CN110984063A - 一种人工沟渠排水沙滩减淤系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种人工沟渠排水沙滩减淤系统，属于滨海湿地生态修复技术领域，设置在外海的淤滩侧，包括注水沟、排水通路、外壁和注水系统，所述的注水沟设置在淤滩的后方陆地，注水系统与注水沟相互配合，始终向注水沟内部注水，外壁在注水沟的两侧，注水沟内的水通过排水通路向两侧的沙滩排水，在排水通路内的细颗粒的泥质在水流作用下起动并运移，在退潮期时随离岸流输出，防止沙滩泥化。本发明通过人工开挖的沟渠，有效调节波浪和潮汐的作用，以减少自然灾害；滨海湿地恢复可有效降解污染，恢复原来的生态系统与自然平衡机制；通过生态恢复，增加物种的多样性。为进一步修建休闲旅游栖息设施提供良好的基础，为发展旅游业提供基础。

Description

一种人工沟渠排水沙滩减淤系统
技术领域
本发明属于滨海湿地生态修复技术领域，具体涉及一种人工沟渠排水沙滩减淤系统。
背景技术
砂质海岸和淤泥质海岸是我国大陆海岸的重要组成部分，近年来随着滨海旅游业的发展和人类活动的影响，自然海滩和人造沙滩出现了不同程度的硬化、泥化，甚至退化现象，滨海旅游是世界休闲体验旅游的一大热点。
《全国海洋经济发展规划纲要》指出：“滨海旅游是中国支柱性海洋产业，应予以重点发展”。当前，我国已形成了渤海湾、长三角、海峡西岸、珠三角、海岸等五大滨海旅游带。
但目前，我国不少沙滩逐步退化，沙滩宽度缩小，沙滩泥化，局部呈现退潮期大片黑色淤泥。深圳原“海上世界”旁的小海湾，上世纪曾建离岸堤，并在湾顶天然海滩基础上填沙建造人工沙滩，建成后大量的细颗粒的泥沙在湾内沉积，沙滩细化衰亡向泥滩转化，发生了泥化硬化问题，最终导致整个泻湖水域的淤积并岸成陆。
沙滩的清淤工作繁杂，需要投入大量的人力物力，并且一旦该地区形成沙滩泥化的现象，即使短暂进行人力清淤后，一段时间后仍会出现泥化，需反复清理，难以保持沙滩长久清洁。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种人工沟渠排水沙滩减淤系统，通过开挖人工沟渠，促进沙滩向外排水，引起泥质起动并运移，将沙滩中的泥质在退潮期带入海洋中，从而恢复并维持沙滩环境，防止沙滩泥化。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种人工沟渠排水沙滩减淤系统，设置在外海的淤滩侧，包括注水沟、排水通路、外壁和注水系统，所述的注水沟设置在淤滩的后方陆地，注水系统与注水沟相互配合，始终向注水沟内部注水，外壁在注水沟的两侧，注水沟内的水通过排水通路向两侧的沙滩排水，在排水通路内的细颗粒的泥质在水流作用下起动并运移，在退潮期时随离岸流输出，防止沙滩泥化。
进一步的，所述的注水沟为人工开挖沟渠，所述的淤滩为含泥质较多的沙质海岸，所述的注水沟内的水源源不断向两侧的沙滩排水通路排水的同时，所述的注水系统向注水沟内源源不断地注水，使注水沟内的水位保持相对稳定。
进一步的，所述的注水沟的长度取决于淤滩的长度，当淤滩仅仅局部存在淤积问题时，则只在局部淤滩与海岸线平行的方向开挖注水沟；注水沟的高程应不低于高潮位，因此注水沟应布置于潮上带，始终不被水淹没；注水沟离海岸的距离取决于排水通路的分布特征，需要让沙滩上泥质淤积最严重的部分穿过排水通路，因此注水沟布置在淤滩后方2～5m的位置。
进一步的，所述的注水沟(1)的长度按照下式计算：
Lcn＝l+2×(5～10) (I)；
其中，l为淤滩的的淤积地带沿海岸方向的长度，Lcn为注水沟的长度，长度单位均为m。
进一步的，所述的注水沟的开挖边线的高程按照下式计算：
Hcn＝h+i×(2～5) (II)；
其中，Hcn为极端高水位，i为淤滩(2)的坡度，长度单位均为m。
