我國海岸工程技術展望

左其華，竇希萍，段子冰

(南京水利科學研究院，江蘇 南京 210029)

我國海岸工程技術展望

左其華，竇希萍，段子冰

(南京水利科學研究院，江蘇 南京 210029)

從海岸動力監測體系、河口海岸侵蝕及防護、海岸工程深水和離岸趨勢、極端條件下海岸工程結構安全、島礁工程開發技術、海岸管理與數字海岸、親水工程、海洋能技術利用開發和海岸工程研究等九個方面對我國海岸工程中面臨的問題，以及國外相關工程技術進展情況進行了分析，并指出我國未來海岸工程領域需要加以關注的重點問題和發展趨勢。

海岸工程；海岸防護；工程建設；環境與管理；科學研究

近十多年來，我國在海岸工程建設方面取得了令人矚目的成績，推動了該領域科學技術的發展。在河口治理、海岸防護、港口建設、圍填海工程、跨海橋隧、修船造船、能源工程、漁業工程、海岸管理和科學研究等方面大大縮短與國際發達國家的差距。但是，也應該看到，我國海岸工程的進展相當大的比重是集中體現在建設規模上。隨著可持續發展的要求，尤其是國家城鎮化建設對沿海發展的需要，海岸工程將面臨新的機遇和挑戰。這些機遇和挑戰主要包括海岸動力監測體系的完善、河口海岸普遍沖刷趨勢與防護、大型海岸工程向離岸和深水發展、極端條件下海岸工程結構安全、島礁工程和圍填海工程的新技術應用、海岸管理與數字海岸建立、親水工程與生態環境需求、海洋能利用和謹慎開發、海岸工程科學研究的多學科交叉與多手段耦合研究等[1]，應引起人們的重視與思考。

1 海岸動力監測體系

1.1國際海岸動力監測狀況

國際海洋觀測目標是建立全球聯網的立體觀測系統，目前已發展起包括衛星遙感、浮標陣列、海洋觀測站、水下剖面、海底有纜網絡和科學考察船的全球化觀測網絡，作為數字海洋的技術支持體系，提供全球性的實時或準實時的基礎信息和信息產品服務。例如，全球海洋觀測系統(GOOS)和全球實時地轉流觀測計劃(ARGO)等，覆蓋面都非常廣泛。美國國家基金委員會有關未來10年海洋科學的重點發展領域中，將“大斷面全球海洋大氣立體觀測”放在首位。美國的“海洋觀測計劃”是用幾千公里的光纜將海洋和陸地連接，將光纜接入互聯網，建立穿越海洋的“信息高速公路”。國際ARGO計劃將建成由3 000余個浮標組成的全球實時海洋觀測網，截止到2007年4月全球海洋中的ARGO浮標已達到2 852個。目前美國有基于NOAA的90個浮標、60個海岸自動觀測網和175個水位觀測站以及多源衛星構成的海洋動力環境監測網，并由國家業務海洋產品和服務中心為用戶提供相關海洋信息。美國和加拿大聯合正在東北太平洋海底建設深海長期觀測網——海王星(NEPTUNE)計劃，布設在水下約3 000 m海床上，覆蓋海域約500萬平方公里。歐洲國家也在多個重點海域進行了長期連續觀測。

日本和韓國在其鄰近海域部署長期的國家斷面進行長時間序列觀測，為本國的海洋生態與環境、生物資源和軍事海洋學研究提供基礎資料。日本在日本列島東部海域沿日本海溝的跨越板塊邊界，建設了長約1 500 km，寬約200 km光/電纜連接的深海地震觀測網(ARENA)，并計劃延伸至我國的東海海域，目前正向地震、海洋學和生物學等多學科觀測和研究方向發展。韓國政府已在黃海南部建立了海洋科學觀測站，并計劃在濟州島西南海域建立海底觀測系統。

1.2我國海岸動力監測狀況

經過幾十年的建設和發展，我國也初步形成近岸海洋動力觀測系統。對于一些大中型海岸工程項目，政府也明確要求進行旨在加強科學論證的現場觀測。目前，我國常規海洋業務觀測主要依靠國家海洋局和中國科學院一些近海海洋觀測平臺。為了摸清我國現有包括海岸工程在內的海洋狀況、規劃和優化海洋發展布局，2007年實施了“我國近海海洋綜合調查與評價”專項(簡稱908專項)，進行近海海洋綜合調查，嘗試構建我國近海“數字海洋”信息基礎框架。

國家海洋局現有15個中心站、66個海洋岸基觀測站、6個固定浮標以及少量ARGO浮標。在近海方面，自2002年以來，我國已在太平洋和印度洋布放了35個剖面浮標。這些測量的主要目的是獲取海洋內部的海流、溫度和鹽度等資料，而波浪等對海岸工程影響較大的參數似尚未明確包括在內。中國科學院2009年在北黃海長山群島所屬獐子島以南20海里(122°45’E，38°45’N附近)，水深約50 m處，與地方共建了黃海海洋環境觀測平臺及其陸基支撐站；并在東海長江口嵊山島(舟山群島)以東海域(123°E，30°30’N)，水深50 m處，建立東海海洋環境長期綜合觀測浮標，在嵊山島建立陸基支撐站。該站涵蓋物理海洋、海洋地質、海洋生態和海洋化學等諸多要素的綜合測量，主要開展長江口區域海洋環境長期多參數的連續觀測。2007年在西沙群島的主島——永興島(112°20’E，16°50’N)建立了西沙海洋環境觀測站，以物理海洋觀測為主。2009年新建南沙海洋環境觀測站，與西沙站、大亞灣站、海南三亞國家近海生態環境監測站構成南海海洋環境與生態監測網絡[2]。

在海岸動力觀測體系建立方面，臺灣因其地理位置和沿岸范圍局限，與大陸相比觀測體系更完善些。

總體上來講，我國大陸海洋觀測手段仍以岸基臺站為主且數量不足，分布不盡符合需要；離岸觀測能力薄弱，空間覆蓋率低；長期和連續觀測資料少，不能滿足多學科同步觀測的要求，觀測技術也相對落后；觀測數據不能共享，科學研究資源嚴重浪費，與世界發達海洋國家相比有較大差距，制約了海岸工程科學研究的發展。采用岸站、雷達、浮標、潛標、海上平臺、衛星遙感等多種觀測手段[3-4]，建設覆蓋范圍廣、高效、穩定的海洋觀測網絡，提高海洋觀測技術水平，建立數據開放共享的管理應用平臺，為預防和減輕海洋災害提供決策依據是今后一段時期的重要工作。

