海岸修复用人工贝藻礁防护系统及其应用

1.本发明属于海岸生态修复领域，尤其涉及海岸修复用人工贝藻礁防护系统及其应用。


背景技术：

2.我国海岸线漫长、海岸带承担着防浪护岸、削减潮流的作用，也是海洋生物繁衍栖息的优良场所。沿海地区城市化程度高、经济发达，经济发展对海岸带资源环境有着极大的依赖性。随着城市工业化进程的加快以及城市建设的不断扩张、人类渔业活动、垃圾污染、废水排放以及海滩非法采砂等活动，造成了海滩退化、过去许多美丽的沙滩风光不再，海岸带生态系统的健康和平衡正受到严重的挑战，海岸带的生态环境变得越来越脆弱，近岸海洋生物栖息地丧失，生物多样性遭受破坏。加上风暴潮、台风等恶劣天气的频繁袭击，导致护岸工程遭受破坏，岸线遭受侵蚀，降低了整体抵抗风暴潮灾害的能力，需要采用一定的手段进行修复和防护。
3.以往常见的防护方法是在岸滩前设置丁坝、护岸、离岸堤等海岸工程实体建筑物，这些建筑物虽然施工简便、造价低，使用期长，但是属于不透水结构，大大影响了局部水体交换，阻碍了海洋生物的发展，将进一步加重海洋生态环境的恶化。因此，国家环保部门出台了相关的海洋生态红线准则以及海洋生态保护条例，禁止此类不透水结构的使用，鼓励透水式和兼顾生态效益的防护措施。本发明提出了一种海岸修复用人工贝藻礁防护系统及其应用，用于减缓海岸侵蚀、保护天然或人工沙滩、维护岸线稳定，同时在贝藻礁体中设置海洋植物、贝类和鱼类等养殖区，提升海洋环境质量，并可创造一定的经济效益。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供海岸修复用人工贝藻礁防护系统及其应用，以解决上述问题，达到保护海岸，提升海洋环境质量的目的。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：海岸修复用人工贝藻礁防护系统，包括类贝藻礁群，所述类贝藻礁群包括成排间隔设置的若干贝藻礁单体，任一排若干相邻所述贝藻礁单体之间贴合设置，所述类贝藻礁群设置为透水式且用于海岸防护；
6.基床垫层，若干所述贝藻礁单体放置于所述基床垫层的顶面；
7.稳固装置，若干所述贝藻礁单体通过所述稳固装置限位于所述基床垫层的顶面；
8.生物栖息区，所述生物栖息区设置在成排设置的若干所述贝藻礁单体侧边，所述生物栖息区用于养殖海洋经济作物。
9.优选的，若干所述贝藻礁单体顶部形成工作平台或步道，所述贝藻礁单体包括底座、中空礁体与顶板，所述中空礁体底部固定连接在所述底座顶部，所述顶板底部固定连接在所述中空礁体顶部，所述中空礁体的周向侧壁上开设有若干连通孔，若干所述连通孔与所述中空礁体内的空腔连通，相邻间隔设置的所述顶板之间通过所述稳固装置固定连接，所述底座通过所述稳固装置限位于所述基床垫层的顶部。
10.优选的，所述基床垫层包括基床土层、碎石垫层与土工管袋层，所述基床土层为现有的海床土层，所述基床土层顶面开设有倒梯形沟槽，所述碎石垫层设置填充在所述倒梯形沟槽内且与所述基床土层等高，所述土工管袋层放置在所述碎石垫层的顶面，若干所述贝藻礁单体与所述生物栖息区分别位于所述土工管袋层的顶面，所述底座通过所述稳固装置限位于所述土工管袋层的顶部。
11.优选的，所述稳固装置包括若干固定管桩与若干连接锚链，若干所述固定管桩的底端竖向插接在所述基床土层内，若干所述固定管桩的顶端依次穿过所述碎石垫层、土工管袋层与所述底座，所述底座顶面竖向开设有若干预制通孔，若干所述固定管桩的顶端位于若干所述预制通孔内，所述连接锚链的两端分别固定连接在相邻间隔设置的所述顶板之间。
12.优选的，所述生物栖息区包括海生植物区、贝藻礁养殖区与鱼类养殖区，所述鱼类养殖区设置在相邻成排设置的若干所述贝藻礁单体之间，所述海生植物区设置在位于边部的若干所述贝藻礁单体远离所述鱼类养殖区的一侧，所述贝藻礁养殖区设置在若干所述贝藻礁单体的空腔内，所述贝藻礁养殖区用于养殖贝类经济作物。
13.优选的，所述海生植物区内设置有第一固定框架，所述第一固定框架通过绳索固定连接在所述贝藻礁单体的侧边；所述鱼类养殖区内设置有第二固定框架，所述第二固定框架通过所述绳索固定连接在相邻成排设置的若干所述贝藻礁单体之间。
