造成经济损失最大的一年[19]。9711号台风风暴潮期间，在大风、暴雨、海潮的共同袭击下，江苏沿海测站和内陆江河测站几乎全部超过警戒水位，江海堤防损失严重(表2)。

表2 1997年主要海洋灾害情况统计

在此背景下，江苏省分别于1997年和2006年启动第一轮和第二轮海堤达标建设，工程内容包括堤防土方工程、冲刷地段的防护工程、病险建筑物加固改建工程、堤顶公路建设工程、管理设施的更新改造，以及险段保坍应急工程。主海堤堤线以20世纪80年代查定确认的堤线为基础，总长774.5 km。第一轮海堤达标建设累计完成堤防加固400 km，第二轮海堤达标建设累计完成海堤防护工程91.45 km、保滩工程38.16 km[20]。

海堤设计标准如下：①海堤堤顶高程按设计高潮位加堤顶超高确定。设计潮位按重现期50年一遇(设计频率P=2%)高潮位作为海堤的设计潮位，沿海各代表站设计潮位、设计堤顶高程见表3。对于历史最高潮位超过表3所列设计潮位的岸段，取历史最高潮位作为设计潮位。堤顶高程按十级风风浪爬高加安全加高确定。②海堤设计断面堤顶宽度不小于6～8 m。土堤迎水坡坡度一般为1∶5，有护坡的海堤迎水坡坡度根据堤防高度、堤身结构、土质、潮水位、风浪等情况经稳定计算确定。背水坡坡度一般为1∶3。风浪较大地段的海堤及海塘临水侧设置消浪平台，宽度2～3 m，部分地区可达5 m，高程等于设计潮位或略低于设计潮位。在取土确有困难或风浪较大的地方建防浪墙，防浪墙顶高程即为海堤堤顶高程，防浪墙净高不超过1.2 m。在海堤工程实践中，海堤结构形式主要参考GB/T 51015—2014《海堤工程设计规范》[21]，包括斜坡式堤、有堆石棱体及马道的斜坡式堤、有消浪平台的斜坡式堤和在平均低潮位处设置平台的斜坡式堤。

表3 沿海各代表站设计潮位、设计堤顶高程(废黄河基面) 单位：m

2.4 生态海堤工程

2017年《全国海堤建设方案》提出海堤建设要“注重生态，落实绿色发展理念”，生态海堤成为未来海堤建设的一个重要方向。生态海堤是指满足海洋灾害防护要求、模拟滨海生态系统结构和生态过程，具有生态功能和美学价值的复合生态系统，具备抵御风暴潮涨水、抵御海浪侵蚀、防止水土流失、维护生物多样性和改善水质等功能，主要包括离岸防护、海向浅滩、海堤堤身3个系统[22]。离岸堤消波防浪，减少近岸沉积物流失；岸滩植被防风促淤、护岸护堤，形成堤前天然缓冲带；在海堤护坡和堤顶种植藤本与灌木类等滨海植物，实现海堤防护与生态景观的有机结合[23]。

以南通启东市海岸带保护修复工程为例，主要包括海堤生态化改造、潜堤设计、盐沼湿地生态修复3个组成部分。其中海堤生态化改造包括堤身土工格栅植草生态护坡、堤后生态防护林带建设、堤身向海侧盐沼植被种植修复和生态礁组合设计(图2)；堤外通过潜堤和橡胶坝调节控制，有效阻绝堤外泥沙，维持堤内稳定清澈的海平面，提升海水水质，改善生态环境，促进海洋生物资源增殖；盐沼湿地生态修复利用湿地生态系统自我调节能力并结合水文、地形等人工调控手段，通过水文调节、微地貌改造，恢复水文联通性，同时结合改变土壤基质、优选种子源等多种手段，提高湿地植被产量，改善湿地生态功能。