进一步的，所述的注水沟的开挖宽度为1.0～1.5m，开挖深度为0.5m；注水沟内的水以经济适用为原则就近取水，可以为淡水，也可以为海水；所述的排水通路内的水流方向为从注水沟向两侧的沙滩排水，随着注水沟的内水位变动，排水通路的上表面浸润线位置会发生变动，同时排水通路内的流体流速也会发生变动。
进一步的，所述的外壁采用高强度透水混凝土、透水塑料护面、生态透水人工草坪、植生混凝土护坡系统等，具有良好的透水性并可具有一定的景观效果或者外壁也选用规格为250～350g/m2的土工织物，土工布之间的连接方法采用缝接，搭接宽度大于30cm，搭接方式采用上游幅的下游边压下游幅的上游边，待开挖完毕后，抛投并整平碎石垫层，碎石垫层的材料以不带尖角的碎石为宜，粒径在2cm以下，碎石层厚度在5cm～15cm，然后在碎石垫层以上，铺设粒径在5cm以上的块石，直到将注水沟填平。
进一步的，所述的注水时间长度设定为4小时，在当日最低潮的前2小时开始注水，直到注水沟内的水维持在设计水位，在当日最低潮的2小时后停止注水；每米长度的注水沟注水流量为200～600m3/d；根据整个注水沟的注水流量配置注水系统，注水系统的水泵泵水能力的叠加综合等于注水沟的整体注水流量。
有益效果：与现有技术相比，本发明通过人工开槽，在滨海光滩布置不同的潮沟，形成新的水文分布特征，利用在潮汐和波浪作用下的水位变化过程，形成地表水和地下水之间的交换关系，促进湿地内的水文过程，满足湿地不同高程植被根系的水气生境需要，促进不同高程滩地的植被发育。由于每天的潮涨潮落，一些区域时而被淹没，时而又暴露出来，形成新的含氧量变化大、区域广、生物多样性丰富的湿地；通过人工开挖的沟渠，有效调节波浪和潮汐的作用，以减少自然灾害；滨海湿地恢复可有效降解污染，恢复原来的生态系统与自然平衡机制；通过生态恢复，增加物种的多样性。为进一步修建休闲旅游栖息设施提供良好的基础，具有一定的景观价值，为发展旅游业提供基础。
附图说明
图1是人工沟渠排水沙滩减淤系统结构示意图；
附图标记为：1-注水沟，2-淤滩，3-外海，4-排水通路、5-浸润线、6-外壁、7-注水系统。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种人工沟渠排水沙滩减淤系统，该系统包含注水沟1、淤滩2、外海3、排水通路4、浸润线5、外壁6、注水系统7。注水沟1设置在淤滩2的后方陆地，淤滩2为含泥质较多的沙质海岸，注水系统7与注水沟1相互配合，始终向注水沟1内部注水，注水沟1内的水通过排水通路4向两侧的沙滩排水，在排水通路4内的细颗粒的泥质在水流作用下起动并运移，在退潮期时随离岸流输出，防止沙滩泥化。
注水沟1为人工开挖沟渠，注水沟1内的水源源不断向两侧的沙滩排水通路4排水的同时，注水系统7向注水沟1内源源不断地注水，使注水沟1内的水位保持相对稳定。注水沟1的长度取决于淤滩2的长度，当淤滩2仅仅局部存在淤积问题时，则只在局部淤滩2与海岸线平行的方向开挖注水沟1。注水沟1的高程应不低于高潮位，因此注水沟1应布置于潮上带，始终不被水淹没。注水沟1离海岸的距离取决于排水通路4的分布特征，需要让沙滩上泥质淤积最严重的部分穿过排水通路4，因此注水沟1布置在淤滩2后方2～5m的位置。
注水沟1的长度按照下式计算：
Lcn＝l+2×(5～10) (I)；
其中，l为淤滩2的的淤积地带沿海岸方向的长度，Lcn为注水沟1的长度，长度单位均为m。
注水沟1的开挖边线的高程按照下式计算：
Hcn＝h+i×(2～5) (II)；
其中，Hcn为极端高水位，i为淤滩2的坡度，长度单位均为m。
注水沟1的横截面积的选择可以任意选取，大的横截面积和小的横截面积都能够满足使用要求，可以根据所在海岸线的景观设计要求，选用较为隐蔽的注水沟1或造型美观的较为宽大的注水沟1。一般情况下，注水沟1的开挖宽度为1.0～1.5m，开挖深度为0.5m。注水沟1内的水以经济适用为原则就近取水，可以为淡水，也可以为海水。
