利用自然能量在海滩促淤固砂的方法
【专利摘要】利用自然能量在海滩促淤固砂的方法，属于海岸工程围海造地技术。包括调查研究、地质勘察、设计规划、筑坝建闸、促淤排水、输泥固沙。其特征是应地制宜、因势利导，利用潮汐的自然能量促使泥沙沉积。把多个发电设备的间隙电能汇集起来，建立自然能电站，供给输送泥沙设备。采用土工袋填灌、脱水固化剂和生物固化的方法进行固砂。具有多点形成，逐步扩大，绿色低碳、节能环保，效益显著的特点。而且材料省，能耗省，人工省，绿色环保，安全可靠。用于消浪、促淤、固砂和护坡，从而改变泥沙无规则堆积，提高滩涂高程，获得大片土地资源，并保持生态的平衡。
【专利说明】
利用自然能量在海滩促淤固砂的方法
技术领域
[0001]本发明涉及海岸工程中的促淤固砂方法，属于围海造地技术。
【背景技术】
[0002]地球表面有海洋和陆地两个基本单元，海岸线即是陆地与海洋的分界线。海岸线分为岛屿岸线和大陆岸线两种。世界上的加拿大、印度尼西亚、俄罗斯、澳大利亚都有长长的海岸线！中国海岸线总长度3.2万公里，其中大陆海岸线1.8万公里，共有大小岛屿5000多座，岛屿岸线总长1.4万多公里。
[0003]海岸线从形态上看，有的弯弯曲曲，有的却像条直线，各有其形成的机理。由于地壳的运动、冰川的影响、气温变化等因素，引起海水的侵入或海水的后退现象，海岸线会随之发生很大的变化，而且还是不断地发生着变化。如中国的天津市，在公元前还是一片大海，那时海岸线在河北省的沧县和天津西侧一带的连线上，经过2000多年的演化，海岸线向海洋推进了几十公里。当然，有时海岸线也会向陆地推进。仍以天津为例，在地质年代第四纪中(距今100万年左右)，这里曾发生过两次海水入侵，当两次海水退出时，最远的海岸线曾到达渤海湾中的庙岛群岛。但经过100万年的演化，现代的海岸线向陆地推进了数百公里。
[0004]在地球北极和南极地区，陆地和高山上覆盖着数量巨大的冰川，如果全球气温激剧上升，世界上这些冰川都融化了，冰水流入大海，那么海平面就会升高十几米，海岸线就会大大地向陆地推进;相反，如果气温相对下降，则冰川又扩展加厚，海平面就会渐趋降低，海岸线就会向海洋推进。海岸线的变化还受到入海河流中泥沙的影响，由于河水带来的泥沙沉积，使海岸线也不断地向海洋推进。
[0005]在地球表面的海岸线，不管是岛屿岸线，还是大陆岸线，特别是在潮间带上，存在着大量的自然能量，有潮汐能、太阳能、风能等等。这些自然能量都可以为海上滩涂潮间带促淤固砂所利用。利用自然能量在海上滩涂促淤固砂，就是采取有效措施，巧妙利用这些能量，促使泥砂的沉积，来提高涂面高程扩展陆地，使海岸线向海洋推进的方法。促淤固砂围垦滩涂是把海边潮间带广阔的软泥沙地进行开发加以综合利用的过程，是扩大和保住陆地面积的有效途径。
[0006]以中国为例，沿海人口稠密，土地面积少，为保障土地面积总量平衡和经济可持续发展，通过围海造地扩大土地面积已成为行之有效的手段。千百年来，沿海各地人民坚持与海奋斗，前赴后继围海筑堤，变沧海为桑田。在滩涂上修筑挡潮堤坝与海争地，中国自秦汉代即已开始，至唐代宋代，已有具相当规模的海塘工程。江苏省的范公堤，杭州湾的钱塘堤，是中国古代筑堤挡潮，保护滨海土地的重大成就。随着围海造地工程长期开展，沿海各省份高滩资源已极少，围垦已向低滩区域发展，低滩区域需要促淤固砂来提高滩涂面的高程。各地有着广阔的海域和漫长的海岸线，这对经济的发展有重要的意义。
[0007]21世纪是海洋世纪，开发海洋资源，已成为各国竞争的焦点。世界上一些地少人多的国家也在不断促淤固砂，加强对海涂资源的开发。荷兰从公元11世纪起就在沿海浅滩地区修筑圩堤，使海水所带泥沙淤积成平原。
[0008]近几十年来，由于全球气温略有上升，冰川融化，海平面有升高的趋势。世界很多地区的海岸由于种种自然和人为原因，其动力平衡遭到破坏。由于在潮汐波浪频繁作用下，海岸线不断侵蚀后退，滩面高程下降，海岸工程建筑物基础遭到强烈冲刷、破坏，严重影响海岸地区的人类活动及生产。由于珊瑚岛普遍地处温热带海域，地势平坦，在高潮位时被淹没，低潮位时才显露，世界上很多海岛和沿海陆地将消失在海潮风浪之中。由于解决沿海地区土地资源短缺的围海造地，为此对强侵蚀岸段进行保滩促淤工程势在必行。都迫切需要采取促淤固砂提高海滩高程的措施。