1.3海洋監測發展趨勢

我國近期在海洋觀測技術方面主要有這樣幾個發展趨勢[5]：

1)改進的傳統方法仍是今后工程應用觀測的主要手段

衛星觀測技術雖有其先進性，但要應用于工程還需一定的時間，這除其技術本身的一些缺陷外，主要是某一位置采樣的間斷性。傳統的海岸動力測量通常在某一固定位置，每隔一段時間觀測一次；而衛星觀測是由運行軌道決定，數天重復一次，對若干平方公里的海面觀測。改進的傳統觀測方法仍是今后應用的主要手段。傳統的測量儀器和設備應向易于操作、實時處理和智能采樣方向發展，未來的浮標(筒)將使用現代的、更為可靠的海洋動力變化跟蹤單元，GPS技術將是每個浮筒上的標準配置，提供整體系統精度；聲學測波儀器應在如何減小惡劣環境下的噪聲上下功夫；通過布放測量儀器以及改進傳感器精度的方法，獲區不同水深處的水動力要素等。

2)遙感技術向實用性方向發展

遙感技術是今后的主要發展方向，已經有人試圖將這一方法用于水動力長期分布的估計。在船舶或平臺上，可利用海上雷達測波和流，地面的HF雷達也已在大范圍水動力測量方面證明其能力。然而，雷達光束映象信息和由三維雷達映象譜到海洋環境要素之間求逆的技術還不完全成熟。

衛星遙感資料正成為大尺度海洋氣象水文研究的重要部分，一般海況下已經達到浮筒的測量精度。雙頻率高度計的測量精度也在提高，特別在風速測量上。衛星高度計所測水文氣象資料已是而且還繼續是這一領域全球信息源，在這方面我國近幾年內會有較明顯的進展。利用北斗導航系統，從太空用孔徑雷達和高精度光學照相對海流、波浪、泥沙輸運和風暴潮的觀測將會有較快的進展。

遙測儀器的一個發展趨勢就是由衛星實時傳輸大量的數據。采用該方法進行實時處理能減少數據信息存儲量，使得儀器能較長時間運行。由于衛星遙感資料是不定時的，也不是等時間間隔的觀測，采樣覆蓋范圍較大從而分辨率受到限制，也不能自動增加對極端現象的觀測，從而遙感資料可能漏掉最大值，用此方法估計的多年一遇的值可能會偏小。為此，必須針對各衛星的特點和長處，采用多種手段，盡量使其滿足工程需要，例如與岸基觀測站相結合等。英國SOS(衛星觀測系統)已有一種想法，就是將雷達高度計成本降低，用小衛星組成較為密集的網格覆蓋全球，稱為GANDER(消除風險全球高度計網絡)計劃。該計劃由12～16個衛星組成，是一簡單的低成本系統。

傳統量測技術與衛星遙感技術的組合已被使用多年，今后會結合得更多更好，還可以與近岸長期測站資料相配合得到深水處的氣象水文長期分布。

3)更為精確的反演技術和非線性方法是今后主要研究內容

非線性海洋動力要素隨機性的特性仍然是今后研究的熱點。目前衛星遙感波浪資料處理正在進行不同版本的、由SAR映象中得到海洋環境要素算法的研究，其精確度還有待改進。所有SAR映象譜的內在弱點在于雷達傳播方向顯著衰減。非線性效應導致SAR圖像譜在方位上存在高波數截斷，截斷之后有些信息丟失，沿運行方向傳播的水面波動，其SAR圖像譜存在“雙峰”現象。這些都可能用非線性理論加以解釋。

雖然目前的氣象水文觀測技術可以滿足現在海岸工程中設計的基本需要，但離岸的大型建筑物，如美國海軍可移動離岸海上基地(MOBS)的可行性研究就要求知道數平方公里范圍內波浪場的空間耦合特性。目前的儀器還沒有辦法或還不能被證明可以提供這樣重要的信息。隨著我國海洋資源開發的不斷深入，有理由相信我們也會很快遇到類似問題。

4)注重長期觀測資料的連續性判別

限于當時經濟條件和技術水平，我國不少建于20世紀60年代初期的海岸觀測站點大都位于淺水處，數十年過去，觀測點水深變化較大，有的甚至已數易觀測點。從測量方法看，早期資料所用的量測手段均較落后，有些是目測，而現在大多是自動量測，甚至采用衛星測量；從觀測點環境動力看，有些河口地區受到上游人為因素影響，入海水文條件已經發生很大變化。早期多年實測資料與現有資料的連續利用是我國今后工程水文資料同化分析中亟待解決的難點。

5)觀測資料的共享與否對我國海岸工程技術進展影響甚大

我國現場觀測技術及其應用水平提高應該采取的另一重大對策就是要解決資料共享這一難題。20世紀80年代中期以前，國家海洋水文站點資料是對外公開的。近三十余年來，這些海洋站點的資料使用必須是有償的，甚至有時有償也是難以取得，更無法共享一些單位觀測的資料。出現這一現象的主要原因應是國家對海洋水文現場觀測投入不足，其次是部門局部利益問題。我國沿海數以百計海岸工程的建設項目，尤其近些年國家建設投入的增多，基本上每一較大的工程都有大小規模不等的現場觀測，但沒有對這些資料進行整合并建立相應的數據庫，以致這些資源的開發利用不夠，既帶來較大的浪費，也阻礙海岸工程技術的進步。

2 河口海岸侵蝕及防護

2.1河口及水下三角洲將普遍侵蝕

入海泥沙銳減使得河口三角洲海岸岸灘在新的動力泥沙環境下發生新的調整，過去的淤漲型河口海岸轉化成平衡型或侵蝕型。長江三峽樞紐工程建成后，入海泥沙減少了3/4，長江口門外的水下三角洲堆積速率已明顯趨緩，淤積速率從1958～1978年時段的55 mm/a下降為1978～1998年時段的11 mm/a，近20年長江口水下三角洲已出現大范圍的侵蝕[6]；黃河因上游取水以及小浪底等樞紐工程的建設，黃河三角洲從過去年均造陸23 km2，演變為大面積的侵蝕后退，使勝利油田受到潮淹堤坍的威脅，具有重要生態功能的濱海濕地大面積喪失，灘涂資源減少；珠江三角洲河道大量采砂，使得入海泥沙大量減少。中小河流存在同樣的問題，渤海灣沿岸許多入海河流出現有河無尾的現象，如灤河入海泥沙在引灤工程后減少了95%；膠州灣20世紀80年代的入灣河流泥沙僅相當于50年代的2%～3%；蘇北廢黃河口和現代黃河三角洲北部廢棄河口地區，是河流改道導致海岸侵蝕的典型實例。

2.2海岸侵蝕日趨嚴重

海岸侵蝕是一種全球性的自然災害。目前，世界上70%的沙質海岸出現侵蝕，侵蝕速率為10 cm/a，中國的平原海岸亦有70%左右在侵蝕后退[7]。我國海岸侵蝕自20世紀50年代末期日漸明顯，較發達國家遲約半個世紀。上世紀60年代海岸侵蝕主要發生在粉沙淤泥質海岸，進入70年代，由于不合理的開發活動，如海灘資源與海底砂礦開采、水庫截留泥沙等，各種類型的海岸侵蝕均有所加劇。2000年以來，沙質海岸侵蝕速率大多在1～3 m/a之間，淤泥質海岸侵蝕速率大都在10～20 m/a。我國海岸侵蝕總體上是北強南弱，長江口以北遭受海岸侵蝕的岸段十分普遍，且侵蝕速率較大，如江蘇省較多海岸遭受侵蝕[8]；山東省有70%的沙岸受到侵蝕，侵蝕速率約為2 m/a；河北省海岸帶無論是南岸的泥岸還是北岸的沙岸均以蝕退、沖灘為主要勢態，遼西海岸目前也在蝕退；長江口以南，除受強潮影響的杭州灣北岸以外，海岸侵蝕現象發生較少；福建省的中、南部海岸侵蝕較嚴重，廣東、海南和廣西等省、自治區也有局部海岸侵蝕現象發生。