14.优选的，所述中空礁体的迎水面设置为弧面。
15.优选的，所述贝藻礁单体采用钢筋混凝土材料，所述底座与所述顶板分别为混凝土预制板。
16.海岸修复用人工贝藻礁防护系统的应用，应用于海岸上，且位于岸线的一侧；
17.海岸修复用人工贝藻礁防护系统的布设形式有顺岸式、垂直岸线式、弧线形式以及分段式。
18.本发明具有如下技术效果：若干贝藻礁单体连成一排或者多排，形成类贝藻礁群，用于海岸防护作用，设置为透水式有利于类贝藻礁群防护结构的内侧和外侧之间有充分的水体交换，形成动态环境，有助于海洋生态环保要求；基床垫层的主要作用是为类贝藻礁群与生物栖息区提供支撑结构，避免下沉；稳固装置的主要作用是将类贝藻礁群与生物栖息区限制在基床垫层，避免在海水的不断冲击下脱离基床垫层，能够保证整体结构系统的稳定性；生物栖息区用于养殖海洋经济作物；在极端天气，类贝藻礁群与生物栖息区内的植物可以对抵抗风浪起到一定的缓冲作用，类贝藻礁群与生物栖息区还可以起到近海海洋生物栖息修复和海洋牧场的功能，营造海洋生物栖息的良好环境，大大提高海洋经济效益和生态效益。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明人工贝藻礁防护系统主视方向剖面示意图；
21.图2为本发明人工贝藻礁防护系统平面结构图；
22.图3为本发明贝藻礁单体结构示意图；
23.图4为本发明相对岸线顺岸式人工贝藻礁防护系统示意图；
24.图5为本发明相对岸线垂直式人工贝藻礁防护系统示意图；
25.图6为本发明相对岸线弧线形式人工贝藻礁防护系统示意图；
26.图7为本发明相对岸线分段式人工贝藻礁防护系统示意图；
27.其中，1、贝藻礁单体；11、底座；12、中空礁体；13、顶板；14、连通孔；2、基床垫层；21、基床土层；22、碎石垫层；23、土工管袋层；3、稳固装置；31、固定管桩；32、连接锚链；4、生物栖息区；41、海生植物区；42、贝藻礁养殖区；43、鱼类养殖区；5、预制通孔；6、倒梯形沟槽；7、第一固定框架；8、第二固定框架；9、岸线；100、顺岸式人工贝藻礁防护系统；110、垂直式人工贝藻礁防护系统；120、弧线形式人工贝藻礁防护系统；130、分段式人工贝藻礁防护系统。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
30.参照图1-7所示，本发明提供了海岸修复用人工贝藻礁防护系统，包括
31.类贝藻礁群，类贝藻礁群包括成排间隔设置的若干贝藻礁单体1，任一排若干相邻贝藻礁单体1之间贴合设置，类贝藻礁群设置为透水式且用于海岸防护；
32.基床垫层2，若干贝藻礁单体1放置于基床垫层2的顶面；
33.稳固装置3，若干贝藻礁单体1通过稳固装置3限位于基床垫层2的顶面；
34.生物栖息区4，生物栖息区4设置在成排设置的若干贝藻礁单体1侧边，生物栖息区4用于养殖海洋经济作物。
35.若干贝藻礁单体1连成一排或者多排，形成类贝藻礁群，用于海岸防护作用，设置为透水式有利于类贝藻礁群防护结构的内侧和外侧之间有充分的水体交换，形成动态环境，有助于海洋生态环保要求；基床垫层2的主要作用是为类贝藻礁群与生物栖息区4提供支撑结构，避免下沉；稳固装置3的主要作用是将类贝藻礁群与生物栖息区4限制在基床垫层2，避免在海水的不断冲击下脱离基床垫层2，能够保证整体结构系统的稳定性；生物栖息区4用于养殖海洋经济作物；在极端天气，类贝藻礁群与生物栖息区4内的植物可以对抵抗风浪起到一定的缓冲作用，类贝藻礁群与生物栖息区4还可以起到近海海洋生物栖息修复和海洋牧场的功能，营造海洋生物栖息的良好环境，大大提高海洋经济效益和生态效益。
36.进一步优化方案，若干贝藻礁单体1顶部形成工作平台或步道，贝藻礁单体1包括底座11、中空礁体12与顶板13，中空礁体12底部固定连接在底座11顶部，顶板13底部固定连接在中空礁体12顶部，中空礁体12的周向侧壁上开设有若干连通孔14，若干连通孔14与中空礁体12内的空腔连通，相邻间隔设置的顶板13之间通过稳固装置3固定连接，底座11通过
稳固装置3限位于基床垫层2的顶部。
