一种海岸沙丘修复与养护方法与流程

1.本发明涉及沙丘修复领域，具体指有一种海岸沙丘修复与养护方法。


背景技术：

2.海岸沙丘是砂质海岸的重要地貌单元，不仅能对极端海洋动力起到“柔性”防护作用，同时可为滨海动植物提供宝贵的生境空间。然而，随着经济的高度发展，海岸沙丘受不同程度、不同形式的人类活动影响(如基础设施建设、植树造林、滨海旅游开发等)呈退化甚至灭失状态，急需开展生态修复与养护措施。另一方面，近些年随着国家层面生态修复力度的加大，各类海岸带生态修复技术体系逐步形成并完善，修复对象涉及砂质海滩、红树林、盐沼、珊瑚礁、海草床、牡蛎礁等。
3.现有技术中，只是对沙丘进行简单的固沙，引入相应的植物辅助固沙，以及引入适生动植物进行生态建设等，并未针对海岸沙丘的多层次结构进行系统修复。并且，海岸沙丘修复技术、相关规范指南以及可供借鉴的案例，目前国内仍为空白。
4.针对上述的现有技术存在的问题设计一种海岸沙丘修复与养护方法是本发明研究的目的。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术存在的问题，本发明在于提供一种海岸沙丘修复与养护方法，能够有效解决上述现有技术存在的至少一个问题。
6.本发明的技术方案是：
7.一种海岸沙丘修复与养护方法，包括以下步骤：
8.s1，设计待修复海岸为多峰沙丘形态，设计所述多峰沙丘形态中的各个沙丘的峰高，各个沙丘的峰高满足由岸向海侧依次降低；
9.s2，设计待修复海岸向海侧沙丘的坡脚高程，使向海侧沙丘的坡脚高程大于待修复海岸对应的多年平均大潮高潮位；
10.s3，在待修复海岸选择s2设计的坡脚高程的位置为向海侧沙丘的坡脚起点，采用自上而下依次为上覆风沙层、中间垫砂层、下覆结构层的三层结构，堆叠出峰高满足s1所设计的多峰沙丘形态；
11.s4，在各个沙丘依据沙丘形态种植植被。
12.进一步地，所述设计所述多峰沙丘形态中的各个沙丘的峰高，各个沙丘的峰高满足由岸向海侧依次降低包括：
13.待修复海岸50年一遇极端高水位与待修复海岸50年一遇设计波高之和为h1；待修复海岸或毗邻海湾中，保存完好的自然沙丘发育高度为h2；向岸侧的沙丘的峰高h1满足h1＝max(h1，h2)；
14.待修复海岸10年一遇极端高水位与待修复海岸10年一遇设计波高之和为h3，向海测的沙丘的峰高h3满足h3＝h3。
15.进一步地，所述设计所述多峰沙丘形态中的各个沙丘的峰高，各个沙丘的峰高满足由岸向海侧依次降低包括：
16.所述多峰沙丘形态的沙丘数量为三个，定义中间沙丘位于向岸侧的沙丘和向海侧的沙丘之间，中间沙丘的峰高h2满足h2＝(h1+h3)/2。
17.进一步地，所述上覆风沙层的厚度为0.2m～0.3m；所述中间垫砂层的厚度为0.8m～1.2m；所述上覆风沙层、所述中间垫砂层、所述下覆结构层的厚度之和满足相应的沙丘的峰高。
18.进一步地，上覆风沙层、中间垫砂层、下覆结构层的砂品质依次降低。
19.进一步地，所述上覆风沙层选用平均粒径介于0.15mm～0.25mm的砂砾进行填充；所述中间垫砂层选用粒径为0.25mm～0.5mm的砂砾进行填充；所述下覆结构层选用沙袋堆砌进行填充。
20.进一步地，设计待修复海岸向海侧沙丘的坡脚高程具体为：
21.所述待修复海岸的多年平均大潮高潮线高度为mhws，所述待修复海岸的波浪爬高为r，待修复海岸向海侧沙丘的坡脚高程z4满足z4＝mhws+r。
22.进一步地，在待修复海岸选择s2设计的坡脚高程的位置为向海侧沙丘的坡脚起点包括：测量待修复海岸的高程，在测量待修复海岸的高程满足s2设计的坡脚高程的位置为起点，作为向海侧沙丘的坡脚起点开始修复。
23.进一步地，在各个沙丘依据沙丘形态种植植被包括：在沙丘的向海面种植沙生藤本或草本植物；在沙丘的峰顶种植沙生耐盐碱灌木；在沙丘的背海面种植乔木。