排水通路4内的水流方向为从注水沟1向两侧的沙滩排水。沙滩上泥质淤积最严重的部分穿过排水通路4，随着注水沟1的内水位变动，排水通路4的上表面浸润线5位置会发生变动，同时排水通路4内的流体流速也会发生变动。在排水通路4内部地质条件和沙质的不同会引起浸润线5的位置和排水通路4内部的水流条件发生改变，因此，在设计前需要对排水通路4内部的地质条件进行勘察。对淤滩2由外海3向内每隔1～5m向下钻取2～4m左右的深度3～8cm左右直径的井孔。取表层至3m深度的沉积物样本，用目测的方法对各个沉积物样本进行判定。主要判定沉积物的主要成分，绘制出每个井孔的各类沉积物的长度，最终绘制成淤滩1的地层构造图。对每个地层取1～3个沉积物样品测量其渗透系数值，将其作为工程数值模拟计算的依据，预估减淤系统建设后的效果。
外壁6在注水沟1的两侧，具有良好的透水性和稳定性。注水沟的外壁应该采用渗透系数为10-5m/s的材质，以保证注水沟内的水维持着较高水位。注水沟1的两侧外壁6可以采用高强度透水混凝土、透水塑料护面、生态透水人工草坪、植生混凝土护坡系统等，具有良好的透水性并可具有一定的景观效果。外壁6也可以选用规格为250～350g/m2的土工织物，土工布之间的连接方法采用缝接。搭接宽度大于30cm，搭接方式采用上游幅的下游边压下游幅的上游边。待开挖完毕后，抛投并整平碎石垫层，碎石垫层的材料以不带尖角的碎石为宜，粒径在2cm以下，碎石层厚度在5cm～15cm。然后在碎石垫层以上，铺设粒径在5cm以上的块石，直到将注水沟填平。
注水系统7的注水时间长度、注水流量的设计取决于所要达到的除淤效果。注水系统7的注水时间一般选在退潮期，但在泥质淤积情况较严重时，为增强除淤效果，可以在涨潮期和退潮期都进行注水。注水系统7的注水流量不宜过大和过小，注水流量过大会引起，沙滩上的细颗粒的泥沙起动，破坏沙滩原本的形态，注水流量过小，沙滩的泥质无法除去。注水时间长度设定为4小时，在当日最低潮的前2小时开始注水，直到注水沟内的水维持在设计水位，在当日最低潮的2小时后停止注水。每米长度的注水沟注水流量为200～600m3/d。根据整个注水沟1的注水流量配置注水系统7，注水系统7的水泵泵水能力的叠加综合等于注水沟1的整体注水流量。
该结构的沙滩减淤系统的工作过程是：
步骤一：判定淤滩2的泥化程度，勘探淤滩2的地质条件，外海3水动力条件；
步骤二：设计注水沟1的长度、高程、位置、形状。
步骤三：确定外壁6的材质、厚度等参数，设计注水系统7的注水时间和注水流量。根据这些参数，进行工程计算和数值模拟，从而预估排水通路4和浸润线5的分布特征以及排水通路4内部的水动力条件对泥质和细颗粒的泥沙的影响，然后对注水沟1的设计进行调整。
步骤四：在小潮期开挖注水沟，进行工程施工；
步骤五：定期评定沙滩泥质的含量，通过调整注水系统7的注水时间和注水流量调整减淤效果，从而保证沙滩的清洁。
步骤六：当沙滩泥化程度有效降低后，可以拆除外壁6和注水系统7，待自然的风力和波浪力使沙滩恢复平整。
实施例1：淤滩2的淤积地带沿海岸方向的长度为230m，所挖注水沟1的长度为240m。该海域百年一遇极端高水位为5.90m，设计高水位为4.83m，设计低水位为0.57m，百年一遇极端低水位为-0.63m。淤滩的坡度为1:60，所挖注水沟1的开挖边线的高程为5.95m。所挖注水沟1的宽度为1.5m，开挖深度为0.5m。该淤滩2后方有一个游泳池，游泳池内的水需要定期更换，将游泳池内的水初步过滤后，注入注水沟1。注水沟1的两侧外壁6采用透水塑料护面。注水时间长度设定为4小时，在当日最低潮的前2小时开始注水，充分利用游泳池内的过滤水。