图2 启东蒿枝港口至塘芦港口生态海堤断面

3 江苏海堤工程的建设特点

3.1 海堤设计标准

在达标海堤工程建设前，江苏海堤堤顶高程的设计标准为“历史最高潮位加十级风浪爬高，再加安全超高”。根据有潮位资料的地段进行验算的结果可知，翻身河闸以南的海堤堤顶高程基本上能满足上述设计标准，翻身河闸以北的海堤有的标准较低[15]。

江苏省达标海堤工程建设期间，江苏省水利厅苏水管[1997]80号文确定的工程设计标准为设计潮位为50年一遇高潮位，工程等别为Ⅱ等，堤顶超高为十级风浪爬高加安全加高。由于江苏一线海堤往往结合围海工程共同建设，海堤建设标准会结合GB 50201—2014《防洪标准》[24]、SL 252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》[25]、GB/T 51015—2014《海堤工程设计规范》[21]、GB 50286—2013《堤防工程设计规范》[26]、SL 389—2008《滩涂治理工程技术规范》[27]等规范综合确定。通常情况下，海堤工程的设计标准为：围堤为Ⅱ等工程，按2级水工建筑物设计，防洪标准为50年一遇。

近年来，随着沿海地区经济社会的发展，海堤保护区的经济、城镇人口、工矿企业发生了较大变化。按照海堤工程的防潮(洪)标准中各类防护对象的规模和重要性，海堤工程的级别根据其防潮(洪)标准分为5级(表4)。目前的实际情况是，部分一线海堤的建设标准往往略高于相关规范要求，如启东北部江海产业园岸段位于长江口一级风暴潮风险区域，结合生态海堤建设，海堤建设标准按100年一遇黄海高潮位加十一级风浪，海堤级别为1级。因此，未来的海堤建设可结合保护区现状及规划布局，分段拟定出海堤防潮设计标准。

表4 特殊防护区海堤工程防潮(洪)标准及对应的海堤工程级别

3.2 海堤堤线选址

长期以来，江苏沿海海堤堤线通常沿平均高潮位布设。位于稳定型和侵蚀型岸段的海堤位置相对较为稳定，而对于淤涨型淤泥质海岸而言，由于潮滩向海淤涨，平均高潮位线和匡围堤线亦同步逐渐向海推进。

以江苏沿海潮滩淤涨速度最快的辐射沙脊群核心区条子泥潮滩为例，1979—2014年自陆向海依次匡围了新东垦区、三仓片垦区、仓东垦区、梁南垦区和条子泥一期匡围工程等5个工程，除条子泥一期匡围工程起围高程较低外，其余工程的堤线均能保证平均高潮位线附近，围区内70%以上的区域为草滩且堤外预留有足够的盐沼滩。而条子泥一期匡围堤线则是沿盐沼滩带外缘线布设，因此，海堤建设和防护标准均大大提高(表5)。可见，海岸盐沼在江苏潮滩的动态发育过程中是一个重要的指示标志，可以动态指示沿海潮滩的淤涨速度，该指标可供未来生态海堤建设工程借鉴。

表5 条子泥内缘区匡围工程主要指标

3.3 海堤结构形式

受海堤工程所在地区、工程海域海洋动力环境、海岸冲淤演变特征以及经济发展程度等影响，各地海堤的结构形式等有所不同。江苏海堤工程以斜坡堤为基本结构形式，部分地区建有一些直立式和复合式海堤。

对比海堤堤型断面，主要变化表现在两方面，一是外坡坡比，二是消浪平台。对于淤涨型海岸，20世纪海堤外坡坡比通常为1∶5～1∶10，甚至1∶15～1∶25；对于侵蚀型海岸，外坡比略陡，为1∶3～1∶4；21世纪以来无论淤涨型海岸海堤还是侵蚀型海岸海堤均调整为1∶2.5～1∶4，海堤占用潮滩面积大大缩减。与之相对应的是，加强了海堤护坡工程建设。同时，设置消浪平台的一线海堤数量逐渐增加，部分海堤甚至设置有二级消浪平台。出现这种现象的原因主要是受到全球变暖、海平面上升、泥沙供量减少等自然因素以及社会经济发展对沿海土地的需求影响，导致堤前水深相对加深，波浪、潮流以及潮沟侧摆冲刷等动力作用相应增强，淤涨型潮滩淤涨速度变缓，侵蚀型潮滩侵蚀速度加剧，对海堤建设抵御海洋灾害的防护要求大大提高。