[0009]通过检索国内外专利文献及相关的数据库，从寻找到的资料可见，很多专家学者的研究，在这一技术领域作出了积极的贡献。但是，未发现在海上滩涂潮间带利用自然能量因势利导，解决促淤固砂、泥沙堆放及人工岛建造方法。
[0010]以往的促淤固砂方法通常是打粧、抛石、做促淤坝等，这些都是好方法。但光是利用现有方法来促淤固砂速度缓慢，效果不尽人意;还有很多围垦区域标高普遍在平均低潮位以下，滩涂直接受外海波浪的侵袭，流速、风浪和水深的水域，施工干扰大;很多岛屿，尤其是沙丘和珊瑚岛远离大陆，地处天涯海角，电网遥远，能源和建筑材料缺乏。上述不利因素构成促淤固砂工程相当大的技术难题，投资大、工期长、能源少，给开发海洋工程的实施带来一系列困难。如何开拓海疆，稳定海岸线，如何在海滩潮间带上，利用自然的力量，利用当地的资源，顺水推舟地进行促淤固砂和围海造地，是当今世界海岸工程中迫切需要研究解决的问题。
【发明内容】
[0011 ]本发明为了解决上述难题，在大量基础研究和工程实践中提出的新的技术方案。发明一种利用自然能量和当地资源，进行快速促淤固砂，提高滩涂高程，让沧海变成桑田的方法。
[0012]利用自然能量在海滩促淤固砂的方法，包括调查研究、地质勘察、设计规划、筑坝建闸、促淤排水、输泥固沙，其特征是有下步骤:
[0013]A.摸清情况:摸清促淤区域泥沙的来源流向和淤积规律，当地植物的生长习性，地质地貌、气象水文、潮汐潮位、风浪光照特点；
[0014]B.规划区域:根据促淤区域流场特性和泥沙淤积规律，结合用地的需要确定堤址、闸址、内湖，在滩涂上规划出快流区、缓流区，在快流区至少规划开设一条排水引河，在缓流区至少规划一个内湖，把缓流区的周边确定为固砂区；
[0015]C.促淤排水:在缓流区的外海侧打设排粧设置促淤笼，联成一起，互相支撑，降低流速，并设置排水通道与引河联通，形成快流区，利用潮汐的自然能量促使泥沙沉积在缓流区；
[0016]D.建立电站:根据潮汐、风场、光照特点，利用自然能量建立电站，在快流区及所对应的潮下带设置水流能发电设备，在高出水面的沙丘绿洲上设置太阳能发电设备，在风场带设置风力发电设备，三者至少选择其一，供给输泥设备；
[0017]E.开挖输送:在临近固砂区的快流区放置搅龙，把泥沙输送到缓流区，采用各种输泥设备把引河、内湖及潮下带的泥沙输送到固砂区，先形成一些零星露出水面的沙丘，然后逐步扩大高出水面的沙丘面积，逐渐联成片；
[0018]F.固沙植被:对输送到固砂区边缘的泥沙采用土工袋填灌或掺拌脱水固化剂的方法固化，形成稳定的固砂区边缘，避免已形成的沙丘被潮水冲蚀;并选择适合当地环境生长的植物，种植于高出水面的沙丘上，利用植物促淤固沙，建立绿洲，形成新的海滨湿地公园。
[0019]所述的快流区和缓流区，是在滩涂上人为规划区域，加以干涉，逐步形成的。快流区是相对流速较大的区域，缓流区是相对流速较小的区域，过渡区是快流区和缓流区之间的地带。根据伯努利能量方程，流速低泥沙沉积形成缓流区，流速高泥沙冲走形成快流区。利用自然能量，因势利导，适当干涉，逐步引导，形成快流区和缓流区的，并使其巩固稳定。缓流区越来越高成为陆地，快流区越来越深形成河道，潮间带滩涂逐渐变成潮上带滩涂，潮下带滩涂逐渐变成潮间带滩涂。
[0020]所述的促淤笼采用竹笼或钢笼来做，设置于缓流区的迎海面。先在缓流区和过渡区之间打设排粧，再放置促淤笼，必要是可以在促淤笼中抛置石碴。然后把促淤笼联成一起，互相支撑。涨潮时潮汐能量大，海水夹着泥沙越过促淤笼涌进滩涂，促淤笼具有消浪促淤的功能，退潮时由于促淤笼的阻挡，降低了流速，形成缓流区。利用潮汐的自然能量促使泥沙沉积在促淤笼附近，随着滩涂面的提高，促淤笼逐渐埋入泥沙之中。
[0021]所述的潮间带即是指大潮期的最高潮位和大潮期的最低潮位间的海岸，也就是海水涨至最高时所淹没的地方开始至潮水退到最低时露出水面的范围，通常也称为海涂。潮间带以上，海浪的水滴可以达到的海岸，称为潮上带。平均低潮线以下的浅水区泥砂质沉积地带称为潮下带。潮间带以下，向海延伸至约三十公尺深的地带，我们把它称为亚潮带。
[0022]根据潮汐活动的规律，我们把潮间带又分为下列三个区:I)高潮区(上区):它位于潮间带的最上部，上界为大潮高潮线，下界是小潮高潮线。它被海水淹没的时间很短，只有在大潮时才被海水淹没。2)中潮区(中区):它占潮间带的大部分，上界为小潮高潮线，下界是小潮低潮线，是典型的潮间带地区。3)低潮区(下区):上界为小潮低潮线，下界是大潮低潮线。大部分时间浸在水里，只有在大潮落潮的短时间内露出水面。
