重建湿地比墙壁更能保护海岸线

2011年8月27日，飓风艾琳袭击了北卡罗来纳州，摧毁了外滩群岛。这场风暴倾泻了及胫深的雨水，并向面向大陆的 barrier island 海岸抛掷了三米高的风暴潮，摧毁了道路和 1,100 栋房屋。

风暴过后，当时在北卡罗来纳大学教堂山分校的一位名叫瑞秋·K·吉特曼的年轻生态学家决定调查受灾地区。吉特曼曾担任美国海军的环境顾问，参与海岸线稳定项目，并震惊地发现关于海岸复原力的信息如此之少。“我研究得越多，就越意识到我们知道的太少了，”她解释道。“在没有基础科学的情况下，制定了如此多的政策和管理措施。”她决定将海岸线作为自己的专业。

吉特曼的发现令人大开眼界。在受灾严重的海岸线上，四分之三的 bulkhead 损坏。这些墙壁通常是混凝土的，大约两米高，是该国许多地区房主抵御海洋的标准防御措施。然而，没有一个天然沼泽海岸线受到破坏。沼泽从海岸延伸 10 到 40 米，在艾琳飓风中没有损失任何沉积物或海拔高度。虽然风暴最初使植被密度降低了三分之一以上，但一年后，植被已经恢复，在许多情况下像以往一样茂密。

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吉特曼的研究证实了许多专家开始怀疑的事情。“装甲”海岸线（如 bulkhead）提供的防御大风暴的保护比人们想象的要少。它们通过反射波浪能量而不是分散能量，往往会磨损底部，从而导致它们逐渐向海倾斜。虽然它们在典型的风暴中仍然运作良好，但当高风暴潮漫过它们时，它们通常会适得其反，导致它们破裂或坍塌，将整个后院释放到大海中。

在后来的研究中，吉特曼和其他研究人员调查了 689 位海滨业主，发现受 bulkhead 保护的 37% 的房产遭受了 93% 的损失。而且，bulkhead 业主通常的年度维护成本是依赖自然的居民的四倍。盐沼弯曲但没有断裂。

近年来，越来越多的科学家和政策制定者开始相信，“活海岸线”——盐沼、红树林、牡蛎礁、海滩和珊瑚礁的自然群落——在沿海居民多年来一直在输掉的战斗中可能出奇地有效。随着海平面升高、风暴增强和失控的开发引发侵蚀和洪水灾害的流行病，美国海岸线正在瓦解。每天，海浪都会侵蚀该国另外 89 公顷的土地。每年，又有 5 亿美元的财产消失。总体而言，美国约 40% 的海岸线正在遭受持续的侵蚀。在某些地方，损失速度惊人。转到 Google Earth Engine 的 Timelapse 功能，观看 Shackleford Banks 像夏日人行道上的冰淇淋一样融化。

从历史上看，几乎所有用于海岸防御的资金都用于“灰色”基础设施：海堤、bulkhead、堤坝和石 revetment。随着研究人员在衡量“绿色”海岸防御的长期影响方面变得更加成熟，这种情况开始发生变化。保险公司和政府最终开始注意到这一点，实际上可能会扭转局面，转向活体防御。

湿地胜过墙壁

在飓风艾琳袭击东海岸前后，加州大学圣克鲁兹分校的研究教授、时任自然保护协会首席海洋科学家的迈克尔·W·贝克开始与保险业合作，这种合作今天可能开始改变海岸保护。“很多人都说生态系统对防洪有效，但证据不足，”贝克在他的圣克鲁兹办公室告诉我。物理机制很明确：牡蛎和珊瑚礁通过充当天然防波堤（离岸海堤），利用其波纹表面分散波浪能量，从而限制侵蚀和洪水破坏。盐沼和红树林具有土堤和产生摩擦的茎秆森林，可以在不到 15 米的区域内从风暴潮中吸收超过 50% 的能量。

但是，尽管科学家们了解物理学原理，但没有人将其转化为政策制定者可以轻松使用的形式。贝克着手纠正这个问题。“如果我想改变做法，我不能将我的生态系统模型带给 FEMA 或美国陆军工程兵团，”他解释道。“我必须查看他们的风险模型，并将生态系统纳入其中。”