24.进一步地，沙生藤本或草本植物为马鞍藤、海边月见草、老鼠艻、卤地菊、狗牙根其中的一种或多种；沙生耐盐碱灌木为千头木麻黄、草海桐、单叶蔓荆、凤尾丝兰其中的一种或多种；乔木为木麻黄、华棕、异叶南洋杉其中的一种或多种。
25.因此，本发明提供以下的效果和/或优点：
26.本技术通过多峰沙丘的结构进行海岸沙丘修复，同时，本技术设计了各个修复沙丘的高度、高程、起点，可以有效抵御海风、海水的侵蚀。本发明提供的海岸沙丘修复技术方法，可为我国广阔海岸线上的沙丘修复以及海堤生态化改造等项目提供参考和设计依据，具有显著的实际应用价值。本技术填补了国内海岸沙丘修复技术体系的空白，是对我国海岸带生态修复技术体系的补充和拓展。
27.本技术在福州滨海新城下沙岸段进行了实际操作，海岸沙丘修复工程实施后，海岸生态环境得到显著改善，海岸防灾减灾能力与海岸韧性得到显著提升，同时为公众提供新的滨海旅游休闲空间，起到良好的社会、经济和生态效益。
28.应当明白，本发明的上文的概述和下面的详细说明是示例性和解释性的，并且意在提供对如要求保护的本发明的进一步的解释。
附图说明
29.图1为本发明的其中一个实施例的流程示意图。
30.图2为本发明的其中一个实施例的海岸修复沙丘的结构示意图。
31.图3为福州滨海新城下沙岸段海岸沙丘修复前的地貌实景(拍摄于2020年10月31日)。
32.图4为福州滨海新城下沙岸段海岸沙丘修复后的地貌实景(拍摄于2023年02月09日)。
具体实施方式
33.为了便于本领域技术人员理解，现将实施例结合附图对本发明的结构作进一步详细描述：
34.参考图1－2，一种海岸沙丘修复与养护方法，包括以下步骤：
35.s1，设计待修复海岸为多峰沙丘形态，设计所述多峰沙丘形态中的各个沙丘的峰高，各个沙丘的峰高满足由岸向海侧依次降低；
36.本实施例中，多峰是指山脊状结构，其包含多个依次相连的峰顶、峰谷。并且，本实施例的各个沙丘的峰高满足由岸向海侧依次降低。本实施例借鉴自然海岸沙丘地貌发育特征，修复沙丘宜采用波状起伏的“多峰”形态。从风沙地貌学角度，“多峰”形态有助于降低输沙率，是风沙地貌与风动力相适应、互反馈的动态平衡状态。
[0037]“多峰”型修复沙丘向岸侧第一道沙丘的防灾减灾等级最高，设计高度应为最高。相反地，向海侧第一道沙丘的防灾减灾要求最低，设计高度能够抵御一般波况的高度即可；中间沙丘的修复高度介于两者之间即可。
[0038]
s2，设计待修复海岸向海侧沙丘的坡脚高程，使向海侧沙丘的坡脚高程大于待修复海岸对应的多年平均大潮高潮位；
[0039]
本实施例中，依据自然海岸沙丘发育特征，前丘坡脚通常位于多年平均大潮高潮位(mhws)之上，多年平均大潮高潮位(mhws)之上大部分时间露出水面，只有在偶然风暴或特大潮时才被海水淹没，本实施例计算或设计的坡脚高程大于待修复海岸对应的多年平均大潮高潮位，可以有效防止修复海岸的沙丘被海水侵蚀。
[0040]
s3，在待修复海岸选择s2设计的坡脚高程的位置为向海侧沙丘的坡脚起点，采用自上而下依次为上覆风沙层、中间垫砂层、下覆结构层的三层结构，堆叠出峰高满足s1所设计的多峰沙丘形态；
[0041]
本实施例在步骤s1－s2设计了多峰沙丘的结构、峰高、起点，接下来，本步骤将步骤s1－s2设计的多峰沙丘结构在待修复海岸上，以上述的三层结构实现。参考图2，三层结构从上到下依次为上覆风沙层、中间垫砂层、下覆结构层。上覆风沙层、中间垫砂层的填沙结构及其厚度参照自然海岸沙丘垂向层理结构(自然状态下，海岸沙丘表层松散的风沙堆积层厚约20～30cm)，并考虑修复沙丘的结构形态稳定而综合确定。
[0042]
s4，在各个沙丘依据沙丘形态种植植被。
[0043]