[0023]所述的电站为自然能发电，在风场带坚实地基上建立风力发电设备。若风场带在潮间带，可选缓流区相对稳定的地基上打粧奠基。随着促淤固沙工程的深入，缓流区逐渐变成陆地，高出水面的沙丘绿洲也越来越大，风力发电站的地基越来越稳固。水流能发电设备设置于快流区及所对应的潮下带滩涂上，这个部位流速高，水流能大，发电效能好。采用模块化水流能发电设备，利用潮汐的能量发电。促淤完成后可以考虑建造潮汐能发电站。在高出水面的沙丘绿洲上铺设太阳能电池板，在促淤期间有着大量的闲置地块。把多个发电设备的间隙电能汇集起来，建立自然能电站，供给用电设备。自然能电站输出的电能在促淤期间主要用于输送泥沙。输送泥沙需要大量的能量，有多少能量就输送多少泥沙，把潮下带的泥沙输送到固沙区。这些地点大多是在荒芜不毛之地，利用自然电能输送泥沙是快速提高滩涂高程的最佳选择，具有绿色低碳、节能环保、效益显著的特点。
[0024]所述的露出水面的沙丘一开始是人为制造的，采用投抛石碴，或泥沙包，或土工袋填灌，或掺拌脱水固化剂的方法。所述的固结方法根据泥沙的渗透系数决定，一般渗透系数大的采用土工袋填灌，渗透系数小的采用掺拌脱水固化剂。使沙丘免被潮水冲蚀，并在最高潮位时仍露出水面。在露出水面的沙丘上种上植物就成为小绿洲，小绿洲逐步增大，联成片就成为陆地大绿洲。
[0025]所述的搅龙采用电力搅龙，电力搅龙利用自然能电站输出的电能，在快流区或潮下带放置，利用自然能把泥沙输送到潮间带的缓流区。
[0026]所述的输泥设备是指用各种吸挖、搬运、输送和填灌泥沙的设备。在低滩区域采用挖泥船取泥开底驳运送，对粉沙土可采用泥浆栗输送，对珊瑚沙滩涂可采用绞吸式挖泥船。对淤泥质软粘土滩涂可采用软粘物料管道输送设备，有气力管道输送设备和液力管道输送设备，有环保型清淤输泥设备。输送泥沙有两个方向:一方面是潮下带的泥沙输送到固砂区之中，另一方面是把引河及内湖中的泥沙输送到固砂区。一边对河道内湖进行疏浚，一边将疏浚的泥沙就近堆放于固砂区，形成一些高潮位也能露出水面的沙丘。在河道的适当位置采用硬壳板粧围成人造弯，使大量高含沙水流经过突然变宽的河面时，流速降低，大量泥沙在此仃留沉积。形成泥砂采集点，以满足固砂区泥沙量的需要。
[0027]所述的脱水固化剂采用环保型脱水固化剂。在泥土管道输送过程中掺拌其中，可以采用软基淤泥快速固结施工设备及施工方法，淤泥软基可原地直接固化。固结强度可达300kPa，处理深度彡8m、含水率彡50%，处理后承载力彡20t。从而实现堤址和固沙区边缘土方的快速填筑与固结。
[0028]所述的种植固砂是指在人工岛上种植与环境相适应的树木花草，以美化环境和固砂护堤。便于鸟虫栖息，促进生态平衡，形成湿地公园。
[0029]本发明的积极效果:
[0030]1、由于利用自然的能量促淤固砂，根据潮汐、风向、光照规律利用自然能量建立电站，采用建小绿洲，打设排粧，设置促淤笼，人为干涉潮流，形成快缓流区。一方面，它可以有效地消散进入缓流区后的波涛，减少作用在建筑物上的波浪能，提高建筑物的安全系数;另一方面，由于进入缓流区范围内的波浪减小，水体挟沙能力减小，使泥沙不断沉积于此，是用自然能量的方法促成淤积。具有多点形成，逐步扩大，绿色低碳、节能环保，效益显著的特点。
[0031]2、由于采用调查研究，摸清情况，掌握数据，摸清促淤固砂区域的地质地貌、气象水文、潮汐潮位、风向光照、风浪流速、泥沙来源、流向淤积规律，采用应地制宜、因势利导方法，适合当地生长的植物，进行促淤固砂。按照当地泥沙自然运动规律进行规划设计，利用自然能量，使潮间带滩涂逐渐变成潮上带滩涂，潮下带滩涂逐渐变成潮间带滩涂;逐步形成河道、沙丘、陆地。在露出水面的地带和潮间带种植海防林和海草，建小绿洲，形成大绿洲，用于消浪、促淤、固砂和护坡，从而改变泥沙无规则堆积，美化环境，获得大片土地资源，并保持生态的平衡，不会产生较大的生态破坏现象。
[0032]3、由于采用对输送到固砂区边缘和堤址的泥沙脱水固化，形成稳定的固砂区边缘；由于采用电力搅龙和管道输送灌注吹填方法，把促淤固砂区域内的引河和内湖中的泥沙输送到露出水面的沙丘上，充分利用有限的泥沙作为当地的材料进行填筑，有效解决泥沙不足和建材缺乏的问题。在渐进、安全、稳定的前提下进行，使促淤固砂区，不被冲蚀、不坍塌，不位移。
