海洋空间开发利用规划设计原理与方法

作者简介

内容简介

第1章 绪论
　　海洋表面积有 3.61亿km2，约占地球表面的 71%，是空间资源、能源、水资源、生物资源、金属资源等的战略性开发基地，是人类生存与可持续发展的重要空间。我国大陆海岸线总长度超过 18000km，拥有 6500多个面积在 500km2以上的岛屿，根据《联合国海洋法公约》，我国所管辖的海域有近 300万km2（相当于我国陆地国土面积的 1/3），开发利用海洋资源势必成为我国经济和社会可持续发展的机遇和新的空间。
　　海洋空间通常是指与海洋资源开发利用有关的海面、海中和海底空间的地理区域的总称。海洋空间开发利用是指人类为了满足生产和生活的需要，将海洋空间用作生产、生活、交通和其他用途的活动场所。海洋空间昀大的特征是广阔性与立体性，从开发利用的角度，无论是海上、海中、海底空间均可作为开发利用的对象。当前海洋空间的开发利用已由传统的海上交通运输，发展到生产、生活、交通、文化娱乐、储藏等诸多新兴领域，如海面空间利用有海上城市、旅游度假、居住社区、海上机场、海上工厂等，海中空间利用有海洋公园、海洋牧场、悬浮隧道等，海底空间利用有海底隧道、海底观光建筑、海底空间站、海底储藏基地等。
　　海洋空间资源的可持续开发利用是一项十分复杂的系统工程，涉及城市规划、海洋科学、海岸与海洋工程等学科的知识。随着海洋空间资源的开发利用越来越多地扮演着城市空间拓展的角色，从陆海统筹的理念上，需要把岸线资源和所属的海域空间资源作为城市空间的重要组成部分统一规划和建设。同时，海洋空间利用工程大都发生在陆地与海洋交界相互作用、变化活跃的近海水域，因此，需要在提供城市发展空间和保护海洋生态环境之间达到综合平衡，实现城市布局协调，海域利用合理，海洋环境良好，沿岸景观优美，经济、社会与环境效益良好的可持续发展目标。
　　1.1海面空间开发利用方式
　　1.1.1平推式填海造地
　　填海造地是指滨海城市为满足其经济、社会发展需求，通过筑堤圈围一定范围的海域填筑成陆地，进而获得新的发展建设用地的人工建设行为。世界上大多数沿海国家在海域空间资源的早期开发中大都是采用在城市的岸边将海湾岸线直接向海中平推式填筑陆域的方式，发展城市和港口。在海域空间利用的初期，受到人们对海洋环境的认识和技术水平的限制，平推式填海造地是一个可行和有效的开发模式。
　　1．荷兰须得海工程和三角洲工程
　　填海活动的历史可以追溯到 13世纪时的荷兰。早在 13世纪，荷兰人就开始了填海活动，荷兰现有国土面积（ 4.186万 km2）的约五分之一取自大海。
　　荷兰的须得海原是伸入北海的海湾，面积 3388km2。须得海工程是一项大型挡潮围垦工程，主要包括拦海大堤和 5个垦区，1920年开始施工。 1932年，荷兰完成了长度为 32.5km的阿夫鲁戴克拦海大坝（ Afsluitdijk）。这条顶部平均宽度将近 90m、双向四车道的堤坝将大约 3000km2的须得海与外海隔开，通过排咸纳淡，使内湖变成淡水湖，称为艾瑟尔（IJsselmeer）湖。湖内洼地被划为维灵厄梅尔垦区（ Wieringermeer）、东北垦区（ Noordoost）、东弗莱福兰垦区（ East Flevoland）、南弗莱福兰垦区（ South Flevoland）和马克瓦德垦区
　　（Markerwaard）。他们遵循先修筑长堤，再排干湖水，昀后开垦种植的思路，进行分期开发。至 1985年，除了面积 600km2的马克瓦德垦区仅完成了大堤外，其他四个垦区共开垦土地 1650km2。须得海工程各垦区的基本信息列于表 1.1.1。须得海大坝已成为连接荷兰东北部和西北部的交通干线，艾瑟尔湖可提供淡水，促进了工农业和养殖业的发展。已建成的四个垦区迁入人口 300多万，已形成繁荣的经济区。
　　表1.1.1 须得海工程各垦区的基本信息（水利电力部珠江水利委员会和广东省水利电力厅， 1985）
