CN112681220A

CN112681220A - 一种阶梯式跌水消能的红树林生态防波堤及其工作方法

Info

Publication number: CN112681220A
Application number: CN202110025658.8A
Authority: CN
Inventors: 陈橙; 闫慧; 杜飞; 李梓萱; 肖鸿
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2021-01-08
Filing date: 2021-01-08
Publication date: 2021-04-20

Abstract

本发明提供一种阶梯式跌水消能的红树林生态防波堤，包括沿海岸线布置的防波堤阻浪结构以及位于防波堤阻浪结构上的红树林消浪结构，所述防波堤阻浪结构包括防波堤，所述防波堤由外而内依次设置有护脚、护面、反滤层、黏性填土料层、抛块石填土料层以及堤心石层。本发明设计合理，构造简单，既可防御波浪入侵、维持港内水域稳定；又能衰减越浪、实现波能自消；同时发展海岸景观、保护近岸生态环境，保障沿海区域人民财产安全。

Description

一种阶梯式跌水消能的红树林生态防波堤及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种阶梯式跌水消能的红树林生态防波堤及其工作方法。

背景技术

海岸侵蚀致使沿海土地流失、海岸建筑物破坏、海岸洪涝机率增大、岸滩生物多样性和生态平衡被破坏、海滩生态环境恶化，给人民生命财产安全、国民经济增长、生态环境造成巨大损失与危害。防波堤结构是港口和海岸工程中常见的水工建筑物,具有阻断波浪冲击力、防御波浪入侵冲蚀岸线、改善水域保滩促淤等作用。

当下，传统斜面式防波堤建筑耗材大，且暴露于海面以上,沿海景观受到破坏；传统的防波堤结构遇台风浪等极端海况时防浪效果不理想，自身稳定性易受到威胁，不能满足海岸防护需求。此外，由于海面风浪的不确定性，面对极端海况防波堤虽有一定的防风浪性能，但防波堤斜面也为波浪爬升提供路径，致使在结构物上海浪爬升效应明显,增加越浪危险，对防波堤及后方海堤承载力、稳定性造成严重威胁。

红树林被公认为“天然海岸卫士”，是以红树植物为主体的常绿灌木或乔木组成的潮滩湿地木本生物群落，同时也是底栖生物和鸟类的重要生存场所。在风暴潮等极端海洋灾害来临时，水面上的枝叶和水下根系均可以阻挡波浪，枝叶或根系间空隙亦可增强湍流，进一步消耗波浪能量，减少灾害对沿海城市造成的损失。但红树植物须在淤泥环境中种植，无法在水深偏高的海域生长，同时在高潮水位淹没条件下，传统红树林消波性能差，易被冲刷带走。

发明内容

本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种阶梯式跌水消能的红树林生态防波堤及其工作方法，解决传统红树林在海水盐度过高存活率低，遭遇高潮水位淹没时消波性能差、易被冲刷带走，传统的防波堤结构遭遇极端海况时防浪效果差的问题。

本发明的具体实施方案是这样构成的，它包括沿海岸线布置的防波堤阻浪结构以及位于防波堤阻浪结构上的红树林消浪结构，所述防波堤阻浪结构包括防波堤，所述防波堤由外而内依次设置有护脚、护面、反滤层、黏性填土料层、抛块石填土料层以及堤心石层。

进一步的，所述红树林消浪结构由多棵红树林组成，所述防波堤呈阶梯式结构，所述防波堤包括位于两侧的防波堤堤坎和位于顶部的防波堤堤顶，所述红树林分别位于防波堤堤坎内部和防波堤堤顶位置，红树林沿防波堤堤坎内部成排布置，红树林沿防波堤堤顶位置多排分布。