預計全球性海平面上升將加劇這一侵蝕過程。據代表性長期驗潮站資料統計，過去100年全球海平面上升速率為1.5 mm/a。近30年來，中國沿海海平面總體上升了90 mm，2007年中國沿海海平面平均上升速率為2.5 mm/a，高于全球海平面的上升速率。有人預計未來10年，中國沿海海平面將比2007年上升32 mm。海平面上升直接導致海岸侵蝕加劇和大片海濱濕地的喪失。

2.3國外海岸防護發展狀況

對于海岸侵蝕，歐美等國初期采取護岸工程進行防護，防護型式趨于多樣化。如德國采用木質丁壩護岸，木質丁壩的優點是與環境的親和性較好，修建后可捕集海岸泥沙，防護岸線；采取培育連續的沙丘鏈，防止海岸后退；在沒有足夠構筑空間的海岸，采用移動式海堤擋御風暴潮，在沒有風暴潮的季節里，打開通道，供人們與自然海岸互動。20世紀90年代以來，環境友好型的人工育灘工程在歐、美、日等發達國家的海岸防護中逐步興起。目前歐洲大部分海岸均受到人工控制，如海岸防護及堤防工程、沙丘穩定工程、土地圍墾工程、河流控制工程等。“硬工程”為防潮堤和海堤，“軟工程”指海灘補給及礫石灘補給喂養措施，由于“軟工程”的靈活性和兼容性，在歐洲得到推廣應用。

2.4海岸整體防護體系的規劃與建立

海岸防護工程的理想目標是通過人為引導，使岸灘剖面和岸線形態達到平衡。海岸整體防護設計的基本思路為按照海岸侵蝕和防護的時空尺度差異，分級(不同尺度)控制。凡屬需護灘工程的海岸應進行平衡剖面的研究才能使護灘更為有效。利用重要海岸工程作為一級節點，構造人工岬角(凹灣)作為二級、三級乃至多級節點，人為增加岸線的相對長度使海洋動力能量分散釋放，保沙固沙，從而構建海岸整體防護體系。一級節點的布局主要是針對大范圍的海岸侵蝕趨勢，遏制潮流作用引起的水下岸坡進一步侵蝕后退，從而在更長周期內起到對近岸海灘和堤防工程的保護作用；二級節點即人工岬角工程主要針對近岸海灘沖刷，通過岬角控制保存侵蝕粗化泥沙，進而對其下覆沉積物起到保護作用。福建的自然岬灣岸線和日本福岡能古島的人工岬灣岸線就是采用多級節點(岬角)控制的方式，塑造動態平衡的多級嵌套穩定岬灣岸線，以實現海岸防護的目的[9]。

2.5海岸防護形式的多樣性

我國現行的海岸侵蝕防護工程還是以“硬工程”為主，但已經逐漸由單一的海堤轉變為加固海堤和消浪護岸并重的組合防護。近年來，開始采用柔性防護如草皮種植、混凝土模袋護坡等，都取得了良好的防護效果，如福建沿海主要是修筑海堤和種植防護林，絕大多數風成沙地類型的砂質海岸后濱沙丘大都有防風沙植被，沙堤海岸也大都有木麻黃固定沙丘。限于技術經濟等原因，像江蘇沿海的護灘工程多以短、矮、密為特點，防護功能局限在堤前較小范圍內，離岸堤外灘面下蝕和水下岸坡的蝕退依然發展，隨著時間的推移，侵蝕對近岸護灘工程和現有海堤仍存在潛在威脅。

盡管我國在侵蝕海岸防護方面開展了不少研究與實踐工作，相比發達國家來說，在海岸防護的同時兼顧海岸生態與環境保護方面還有不少差距。采用適當的方式通過自然過程塑造穩定海岸線，這已是一種趨勢，人工養灘和人工岬灣防護技術在國外已經得到了非常廣泛的應用，并且也取得了相當良好的效果。美國人工育灘與護岸建筑在海岸侵蝕防護中運用的比例達到4∶1以上，在歐洲、日本等發達國家人工育灘的實踐也在迅速增加。近岸補沙在海灘侵蝕防治上與海灘補沙、沙丘補沙等方法相比更具有主動性，目前荷蘭近岸補沙的補沙量和占人工育灘工程的比例都在增長[10]。

我國海岸防護可根據具體海岸的侵蝕情況考慮嘗試使用人工養灘、人工岬灣與丁壩群、離岸堤相結合的防護措施，在原有剛性防護的基礎上結合使用柔性防護技術。在實施海岸工程項目時，要避免不合理的工程布置導致泥沙運動的不平衡，加劇海岸的不穩定性。對于一些由于泥沙來源阻斷而遭受侵蝕的沙質海灘，國際上多采用人工養灘加潛堤防護的形式，即形成所謂的棲息海灘(perched beach)，注重這類海岸防護形式的研究，對我國沙質海灘旅游資源的恢復具有相當重要的意義。

要重視紅樹林等生物對海岸防護的重要性，因開發利用不得不占用的應采取就地補償等措施。

3 海洋開發與海岸工程建設

3.1海岸工程深水和離岸趨勢及其挑戰

3.1.1 海岸防護工程前沿水深將越來越大

目前，沿海各地圍填海需求迫切，使得沿海防護工程，特別是海堤工程不斷地外移，海岸防護工程前沿水深將越來越大，基礎條件和動力條件也將更加復雜。海岸工程的建設提高了這些防護工程的建設標準，但也導致工程建設風險增大和海岸防護工程建設標準不連續等問題。

3.1.2 跨海橋隧工程建設將成為熱點

舟山群島開發、膠東灣和港珠澳大橋等工程開啟了我國跨海橋隧建設高潮。今后更多的跨海橋隧工程將在海峽和島嶼之間建設。瓊州海峽是我國三大海峽之一，位于廣東雷州半島和海南島之間，長約80 km，寬20～40 km，平均水深約44 m，最大深度120 m，擬建的瓊州海峽跨海橋梁工程將面臨水深、風大、浪高、地質構造復雜、通航要求高、環境敏感等不利因素，且橋梁線位必須繞避國家級自然保護區的珊瑚礁，橋梁選址和建橋技術難度都相當大。