　　荷兰的三角洲地区位于莱茵河（ Rhine River）、马斯河（ Maas River）和斯海尔德河（Schelde River）的入海口，面积达 4000km2，大部分土地低于海平面，早先的治理方法是筑堤防潮。1953年的水灾促成了庞大的三角洲治理计划的实施。整个三角洲挡潮闸工程（Delta Storm Surge Barriers Project in the Netherlands）简称三角洲工程，主要是在 3个入海口及各条入海水道之间修筑一系列的风暴潮屏障、大坝以及相关设施组成的庞大防潮抗洪系统，主要包括：布劳沃斯（ Brouwer）挡潮闸坝工程，哈灵水道（ Haringvliet）挡潮闸坝工程，沃尔克拉克（ Volkerak）闸坝工程，艾瑟尔（ IJssel）挡潮闸工程，赞德克里克（Zandkreek）闸坝工程，费尔什（ Veerche）坝，赫雷弗灵恩水道（ Grevelingen）闸坝工程，东斯海尔德（East Scheldt）坝和开敞式挡潮闸工程，菲利浦（Philips）闸坝工程，奥伊斯特（Oyster）闸坝工程，以及 1996年完工的三角洲工程昀后的一个建筑——马斯朗特（Maeslant）大型开启式挡潮闸坝工程。
　　整个三角洲工程 1954年开始设计， 1956年动工， 1986年宣布正式启用。三角洲工程为目前世界上规模昀大的拦海堤防，其中哈灵水道挡潮闸、东斯海尔德挡潮闸以及马斯朗特开启式挡潮闸特别令世人瞩目。
　　2．韩国新万金工程
　　韩国新万金（ Saemangeum）工程选址于韩国全罗北道的黄海沿岸，万顷江、锦江、东津江三江入海口处，在首尔以南 200km处。围填海总面积达 401km2，其中包括 283km2的土地和118km2的淡水湖，主要工程除了围填海的土地之外还包括一道长 33.9km的防潮堤。
　　新万金海堤的建设始于 1991年11月，大堤底部平均宽度 290m，昀宽达 535m；有两座排水闸，每个闸门都是宽 30m、高 15m、重 484t。新万金海堤于 2010年 6月竣工，历经 19年。图 1.1.1是新万金海堤建设前后的卫星图。
　　（a）修建海堤前（b）修建海堤后
　　图1.1.1 韩国新万金海堤位置卫星图
　　新万金填海工程自 1991年开工后一直备受争议，遭到环保人士的坚决反对。对此， 2008年 10月韩国国务会议变更了新万金围垦土地开发基本理念，将原计划 72%的农用地减少为 30%，围垦后形成的土地主要用于产业开发、旅游和城市建设。表 1.1.2为新万金围填海规划用地平衡表。修订后的规划完善了综合管理系统，昀大限度避免对生态环境的破坏。综合管理系统中分设 6个子系统：水质管理系统、海洋环境系统、水资源管理系统、洪水预警系统、资料管理系统和设施管理系统。各子系统由综合管理系统来统筹兼顾，以达到防灾减灾、保护环境等目的。
　　表1.1.2 新万金围填海规划用地平衡表
　　续表
　　3．新加坡填海工程
　　新加坡 1965年刚独立时的国土面积为 581.5km2，到2012年达到 715.8km2，国土面积增加了约 130km2（领土增加 23%），图 1.1.2为新加坡各时期重要的填海工程项目及持续周期图（周韵， 2013）。除海岸侵蚀、淤积等自然演变和人工测量精度提高等因素带来的变化外，增加的国土面积绝大部分来自填海造地工程。樟宜机场、裕廊工业区等都是建设在填海区域。
　　图1.1.2 新加坡各时期重要的填海工程项目及持续周期图（周韵， 2013）
　　新加坡的填海活动大体遵循中心区—东西海岸—周边散岛的空间秩序。新加坡由于地理和国情的特殊性，始终保持了对填海造地的旺盛需求。表 1.1.3为新加坡各 10年段填海规模统计表（周韵， 2013）。
　　表1.1.3 新加坡各 10年段填海规模统计表（周韵， 2013）