实施例2：淤滩2的淤积地带有两块，分别为沿海岸方向的长度为100m和50m，所挖注水沟1的长度为110m和60m。该海域百年一遇极端高水位为6.30m，设计高水位为5.33m，设计低水位为1.37m，百年一遇极端低水位为0.63m。淤滩的坡度为1:50，所挖注水沟1的开挖边线的高程为6.35m。所挖注水沟1的宽度为1m，开挖深度为0.5m。经检测淤滩内的盐度较大，可以直接取外海3的水注入注水沟1内。在本实施例中，注水系统为临时工程，在淤滩的泥化状况有效缓解以后，将拆除注水系统7，因此外壁6选用规格为250g/m2的土工织物，土工布之间的连接方法采用缝接。搭接宽度大于30cm，搭接方式采用上游幅的下游边压下游幅的上游边。待开挖完毕后，抛投并整平碎石垫层，碎石垫层的材料以不带尖角的碎石为宜，粒径在2cm以下，碎石层厚度为5cm。然后在碎石垫层以上，铺设粒径在5cm以上的块石，直到将注水沟填平。注水时间长度设定为4小时，在当日最低潮的前2小时开始注水，直到注水沟内的水维持在设计水位，在当日最低潮的2小时后停止注水。每米长度的注水沟注水流量为200m3/d。

Claims (8)

1.一种人工沟渠排水沙滩减淤系统，设置在外海(3)的淤滩(2)侧，其特征在于：包括注水沟(1)、排水通路(4)、外壁(6)和注水系统(7)，所述的注水沟(1)设置在淤滩(2)的后方陆地，注水系统(7)与注水沟(1)相互配合，始终向注水沟(1)内部注水，外壁(6)在注水沟(1)的两侧，注水沟(1)内的水通过排水通路(4)向两侧的沙滩排水，在排水通路(4)内的细颗粒的泥质在水流作用下起动并运移，在退潮期时随离岸流输出，防止沙滩泥化。
2.根据权利要求1所述的一种人工沟渠排水沙滩减淤系统，其特征在于：所述的注水沟(1)为人工开挖沟渠，所述的淤滩(2)为沙质海岸，所述的注水沟(1)内的水不断向两侧的沙滩排水通路(4)排水的同时，所述的注水系统(7)向注水沟(1)内不断地注水，使注水沟(1)内的水位保持相对稳定。
3.根据权利要求1所述的一种人工沟渠排水沙滩减淤系统，其特征在于：所述的注水沟(1)的长度取决于淤滩(2)的长度，当淤滩(2)局部存在淤积问题时，则在局部淤滩(2)与海岸线平行的方向开挖注水沟(1)；注水沟(1)应布置于潮上带，注水沟(1)布置在淤滩(2)后方2～5m的位置。
4.根据权利要求1所述的一种人工沟渠排水沙滩减淤系统，其特征在于：所述的注水沟(1)的长度按照下式计算：
Lcn＝l+2×(5～10) (I)；
其中，l为淤滩(2)的的淤积地带沿海岸方向的长度，Lcn为注水沟(1)的长度，长度单位均为m。
5.根据权利要求1所述的一种人工沟渠排水沙滩减淤系统，其特征在于：所述的注水沟(1)的开挖边线的高程按照下式计算：
Hcn＝h+i×(2～5) (II)；
其中，Hcn为极端高水位，i为淤滩(2)的坡度，长度单位均为m。
6.根据权利要求1所述的一种人工沟渠排水沙滩减淤系统，其特征在于：所述的注水沟(1)的开挖宽度为1.0～1.5m，开挖深度为0.5m；注水沟(1)内的水以经济适用为原则就近取水；所述的排水通路(4)内的水流方向为从注水沟(1)向两侧的沙滩排水，随着注水沟(1)的内水位变动，排水通路(4)的上表面浸润线(5)位置会发生变动，同时排水通路(4)内的流体流速也会发生变动。
7.根据权利要求1所述的一种人工沟渠排水沙滩减淤系统，其特征在于：所述的外壁(6)选自高强度透水混凝土、透水塑料护面、生态透水人工草坪、植生混凝土护坡系统，外壁(6)选用规格为250～350g/m2的土工织物，土工布之间的连接方法采用缝接，搭接宽度大于30cm，搭接方式采用上游幅的下游边压下游幅的上游边，待开挖完毕后，抛投并整平碎石垫层，碎石垫层的材料以不带尖角的碎石，粒径在2cm以下，碎石层厚度在5cm～15cm，然后在碎石垫层以上，铺设粒径在5cm以上的块石，直到将注水沟填平。
8.根据权利要求1所述的一种人工沟渠排水沙滩减淤系统，其特征在于：所述的注水时间长度设定为4小时，在当日最低潮的前2小时开始注水，直到注水沟内的水维持在设计水位，在当日最低潮的2小时后停止注水；每米长度的注水沟注水流量为200～600m3/d；根据整个注水沟(1)的注水流量配置注水系统(7)，注水系统(7)的水泵泵水能力的叠加综合等于注水沟(1)的整体注水流量。
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