未來城市:碎石海堤經不起巨浪 消波磚有效抗超強颱風

文章日期:2019年09月08日

【明報專訊】經歷去年9月超強颱風山竹之後,香港各區都趕在今年風季之前進行防波堤加固工作,其中柴灣平治中心對出的碎石防波堤,最近添加了扭工字塊消波磚。有海洋工程前線人員帶我們看過,認為只要在原有防波堤添加消波磚,就是最有效快捷減輕越堤浪(wave overtopping)帶來的破壞,相信愈來愈多香港海岸將會使用消波磚。

平滑海堤無法消波

每當超強颱風襲港,都突顯出多個市區海堤的抵禦風浪能力不足。今年3月渠務署就把將軍澳南、杏花邨及海怡半島定為三個「越堤浪點」,計劃增建設施應付惡劣天氣。專研混凝土建築及物枓的香港大學土木工程系教授關國雄指出,海堤(seawalls)是填海時分隔陸地與海洋的邊界,而防波堤(breakwaters)則是保護避風塘或海港免受海浪嚴重影響的設施。建造海堤和防波堤的一個主要目的是為了防止越堤浪出現,以免造成人命傷亡和設施損毁。由於越堤浪是由一浪疊一浪時推高所致,因此如果海堤有大量孔隙而且表面粗糙,海水可從孔隙流走,隨着摩擦力增加,能有效打散海浪,巨浪無法暢順地沿着海堤湧高至陸地。

碎石海堤最常見

香港最常見的海堤是碎石海堤,1980年代中落成的杏花邨和2012年對外開放的將軍澳南海濱長廊,均利用從採石場出產的不規則天然碎石堆疊而成,碎石間保留孔隙疏通浪水,呈現斜坡狀以卸走海浪能量。關國雄表示碎石海堤的好處是材料成本低廉,但船隻無法泊岸。在1992年始落成的海怡半島岸邊則採用直立式海堤設計,設計好像一面牆,雖然施工容易而且容許船隻泊岸,惟巨浪拍打海堤後的反射衝力可以相當巨大,而且滑溜的海堤沒有什麼消波能力。

加高海堤難治本

要令近岸陸地安然度過颱風,有人建議加高海堤至可以應對百年一遇大風浪,但從事本地海洋工程近50年的前線人員陳先生(化名)憶述,他在1970年代入行時,香港政府規定的海堤標準高度約海拔3.75米,現在則升至4.5米,「香港有些新落成的海堤甚至建到6至8米高,因為全球水位正慢慢上升,強颱風亦愈來愈多」。

陳先生援引有一半國土海拔低於一米的荷蘭為例,力證不可能為了萬中無一的大風浪,而興建數十米高的海堤。「荷蘭政府都只是在最低窪的地方做一條巨大防波堤,加裝有升降功能的雨水閘口,一旦預測到會有20米高的海嘯時,就靠閘口緩水。」他強調各國只能保持驚覺,萬一遇上極大風浪,應馬上疏散近岸居民,這是全世界的共識。

關國雄說加高海堤的確可以減少越堤浪出現的頻率,但並不能夠長遠解決問題。「如果不同時加高填海土地,只是加高海堤,地形就會形成凹形,一旦有越堤浪跨過海堤,在陸地亦無法順利排走,可能分分鐘加劇水浸問題。」

消波磚 有效卸走海浪衝擊

在細雨帶風的下午,陳先生帶記者觀察柴灣嘉業街盡頭平治中心對出的防波堤,一條長逾百米、原先由巨型碎石組成的三角錐形「橋」,雖然左右兩側傾斜,但中間位置尚算平坦,有不少市民在此垂釣。一艘大型橙紅色躉船停泊在防波堤末端,灰白色扭工字塊形狀消波磚被逐塊加在碎石堆旁。「由於每塊人工水泥消波磚大小、重量一樣,形狀統一之下,互扣力必定比岩石更強,使用消波磚的排水效果、卸走海浪衝擊力的能力會較岩石高得多。」他相信於現行抗風能力不足的海堤,添置消波磚是最有效和快捷防止越堤浪的方法。

不過,關國雄指出消波磚的製造成本較高,因為不同形狀的消波磚都被各國廠家申請了專利,不可以隨便倒模生產。「香港海域是公家地,大小海洋工程都要經政府審批。因為單單是加了一塊消波磚都會影響航道、水流和海浪分佈,更重要是會改變海牀深度會導致海浪轉彎,影響力不容小覷。」

消波磚愈大件愈穩陣

陳先生說這次柴灣防波堤是他首次在本地見過使用這麼小型的扭工字塊消波磚,目測每塊只有約兩噸重。「這裏是內彎不算太大浪,在地工程師應該計算過用小型消波磚都夠力。」他指着對岸的將軍澳海岸線說:「不像這條將軍澳第137區填料庫防波堤,放置了多個巨大的雞爪形消波磚,因為那裏是最食風浪的地方。」據政府資料,萬宜水庫的消波磚每塊重25噸,而港珠澳大橋東和西人工島扭工字塊消波磚分別重5噸和8噸。關國雄說消波磚愈大件,愈穩定,被風浪吹倒的風險愈小。

去年4月,有航拍圖片揭露港珠澳大橋隧道人工島防波堤的消波磚疑似被海浪冲散,惹來大橋結構安全疑雲,新聞一度鬧得沸沸揚揚。不過,隨後路政署解畫稱人工島的扭工字塊消波磚是利用香港建造海堤的專用方法,即隨機安放,不存在被冲散問題。

亂拋方式 有序互扣

陳先生認同路政署的說法,他表示香港普遍放置消波磚的方式是「亂拋方式有序互扣」,「每塊消波磚之間確保有兩至三個接觸點,令它們互扣和互相靠蹦,所以雖說是亂放但仍然是有序的」。防波堤在施工時會先在下方設置石心,再在上方放置兩層大石或消波磚,以保護石心。他指出海水密度為每立方厘米約1.02克(g/cm3),而岩石約為2.8g/cm3,「即使岩石落水後會損失30%密度,但岩石仍然重過水。因此就算大風浪來到,個別石塊可能會輕微移動,但絕不可能被冲散,石心亦必然完好無缺」。

消波磚 二戰產物

消波磚是二戰時無心插柳出現的產物,陳先生說得津津樂道。第二次世界大戰時,在北非戰線上,法軍製造了一些水泥塊以阻擋德軍坦克前進,戰後就將水泥塊當廢物隨意拋到摩洛哥卡薩布蘭卡(Casablanca)海中,意想不到在一場風暴後發現,棄置了這些水泥塊的海岸受風浪破壞程度較細。

於是法國人在1950年代,將水泥塊慢慢改造成現今的消波磚(Tetrapod)。現時全球消波磚的種類超過20款,最常見的包括屯門內河碼頭的雞爪形(Tetrapod)、港珠澳大橋隧道人工島的扭工字塊(Dolos),其優點是互扣極強。

環保物料 設計多元

消波磚亦趨向環保,現時除用水泥製成,亦改用環保物料,如回收塑膠做3D打印。更有一些雞爪形消波磚發展到可以將花盆放在上面,用來種植紅樹林,亦有環保團體設計出蜂巢狀人工礁石消波磚,有着許多大小深淺不一的凹槽,海水退去後,供海洋生物寄居。

【防風篇】

文 // 彭麗芳

圖 // 受訪者提供、資料圖片

編輯 // 蔡曉彤

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