3.1.3 深水港需求持續

為適應國際船舶大型化的發展趨勢，國內、外大型港口都在進行航道深水化的研究和建設[11]。如：韓國釜山港航道水深18 m以上；荷蘭鹿特丹港航道水深25 m；美國西雅圖港航道水深20 m；新加坡港航道水深20 m；美國長灘港航道水深18.3 m。預計今后數年內，我國還將建設為數可觀的20～30萬噸乃至50萬噸級泊位的碼頭和航道。例如：廣東茂名港已啟動30萬噸級博賀新港區建設，陽江港西岸臨港新區可建30萬噸級航道；欽州港、防城港正在開挖30萬噸級航道；天津港正在建設30萬噸級航道；日照港也將建設30萬噸級原油碼頭；青島港與巴西原料供應商合作，正在規劃建設4個40萬噸級碼頭，30～40萬噸級航道也將應運而生；連云港、洋口港正在建設30萬噸級航道；寧波-舟山港蝦峙門口外航道水深已達22 m，30萬噸級船舶可滿載進出該港；大連港現也可以進出30萬噸級船舶；長江口12.5 m深水航道上延到南京也將于2015年底竣工，將大力推動江海聯運。此外，在建港條件較差的淤泥質海岸建設深水大港，尤其是利用淤泥質海岸外的潮汐水道建港，是建港科學和工程技術的一大進展。

3.1.4 海上人工養殖進一步向深水發展

我國未來一段時期內會沿著“近海養殖”和“外海養殖”兩條途徑同時發展。“近海養殖”將主要以改善養殖條件，優化提升技術裝備水平，實現健康養殖為主要任務；“外海養殖”將重點突破新型養殖裝備研發，提升配套養殖管理技術水平和技術裝備，以開發拓展外海養殖空間，提高水產品產量。開展開放性海域養殖設施安全構建與系統配套裝備技術探討是養殖業向外海發展的基礎。重點研究海上養殖平臺構建與系統裝備技術，海上廢棄海洋工程結構漁業利用模式和海上游弋式養殖裝備技術；建立開放性海域養殖設施安全規范和標準化技術；研究海洋增養殖漁場環境保護、漁場建造與防護工程等技術，推進我國海洋牧場建設；研究深水養殖結構抗風、浪、流關鍵技術，優化筏式養殖工程設施材料，研究筏架布局與養殖海域環境的相互關系；研究設置礁的類型、形狀、位置等，誘導聚群性魚類形成密集的群體。

3.1.5 海岸工程環境將更為復雜

目前，自然環境條件相對良好的岸線已基本全部開發利用，隨著海岸工程向水深處發展，限于對動力要素的了解，海岸工程的可靠性越來越不確定。我國海岸工程建筑物結構型式比較單一，對于適合深水和惡劣自然條件下的新型結構型式還需進一步研究。此外，海岸工程的建筑壽命普遍較低，在結構耐久性研究中還需進行大量的基礎性工作；施工技術與國際前沿的差距主要體現在拼裝技術、疏浚技術和環保技術上；施工設備與國際前沿的差距也主要體現在深水施工能力上。先進施工技術的研究和大型施工裝備的研制是提高我國海岸工程建設能力和效率的前提保證。

3.2極端條件下海岸工程結構安全

3.2.1 極端條件變化是海岸工程結構安全永久的問題

近十年來，全球氣候變化問題成為科技界最熱門的話題之一。討論或可分為三個不同階段。開始是認為全球氣候正在變暖，文獻[12]指出：“研究成果表明，未來50～100年全球氣候將繼續向變暖的方向發展”。然而國際上就全球是否變暖爭議頗多，不同的依據支持不同的觀點，而且還有人將這一嚴格的科學課題使其政治化，作為發達國家限制發展中國家發展的一種手段。后來采用一種較為婉轉的說法，即氣候變化。然而要證明氣候是否有某種特定的變化趨勢，應有相當長的、無爭議實測數據來證明，僅僅采用某種模式來推演，尚不能算是嚴謹。其實一些自然現象，如潮汐等就有其自身的變化周期。針對自然災害頻發，目前較為科學的一種講法是極端氣象條件的影響。這應該是一古老的課題，而不是近年科學技術的新發現。

極端氣象條件發生具有顯著的不確定性，而氣候變化以及海平面上升等則具有明顯的趨勢性，因而極端氣象條件更具有危害性。2011年3月11日在日本西太平洋國際海域發生了里氏9.0級地震，據統計，自有記錄以來，此次的9.0級地震在全世界已發生的地震中排第三。根據后續調查，此次地震引起的海嘯最高達到24 m，核泄漏等級為7級，屬于最高級。可以肯定各國對于核電站災害防御的標準是海岸工程中最高的，尤其是日本這樣地震高發地區更是重中之重，然而這個標準也沒能抵御這次海嘯的破壞。

3.2.2 極端條件的不確定性對沿海建設的挑戰

無論我們的設計標準取多少年一遇，與通常狀態相比都可以認為是極端氣象條件。1 000年一遇不是要到1 000年才會發生，或許明天就會發生，只是概率較小而已。極端氣象條件的不確定性給海岸工程帶來巨大的挑戰。隨著沿海經濟的發展，極端氣象條件引起的災害將更加嚴重。

3.2.3 海岸工程結構的可靠性(度)設計

海岸工程結構的可靠性(度)設計是今后一大重點。問題是我們對海岸動力條件的變化(包括現場資料)究竟知道多少？這些變化對極端氣象條件的確定有怎樣的影響？一個工程究竟要抵御什么樣的極端氣象條件，是逐級抵御還是僅在最前沿一級抵御？如果超設計標準的極端條件發生及其危害究竟有多大，能否預報(估)？有什么減災方案？尤其是對在役多年的海岸工程建筑物安全性能的了解更為重要，象日本福島核電站維護那樣的“僥幸”心理如何避免？

過去的十多年是我國海岸工程發展最為快速、最為集中的時期之一。從建國以來不同時期海岸工程建設的經驗和教訓看，雖然這一時期的建設標準和技術水平比20世紀50年代和70年代要高很多，但是可以預見在今后一段時間內，海岸工程結構的除險加固將集中地提到海岸工程管理者的議事日程上來。

3.3島礁工程開發技術

3.3.1 島礁開發利用應是圍填海工程的優先發展方向

日本不惜投入巨資在遠離國土1 000多公里的沖之礁進行人工筑島，其精神值得我國思考。

我國社會經濟發展尚處于并將還要在一定時間內處于重化工和城市化發展時期，對建設用地仍將保持較高的需求。根據今后一段時期港口、臨港工業發展形勢和建設用地占補平衡的需要，未來海岸陸域形成工程、工業圍海造地工程、農業圍墾工程仍將保持一定的規模；石油開采由陸向灘海發展，海油陸采平臺因其經濟優勢在濱海油田將持續發展；濱海城市、旅游的發展和建設用地日益緊張。圍填海工程將呈現上升趨勢；隨著建設技術的提高和城市大型化、工業區大型化、農業現代化、用海集約化，為降低單位圍海造地難度和成本，單位圍海工程規模或會得到限制，但諸多“花整為零”工程的集合，數十、上百乃至數百平方公里的圍海工程或將越來越多。