　　新加坡填海工程可分为滩涂围填、海滨围填和离岸人工岛围填三个阶段，填海的理念经历了由粗放到节约的转变。在填海初期，因技术有限，基本上是在原有滩涂的自然基底上进行填海造地，代表区域如驳船码头、唐人街等。随着吹填技术的提升，开始在新加坡主岛外围进行海滨围填，基于原有主岛岸线向外平推获得建设用地，如东海岸、樟宜机场和端士（Tuas）等。随着全球对生态环境重视度的提高，考虑到平推式填海会对海洋生态造成不可逆转的破坏，因而转变为离岸人工岛式围填，如裕廊岛（ Jurong Island）和实马高岛（Semakau Island）等。
　　4．日本东京湾填海工程
　　日本在 17世纪中后期开始通过填海造地建造大量的工厂， 20世纪中叶因工业的进一步发展导致土地紧缺，而开启了大规模填海造地的步伐， 100年间日本一共从海洋中索取了约 12万 km2的土地。第二次世界大战后日本新造陆地 1500km2以上，主要用于工业、交通、住宅三大方面。东京湾、伊势湾、大阪湾、濑户内海 20多个新兴工业中心都建在填海土地上。
　　日本东京湾位于日本本州岛中东部沿太平洋之海口。东京湾西北岸的城市有东京市、横滨市、川崎市，西侧城市有横须贺市，东侧城市有千叶市，南侧由三浦（西）和博索（东）两半岛环抱形成湾口。东京湾从明治、大正时期开始填海工程，一百多年间共通过填海获得了超过 2500km2的土地。表 1.1.4为东京湾各 1年段新增的填海规模统计。东京湾的填海从一开始就出现了平推式填海和离岸人工岛式填海并行的方式。追溯东京湾填海以来平推式填海与人工岛填海的比例，可以发现人工岛填海面积约占总填海面积的 49%。东京湾填海区域的空间分布具有内湾式填海的独特特征，原有自然岸线基本被人工岸线占据。在岸线较为平直的地带，如横须贺港、木更津港、千叶港大部分为平推式填海。人工岛分布在东京湾西岸较为曲折的岸线处，如东京港、川崎港、横滨港等。
　　表1.1.4 东京湾各 10年段新增填海规模统计表（周韵，2013）
　　5．平推式围填海工程的负面影响
　　荷兰、日本等围海造陆规模较大的国家，近年来不断出现垦区盐化、海岸侵蚀、物种减少等问题。这些国家已开始采取将围海造田的土地恢复成原来的湿地面貌的措施，探索与水共存的新路。 1990年，荷兰农业部制定了一项非常宏伟的计划— —《自然政策计划》，计划花费 30年时间恢复受围海造陆的影响而急剧减少的动植物，并通过复原过去的景观，为人们的生活增添亮丽的风景线。其中的“生态长廊”计划，是要建立起南北长达 250km、以湿地为中心的生态系地带。
　　日本环境厅发表的调查数字显示，自 1945年到1978年，日本全国各地的沿海滩涂减少了约 390km2，并且每年还在以约 20km2/年的速度消失。过度的填海导致一些港湾外航道的水流速度明显减慢，海水自净能力减弱，天然湿地减少，生物多样性迅速下降，渔业遭受损失等问题。为保护海洋资源多样性，维护生态环境平衡，日本许多滩涂造地的计划都已缩小规模或停止。
　　新中国成立初期到 20世纪末，中国的年均围填海面积约 240km2，2001 年至 2005年的年均围填海面积约 300km2。随着长三角地区、辽宁沿海经济带及天津滨海新区等沿海重点发展地区的城市化、工业化和人口集聚趋势进一步加快，填海功能由 2002年之前的以围垦用海为主（91.40%），转为以港口（ 22.61%）和工业用海（ 16.47%）为主。 2001年至 2013年，在短暂的 13年间，我国通过填海造地获得土地面积 2256km2（刘姝等，2015）。这种速度快、面积大、范围广的围填海活动，以及大多采用海岸向海中平推、海湾岸线截弯取直等粗放式的围填海方式，在带来巨大经济利益的同时，也带来了海岸生态系统退化、海洋环境污染加剧、宜港资源衰退、重要渔业资源破坏、海岸自然景观消失、防灾减灾能力降低及多种社会问题。自 2010年开始，围填海正式纳入国民经