[0033]本发明不但建筑材料省，能耗省，人工省，而且绿色、环保、安全、可靠。
【附图说明】
[0034]图1为实施例1某江河入海口促淤固砂方法的平面图，图2为实施例2某海滩促淤固砂方法的剖面图，图3为实施例3某海岛促淤固砂方法的局部平面图，图中包括:上游江河
(I)、两岸边滩(2)、鼻子堤坝(3)、硬壳堤坝(4)、沙丘(5)、管道输泥船(6)、水流能发电设备(7)、促淤笼(8)、内湖(9)、太阳能发电站(10)、风力发电站(11)、搅龙(12)、河道(13)、陆地(14)、水平面(15)、原有堤坝(16)、风电设备(17)、光电设备(18)、蓄能电站(19)、小绿洲(20)、快流区(21)、挖泥船(22)、缓流区(23)、植物(24)、排粧促淤笼(25)、抛置沙石(26)、外海(27)、大潮高潮线(28)、小潮高潮线(29)、小潮低潮线(30)、护堤河(31)、闸址(32)、堤址(33)、大潮低潮线(34)、亚潮带(35)、输泥管道(36)。
【具体实施方式】
[0035]下面实施例和附图对本发明作进一步的说明。
[0036]实施例1为利用自然能量在江河入海口促淤固砂的方法。我国海洋滩涂总面积217.04万公顷，是开发海洋产业的一笔宝贵财富。滩涂不仅是一种重要的土地资源和空间资源，而且本身也蕴藏着各种矿产、生物及其他海洋资源。这些滩涂大部分布在港湾、河口附近地带。当河流将大量泥沙带入海洋时，泥沙在海岸附近堆积起来，长年累月，沉积为陆地。当海潮涌进入海口，水体挟带大量泥沙，在入海口海岸附近积聚起来。这时泥沙要求海岸线向海洋推移，水体要求冲跨岸线，这对矛盾反复上演，形成了河口地区的水下地形和岸线形状多变，波浪、水流、泥沙运动共存，水动力与泥沙沉积条件的复杂性，给江河入海口治理带来难度。
[0037]某江河入海口是一个喇叭状海湾，如图1所示。上游江河(I)相对比较稳定，一进入喇叭状口段，江宽水浅，主槽游荡不定，两岸边滩(2)涨坍无常。水浅流乱，水下地貌，随时改变，航道多变难定，船舶通行困难，交通不便，而且事故频发。每当台风大潮汛期来临，便会出现强烈的风暴潮。冲击两岸边滩(2)堤防，一旦海塘堤防溃决，便会洪流遍野，扫荡田禾、庐舍，甚至人畜溺亡。有幸脱逃而保住性命者，也难免流离失所，潮水即便退却，已是田土皆咸，数年不能耕种，荒田残垣，哀鸿遍地，惨不忍睹。千余年来，潮灾的损失已无法计数。涌潮给沿江人民带来过深重的灾难。长期以来，对江河的治理，对海塘堤防修修补补，头疼医头，脚痛治脚，总是不能解决问题。近年来，日本、印尼海嘯，澳大利亚洪水，巴基斯坦水灾，心惊肉跳，惨不忍睹，居安思危，要防范于未然，彻底驯服涌潮，治理环境，造福人民，非常必要。亟需促淤固砂，使其成为稳定的绿色的入海口的三角洲。
[0038]江河入海口的促淤固砂方法如图1所示，包括调查研究、地质勘察、设计规划、筑坝建闸、促淤排水、输泥固沙，其特征是有如下步骤:
[0039]A.摸清江河入海口泥砂主要有两个来源，一方面上游江河(I)冲入，另一方面海潮带入，为粉沙土质，地貌多变，潮差大，潮汐猛，波浪高，风光资源充裕，四季分明，在海边生长的植物品种多，且生长茂盛；
[0040]上游江河(I)基本等宽，到了喇叭口段江面突然变宽，使泥沙不断沉积于此，而形成的冲积岛；入海口是一个喇叭状海湾，外宽内窄，外深内浅，喇叭口下段出海口江面近百公里宽，骤缩到喇叭口中段二、三十公里，起潮时，宽深的湾口，一下子吞进大量夹着泥沙的海水，由于江面迅速收缩变窄变浅，夺路上涌的潮水来不及均匀上升，便都后浪推前浪，一浪更比一浪高。到喇叭口中段，骤缩的潮水遇到水下巨大拦门沙坎，潮水一拥而上，掀起高耸惊人的巨涛，形成陡立的水墙，酿成初起的潮峰。潮能聚集，潮波变形，涌潮极大，冲击堤防，水患严重。能量消散后，海潮水带入泥沙沉积于此，而形成不固定的沙坎。由于冲积岛由泥沙组成，结构松散，外形轮廓很不稳定。每逢遇到洪水倾泻或大潮汛期，会使冲积岛四周形态发生改变，时隐时显，时大时小，时东时西。水文气象地质条件复杂多变。
[0041]B.根据泥沙淤积规律和滩涂流场特性结合用地的需要，在喇叭口上段找出相对稳定的冲积岛和纵向隆起的沙坎，在河道渐宽处的迎水端确定为鼻子堤坝(3)的位置，鼻子堤坝(3)的两边确定为堤址，两岸边滩(2)与堤址之间规划两条与上游等宽的排水河道(13)为快流区，把两条河道(13)和外海所包围的区域确定为缓流区，把缓流区内规划多个内湖