迄今為止的海岸開發及其工程大都是根據沿海建設的需要從陸地或以陸地為基礎向海向擴展的，這既是受自然和經濟條件的限制，也與我國長期以來對海洋權益重視不夠有關。當我們正在內海渤海沿岸進行大規模圍填海工程時，南海以及東海的一些島嶼正在被其他國家侵占或蠶食。從國家長久利益出發，島礁開發利用應是我國今后一段時間圍填海工程的優先主題。

政府應從國家長久之計考慮，制定寬松積極的激勵政策。海島開發需要有與之相適應的規劃，在技術層次上要有規程(范)或者指導書。

3.3.2 人工島是海岸開發利用的重要形式

人工島式圍填海是目前國際發展趨勢，雖然會增加圍填海成本，但是具有十分明顯的環境和生態優勢。正基于此，日本圍填海已很少自岸線向外延伸、平推，而是通常建成人工島。神戶的港島和六甲島、東京灣內的扇島、長崎市的香燒島、大阪市的鋼鐵凈島等，都是十分知名的人工島。為適應沿海港口深水化需要，在近岸水深不足的地區，依托島嶼圍海和海上人工島形式的海港陸域形成工程將逐漸增多。海上人工島具有島嶼的特征和景觀，同時避免了依托陸地的圍海造地工程對海洋環境的顯著影響，將對海洋環境的影響降至最低，屬于環境友好型設施，因而具有良好的應用前景。大連、唐山、葫蘆島、天津、福建、海南等地已開始實施較大規模的海上人工島建設。

3.3.3 島礁海岸工程的特殊性

島礁多兀立于大陸架和大陸坡，周邊海底地形陡，變化大，有的地方水深甚至達百米、千米以上，而島礁的高程僅數米，直接受深水海洋動力的影響，海岸工程建設難度較大；海域受不同季節風吹流和常年海流影響顯著，流場模擬及預測具有一定難度；波浪由大水深直接傳至水深1～2 m的礁坪，對于波浪傳播的模擬和破波特性認識均面臨新的課題；島礁上部物質松散，生物碎屑密度較大，但顆粒孔隙密布，濕容重小，在風、浪、流影響下，活動性極強，其施工技術有待研究；受臺風大浪影響頻繁，遠離大陸，島礁面積小，缺乏淡水和砂石料，現場施工條件惡劣，且礁坪水淺，外部物資運輸困難，工程造價數倍于其他類似工程。

3.4親水工程

3.4.1 親水工程越來越受到重視

我國重要海岸工程已充分認識到親水工程的重要性，甚至像核電廠這樣重要的能源設施也在要考慮親水需要，并作為工程設計考慮的重要因素之一。在海岸防護工程建設中，有些城市為了保持其獨特的海岸風景，寧肯降低海堤建設高程標準，也要保持沿海的親水性。我國沿海已建立一系列的經濟開發區，沿海城市的增加，特別是沿海城鎮化的建設將催生建設更多的親水工程。

3.4.2 游艇業前景廣闊

游艇業作為重要的海岸休閑業之一，我國在今后數年內將有較快的發展。近年世界范圍內海上游艇業呈穩步上升的發展趨勢，增速每年為6%～7%。美國在經歷了20世紀80年代短暫的低迷狀態后，90年代至今游艇市場又進入了蓬勃發展的時期，注冊和使用的游艇數量基本上維持在1 700多萬艘的水平。2008年美國游艇消費人數達7 000萬，占全國總人口的1/4。挪威、新西蘭等國家人均擁有游艇比例高達8∶1，美國為14∶1。意大利8 000公里海岸線和內湖島嶼上分布大大小小84萬個游艇泊位。法國約有愛好者900萬人，2003年擁有游艇90多萬艘，分布在大小374個港口和碼頭共有16余萬個泊位。

亞洲游艇業在20世紀70年代逐步發展，主要集中在日本、韓國、新加坡以及我國香港、臺灣地區。日本臺風大，瀨戶內海、名古屋、東京附近和九州西岸的多島海域是游艇的主要集中地，目前擁有約40萬艘游艇。香港星羅棋布的235個島嶼及眾多海灣，目前有游艇、帆船逾2萬艘。

2007年大陸具有游艇1 100艘，其中上海、青島、深圳三市占40%。廣東2012年已建游艇泊位500多個，據估計如在建的5個游艇會所都建成，近幾年新增泊位將到1 800個。顯然，我國游艇業的發展有非常大的空間。游艇業的發展離不開航道水域、港口碼頭、游艇俱樂部、景觀水系等基礎設施的配套建設。目前我國在這些方面還存在很多障礙，在一定程度上阻礙了游艇業的發展。我們可以通過多種方式，有計劃有步驟地建設一批國際水平的配套設施，滿足游艇消費的需求，同時要注重資源的可持續利用，防治污染環境；保障停泊水域或者停泊點的游艇的安全；向游艇提供航行所需的氣象、水文情況和海事管理機構發布的航行通(警)告等信息服務。

3.4.3 漁港工程是沿海城鎮化的重要組成部分

2011年國務院發布《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》，明確把漁港作為新農村建設重點工程，提出“改擴建或新建一批沿海中心漁港、一級漁港、二級漁港、避風錨地和內陸重點漁港”。未來漁港建設的發展趨勢將更加注重漁港功能多樣化、漁港村鎮一體化、生態環保、防災減災體系建立等。漁港設施要控制污染，使漁港水域保持海洋生物生存的良好狀態，要設計能滿足水流交換的新材料、新結構，盡量減少和避免對生態環境的破壞，注重對港區海洋水域生態環境的修復，降低其維護費用，延長漁港的使用壽命。要充分利用沿岸區域，建設和改造具有海水交換功能的防護工程以及水產動植物生息、繁殖的具有藻場功能的水工建筑物，以緩解對海洋自然環境的影響。研究采取各種生物、工程和技術措施，對已遭到破壞的水域生態進行修復，重建水域生態平衡[13]。漁港與淺海養殖結合，研究沿岸漁場環境的修復與保護、利用潮汐、海流、波浪等自然能源來實現增養殖漁場的水質交換工程技術措施等。

3.4.4 親水工程建設標準和結構多樣性

親水海岸工程需要解決二個主要問題：一是建設標準；二是多樣性。親水工程如游艇工程、海上養殖工程、漁港工程等的設計目前都沒有各自的標準，一般參照港口航道設計規范。如何在不降低設計標準又能滿足工程景觀和親水要求，這正是需要進行研究的。如核電工程，對不同等級的建筑物按其等級防御不同風浪標準進行設計，值得其他大中型海岸工程參考。東南亞一些國家利用紅樹林資源開發海岸旅游業，由于紅樹林能遮掩強烈海洋動力的作用，使得防護工程具有良好的親水性及與環境的和諧性。