在各个沙丘依据沙丘形态种植植被，一来可以通过植物的装饰起到美观作用，二来可以通过植物形成固沙屏障，提高沙丘稳定度、改善区域风沙流场结构。
[0044]
进一步地，所述设计所述多峰沙丘形态中的各个沙丘的峰高，各个沙丘的峰高满足由岸向海侧依次降低包括：
[0045]
待修复海岸50年一遇极端高水位与待修复海岸50年一遇设计波高之和为h1；待修复海岸或毗邻海湾中，保存完好的自然沙丘发育高度为h2；向岸侧的沙丘的峰高h1满足h1＝max(h1，h2)；
[0046]
待修复海岸10年一遇极端高水位与待修复海岸10年一遇设计波高之和为h3，向海
测的沙丘的峰高h3满足h3＝h3。
[0047]
参考图2，z1、z2、z3分别表示不同沙丘顶高程；z4表示向海侧第一道沙丘的迎风坡脚高程；h1、h2、h3分别指示向岸侧到向海侧的各个沙丘的修复高度，以丘顶至坡脚间的高程差表示；mhws表示多年平均大潮高潮位。“多峰”型修复沙丘向岸侧第一道沙丘的防灾减灾等级最高，设计高度h1(h1＝z1－z4)应综合考虑极端水动力作用时的海岸防护要求与自然状态下的海岸沙丘生长发育规律确定。若现状海岸抵御50年一遇极端高水位叠加50年一遇波况的高度阈值为h1，同个海湾或毗邻海湾保存完好的自然沙丘发育高度为h2，则沙丘修复高度取二者之大值，即h1＝max(h1，h2)，上述提到了多年平均大潮高潮线(mhws)之上大部分时间露出水面，只有在偶然风暴或特大潮时才被海水淹没，本实施例在50年一遇极端高水位基础上叠加50年一遇波况的高度阈值为h1，远高于多年平均大潮高潮位(mhws)，可以充分抵御海洋动力侵蚀。
[0048]
相反地，向海侧第一道沙丘的防灾减灾要求可适当降低，设计高度h3(h3＝z3－z4)可取现状海岸抵御10年一遇极端高水位叠加10年一遇波况的高度阈值；中间沙丘的修复高度h2介于h1和h3之间，可取二者的平均高度，即h2＝(h1+h3)/2。
[0049]
本实施例中，设计波高是行业术语，可以称作波高极值。
[0050]
进一步地，所述设计所述多峰沙丘形态中的各个沙丘的峰高，各个沙丘的峰高满足由岸向海侧依次降低包括：
[0051]
所述多峰沙丘形态的沙丘数量为三个，定义中间沙丘位于向岸侧的沙丘和向海侧的沙丘之间，中间沙丘的峰高h2满足h2＝(h1+h3)/2。
[0052]
进一步地，所述上覆风沙层的厚度为0.2m～0.3m；所述中间垫砂层的厚度为0.8m～1.2m；所述上覆风沙层、所述中间垫砂层、所述下覆结构层的厚度之和满足相应的沙丘的峰高。
[0053]
进一步地，上覆风沙层、中间垫砂层、下覆结构层的砂品质依次降低。
[0054]
进一步地，所述上覆风沙层选用平均粒径介于0.15mm～0.25mm的砂砾进行填充；所述中间垫砂层选用粒径为0.25mm～0.5mm的砂砾进行填充；所述下覆结构层选用沙袋堆砌进行填充。
[0055]
本实施例中，沙丘修复结构及材料。采用三层结构，自上而下依次为：上覆风沙层、中间垫砂层和下覆结构层。上覆风沙层厚约0.2m，采用分选良好的细砂充填，砂的品质接近天然沙丘砂；中间垫砂层厚约1m，采用中细砂充填，砂的品质接近于天然海滩砂；下覆结构层主要是维持沙丘整体的形态稳定，可采用沙袋堆砌，沙袋内充填砂的品质可适当降低。
[0056]
具体地，上覆风沙层厚约0.2m，采用分选良好的细砂充填，砂的平均粒径介于0.15mm～0.25mm，砂的品质接近天然沙丘砂，具体为：石英＞83％、石英+长石＞92％、含泥量＜1.5％、贝壳含量＜1.5％。
[0057]
具体地，中间垫砂层厚约1m，采用中细砂充填，砂的平均粒径介于0.25mm～0.5mm，砂的品质接近于天然海滩砂，具体为：石英＞60％、石英+长石＞70％、含泥量＜5％，贝壳含量＜5％。
[0058]
