CN111270646A

CN111270646A - 一种软土地区滩涂自补偿的沿海岸线调水方法

Info

Publication number: CN111270646A
Application number: CN201911013917.4A
Authority: CN
Inventors: 周希圣; 周明崴; 卞国强; 李庆桐; 黄继成; 黄小平; 王欣杰
Original assignee: 周希圣; 周明崴; 卞国强; 李庆桐; 黄继成; 黄小平; 王欣杰
Priority date: 2019-10-23
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2020-06-12

Abstract

本发明提出一种软土地区不占用滩涂资源沿海岸线进行调水的方法，其利用现状防潮大堤，并在外海侧距现状大堤外一定距离重新筑坝，形成新的防潮堤，这样新老防潮堤间便形成巨大的输水通道。新的防潮堤借助水力充填进行筑坝，其沙土来源于现状近岸滩涂，再进一步降低滩涂海床底标高，将其土体吹填至新的防潮堤外侧，增加外海侧的床底标高，使得新筑堤坝外侧的滩涂总面积不小于筑坝前的面积，保证滩涂资源总量不少，确保近岸海洋生物的生存空间不受影响。

Description

一种软土地区滩涂自补偿的沿海岸线调水方法

【技术领域】

本发明涉及输水工程建设领域，特别涉及一种软土地区，调水通路占用沿滩涂岸资源的自补偿平衡的输水方法。

【背景技术】

统计表明，全世界20亿人缺水，30亿人缺乏用水卫生设施，每年有300万到400万人死于和水有关的疾病。5～6年后，水危机将蔓延到全球48个国家，35亿人将面临严重缺水。

我国北方缺水的情况日益严重。中国社科院关于我国北方缺水形势的估计中，到2050 年，北方每年缺水总量达2028亿方至3000亿方。为解决缺水问题，许多地区通过开采地下水补缺，北方地区每年开采总量约在850亿m³以上，仅河南、山东、河北、北京、天津等 5区域的年地下水开采量即达到357.28亿m³。上游的山西、陕西、宁夏、甘肃、内蒙、新疆等缺水更多。

为解决缺水问题，针对我国水资源的分布特点，规划了南水北调的东、中、西三线方案，东、中线已建成运营，两线调水总量仅为100亿m³左右，仅能解决部分城市的生活用水问题，而占用水需求90％的农业、生态及工业等根本无法满足。后期，中线工程大宁河三峡补水方案年调水能力仅30多亿m³，西线工程实施的难度极大，如果没有其它特别工程措施，中国北方地区将长期处于缺水状态。同时，根据近期近海海洋环境资源调查，我国沿海地区水资源短缺亦日益严重，近90％的城市存在不同程度缺水问题，尤以北方城市严重。

传统调水方法存在如下几方面的问题:

建设大的蓄水库、水坝等需要大量移民，易引发大的社会矛盾，同时须配套制定落实好补偿补助政策、后期扶持政策，成本极高。

泥沙处理困难。以东线调水工程为例，长江水含沙量约为0.2～0.3kg/m³，主要靠京杭大运河及沿线的水库过滤沉淀。调水后，如果按其设计的150亿m³的年调水量，每年将产生300～450万t的泥沙，淤积清理非常困难。

工程地质问题。水库蓄水后，库岸浸水，稳定性降低，易造成库岸的坍塌、危及岸边建筑物安全，可能诱发地震等；

输水能力有限。比如东线输水设计150亿m³，实际仅10亿m³；

建设难度大、造价高。以西线为例，其须在高寒地区长距离建设大断面隧道，构筑高坝工程等，材料、设备、技术等组织困难，工程实施难度极大，造价极高。

建设周期长。由于输送距离远，且工程量大，输水河道、隧道、坝体等建设周期非常长。

实际上，由于区域水资源的不平衡，一般通过跨流域调水来实现，但目前跨流域调水引起的土地占用、工程地质、环境影响、实施难度、社会矛盾等方面的问题，一直难以解决。

本发明拟借助现状防潮堤外侧一定空间进行输水通路的建设，则需要占用一定面积的滩涂湿地，将对滩涂和近海的生物生存空间构成一定影响。以中国江苏海岸带为例，其滩涂和近海区域生物较为集中，是全国最大的生态湿地，面积超过5000km²。每年春秋季有300 多万只候鸟经停觅食，冬季有50多万水禽在该区域越冬；分布有480种高等植物、379种鸟类、281种鱼类、190种浮游植物、142种软体动物、98种浮游动物、83种甲壳动物、65 种两栖爬行动物、57种哺乳动物以及几十种国家一、二级保护动物。