3.4 海堤防护工程

在淤涨型淤泥质海岸，海堤的起围高程一般划定在当地平均高潮位线附近，拟建海堤堤线外侧至少预留宽约200 m的盐沼草滩带，以保滩促淤；在拟建海堤堤线的内侧或外侧就地取土筑堤，结合草皮护坡和沿海防护林种植等，对穿越潮沟或部分低滩处，在堤脚处抛少量块石或种植互花米草等植被进行工程防护和护滩促淤。这种海堤选址思路是江苏古老围垦选址的继续[29]。条子泥内缘区是江苏沿海典型的淤涨型海岸，其堤身防护的发展历程极具代表性，由表5可知，其海堤坡面堤身防护经历了几个阶段：草皮防护、草皮防护+吹沙袋防护、草皮防护+六角螺母块体生态护坡、钢筋混凝土板垫层+钢筋混凝土栅栏板护面，海堤典型断面见图3[30]。

图3 条子泥一期匡围工程海堤典型断面

而对于侵蚀型海岸，其海堤堤身防护通常包括块石护坡、钢筋混凝土护坡等，即便如此，由于江苏侵蚀性海岸自然侵退的趋势难以逆转，海堤仍不定时需要维修加固。以废黄河口海岸为例，由于20世纪70年代海岸防护工程建造后，河口区基本停止后退却转为以滩面下蚀为主。“保堤先保滩”已经成为此类侵蚀性海岸海堤防护的重要原则。以六合桩段海堤为例，堤顶采用反弧挡浪墙，墙顶高程为7.0 m，接1∶3现浇C20砼护坡至高程2.6 m，在高程2.6 m处设一道宽度为5.0～6.0 m的M15浆砌块石平台。浆砌块石平台外设坡度为1∶4～1∶5的扭王字块体护面。扭王字块体护面外侧25 m范围内再用抛石保滩[20]。堤外保滩工程分为两部分，一部分为管桩顺坝，另一部分为封头丁坝(图4)。潜堤之类的保滩工程一般建在半潮位附近的海滩上，堤顶高程一般在平均高潮位以下。相关研究表明，潜堤内侧海滩得到了一定程度的保护，但潜堤外侧的海滩仍处于持续的自然侵蚀过程之中，潜堤外坡失稳、堤身下滑，再加上风浪对堤身结构的破坏，使潜堤的消浪保滩作用难以充分发挥，如何保护潜堤也是一个棘手的问题[31]。生态海堤中的生物礁工程是否可以应用于潜堤的建设过程中，使之成为“成长型”的“活潜堤”，有效地保护近岸海域，是一个值得研究的方向。

图4 六合庄段海堤修复工程断面

4 结 语

江苏海堤建设历史悠久，经过了挡潮土堤和达标海堤等不同阶段，迄今为止除少量砂质海岸和基岩海岸之外均建有海堤工程。对于江苏淤涨型海岸而言，除辐射沙脊群外潮间带滩涂面积有限，未来进行大规模匡围工程新建海堤的可能性相对较小；而对于侵蚀型海岸而言，海岸防护工程的需要日益迫切。

生态海堤在充分考虑自然条件和防潮安全基础上，生态化改造混凝土、块石等刚性护面结构，营造植物护岸、盐沼湿地等海岸生态系统，构建生物礁潜堤等具有自我修复功能的“活”潜堤，形成以抗御台风风暴潮为主，兼顾绿化、湿地及生物多样性保护等多目标的生态海堤模式。在未来全球变暖、海平面上升等因素影响下以及保障海岸生态环境可持续发展的背景下，生态海堤是未来海堤工程建设的发展方向。