具体地，下覆结构层主要是维持沙丘整体的形态稳定，可采用沙袋堆砌，沙袋内充填砂的品质参照垫层砂适当降低。
[0059]
进一步地，设计待修复海岸向海侧沙丘的坡脚高程具体为：
[0060]
所述待修复海岸的多年平均大潮高潮线高度为mhws，所述待修复海岸的波浪爬高为r，待修复海岸向海侧沙丘的坡脚高程z4满足z4＝mhws+r。
[0061]
进一步地，在待修复海岸选择s2设计的坡脚高程的位置为向海侧沙丘的坡脚起点包括：测量待修复海岸的高程，在测量待修复海岸的高程满足s2设计的坡脚高程的位置为起点，作为向海侧沙丘的坡脚起点开始修复。
[0062]
本步骤中，首先测量待修复海岸的地形地貌，得到待修复海岸各个位置的高程，然后根据s2设计的坡脚高程的位置，在待修复海岸选择相应高程的位置作为向海侧沙丘的坡脚，开始修复。
[0063]
进一步地，在各个沙丘依据沙丘形态种植植被包括：在沙丘的向海面种植沙生藤本或草本植物；在沙丘的峰顶种植沙生耐盐碱灌木；在沙丘的背海面种植乔木。
[0064]
进一步地，沙生藤本或草本植物为马鞍藤、海边月见草、老鼠艻、卤地菊、狗牙根其中的一种或多种；沙生耐盐碱灌木为千头木麻黄、草海桐、单叶蔓荆、凤尾丝兰其中的一种或多种；乔木为木麻黄、华棕、异叶南洋杉其中的一种或多种。藤本、草本、灌木和乔木的品种以抗风、耐土壤盐、耐盐雾、耐干旱、耐贫瘠的植物为主，适当配置“花化”、“彩化”、“香化”的植物，兼顾生态功能与景观价值。适用于我国后滨沙地修复的植物物种和配置模式参见《海滩后滨沙地植被修复技术方法》(hy/t 0304—2021)附录a和附录c。
[0065]
本实施例中，在沙丘修复的基础上，开展乔－灌－草多层级相结合的植被修复，具体为：在沙丘迎风面扦插沙生藤本或草本植物，形成第一道固沙屏障，美化滨海岸线；在沙丘顶部成排列植沙生耐盐碱灌木，形成抗风固沙灌木带，进一步提高沙丘稳定度；在沙丘后方培育乔木林带，进一步改善区域风沙流场结构。选用植物品种以抗风、耐盐、耐旱、耐贫瘠及耐盐雾的乡土植物为主，兼顾生态功能与景观价值。本实施例选用的藤本或草本植物主要有：马鞍藤、海边月见草、卤地菊等；灌木主要有：千头木麻黄、草海桐、单叶蔓荆等；乔木主要有：木麻黄、华棕等。
[0066]
实验数据
[0067]
依托本实施例提供的方法设计，申请人于2021～2022年，在福州滨海新城下沙岸段成功开展国内首例成规模的海岸沙丘修复与植被恢复工程。沙丘修复长度约1.88km，修复面积约11.03万m2；植被修复长度约2.15km，修复面积约11.77公顷。
[0068]
参考图3和图4进行对比，海岸沙丘修复工程实施后，海岸生态环境得到显著改善，海岸防灾减灾能力与海岸韧性得到显著提升，证明了上述实施例提供的方法可行、有效，同时为公众提供新的滨海旅游休闲空间，起到良好的社会、经济和生态效益。
[0069]
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
[0070]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0071]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0072]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

技术特征：
