人工海灘

海灘是海岸帶最活躍的始終處於變化狀態的地貌單元，其剖面形態與沿岸波浪特徵、泥沙補給和海灘物質的粒度等因素密切相關。由於集有3S（Sunlight，Sandbeach，Seafood）資源，海灘是最為人喜愛的旅遊、休憩與水上活動場所。

海灘侵蝕主要是指海灘在波浪作用下海灘物質的流失，其主要特徵是海灘變窄、變陡和灘面物質的粗化。伴隨着世紀性的全球海面上升和人類活動的加強，世界上70%的砂質海灘遭受侵蝕，美國則高達90%。上個世紀70年代末期以來，隨沿海城市大規模建設對砂石需求的猛增，我國砂質海岸侵蝕現象日益加劇。同時，隨植樹種草、水土保持工程的不斷有效推進，以及大中型水庫與堤壩的沿河不斷建設，河流向海輸水供沙量大大減少，這亦在相當程度上加劇了海灘遭受侵蝕的威脅。王穎等按海面上升50cm對中國東部重要海濱旅遊海灘影響的理論計算表明：自然淹沒和海灘侵蝕的累計損失率最高達到59.6%，平均為23.9%，其中海南島大東海、亞龍灣和三亞灣3個旅遊海灘的損失率平均36.5%，海岸線後退16.7m，海灘在自然淹沒、海岸侵蝕影響下損失的總面積達1091583m²。

歷史上曾一度廣泛採用築堤等固定工程方式抵禦海灘侵蝕。實踐表明，這導致波能集中在堤腳消散，導致泥沙的橫向運動換衡，泥沙向深海漂移。長期作用淘空堤腳，並大大增加了原始海灘的坡度，灘面物質粗化，加重了海灘遭受侵蝕的威脅。暴風浪作用時造成堤壩坍塌，海灘迅速侵蝕後退。海灘餵養（Beachnourish-ment）是當海灘自然供沙相對不足時，對海灘進行人工補沙，也就是將異地一定粒級的砂石通過水力或機械搬運到某些遭受侵蝕的海灘的一定部位放置，迅速地增加海岸平均高潮位以上海灘後濱的寬度，並輔以導堤促淤或外防波堤（或潛堤）掩護。幾十年的實踐表明，這已成為當前防護海灘侵蝕最有效的措施。人工海灘（Artificialbeach）是在沒有海灘的海岸，採用人工填沙的方法營造海灘。沙源來自附近海岸或外海，用船挖與管道輸送，利用機械或水力方式填沙 ^[1]  。

美國建造人工海灘始於紐約市1922年的柯尼島公共岸灘計劃。以佛羅里達州南端邁阿密旅遊勝地的人工海灘規模最大，亦最成功，最具代表性，可抗拒中等強度的颶風，不僅改變了早期採用固定工程措施進行海岸防護時海灘遭受嚴重侵蝕，不斷後退的狀況，且極大地提高了其休閒價值。1978年利用這一海灘的人數為800萬人，2000年猛增至2100萬人，是黃石（Yellowstone）、大峽谷（GreatCanyon）和約塞米蒂（Yosemite）3個國家公園接待遊客總數的兩倍。15年間，人工海灘的收入已達到初期養護海灘投資費用的40倍，經濟效益可觀。1992年颶風亦未對此海灘造成顯著的侵蝕，再次證明了海灘餵養的效果。1984年，美國海岸研究中心制訂了《海濱防護手冊》 ^[2]  。

20世紀80年代末，美國開始對其東海岸的海灘餵養和人工海灘工程進行調查，隨後調查工作擴展至墨西哥灣沿岸、太平洋沿岸及大西洋沿岸，並開始進行對比研究。隨着新的相關工程的不斷進行，調查和研究工作亦不斷延續，地區擴大，時間序列延長的同時，還不斷替換原來調查中的錯誤，形成了包括工程位置、養護海灘的長度和費用、實施時間、投放砂石的體積、資金來源等在內的系統資料綜觀美國在大西洋、太平洋、墨西哥灣、五大湖沿岸的海灘（包含湖灘）餵養工程，一個顯著特徵是造灘與海岸保護密切結合。大規模的海灘餵養與人工海灘工程不僅有效保護了海岸免受侵蝕，降低了颶風帶來的海岸帶風暴潮災害，而且在改善海岸環境，發展旅遊業方面發揮了巨大的作用。