37.底座11是贝藻礁单体1的最底层结构，呈平板状，作为整个结构的基础；中空礁体12是贝藻礁体的最主要部分，占据其大部分体积空间，为内部中空的混凝土结构，呈六面体结构，在水平方向4个面上开设连通孔14与外部联通，上下两个面为实体面板，中空礁体12放于底座11之上，并通过焊接件与底座11连接，焊接部位进行防锈处理；顶板13为平板状结构，放置于中空礁体12的上方，起到连接和固定中空礁体12的作用，以及作为贝藻礁单体1上方的工作平台和步道之用；工程上若干个贝藻礁单体1连成一排或者多排，形成类贝藻礁群，用于海岸防护作用。
38.另外，中空礁体12为六面体结构，断面可以为曲面，或者梯形等形式，设计时根据波浪条件和功能需求进行选择，并且每个面上在中间部位设置圆形或者方形开孔，用于透流、消浪。
39.进一步优化方案，基床垫层2包括基床土层21、碎石垫层22与土工管袋层23，基床土层21为现有的海床土层，基床土层21顶面开设有倒梯形沟槽6，碎石垫层22设置填充在倒梯形沟槽6内且与基床土层21等高，土工管袋层23放置在碎石垫层22的顶面，若干贝藻礁单体1与生物栖息区4分别位于土工管袋层23的顶面，底座11通过稳固装置3限位于土工管袋层23的顶部。
40.基床土层21为现有的海床土层，经过表层清淤处理，清除软弱土质，形成一个倒梯形沟槽6；碎石垫层22为在倒梯形沟槽6中回填碎石至与现有海床的表面持平，增强地基的承载力；土工管袋层23铺设在碎石垫层22上方，利用土工布制成管状的布袋，内部填充细砂，多个土工布管带平行排开，覆盖在碎石垫层22之上，并整体形成一个平面。
41.进一步优化方案，稳固装置3包括若干固定管桩31与若干连接锚链32，若干固定管桩31的底端竖向插接在基床土层21内，若干固定管桩31的顶端依次穿过碎石垫层22、土工管袋层23与底座11，底座11顶面竖向开设有若干预制通孔5，若干固定管桩31的顶端位于若干预制通孔5内，连接锚链32的两端分别固定连接在相邻间隔设置的顶板13之间。
42.固定管桩31穿过贝藻礁底座11中的预制通孔5，并依次穿过土工管袋层23和碎石垫层22，然后深入基床土层21之中，起到阻止贝藻礁单体1水平滑移的功能；在顶板13的边缘预留埋置连接环，用于将间隔设置的贝藻礁单体1通过连接锚链32相连，连接锚链32用于连接贝藻礁单体1之间的顶板13，起到增加系统整体稳定性的作用。
43.进一步优化方案，生物栖息区4包括海生植物区41、贝藻礁养殖区42与鱼类养殖区43，鱼类养殖区43设置在相邻成排设置的若干贝藻礁单体1之间，海生植物区41设置在位于边部的若干贝藻礁单体1远离鱼类养殖区43的一侧，贝藻礁养殖区42设置在若干贝藻礁单体1的空腔内，贝藻礁养殖区42用于养殖贝类经济作物。
44.海生植物区41主要分布在贝藻礁单体1的两侧，布放在两侧外延的土工管袋层23之上，用以养殖海藻等海洋经济植物；贝藻礁养殖区42主要位于贝藻礁的中空礁体之内，主要用于养殖贝类等经济作物，鱼类养殖区43位于双排贝藻礁单体1之间，主要用于养殖鱼类经济作物，内部可以布放各种鱼类养殖网箱，两侧由类贝藻礁群保护。
45.进一步优化方案，海生植物区41内设置有第一固定框架7，第一固定框架7通过绳索固定连接在贝藻礁单体1的侧边；鱼类养殖区43内设置有第二固定框架8，第二固定框架8通过绳索固定连接在相邻成排设置的若干贝藻礁单体1之间；第一固定框架7为一些钢筋或
竹子制成的框架；第二固定框架8为钢筋框架笼、外套网衣等柔性网状材料组成。
46.海生植物区41位于类贝藻礁群的外侧位置，主要由一些钢筋或者竹框架组成，便于海生植物依附生长，这些框架底座放于土工管袋层23之上，并通过绳索固定在贝藻礁单体1上；贝藻礁养殖区42位于贝藻礁单体1的中空礁体12之内，主要是通过播撒贝类幼体，使其寄附在空礁体12之内，有时贝类也会活动于贝藻礁单体1的其他部位，但是不会离开贝藻礁单体1；鱼类养殖区43位于两排贝藻礁单体1之间，由两侧贝藻礁单体1所保护，第二固定框架8座放于土工管袋层23之上，鱼类可以自由地在网衣内游动栖息生长。
47.进一步优化方案，中空礁体12的迎水面设置为弧面。