(9)，把缓流区的周边规划为固砂区；
[0042]C.在喇叭口缓流区的外海侧设置多道促淤笼(8)，并联成一起，互相支撑，降低流速，形成缓流，使潮汐波涛的能量消散于此;在鼻子堤坝(3)的两侧插设板粧形成硬壳堤坝
(4)，硬壳堤坝(4)逐渐向下游伸展，板粧互相联成一体形成两条等宽河道(13)，并设置排水通道和引河，使内湖(9)与河道(13)联通，利用自然水流能量促使泥沙沉积在缓流区；
[0043]D.根据喇叭口潮汐、风场、光照特点，在鼻子堤坝(3)内侧冲积岛较为稳定的地基上建立风力发电设备(11)，在高出水面的沙丘绿洲上设置太阳能发电设备(10)，在快流区所对应的潮下带设置水流能发电设备(7)，用自然能量建立电站，把三者的断续电能进行耦合，供给搅龙(12)和输泥设备；
[0044]E.在河道(13)及潮下带放置搅龙(12)，把泥沙输送到缓流区，采用管道输泥船
(6)，分别把潮下带、河道(13)及内湖(9)中的泥沙输送到固砂区，在管道输泥的过程中，掺拌脱水固化剂，先形成一些零星露出水面的沙丘(5)，然后逐步扩大高出水面的沙丘(5)，逐渐联成片；
[0045]F.对输送到固砂区边缘和堤址上的泥沙采用投抛泥沙包、土工袋填灌的方法，形成稳定的固砂区边缘，有效避免已形成的沙丘被潮水冲蚀，快流区越来越深形成河道(13)，缓流区越来越高成为沙丘(5)，潮间带滩涂逐渐变成潮上带滩涂，潮下带滩涂逐渐变成潮间带滩涂;并根据当地气候和植物的生长规律，选择适应当地环境生长的植物，种植于高出水面的沙丘(5)上，利用植物促淤固沙，并沿边护坡，建立绿洲，形成稳定的海滨三角洲。
[0046]本发明优点是:I)入海口得到较好治理，有效防治潮能聚集对两岸边滩(2)堤防的破坏，大大减少了风暴潮水患；2)建成两岸等宽等深的河道并和内湖(9)联通，沿岸边建造码头，在江河湖泊之间建造通道，在内湖(9)之间建造通道，沟成四通八达的交通水系。船舶通行，航道畅通，交通便利;3)获得大量土地和岛内湖泊，为建造快艇基地打好了基础;4)建成稳定的江心岛和湿地公园，不毛之地变成绿色乐园；5)建成岛内公路，形成陆上通道，可为建造跨海湾的大桥节省大量投资;6)建成自然能电站，为以后建造绿色能源及利用潮汐能源打好了基础。
[0047]实施例2利用自然能量在沿海滩涂促淤方法。我国沿海人口稠密，土地面积少，为保障土地面积总量平衡和经济可持续发展，通过围垦滩涂扩大土地面积，已成为行之有效的手段。千百年来，沿海各地人民坚持与海争地，前赴后继围海筑堤，变沧海为桑田。随着围海事业的发展，高滩资源所剩无几，围海造地逐渐向低滩化、大型化发展。中低滩围垦采用先促淤固沙再圈围的实施方式。通过先期实施促淤工程可以加强泥沙淤积效果，达到减小工程投资、降低工程风险、提高工程效益的目的。
[0048]某沿海滩涂促淤工程剖面如图2所示，促淤面积3万亩，围成以后可扩大陆域面积20平方公里，该项促淤围垦工程，对繁荣经济，解决人多地少的劳动就业问题有着至关重要的作用，而且对港口建设创造了新岸线和陆域腹地。其方法与实施例1大同小异，包括调查研究、地质勘察、设计规划、筑坝建闸、促淤排水、输泥固沙，其特征是有如下步骤:
[0049]A.作业区域泥沙为软粘土层，埋藏深厚，由海浪推向岸边，滩涂平坦面积大，地貌稳定，风力资源充足，光照时间长，当地植物(24)有大米草、互花米草沿海遍地生长，耐碱性强，成活率高；
[0050]B.根据滩涂软粘土淤积规律和潮汐流场特性，结合用地的需要，在滩涂上划分出确定堤址、闸址、快流区(21)、缓流区(23)，每隔2公里开挖一条排水引河，距堤址350米开挖一条平行于堤址的护堤河，作为快流区(21)，每2条排水引河之间开挖一个内湖，并把多条引河、护堤河与内湖水系联通，把缓流区的周边确定为固砂区；
[0051]C.在外海侧(27)的滩涂设置排粧促淤笼(25)，在确定的堤址上抛置沙石(26)，把设置的促淤笼，联成一起，互相支撑，降低固砂区的流速，形成缓流区(23)，并设置排水通道与快流区(21)的引河联通，利用潮汐的自然能量促使泥沙沉积在缓流区(23);
[0052]D.在原有堤坝(16)附近的高点上设置风电设备(17)，在高出水面的沙丘绿洲上设置光电设备(18)，建立蓄能电站(19)，并供给挖泥船(22);