目前我國海岸工程親水的結構形式還比較單一，給結構工程師和建筑設計師留有更多的發展空間。3D打印技術在親水工程方面的應用可能是海岸工程使用這一技術的最早嘗試。

3.5海洋能技術利用和謹慎開發

3.5.1 海洋能開發前景看好

在當前大力發展新能源的背景下， 海洋能開發技術將會得到前所未有的發展。如：英國、加拿大、俄國、韓國將建成100～1 000 kW級的潮汐電站；美國、日本、印度尼西亞、印度將建10萬kW級的溫差電站；英國、挪威、日本將建萬千瓦級的波力電站和潮流電站。我國也將建設海島多能互補獨立供電系統(100 kW級)、100 kW級的波浪能和潮流能實用化電站、萬千瓦級潮汐電站，到2020年前我國海洋能開發的總裝機容量有望達到或超過20萬kW。

從總體上看，我國海洋能開發利用尚處于初級階段，技術不成熟，無法和常規能源競爭。目前我國對海洋能的開發利用還主要局限在漁業和油氣資源開發上，與我國海洋能源狀況及經濟社會可持續發展對能源的需求不相適應。2007年《可再生能源法》的頒布實施，為我國海洋能等可再生能源的開發利用奠定了良好的法律基礎，使我國海洋能開發迎來了重要的戰略機遇期。

3.5.2 潮汐能工程

潮汐能開發的一個明顯趨勢是向巨型化發展，各國已完成技術經濟論證，幾個著名站址裝機容量都在100萬kW以上。當前潮汐發電技術研究的重點問題各國的分歧并不大，或者基本形成共識，多數是傾向單庫開發，單向運行。而水輪機組則主張不要太追求效率高、結構復雜的機組，因為以高投資換取高效率在經濟上并不合算。當前影響眾多電站開工的主要不是技術問題，而是投資效益和生態環境問題。

我國在20世紀70年代前曾是國際上擁有最多的潮汐發電站的國家。國家《可再生能源中長期發展規劃》提出了積極推進海洋能的開發利用，到2020年建成潮汐電站100 MW的目標，但是沒有提到具體方案。聯系到我國目前多個大型潮汐電站(福建大官坂、八尺門和浙江健跳港、黃墩港、杭州灣和樂清灣以及長江口北支[14]等)項目長期處于規劃設計或討論階段，可以看出，國家希望發展對潮汐能的利用，但對水庫式潮汐電站的經濟性以及可能帶來的環境影響問題也很慎重。

潮汐發電技術是土木、水利、機械、材料、發電、輸電、可靠性等技術的集成，一次性投資大，與常規能源利用相比經濟性不好。借鑒國內外潮汐發電的經驗和教訓，我國大規模開發潮汐電站應遵循積極規劃、謹慎開發、技術進步、降低成本、適度扶持、逐步形成規模的原則。

3.5.3 波浪能電站

目前開展波浪能利用研究的有英國、日本、挪威、中國、丹麥、美國、西班牙、葡萄牙等20多個國家，其中又以英、日、挪等國對波浪發電的研究最為踴躍，極有可能在今后10年內達到目前風能的經濟技術水平。我國波浪發電雖起步較晚，但在國家科技攻關、“863”計劃等支持下，取得了較快的發展和較大的進步。微型波力發電技術已經成熟，并已商品化。小型岸式波力發電技術已進入世界先進行列，與國際領先水平的差距不大。但在波浪能發電規模方面，世界上已從102kW、103kW級發展到104kW級的應用，而我國目前仍停留在10 kW、102kW級的水平上，至2020年的遠景目標也只是發展到102～103kW級的波力電站，波浪能開發的規模遠小于挪威、英國等。

波浪能發電的前沿技術主要有：1)將分散的、低密度的、不穩定的波浪能吸收起來，集中、經濟、高效地轉化為有用的電能，承受海洋災害性氣候的破壞，實現安全運行；2)大部分波能裝置從波能到電能的總轉換效率只有10%～30%，且投資巨大，因此，研究的關鍵問題是提高轉換效率和降低成本；3)防腐技術和防生物附著技術；4)抗浪技術，如合理的轉換裝置設計、錨泊系統設計及下潛避浪技術；5)綜合利用，如波浪能與風能、太陽能與海洋熱能的綜合利用，英國建成的波力發電裝置，頂部同時安裝了的風力發電機；日本建成的多用途波能發電裝置“巨鯨”，還安裝了太陽能發電機。

3.5.4 海流能裝置

20世紀90年代以前，國外潮流發電技術研究不像潮汐、波浪發電技術那樣活躍，只在英國等較少幾個國家進行。90年代中后期，開展潮流能利用的國家逐漸增多。當前潮流發電技術發展趨勢是在小容量示范裝置試驗成功的基礎上，向大型化發展，以降低裝置的單位裝機容量造價。有人論證后認為，只有當裝機容量達500 kW以上時才可能獲得商業性收益。加大轉換裝置的裝機容量有兩個途徑：一是加大單機裝機容量；二是由潮流發電單體裝置組成類似“風力田”的電站群系統。英國MCT公司計劃單機經過700～800 kW的過渡后，向3～5 MW目標邁進，英國愛丁堡大學已提出了10 MW的開發方案。

3.5.5 海岸風能利用

要正面回答海岸沿線風能裝置大范圍的建立對沿海生態是否有影響。

4 海岸管理與數字海岸

4.1海岸開發存在的主要問題

據有關分析，1990～2008年，我國圍填海總面積從8 241 km2增至13 380 km2，平均每年新增圍填海面積285 km2。圍海造地是人類向海洋拓展生存空間和生產空間的一種重要手段，然而，圍填海也帶來了一些生態環境問題，主要有：1)改變岸線、海底的形態，影響自然條件下的動力場與泥沙運動規律，在某種情況下會造成局部持續的淤積或沖刷，破壞海岸與海底的自然平衡狀態，對海岸帶生態系統和航運等產生影響。2)打破生態敏感區、濕地范圍內的海岸與海底的自然平衡狀態，海洋植物和動物生存環境受到嚴重影響。3)導致海洋自然性狀改變，海洋災害潛在威脅加大；圍海造地造成天然海灣的消失、河口束窄、岸線趨于平直等自然形狀特征的改變，自然納潮空間區域的縮小、灘涂消失，減少甚至消失了波浪消能的空間，加大了潮災的隱患。雖然近年有些地區的岸線有些增長，但有數據表明，我國的海岸線比新中國成立初期縮短了1 500多公里，海灣減少百余個。2011年初，歷時6年的中國908專項海島海岸帶調查發現，中國海岸線因填海造地正逐年減少。在過去20年間共700多個小島消失。4)圍海造地可導致潮差變小，潮汐沖刷能力降低，海水自凈能力減弱。近10年來，我國因圍填海失去了近50%的濕地；2002～2007年，濕地消失速度從20 km2/a增加到134 km2/a。因此，海岸管理的必要性和迫切性將更加凸顯。

4.2海岸管理國際前沿狀況

海岸帶立法是世界性的發展趨勢。迄今為止，大多數海洋國家和地區都制定了有關海岸帶的法律。近年來，荷蘭、日本、美國等具有圍海造田傳統的國家，已經先后出現了海岸侵蝕、土地鹽化、物種減少等問題。有的國家開始采取透空式的海上大型浮式建筑物取代圍海，有的國家甚至已不允許圍海，并開始將圍海造田的土地恢復成原來的濕地面貌，探索與水共存的新路。