如何在不减少现状近海生物的生存空间并实现调水功能是本发明核心解决的问题。

【发明内容】

本发明的目的是在软土地区，在不减少滩涂资源的前提下，沿海岸线提供一种大断面长距离的输水通道，实现跨流域调水。

本发明提出的一种软土地区滩涂自补偿的沿海岸线调水方法，其发明的主要内容包括如下三个主要方面：(1)创新利用现状防潮堤建设输水通路。在现状防潮堤外侧一定距离，重新建设一条防潮堤，新老防潮堤便形成一条超级输水通路；新防潮堤借助水力充填等方式筑坝，土方主要来源于现状滩涂；(2)创新实现输水通道占用滩涂湿地资源的自平衡。通过适当降低新老大堤间基床土体标高，借助水力充填的方式输送至新建大堤外侧，增加外侧滩涂的标高与面积，平衡被占滩涂湿地资源。(3)运营阶段输水通路的淤积泥沙外排，可吹填至外海，进一步增加沿海滩涂湿地资源，创新实现滩涂资源的不降反升。

这样，沿海岸线将形成人工淡水流域，相当于本来的海洋环境，在不减少沿岸海洋滩涂湿地资源的前提下，化海为江，在实现河口上游优质淡水资源远距离输送的同时，近海的海洋生物的生存空间不降反升，从而解决输水沿线工业、农业、环境等的生产和生活用水，整个系统及其建设方法构成了本发明的软土地区滩涂自补偿的沿海岸线调水方法。

本发明的有益效果是:

(1)工程造价低。输水通路的一半工程利用了现状防潮大堤，对其适当加固、加高，极大降低了工程造价；进一步地，通过人工吹填筑坝，材料易于获取，建设成本相对较低。

(2)对沿海滩涂湿地资源不影响。输水通路所占用的滩涂空间，通过吹填置换的方式，在外海段予以补偿，整个滩涂资源的总量不降反升。运营阶段淤泥清除，将进一步增加滩涂湿地的总量，对近海生物群落的生存空间有积极影响；

(3)运营成本低。沿海岸线布设地形平坦，全线高程基本都在同一海平面位置附近，落差拔极小，在合适的断面状态下，只要在取水端适当提抽较小高度后，即可输送至受水区；

(4)利用低海拔地势特点，开挖工作量极小。根据设计，输水通道的底标高在-0.5～-2.5m 左右，沿海通道的现状标高90％区域在0～+2.0m左右，因此开挖工作量不大，且可以通过水力开挖的方式，造价低。

(5)无征地拆迁问题。输水主通路布设于滩涂之上，无居民房屋，征收腾地工作容易，成本极小，社会矛盾低；

(6)输水能力强。通道的宽度、深度等直接决定了输水能力，近海岸线布设输水通路，适当增加堤距与输水通道的深度，对工程实施的难度、造价等的影响有限，但将极大增加输水能力。

(7)建设周期短。在高滩浅海段筑坝，可多区段平行作业，3～5年便可建成通水。

【附图说明】

图1滩涂自补偿调水实施例堤线布置示意图；

图2滩涂自补偿调水实施例标准段横断面示意图；

图3滩涂自补偿调水实施流程示意图；

图4滩涂自补偿断面示意图。

【具体实施方式】

可以通过如下几个核心步骤，实现本发明所述方法：

确定建设标准。淡水资源输送通路极为重要，为防止海水倒灌引发淡水污染，防潮堤标准可按照高于100年一遇的1级堤防工程进行结构设计，并按不允许越浪来控制坝体的高度，同时按区域地震设防标准进行相应安全控制。在此基础上，根据输水规模，确定合理的堤线与堤距布置。

堤基处理。对于软土堤基，如淤泥质粘土，应综合采用换填、排水固结加固或水泥系加固等综合措施，进行适当的堤基处理。

新防潮堤的建设。选择合理的堤坝结构形式，一方面须能适应不同地形、孔隙比大、压缩性高、灵敏度高、力学强度低、高烈度地震的软土地基，同时可承受输水通道运行后堤坝内外两侧极限状态下的双向水头作用，比如选择双侧斜坡土石坝体的结构形式，可较好满足上述要求。对于软土地区，可采用吹填方式按所选结构形式吹填至设计标高，并进行防渗及护坡施工。

外海侧滩涂湿地的加宽加高施工。通过水力吹填的方式，将输水通道内基床软土吹填至外海，总体上，滩涂区域一般地势均较平坦，如果堤内开挖1～2m，则堤外新增滩涂的面积将远远超过输水通路所占面积，从而实现滩涂湿地资源总量平衡，甚至有所增加。

堤内引入淡水，实现输水功能。

上述在合理确定新建防潮堤相关设计参数的基础上，通过适当的地基加固，在现状防潮堤外侧适当距离建设新的防潮堤，并进行防渗护坡后，适当降低堤内基床的高度，将该部分土体通过水力吹填的方式输送至外海，在确保滩涂湿地资源总量平衡，甚至有所增加的前提下，完成输水通路的建设，从而对近海的海洋生物资源的生存空间不受影响，整个系统及其修建方法构成了本发明的软土地区滩涂自补偿的沿海岸线调水方法。