[0053]E.多台搅龙设备放置潮下带，在涨潮水平面(15)上升时，利用涌浪把泥沙带到缓流区；多艘挖泥船(22)在外海侧(27)，把潮下带泥沙经液压开底驳运送到排粧促淤笼(25)内侧，同时挖泥船(22)进入引河、护堤河、内湖，一边清淤疏浚，一边把泥沙经管道输送到固砂区；在固沙区边缘采用软基淤泥快速固结施工设备，使泥沙快速脱水固结，形成在最高潮位时仍露出水面的小绿洲(20);
[0054]F.在陆地(14)和原有堤坝(16)附近培养试种植物(24)，然后移植到高出水面的小绿洲(20)上，用植物(24)促淤固沙护地，逐步联成一片，建成大绿洲。
[0055]所述的快速固结施工设备，集物理与化学固结作用于一身，使泥沙快速脱水固结，形成的小绿洲(20)，免被潮水冲蚀，逐步扩大高出水面的绿洲面积。
[0056]选种的植物(24)有大米草、互花米草、红树林，利用自然能促淤，植物(24)固沙护地，这些植物(24)具有防风消浪、促淤保滩、固岸护堤、净化海水和空气的功能，其盘根错节的发达根系还能有效地滞留来沙，日后茂密高大的枝体宛如一道道绿色长城，有效抵御风浪袭击。
[0057]实施例3利用自然能量在海岛促淤固砂的方法，
[0058]海岛是指四面环水并在高潮时高于水面的自然形成的陆地(14)区域。中国有500平方米以上的海岛6500个以上，总面积6600多平方公里。由于它们大多面积狭小，地域结构简单，环境相对封闭，生态系统构成也较为单一，而且生物多样性指数小，稳定性差。中国海岛有94%属于无居民海岛。在21世纪开发海洋资源，已成为各国争夺的焦点。海岛是人类开发海洋的远涉基地和前进支点，是第二海洋经济区，在国土划界和国防安全上也有特殊重要地位。开发海岛在海岛促淤固砂，对于建设海洋经济强国有重大意义。
[0059]某海岛促淤固砂工程，岛内陆地(14)面积很小，大部分海滩处于潮间带水域，在高潮位时被淹没，低潮位时才显露，直接受外海风浪、流速的侵袭。其促淤固砂方法与实施例
1、实施例2基本相同，包括调查研究、地质勘察、设计规划、筑坝建闸、促淤排水、输泥固沙，其特征是有如下步骤:
[0060]A.摸清海岛泥砂主要由珊瑚虫遗骸、珊瑚砂和和其他海洋生物碎肩堆积而成，海岛天然建筑材料缺乏，促淤区域水深流急，潮汐猛，风浪大，风光资源充裕，自然能量充足，当地植物耐盐性好，生命力强，有些折枝插地就能生长；
[0061]B.根据海岛泥沙淤积规律和滩涂流场特性结合用地规划的需要，在海岛的同一个等高线上确定堤址(33)和闸址(32)，在滩涂上划分出快流区、缓流区、河道(13)、内湖(9)和码头的位置，把缓流区的周边确定为固砂区；
[0062]C.将工厂化生产的促淤笼(8)固定在大潮低潮线(34)的外海(27)侧，在快流区开挖排水河道(13)和护堤河(31)，设置排水通道与河道(13)联通，并把多条河道(13)、护堤河
(31)与内湖(9)水系联通；
[0063]D.在快流区所对应的潮下带设置水流能发电设备(7)，在大潮高潮线(28)内的陆地(14)上设置风力发电站(11)，在小潮高潮线(29)附近高出水面的沙丘绿洲上设置太阳能发电站(10)，把三者合并，建立电站，向输泥设备供电；
[0064]E.采用管道输泥船(6)在码头的外海(27)侧和闸址(32)的两侧开挖，一端通向外海，另一端指向岛心，在内湖(9)、河道(13)、护堤河(31)开挖并逐步联通，把开挖的珊瑚沙堆置于就近的固砂区；在临近固砂区的潮下带放置搅龙(12)，把泥沙输送到潮间带；
[0065]F.对固砂区和堤址边缘的外海侧，采用土工模袋填灌混凝土的方法护坡，形成稳定的固砂区边缘，避免被潮水冲蚀，在小潮低潮线(30)内侧堆置珊瑚泥形成的沙丘(5)上种植耐盐性好和适合当地生长的植物。
[0066]所述的珊瑚砂和珊瑚泥长期海水浸泡珊瑚砂具有颗粒密度较大、含水量高、孔隙率高、干密度较小、压缩性较高的特性;海岛地基有三层:第I层:珊瑚砂和珊瑚泥覆盖在珊瑚礁顶层;第2层:珊瑚礁表层，为松散无胶结或弱胶结的珊瑚礁碎肩沉积;第3层:为已发生成岩变化的礁灰岩。由于海岛地处海域中，远离大陆，地势平坦，沙土和石头等天然建筑材料缺乏。由于促淤区域标高普遍在平均低潮位以下，风大浪高，潮间带年平均风速可达6-7米/秒，上述因素对促淤固砂工程的实施带来一些困难，同时也有一些利好，有利于大型设备船舶施工。
[0067]所述的开挖河湖所得珊瑚砂输送到将近的固砂区，以提高固砂区的高程。
[0068]所述的促淤笼(8)固定在大潮低潮线(34)的外海(27)侧，联成一体，相互牵制，相互依存，利用潮汐的自然能量促使泥沙沉积在缓流区；