1972年美國通過了世界上第一部《海岸帶管理法》(CZM)，由美國海洋與大氣局(NOAA)的海洋和海岸資源管理署(OCRM)在全國范圍內實施[15]。其目標為：1)為了生態功能、文化遺產和經濟利益的可持續，保護和修復海岸和海洋資源；2)構建可恢復的海岸群落，維持健康的海洋和海岸；3)提高人們的意識和行動能力，使海岸地區的公眾和生態系統受益。為了實現上述目標，國家海岸帶管理委員會協助各州進行海岸的綜合規劃和社團的發展以及其他保護和恢復棲息地、緩解風險、保護水質、海域使用的項目。OCRM幫助34個州和地區在維持和加強管理能力的同時，提高國家的海岸管理目標，負責海岸和河口土地的保護，保護海岸和河口土地的平衡、再生以及生態、歷史和美學價值。

歐洲荷蘭的圍填海歷史早，規模大，技術要求高，是世界上公認的海洋管理和利用最成功的國家之一，占國土面積20%(約7 000 km2)的陸地是通過填海造陸形成。荷蘭1950年到1985年間濕地損失了55%。濕地的喪失讓荷蘭在降解污染、調節氣候的功能上出現許多環境問題，如近海污染、鳥類減少等。1990年，荷蘭農業部制定《自然政策計劃》，要通過30年時間恢復這個國家的“自然”。位于荷蘭南部西斯海爾德水道兩岸的部分堤壩將被推倒，一片圍海造田得來的300公頃“開拓地”將再次被海水淹沒，恢復為可供鳥類棲息的濕地，通過使過去的景觀復原，為老百姓的生活增添亮麗的風景線。

日本在過去100多年中，共從海洋中索取了12萬km2土地，沿海城市約有三分之一土地都是通過填海獲取的。“注重規劃控制、防止各自為政”，“注重依法審批，尊重民眾權益”是其成功的一大特色。

4.3我國海岸管理狀況

我國在社會經濟可持續發展戰略和海洋事業發展中均提出了海岸帶綜合管理的戰略思路，將建立海岸帶綜合管理制度作為海岸帶地區社會經濟可持續發展的戰略方針和指導思想。1997～2000年，在廣東、廣西、海南等地進行了海岸帶綜合管理能力建設，其目的就在于探索建立海岸帶綜合管理機制、提高合理利用海洋資源和保護海洋環境的綜合管理能力。目前，我國對海岸帶資源的管理基本上是傳統的分工、分類管理，根據自然資源屬性及其開發產業，按行業部門進行計劃管理。隨著海岸帶開發利用的不斷深入，參與海岸帶開發管理的部門日漸增多，僅在海岸帶地區范圍內，涉海部門就有20個左右，如：農業部漁業局具有管理海洋漁業生產的職能；交通部門具有管理港口作業和海上航運的職能；國家旅游局具有管理海洋旅游活動的職能等。不同的部門根據自己的職能，對同一地區往往從不同的目標進行管理，或對同一對象從不同的角度或方法進行控制，再加上有些地區管理分工不同，由此則容易造成部門間的不協調。

近年來，我國海岸帶環境質量似有不斷惡化的趨勢，與海岸帶管理法律的缺位以及缺乏有法可依的有效綜合管理有著密切聯系。目前我國已有的一些海岸和海岸工程管理法律，雖然不能完全滿足我國沿海地區經濟發展戰略的需要，但最大的問題仍是執法難，違法的成本太低。

4.4現代海岸管理必須借助于數字海岸的建立

現代化的技術是海岸管理最為有力的支撐，數字海岸將是長遠、持續的努力方向，也是提高海岸帶管理水平的關鍵。數字海岸的建立和應用可以全面促進海岸帶的管理和開發，并在規劃、動態監控、資源開發、海岸侵蝕防護、防災減災、工程建設、土地利用、生態環境保護等方面起到輔助研究、輔助開發、輔助管理、輔助決策等作用。這將涉及到不同的部門和技術，如信息技術、模擬技術、管理系統等[16]。

1)信息技術

數字海岸的信息包括氣象、水文、地震、海向地形、海岸工程結構、保護區環境和社會經濟情況等基礎數據庫。目前一些長期氣象水文資料，有陸地衛星、海洋水色衛星、氣象衛星和雷達衛星等遙感資料。近幾十年來，美國利用遙感資料建立起各類數據庫，研究人員可以免費使用數據庫的資料，如美國國家航天航空局戈達德航天中心建立的北美土地數據系統(NLDAS：north-american land data assimilation systems)和全球土地數據同化系統(GLDAS：global land data assimilation systems)，可以通過數值氣象預報模型(NWP)更精確地進行分析和預測模擬。信息系統應通過國內外不同渠道、多種方法、綜合手段來豐富基本信息資源，應具有實時性和長期性。

2)模擬技術

在海岸工程建設中可基于海岸信息，利用模擬技術建立海岸動力模型、結構安全性模型、災害預測評價模型等。動力模型包括河口徑流、潮汐、波浪、臺風、風暴潮、泥沙運動等；結構安全包括工程老化、極端條件下結構可靠性等；災害預測評價模型主要用于工程會否失事以及失事后的損失評估等。

3)管理系統

海岸帶的管理過程包括經常性和突發性的干預，即自然和人為對海岸的影響。在此基礎上，研究海岸侵蝕、海岸價值、海岸養護與否、侵蝕控制與否對海岸帶利用潛力的影響，以海岸損失最小、防御和恢復成本最小為目標，最終實現對海岸線的有效保護。數字海岸技術在管理中的應用可包括：1)參與海岸帶規劃，提高和改善海岸帶管理開發的質量和效率；2)全方位、全天候地動態監控海岸帶，及時作出相應的結論和對策；3)保護和合理開發海岸帶資源，提高海岸帶資源的利用效率；4)海岸侵蝕防護，包括對海岸侵蝕的實際現狀和演進趨勢、成因的探討，使防護對策制定更加科學、高效；5)海岸帶防災減災，包括海岸災害的預測、預報，海岸災害的防范、規避，海岸災害的抵抗、消除，海岸災害的災中救護、災后恢復和災后重建等；6)參與海岸帶工程的規劃、勘察、設計、建設和管理的整個過程；7)參與海岸帶生態環境的調查監控、評估分析、綜合研究、對策制定、措施落實等；8)促進沿海國防建設。

數字海岸建設的難點在于實際有價值數據的獲得，這不是僅靠少數幾個部門和單位所能完成的。

5 海岸工程研究

5.1海岸工程學科總體發展趨勢

海岸工程學科也是一門古老學科，通過數百年特別是最近幾十年的研究，一些經典的研究辦法已基本做到了極致，沒有新的研究理論和方法，就很難有新的突破。自然科學是互通的，將其他學科的研究方法和成果應用到本學科往往會取得突破性的進展。國家自然科學基金委員會組織全國專家對海洋科學的過去進行了回顧，對未來10年的發展趨勢進行了預測，提出今后10年海洋科學的4大發展趨勢：1)多學科交叉、滲透和綜合；2)重點研究與資源、環境、氣候等和人類生存與發展密切相關的重大問題；3)全球化和國際化；4)采用高新技術，并趨向于全覆蓋、立體化、自動化和信息化。