1.一种海岸沙丘修复与养护方法，其特征在于：包括以下步骤：s1，设计待修复海岸为多峰沙丘形态，设计所述多峰沙丘形态中的各个沙丘的峰高，各个沙丘的峰高由岸向海依次降低；s2，设计待修复海岸向海侧沙丘的坡脚高程，使向海侧沙丘的坡脚高程大于待修复海岸对应的多年平均大潮高潮位；s3，在待修复海岸选择s2设计的坡脚高程的位置为向海侧沙丘的坡脚起点，采用自上而下依次为上覆风沙层、中间垫砂层、下覆结构层的三层结构，堆叠出峰高满足s1所设计的多峰沙丘形态；s4，在各个沙丘依据沙丘形态种植植被。2.根据权利要求1所述的一种海岸沙丘修复与养护方法，其特征在于：所述设计所述多峰沙丘形态中的各个沙丘的峰高，各个沙丘的峰高满足由岸向海依次降低包括：待修复海岸50年一遇极端高水位与待修复海岸50年一遇设计波高之和为h1；待修复海岸或毗邻海湾中，保存完好的自然沙丘发育高度为h2；向岸侧的沙丘的峰高h1满足h1＝max(h1，h2)；待修复海岸10年一遇极端高水位与待修复海岸10年一遇设计波高之和为h3，向海测的沙丘的峰高h3满足h3＝h3。3.根据权利要求2所述的一种海岸沙丘修复与养护方法，其特征在于：所述设计所述多峰沙丘形态中的各个沙丘的峰高，各个沙丘的峰高满足由岸向海依次降低包括：所述多峰沙丘形态的沙丘数量为三个，定义中间沙丘位于向岸侧的沙丘和向海侧的沙丘之间，中间沙丘的峰高h2满足h2＝(h1+h3)/2。4.根据权利要求1～3任意一条所述的一种海岸沙丘修复与养护方法，其特征在于：所述上覆风沙层的厚度为0.2m～0.3m；所述中间垫砂层的厚度为0.8m～1.2m；所述上覆风沙层、所述中间垫砂层、所述下覆结构层的厚度之和满足相应的沙丘的峰高。5.根据权利要求4所述的一种海岸沙丘修复与养护方法，其特征在于：上覆风沙层、中间垫砂层、下覆结构层的砂品质依次降低。6.根据权利要求5所述的一种海岸沙丘修复与养护方法，其特征在于：所述上覆风沙层选用平均粒径介于0.15mm～0.25mm的砂砾进行填充；所述中间垫砂层选用粒径为0.25mm～0.5mm的砂砾进行填充；所述下覆结构层选用沙袋堆砌进行填充。7.根据权利要求1所述的一种海岸沙丘修复与养护方法，其特征在于：设计待修复海岸向海侧沙丘的坡脚高程具体为：所述待修复海岸的多年平均大潮高潮线高度为mhws，所述待修复海岸的波浪爬高为r，待修复海岸向海侧沙丘的坡脚高程z4满足z4＝mhws+r。8.根据权利要求1所述的一种海岸沙丘修复与养护方法，其特征在于：在待修复海岸选择s2设计的坡脚高程的位置为向海侧沙丘的坡脚起点包括：测量待修复海岸的高程，在测量待修复海岸的高程满足s2设计的坡脚高程的位置为起点，作为向海侧沙丘的坡脚起点开始修复。9.根据权利要求1所述的一种海岸沙丘修复与养护方法，其特征在于：在各个沙丘依据沙丘形态种植植被包括：在沙丘的向海面种植沙生藤本或草本植物；在沙丘的峰顶种植沙生耐盐碱灌木；在沙丘的背海面种植乔木。
10.根据权利要求9所述的一种海岸沙丘修复与养护方法，其特征在于：沙生藤本或草本植物为马鞍藤、海边月见草、老鼠艻、卤地菊、狗牙根其中的一种或多种；沙生耐盐碱灌木为千头木麻黄、草海桐、单叶蔓荆、凤尾丝兰其中的一种或多种；乔木为木麻黄、华棕、异叶南洋杉其中的一种或多种。

技术总结
本发明涉及一种海岸沙丘修复与养护方法，包括以下步骤：S1，设计待修复海岸为多峰沙丘形态，设计所述多峰沙丘形态中的各个沙丘的峰高，各个沙丘的峰高由岸向海依次降低；S2，设计待修复海岸向海侧沙丘的坡脚高程，使向海侧沙丘的坡脚高程大于待修复海岸对应的多年平均大潮高潮位；S3，在待修复海岸选择S2设计的坡脚高程的位置为向海侧沙丘的坡脚起点，采用自上而下依次为上覆风沙层、中间垫砂层、下覆结构层的三层结构，堆叠出峰高满足S1所设计的多峰沙丘形态；S4，在各个沙丘依据沙丘形态种植植被。植被。植被。


技术研发人员：戚洪帅 何岩雨 刘建辉 曹超 蔡锋 赵绍华 雷刚 刘根
受保护的技术使用者：自然资源部第三海洋研究所
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/7/7