[0069]所述的管道输泥船(6)在堤址(33)外海(27)侧距堤脚30H以外的亚潮带(35)的泥沙经输泥管道(36)输送到固砂区；在堤坝内侧距坝脚20H以外开挖护堤河(31)，用以调节堤内外的水位差，竣工后作为岛内的排水通道。H为堤坝的高度，以确保堤址距离，堤坝地基不受影响。
[0070]所述的耐盐性好和适合当地生长的植物包括海榄雌、海桑、红茄冬、椰子树、麻楓桐、海岸桐、银花树、羊角树、草海桐，耐盐性好，生命力强，有些折枝插地就能生长，适合当地气候土壤。植物用于消浪、促淤、固砂和护坡，从而改变泥沙无规则堆积，美化环境，获得大片土地资源，并保持生态的平衡，没有大的生态破坏现象。对保护岛屿的沙滩、改善岛屿生态环境起到很好的作用。海防林和海草等植物都可以截留住海浪带来的沙土沉积物，固定沙丘，提高礁上的生物量，防止沙洲产生后再退化消失。
[0071]完成促淤固沙后，原本的潮间带泻湖大部分变成了绿洲，海岛陆地所圈闭的面积增加了16倍。其有益效果显然。
[0072]上述分别例举的粉沙土地基的江河入海口、软粘土淤积的自然滩涂、珊瑚礁海岛三个实施例，对本发明作了进一步的阐述说明。而不是对本发明的限制，在本发明的权利范围内所作的任何修改，都将落入本发明的保护范围。
【主权项】
1.利用自然能量在海滩促淤固砂的方法，包括调查研究、地质勘察、设计规划、筑坝建闸、促淤排水、输泥固沙，其特征是有如下步骤: A.摸清情况:摸清促淤区域泥沙的来源流向和淤积规律，当地植物的生长习性，地质地貌、气象水文、潮汐潮位、风浪光照特点； B.规划区域:根据促淤区域流场特性和泥沙淤积规律，结合用地的需要确定堤址、闸址、内湖，在滩涂上规划出快流区、缓流区，在快流区至少规划开设一条排水引河，在缓流区至少规划一个内湖，把缓流区的周边确定为固砂区； C.促淤排水:在缓流区的外海侧打设排粧设置促淤笼，联成一起，互相支撑，降低流速，并设置排水通道与引河联通，形成快流区，利用潮汐的自然能量促使泥沙沉积在缓流区； D.建立电站:根据潮汐、风场、光照特点，利用自然能量建立电站，在快流区及所对应的潮下带设置水流能发电设备，在高出水面的沙丘绿洲上设置太阳能发电设备，在风场带设置风力发电设备，三者至少选择其一，供给输泥设备； E.开挖输送:在临近固砂区的快流区放置搅龙，把泥沙输送到缓流区，采用各种输泥设备把引河、内湖及潮下带的泥沙输送到固砂区，先形成一些零星露出水面的沙丘，然后逐步扩大高出水面的沙丘面积，逐渐联成片； F.固沙植被:对输送到固砂区边缘的泥沙采用土工袋填灌或掺拌脱水固化剂的方法固化，形成稳定的固砂区边缘，避免已形成的沙丘被潮水冲蚀;并选择适合当地环境生长的植物，种植于高出水面的沙丘上，利用植物促淤固沙，建立绿洲，形成新的海滨湿地公园。2.如权利要求1所述的利用自然能量在海滩促淤固砂的方法，其特征是: A.摸清江河入海口泥砂主要有两个来源，一方面上游江河(I)冲入，另一方面海潮带入，为粉沙土质，地貌多变，潮差大，潮汐猛，波浪高，风光资源充裕，四季分明，在海边生长的植物品种多，且生长茂盛； B.根据泥沙淤积规律和滩涂流场特性结合用地的需要，在喇叭口上段找出相对稳定的冲积岛和纵向隆起的沙坎，在河道渐宽处的迎水端确定为鼻子堤坝(3)的位置，鼻子堤坝(3)的两边确定为堤址，两岸边滩(2)与堤址之间规划两条与上游等宽的排水河道(13)为快流区，把两条河道(13)和外海所包围的区域确定为缓流区，把缓流区内规划多个内湖(9)，把缓流区的周边规划为固砂区； C.在喇叭口缓流区的外海侧设置多道促淤笼(8)，并联成一起，互相支撑，降低流速，形成缓流，使潮汐波涛的能量消散于此;在鼻子堤坝(3)的两侧插设板粧形成硬壳堤坝(4)，硬壳堤坝(4)逐渐向下游伸展，板粧互相联成一体形成两条等宽河道(13)，并设置排水通道和引河，使内湖(9)与河道(13)联通，利用自然水流能量促使泥沙沉积在缓流区； D.根据喇叭口潮汐、风场、光照特点，在鼻子堤坝(3)内侧冲积岛较为稳定的地基上建立风力发电设备(11)，在高出水面的沙丘绿洲上设置太阳能发电设备(10)，在快流区所对应的潮下带设置水流能发电设备(7)，用自然能量建立电站，把三者的断续电能进行耦合，供给搅龙(12)和输泥设备； E.