进一步的，所述防波堤堤坎的坎尖为外凸圆弧形。

进一步的，所述防波堤堤坎内底面铺设有反渗透膜层材料层，所述反渗透膜层材料层上方设有双层超细玻璃棉层。

进一步的，所述防波堤堤顶建设在位于防波堤堤坎内部的红树林树干与红树林树冠的衔接高度位置，用以更好利用红树林的树根、树冠进行波浪消能。

进一步的，位于防波堤堤顶处的红树林对称设置或是交错设置。

进一步的，一种阶梯式跌水消能的红树林生态防波堤的工作方法，包括步骤如下：（1）当低潮位的波浪冲刷防波堤时，顺着防波堤的护面爬上防波堤堤坎的坎尖，然后随着惯性继续爬升，爬至防波堤堤坎上方后惯性结束，波浪水体悬空并与防波堤堤坎底部形成高度落差，波浪水体开始下跌并将沿斜面的冲击力转为水平冲击力和垂直冲击力实现初级消能，水平水流冲击力冲撞红树林树根实现二级消能，垂直水流冲击力冲击防波堤梯坎底部时碰撞到双层超细玻璃棉实现三级消能，降低海浪能量的同时减少了对红树林的破坏；（2）当高潮位的波浪水体冲刷防波堤时，波浪水体沿防波堤的护面进行阶梯跌水消能后，波浪水体与防波堤堤坎内红树林树冠相互作用实现初级消能，后波浪与堤顶的红树林树根相互作用实现次级消波消能。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本装置结构简单，设计合理，波浪水体冲击防波堤，通过防波堤阻浪结构本身进行初次消能，接着波浪水体顺着防波堤的护面爬上防波堤堤坎的坎尖，然后随着惯性继续爬升，爬至防波堤堤坎上方后惯性结束，波浪水体悬空并与防波堤堤坎底部形成高度落差，波浪水体开始下跌并将沿斜面的冲击力转为水平冲击力和垂直冲击力实现初级消能，水平水流冲击力冲撞红树林树根实现二级消能，垂直水流冲击力冲击防波堤梯坎底部时碰撞到双层超细玻璃棉实现三级消能，降低海浪能量的同时减少了对红树林的破坏，可以在很大程度上消耗波浪的能量，对岸坡进行最大程度的保护；

同时，由于本发明中防波堤梯坎内铺设反渗透膜层，大大降低了红树林对水质盐度的要求，使本发明可以应用在更多的海岸；响应了我国可持续发展和生态自然观的理念，不仅能够对海岸进行保护，同时发展海岸景观，保护近岸生态环境。

附图说明

图1为本发明实施例主视图；

图2为本发明实施例俯视图；

图3为本发明实施例防波堤梯坎位置局部放大图；

图中：1-低潮位；2-高潮位；3-护脚；4-护面；5-反滤层；6-黏性填土料层；7-抛块石填土料层；8-堤心石层；9-双层超细玻璃棉层；10--防波堤梯坎坎尖；11-反渗透膜材料层；12-红树林树根；13-红树林树干；14-红树林树冠；15-防波堤堤顶；16-波浪水体；17-防波堤梯坎底部；18-防波堤梯坎，19-海岸线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

实施例：如图1~3所示，提供一种阶梯式跌水消能的红树林生态防波堤，包括沿海岸线19布置的防波堤阻浪结构以及位于防波堤阻浪结构上的红树林消浪结构，所述防波堤阻浪结构包括防波堤，所述防波堤由外而内依次设置有护脚3、护面4、反滤层5、黏性填土料层6、抛块石填土料层7以及堤心石层8；防波堤阻浪结构可以进行一级消能，红树林消浪结构可以进行二次消能。

在在风暴潮等极端海洋灾害频发的海岸处，防波堤阻浪结构要在垂直于岸线方向按一定的间距多个布置。

在本实施例中，所述红树林消浪结构由多棵红树林组成，所述防波堤呈阶梯式结构，所述防波堤包括位于两侧的防波堤堤坎18和位于顶部的防波堤堤顶15，所述红树林分别位于防波堤堤坎内部和防波堤堤顶位置，红树林沿防波堤堤坎内部长度方向成排布置，红树林沿防波堤堤顶位置长度方向多排分布。

在本实施例中，所述防波堤堤坎坎尖10（即护面与防波堤堤坎的连接处）为外凸圆弧形；采用外凸圆弧形进行过渡并采用耐冲刷的材料建造，以便波浪沿防波堤堤坎的坎尖平顺下跌，从而实现跌流消能，避免了越浪风险并减少波浪对阶梯上红树林的冲刷。

在本实施例中，所述防波堤堤坎内底面铺设有反渗透膜层材料层11，用以淡化防波堤堤坎内部的海水，使防波堤堤坎内水质盐度适中，适合红树林植物可以长期生存与繁衍；

所述反渗透膜层材料层上方设有双层超细玻璃棉层9；双层超细玻璃棉层位于防波堤堤坎底部17，双层超细玻璃棉层的设置可以进一步削弱冲入防波堤堤坎内部的波浪冲刷力，进行二次消能从而在更大程度上保护位于防波堤堤坎内部的红树林。

在本实施例中，成熟期的红树林高约4-5m，为了达到最好的消浪效果，需要将红树林进行分层种植，可以最大程度上发挥红树林树根12、红树林树冠14的消浪能力，因此优选的，所述防波堤堤顶建设在位于防波堤堤坎内部的红树林树干13与红树林树冠14的衔接位置处，理想状态下，防波堤堤顶应比防波堤堤坎高2米，用以更好利用红树林的树根、树冠进行波浪消能。