海岸工程是多學科交叉的領域，包括了所有的自然學科。海洋工程科學研究涉及數學、力學、物理學、化學、材料學、電學等不同類型學科。遙感技術成果與海岸演變、海流、泥沙運動等研究已結合得相當緊密；光學、聲學的成果促進了水波傳播的研究；新材料、新工藝的采用使得深水港建設、大型圍填海工程、橋隧工程等有了較大的突破；計算機技術促進了各行各業快速技術進步。

5.2海岸工程基礎學科發展要與現場實驗研究緊密結合

歐美很注重現場實驗研究，以促進海岸工程基礎學科的發展。以防波堤技術為例[17-18]，近20多年來，歐美出現過三次防波堤事故的研究熱潮，即，1980年前后葡萄牙錫尼斯防波堤事故后對斜坡堤穩定性的分析；1994年深水防波堤會議前后對直立堤損壞的分析；20世紀90年代后期結合防波堤可靠度設計方法的改進對防波堤破壞模式的研究。這些研究熱潮，大大促進了防波堤技術的發展。

國際發達國家注重將水動力觀測與海岸地形影響等結合起來研究，如歐美等國家進行一系列如DELILAH、DELTA’93、DUCK’94等現場聯合觀測，并持續進行了實驗室研究，引起學術界的關注，促進了海岸動力學的發展。

我國有不同類型的可將工程與學術研究緊密結合的海岸，也有很多值得從科學研究角度進行深入探討和總結的工程實例，且有一支龐大的海岸工程技術研究隊伍。但我們的現場及實驗室研究大多是服務于某一特定工程，尤其是工程的立項和建設，積累了很多的測量資料，卻很少開展相應的基礎理論和基本方法的研究工作。提高我國在海岸工程學科的國際學術地位，必須要重視海岸工程基礎學科發展與現場實驗研究及技術的緊密結合。

5.3數學模型、物理模型及其復合技術的發展

數學模型在我國海岸工程科學研究中將占有更高的比例，但要加強國際品牌數學模型的研發。我國擁有眾多從事海岸數學模型研究的科研人員，然而我國并沒有擁有象DELFT3D、MIKE21、SWAN、ANSYS等類似的國際著名軟件。這其中既有傳統固有的、封閉不開放的科研機制因素，也有我國科研人員研制的模型大多沒有經過較嚴格的物理模型和現場實驗的檢驗，其驗證往往具有明顯的地域或類型的局限性，而前述的幾個著名軟件都是經過前后多年的論證檢驗后才逐步成型的。此外，我國的模型大多沒有自己的理論體系，相當多的程序是基于模仿。

物理模型今后一段時間內還將在海岸工程各階段科學研究中起到相當重要的作用，甚至是決定性的作用。要加強在相似理論、現場驗證資料的可靠性和量測技術水平提高等方面的研究。在采用天然水和重力加速度不變的限制條件下，流體動力模擬物理模型的可選擇性很小，離心試驗裝置的大型化可部分地解決困難，但難以較為準確地解決結構的三維破壞特性。泥沙運動相似理論近年進展不大，有什么新的理論或者是其他學科的理論可以借鑒？沒有現場資料的驗證就沒有現行條件下的物理模型試驗，然而用以驗證的現場資料可靠性怎樣？這些用來驗證的大多經過擾動的樣品在多大程度上代表現場的實際情況？這些用短期實測資料驗證的結果真的可以被外延來預測未來多年的演變？還有實驗室量測技術水平的提高速度不快已成為試驗研究水平提高的制約因素。

物理模型和數學模型結合起來的復合模型將越來越多地在海岸工程中得到應用。物理模型會成為數學模型驗證的重要手段，甚至與現場資料起到相同的作用。經過現場實測資料和物理模型試驗資料驗證的數學模型又可以作為物理模型的繼續，進行多方案的試驗研究，或提供較為優化的方案供物理模型研究。

5.4海洋動力-結構-地基相互作用

長期以來，海岸工程中的水動力-結構-地基是相互作用的已成為共識。日本對過去20多年混合堤的損壞作了總結，將損壞形態與原因歸結為蛇行破壞，基床過高、過寬或過陡引起破碎波沖擊波壓作用，波浪引起繞堤頭或沿堤水流對基床淘刷損壞，堤前海床沖刷或液化，地基承載力不足等。統計分析表明，防浪護岸破壞的主要原因是波浪力超過海墻抗力、越浪及墻前海床沖刷。50%的護岸損壞是由于海床沖刷引起。

海洋動力-結構-地基相互作用研究受研究手段的限制，一直進展緩慢。重大工程要加大“流-固-彈”三位一體的現場觀測，這是推動這一方向研究進展的關鍵。已有一些重大工程進行了這樣的監測，但主要是解決工程問題，應緊密結合基本理論加強研究力度。在實驗室模擬方面還有很多基礎性的問題有待解決，如流體與固體、彈性體模擬時間不匹配；泥沙沖淤與水流時間匹配問題；結構耐久性中時間尺寸確定；流體重力相似與結構彈性相似、強度相似不兼容等問題。地基如何在實驗室中模擬一直是該研究方向的瓶頸，這需要尋找新的模擬材料以推動實驗室模擬的進展。

6 結 語

通過分析我國海岸動力監測體系、河口海岸侵蝕及防護、海洋開發與海岸工程建設、海岸管理與數字海岸和海岸工程研究等方面存在的問題和國外進展情況，可以期望今后十多年中，海岸工程仍將保持快速的發展趨勢，并繼續為國民經濟發展發揮重要作用。隨著綜合國力的提升和國內海岸開發技術的相對成熟，我國海岸工程技術向國外輸出，將面臨更多的國際合作與競爭，這將促使其國際化，進而在一些重要領域處于國際領先行列。我國海岸工程技術水平提高任重而道遠，中國海岸工程領域的發展將隨著中國經濟建設的發展而更加輝煌。

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Prospects of coastal engineering technology in China

ZUO Qihua，DOU Xiping, DUAN Zibing

(Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China)

The existing problems in coastal engineering in China and the progress in foreign countries are analyzed in nine aspects, such as dynamic monitoring system, estuarine and coast erosion and protection, deepwater and offshore trend of coastal engineering, coastal engineering structures safety under extreme conditions, development technology of island and reef engineering, coast management and digital coast, hydrophilic engineering, utilization and development of ocean energy technology and coastal engineering research. The key problems and development trend of coastal engineering in China are pointed out.

coastal engineering; coast protection; project construction; environment and management; scientific research

P753

A

10.16483/j.issn.1005-9865.2015.01.001

1005-9865(2015)01-0001-13

2014-09-30

左其華(1954-)，男，博士，教授級高級工程師，主要從事海岸工程方面的研究。E-mail：qhzuo@nhri.cn