下面以一具体实例来说明本发明。

以解决中国北方缺水问题为例，通过抽调长江口优质淡水资源，并沿江苏、山东海岸线，借助滩涂湿地自平衡调水技术，来实现大流量跨流域调水。

为把长江口大量淡水资源引向北方，可沿江苏、渤海西南岸的滩涂区域布设输水通路，江苏海岸段的岸基一类为砂质海岸，分布于海州湾兴庄河口以北至锈针河口段，长约30km；另一类为基岩，位于连云港东西连岛、连云港西墅至烧香河口段，长40km；江苏海岸线主要为粉砂淤泥质平原类，北起连云港的烧香河口，南至江北口的启东咀，岸线长884km。渤海湾、黄河三角洲及莱州湾西部均为淤泥质平原海岸。在地质分布上，南黄海第四纪地层以海陆交互为特征，厚度在100～300m之间，第四纪沉积地层层序丰富，分层结构明显。渤海西南岸的新生代地层厚度3000～4000m，第四纪冲积层沉积物厚达300～500m，全新世地层厚20～30m。

输水通路防潮的防潮堤按照高于100年一遇的1级堤防工程结构设计，并按不允许越浪来控制坝体的高度，安全加高值取1.5m，以南通段为例，坝体控制高度约为+10.2m。沿线南通、盐城与连云港、鲁北与渤海湾三区域的地震基本烈度控制分别为6度、7度、8度。

在堤线布置上，外侧输水通道的新建坝体堤线大体与现有堤防平行，根据计算，调500 亿m³的水的堤距约在300～500m之间，1200km长的输水通路总体水头损失约在2.5m左右，新建大堤外侧仍有非常大的滩地做保护。

若考虑沿线水头损失、流速及输水能力等，将输水通路的床底埋深控制在-1.0～-2.5m，由南向北逐渐加深，但总体变化不大。现状滩涂的标高多在0～+4.0m之间，坡度 50/10000～2.8/10000不等。为此，须挖除部分土体，平均挖深约2.0～3.0m，每米约为 1000～1500m³，该土体拟做如下两种用途，一是用于冲填管袋筑坝，约须500m³左右，另一部分土体拟通过吹填法输送至堤坝外侧，并随着涨落潮，在新的堤坝外侧形成一定范围的淤积，同样假设以原区域海床坡度变化，其影响范围大致在400～1000m。这样，沿线滩涂的面积不但不会因为输水通道的占用而缩小，反而会有一定量的增长，相当于进行了滩涂的控制置换，通过人工吹填后，向外海延伸一定距离。

Claims

1.一种软土地区滩涂自补偿的沿海岸线调水方法，核心步骤如下：(1)确定建设标准。淡水资源输送通路极为重要，为防止海水倒灌引发淡水污染，防潮堤标准可按照高于100年一遇的1级堤防工程进行结构设计，并按不允许越浪来控制坝体的高度，同时按区域地震设防标准进行相应安全控制。在此基础上，根据输水规模，确定合理的堤线与堤距布置。(2)堤基处理。对于软土堤基，如淤泥质粘土，应综合采用换填、排水固结加固或水泥系加固等综合措施，进行适当的堤基处理。(3)新防潮堤的建设。选择合理的堤坝结构形式，一方面须能适应不同地形、孔隙比大、压缩性高、灵敏度高、力学强度低、高烈度地震的软土地基，同时可承受输水通道运行后堤坝内外两侧极限状态下的双向水头作用，比如选择双侧斜坡土石坝体的结构形式，可较好满足上述要求。对于软土地区，可采用吹填方式按所选结构形式吹填至设计标高，并进行防渗及护坡施工。(4)外海侧滩涂湿地的加宽加高施工。通过水力吹填的方式，将输水通道内基床软土吹填至外海，总体上，滩涂区域一般地势均较平坦，如果堤内开挖1～2m，则堤外新增滩涂的面积将远远超过输水通路所占面积，从而实现滩涂湿地资源总量平衡，甚至有所增加。(5)堤内引入淡水，实现输水功能。

2.根据权利1所述的软土地区滩涂自补偿的沿海岸线调水方法，其特征在于:

在距现状海防大堤一定距离的位置建一新的坝体，新老海防坝体间形成一条巨大的输水通道，通过适当降低输水通道床底深度，将该部分土体吹填至新建坝体外侧，淤高堤线外滩涂，实现调水功能的同时，滩涂资源总量不减，甚至有所增加，保证海洋近岸的湿地生态环境不受影响。

3.根据权利要求1所述的软土地区滩涂自补偿的沿海岸线调水方法，其特征在于：

新建防潮堤总体平行于现状堤线，并能满足风暴潮条件下的海水不越浪，自身的结构稳定、防冲刷、防渗漏等满足国家相应规范规定，新旧防潮堤的堤距满足输水能力要求。

4.根据权利要求1所述的软土地区滩涂自补偿的沿海岸线调水方法，其特征在于：

适当降低输水通路的床底标高，并将所挖除土体吹填至新建大堤外侧，淤高外海侧滩涂，输水通路建设前后的滩涂资源总量不减反升。