48.这样设置有助于降低贝藻礁单体1所受外荷载，利用弧面的挑流效应，可以最大限度的削弱海浪冲击，消浪效果好，同时弧面相比直立面和斜面，能更好的抵抗波浪冲击，延长人工礁体使用寿命；此外贝藻礁单体1表面开设的连通孔14，也可以降低贝藻礁单体上的波浪冲击力。
49.进一步优化方案，贝藻礁单体1采用钢筋混凝土材料，底座11与顶板13分别为混凝土预制板。这样设置结构牢固、强度大，可以制成各种形状和大小，便于整体结构的搭建，同时也便于贝藻类的附着和生长，可使水域中生物种类增多、生物量快速增长；混凝土预制板厚度和宽度较大，需要经过荷载设计，设计时在底座11上预留固定管桩31孔位，以便于固定管桩31穿过并深入海床中。
50.顶板13为混凝土预制板，主要到连接固定作用，以及承担将来上部人员施工和养殖活动的荷载，故设计厚度和宽度相对底座11要小，满足钢筋混凝土构造配筋要求即可。
51.海岸修复用人工贝藻礁防护系统的应用，应用于海岸上，且位于岸线的一侧；
52.海岸修复用人工贝藻礁防护系统的布设形式有顺岸式、垂直岸线式、弧线形式以及分段式。其中顺岸式是最基本的布设形式，可以适用于大多数岸线情况，以满足基本的生态修复和海岸防护功能需求；垂直岸线式其功能类似于丁坝，可以起到挡流促淤的功能，适用于沿岸流较强的海岸，以及可以在两排垂直岸线的人工贝藻礁之间布设人工沙滩，起到保护人工沙滩的作用；同时由于是透水结构，满足生态环保需求，可以布设在海岸生态红线以内，而常规的实体丁坝则不可以布置在生态红线以内；弧线形式，可以在其掩护区域的海岸布设人工沙滩，同时弧形贝藻礁围城的海域可以用作人工海水浴场，维持内部水面平静，这种形式适用于同时设置人工沙滩和海水浴场的情况；分段式布设形式可以促使海外的泥沙在贝藻礁后的岸线自然淤积，故这个情况通常不设置人工沙滩，而是利用自然淤积形成沙滩，同时这种形式，适用于一年中波浪方向变化较大的海岸。
53.整体上，(1)透水式海岸防护系统满足最新海洋生态环保要求
54.贝藻礁单体1采用中空式腔体结构，且在水平方面四面开孔透水，可以保证良好的透水性，使得类贝藻礁群防护结构的内侧和外侧之间有充分的水体交换；贝藻礁投放后，在其周边及内部形成上升流、加速流、滞缓流等流态，通过贝藻礁可扰动底层、近底层水体，提高各水层间的垂直交换效率，形成理想的营养盐转运环境，为礁体表面附着的藻类和海洋表层水体中的浮游生物提供丰富的营养物质，这满足当前海洋结构物使用的海洋生态环保要求。由贝藻礁体组成的海岸防护系统，表面具有较多的开孔，相对于直墙式结构，能消减更多的波浪能，起到更好的波浪防护效果，减少波浪对岸滩的侵蚀。
55.(2)多重结构稳定性设计，抵抗极端天气能力强
56.本发明采用多种措施降低贝藻礁单体所受外荷载，首先人工贝藻礁单体迎水面设计为弧面，利用弧面的挑流效应，可以最大限度的削弱海浪冲击，消浪效果好。此外贝藻礁单体1表面设有连通孔14，降低贝藻礁单体1上的波浪冲击力。在稳固装置设计上利用固定管桩31固定贝藻礁单体1的底座11，并深入基床土层21之中，使类贝藻礁群具有很好的抗滑移性，此外连接锚链32的设置，进一步增加了类贝藻礁群的整体性，可以很好地抵抗台风等极端天气。此外，类贝藻礁群两侧生长的藻类植物也可以对抵抗风浪起到一定的缓冲作用。
57.(3)丰富海洋生物多样性和改善海洋生态环境
58.类贝藻礁群起到了近海海洋生物栖息修复和海洋牧场的功能，营造海洋生物栖息的良好环境，为海洋植物、贝类、鱼类等提供繁殖、生长、索饵和庇敌的场所；礁体裸露的表面逐渐吸附生物和沉积物，并开始生物群落的演替过程；两侧藻类的生长可以吸收大量的二氧化碳和营养盐类并释放出氧气，起到净化水质环境的作用，同时藻类又是许多草食性动物的饵料；类贝藻礁群的设置为鱼类建造了良好的生存和庇护的场所，可以作为鱼类暂时停留或长久栖息的地点，大大提高海洋经济效益和生态效益。
59.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
60.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。