在本实施例中，位于防波堤堤顶处的红树林对称设置或是交错设置；优选的，位于防波堤堤顶处的红树林还可以采用先疏后密，整体位于防波堤堤顶处的红树林呈三角形排布，更有利于海啸波能和海啸波强度的消减，达到多级消能的作用。

由于红树林的根部、树冠都具有良好消能效果，因此利用防波堤底部高程及防波堤堤顶高程对红树林进行抬高，使红树林实现根部-树干、树冠-树干的周期性纵向交错抬升，从而达到最好的消能效果。

在本实施例中，工作时，当低潮位1的波浪水体16冲刷防波堤时，防波堤自身为刚性结构，进行一级消能；接着，波浪水体顺着防波堤的护面爬上防波堤堤坎的坎尖，然后随着惯性继续爬升，爬至防波堤堤坎上方后惯性结束，波浪水体悬空并与防波堤堤坎底部形成高度落差，波浪水体开始下跌并将沿斜面的冲击力转为水平冲击力和垂直冲击力实现初级消能，水平水流冲击力冲撞红树林树根实现二级消能，垂直水流冲击力冲击防波堤梯坎底部时碰撞到双层超细玻璃棉实现三级消能，降低海浪能量的同时减少了对红树林的破坏；

当高潮位2的波浪水体冲刷防波堤时，波浪水体16沿防波堤的护面进行阶梯跌水消能后，波浪水体与防波堤堤坎内红树林树冠相互作用实现初级消能，后波浪与堤顶的红树林树根相互作用实现次级消波消能。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接（例如使用螺栓或螺钉连接），也可以理解为：不可拆卸的固定连接（例如铆接、焊接），当然，互相固定连接也可以为一体式结构（例如使用铸造工艺一体成形制造出来）所取代（明显无法采用一体成形工艺除外）。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims

1.一种阶梯式跌水消能的红树林生态防波堤，其特征在于，包括沿海岸线布置的防波堤阻浪结构以及位于防波堤阻浪结构上的红树林消浪结构，所述防波堤阻浪结构包括防波堤，所述防波堤由外而内依次设置有护脚、护面、反滤层、黏性填土料层、抛块石填土料层以及堤心石层。

2.根据权利要求1所述的阶梯式跌水消能的红树林生态防波堤，其特征在于，所述红树林消浪结构由多棵红树林组成，所述防波堤呈阶梯式结构，所述防波堤包括位于两侧的防波堤堤坎和位于顶部的防波堤堤顶，所述红树林分别位于防波堤堤坎内部和防波堤堤顶位置，红树林沿防波堤堤坎内部成排布置，红树林沿防波堤堤顶位置多排分布。

3.根据权利要求2所述的阶梯式跌水消能的红树林生态防波堤，其特征在于，所述防波堤堤坎的坎尖为外凸圆弧形。

4.根据权利要求2或3所述的阶梯式跌水消能的红树林生态防波堤，其特征在于，所述防波堤堤坎内底面铺设有反渗透膜层材料层，所述反渗透膜层材料层上方设有双层超细玻璃棉层。

5.根据权利要求2所述的阶梯式跌水消能的红树林生态防波堤，其特征在于，所述防波堤堤顶建设在位于防波堤堤坎内部的红树林树干与红树林树冠的衔接高度位置，用以更好利用红树林的树根、树冠进行波浪消能。

6.根据权利要求2所述的阶梯式跌水消能的红树林生态防波堤，其特征在于，位于防波堤堤顶处的红树林对称设置或是交错设置。

7.一种利用如权利要求4所述的阶梯式跌水消能的红树林生态防波堤的工作方法，其特征在于，包括步骤如下：（1）当低潮位的波浪冲刷防波堤时，顺着防波堤的护面爬上防波堤堤坎的坎尖，然后随着惯性继续爬升，爬至防波堤堤坎上方后惯性结束，波浪水体悬空并与防波堤堤坎底部形成高度落差，波浪水体开始下跌并将沿斜面的冲击力转为水平冲击力和垂直冲击力实现初级消能，水平水流冲击力冲撞红树林树根实现二级消能，垂直水流冲击力冲击防波堤梯坎底部时碰撞到双层超细玻璃棉实现三级消能，降低海浪能量的同时减少了对红树林的破坏；（2）当高潮位的波浪水体冲刷防波堤时，波浪水体沿防波堤的护面进行阶梯跌水消能后，波浪水体与防波堤堤坎内红树林树冠相互作用实现初级消能，后波浪与堤顶的红树林树根相互作用实现次级消波消能。