在河道(13)及潮下带放置搅龙(12)，把泥沙输送到缓流区，采用管道输泥船(6)，分别把潮下带、河道(I3)及内湖(9)中的泥沙输送到固砂区，在管道输泥的过程中，掺拌脱水固化剂，先形成一些零星露出水面的沙丘(5)，然后逐步扩大高出水面的沙丘(5)，逐渐联成片； F.对输送到固砂区边缘和堤址上的泥沙采用投抛泥沙包、土工袋填灌的方法，形成稳定的固砂区边缘，有效避免已形成的沙丘被潮水冲蚀，快流区越来越深形成河道(13)，缓流区越来越高成为沙丘(5)，潮间带滩涂逐渐变成潮上带滩涂，潮下带滩涂逐渐变成潮间带滩涂;并根据当地气候和植物的生长规律，选择适应当地环境生长的植物，种植于高出水面的沙丘(5)上，利用植物促淤固沙，并沿边护坡，建立绿洲，形成稳定的海滨三角洲。3.如权利要求1所述的利用自然能量在海滩促淤固砂的方法，其特征是: A.作业区域泥沙为软粘土层，埋藏深厚，由海浪推向岸边，滩涂平坦面积大，地貌稳定，风力资源充足，光照时间长，当地植物(24)有大米草、互花米草沿海遍地生长，耐碱性强，成活率高； B.根据滩涂软粘土淤积规律和潮汐流场特性，结合用地的需要，在滩涂上划分出确定堤址、闸址、快流区(21)、缓流区(23)，每隔2公里开挖一条排水引河，距堤址350米开挖一条平行于堤址的护堤河，作为快流区(21)，每2条排水引河之间开挖一个内湖，并把多条引河、护堤河与内湖水系联通，把缓流区的周边确定为固砂区； C.在外海侧(27)的滩涂设置排粧促淤笼(25)，在确定的堤址上抛置沙石(26)，把设置的促淤笼，联成一起，互相支撑，降低固砂区的流速，形成缓流区(23)，并设置排水通道与快流区(21)的引河联通，利用潮汐的自然能量促使泥沙沉积在缓流区(23); D.在原有堤坝(16)附近的高点上设置风电设备(17)，在高出水面的沙丘绿洲上设置光电设备(18)，建立蓄能电站(19)，并供给挖泥船(22); E.多台搅龙设备放置潮下带，在涨潮水平面(15)上升时，利用涌浪把泥沙带到缓流区；多艘挖泥船(22)在外海侧(27)，把潮下带泥沙经液压开底驳运送到排粧促淤笼(25)内侧，同时挖泥船(22)进入引河、护堤河、内湖，一边清淤疏浚，一边把泥沙经管道输送到固砂区；在固沙区边缘采用软基淤泥快速固结施工设备，使泥沙快速脱水固结，形成在最高潮位时仍露出水面的小绿洲(20); F.在陆地(14)和原有堤坝(16)附近培养试种植物(24)，然后移植到高出水面的小绿洲(20)上，用植物(24)促淤固沙护地，逐步联成一片，建成大绿洲。4.如权利要求1所述的利用自然能量在海滩促淤固砂的方法，其特征是: A.摸清海岛泥砂主要由珊瑚虫遗骸、珊瑚砂和和其他海洋生物碎肩堆积而成，海岛天然建筑材料缺乏，促淤区域水深流急，潮汐猛，风浪大，风光资源充裕，自然能量充足，当地植物耐盐性好，生命力强，有些折枝插地就能生长； B.根据海岛泥沙淤积规律和滩涂流场特性结合用地规划的需要，在海岛的同一个等高线上确定堤址(33)和闸址(32)，在滩涂上划分出快流区、缓流区、河道(13)、内湖(9)和码头的位置，把缓流区的周边确定为固砂区； C.将工厂化生产的促淤笼(8)固定在大潮低潮线(34)的外海(27)侧，在快流区开挖排水河道(13)和护堤河(31)，设置排水通道与河道(13)联通，并把多条河道(13)、护堤河(31)与内湖(9)水系联通； D.在快流区所对应的潮下带设置水流能发电设备(7)，在大潮高潮线(28)内的陆地(14)上设置风力发电站(11)，在小潮高潮线(29)附近高出水面的沙丘绿洲上设置太阳能发电站(10)，把三者合并，建立电站，向输泥设备供电； E.采用管道输泥船(6)在码头的外海(27)侧和闸址(32)的两侧开挖，一端通向外海，另一端指向岛心，在内湖(9)、河道(13)、护堤河(31)开挖并逐步联通，把开挖的珊瑚沙堆置于就近的固砂区;在临近固砂区的潮下带放置搅龙(12)，把泥沙输送到潮间带； F.对固砂区和堤址边缘的外海侧，采用土工模袋填灌混凝土的方法护坡，形成稳定的固砂区边缘，避免被潮水冲蚀，在小潮低潮线(30)内侧堆置珊瑚泥形成的沙丘(5)上种植耐盐性好和适合当地生长的植物。
【文档编号】E02B9/00GK105970875SQ201610294297
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月2日
【发明人】陶松垒, 陶钧炳, 徐士龙, 滕峰, 滕一峰, 付全越
【申请人】浙江科技学院