我國的人工海灘實踐以香港淺水灣為最早。1990年香港投資4500萬港幣，對香港島南岸的淺水灣海灘進行了填沙補灘工程，以擴大海灘寬度，滿足發展旅遊業的需要。共填沙20萬m³，來自於16km以外的海底，挖沙後，用海底管道輸至淺水灣。其海灘餵養工程美化了城市環境，為旅遊業的發展提供了必要條件。

隨着旅遊業的發展，青島、北戴河、三亞小東海等地也曾作過一些相關的研究和工程實踐。如由南京大學海岸與海島開發教育部重點實驗室於上個世紀90年代設計的三亞小東海與鹿回頭灣人工海灘，其海灘長寬比2∶1～4∶1，鋪沙範圍介於-1.0～2.5m，人工海灘填沙選用三亞市以西30km處粒徑為1～2mm的天然老沙壩沙。為儘可能減少今後人工海灘的維護性回填沙量，小東海人工海灘還設計有必要的丁壩及潛堤等起護灘作用的輔助工程設施。海南省桂林洋開發區的海濱旅遊區內進行1km長的海灘整治，以改造和擴展原有的海濱浴場，涉及人工海灘補沙和離岸堤佈置兩項海岸防護措施。在海灘進行人工填沙，以改善海灘沙的質地，並適當增加海灘寬度。廈門島東北部海灘回填重塑研究，在對海灘改造條件評價的基礎上，對海灘平衡，上下限高程，回填寬度、長度、坡度，填沙量及輔助工程措施等進行了研究，提出了相應的海灘改造參數 ^[3]  。

建造人工海灘並非易事，國內曾建造過幾處人工海灘，效果不佳。原因在於未能充分了解形成與控制“海灘”的動力機制，簡單地將“人工海灘建設”理解為在水邊鋪沙，並不讓其被沖走即成。

深圳原“海上世界”旁的小海灣，岸邊開發建設了別墅區，灣內在上個世紀曾築離岸堤，以期圍出一片相對浪靜安全的水域，形成浴場，促進對在原來灣頂天然海灘基礎上經填沙改造的人工海灘的利用。雖離岸堤留有一定的口門，但由於其大大地消減了波浪作用，使人工海灘基本脱離了激浪的淘洗、分選和再搬運、再堆積作用。堤後成為瀉湖水域，潮汐作用成為主要的海岸動力，與之相應，大量的細顆粒物質在灣內沉積，海灘坡度減小，海灘細化衰亡，漸向潮灘轉化。最終導致整個瀉湖水域的淤積並岸成陸。

天然的海灘剖面是波浪動力與泥沙供應間達到相對平衡狀態下的結果。若缺乏激浪作用的淘洗，則海灘物質細化，灘面坡度減小，將會導致海灘的退化、衰亡；反之，若激浪作用過強，海灘會遭受沖刷侵蝕，亦會逐漸後退消失。海灘的寬度、坡度系激浪作用強度及海灘物質的粒度、比重等的函數。建造人工海灘必須遵循海岸演變的自然規律，依據該海域的水動力條件和泥沙補給及運動情況進行合理的設計。

充分理解和掌握地區性天然海灘的形態要素（海灘平面形態及寬度和坡度等）、物質組成和演變規律，形成天然的系列化物理模型，通過地理學的“類比法”原理，能夠有效地為人工海灘的設計提供依據，以合理地確定海灘物質組成、顆粒大小和海灘的坡度、高度等關鍵參數，使人工海灘更快地達到平衡狀態並維持相對的穩定性。

比如南京大學海岸與海島開發教育部重點實驗室設計的三亞灣白排人工島人工海灘。依據對三亞灣及其周邊的大東海、鹿回頭灣、小東海等處現代海灘的觀測與研究結果，結合白排人工島空間特點，設計人工海灘總長度約400m，寬度40～50m，坡度4.5°～5.0°。自防波堤前緣開始填沙，至潮下帶過渡到礁平台後仍在一定範圍內鋪沙，總設計填沙量約為48000m³。沙源選用三亞市以西30km處的平均中值粒徑為0.5mm的老沙壩沙，並輔以保護潛堤等，以抵禦海灘侵蝕，減少失沙量。同時利用數學模型，對灘面物質和坡度進行計算，以驗證設計的人工海灘的穩定性 ^[1]  。