贝克和他的同事开始与伦敦劳合社、瑞士再保险公司以及保险业的其他公司合作，这些公司拥有世界上一些关于资产和风险的最佳数据和模型。当他将沿海生态系统的数据插入他们的风险模型时，很明显，活海岸线是极好的防御措施。而且，他指出，“当我告诉工程兵团、FEMA 和开发银行这些数字来自保险业时，我自然而然地获得了不同程度的可信度。”

第一项研究的重点是 2012 年袭击纽约和新泽西州的超级风暴桑迪造成的损失。科学家们与领先的风险建模公司 Risk Management Solutions 合作，表明湿地阻止了这场风暴造成的 6.25 亿美元的洪水损失，考虑到该地区海岸的防护湿地随着时间的推移已经损失了 60% 到 90%，这令人惊讶。在洪水泛滥的地区，为数不多的剩余湿地平均降低了 11% 的洪水损失。同样重要的是缓冲普通洪水的能力：在一项当地研究中，沼泽后面的房产每年遭受的洪水损失比失去沼泽的房产少 16%。贝克指出，“这完全在您可以期望 [保险] 保费降低的范围内。”

然后，他和他的合作伙伴将他们的经济和风险管理模型转向从德克萨斯州到佛罗里达州的墨西哥湾沿岸，该地区经常遭受大风暴的袭击。他们对所有类型基础设施的年度预期收益和成本进行了详尽的分析。该团队估计，如果不采取预防措施，海岸将在 20 年内遭受 1340 亿美元的损失。抬高房屋可以防止 394 亿美元的损失，但这非常昂贵。每栋房屋平均花费 83,300 美元，防止 390 亿美元的损失将花费 540 亿美元。路易斯安那州正在建造的 6 米高的堤坝是一个更糟糕的选择；每米 33,000 美元，对于保护相对有限的财产来说，这是一种极其昂贵的手段，每花费 4 美元只能获得 1 美元的节省。在许多低洼沿海社区前方的陆地上建造的小型堤坝，以几乎相同的成本防止了更多的损失。

就性价比而言，沙袋是最好的投资，花费仅 8.4 亿美元即可节省 84 亿美元的损失。自然防御也名列前茅。湿地恢复可以防止 182 亿美元的损失，而成本仅为 20 亿美元。牡蛎礁恢复可以防止 97 亿美元的损失，成本为 13 亿美元。barrier island 恢复提供了 59 亿美元的预防，成本为 12 亿美元。而墨西哥湾东部的“海滩养护”（用从海底疏浚的沙子补充耗尽的海滩）可以节省 93 亿美元，花费 55 亿美元。

最后一个让很多人感到惊讶，因为年复一年地更换海滩沙子通常被视为徒劳之举。“如果给我的唯一选择是海滩养护与完全灰色基础设施，”贝克说，“我会选择前者作为两害相权取其轻。”

总体而言，研究发现，1340 亿美元中的 574 亿美元可以通过具有成本效益的方式来预防，几乎全部是通过绿色基础设施。

该研究未包含的一种恢复类型是密西西比河的大规模改道。通过河流堤坝的缺口转移富含沉积物的水，让沉积物过滤到陷入困境的沼泽中，可以恢复它们的健康和海拔高度，但该地区下沉的速度太快，即使是著名的泥泞的密西西比河也无法将其从不断逼近的大海中拯救出来。贝克说，“重建整个生态系统将是昂贵的，而且更早开始会更好、更便宜。”

在漫长的沙质海岸上，具有成本效益的恢复可能也很棘手。海滩和 barrier island 本质上是短暂的。种植草来重建沙丘可以帮助保持海滩的位置，但在许多情况下只是暂时的。在某些时候，居民将不得不从退去的海岸线后撤。

贝克很快指出，已建成的基础设施仍然非常重要，成本效益不是唯一的考虑因素。他说，“在任何有大量人口和财产的地方”，自然解决方案都将“与某种形式的已建成基础设施结合使用”。大都市区、港口和其他对重大洪水风险容忍度极低的地方需要海堤，即使这些结构不具有成本效益。不过，贝克说，某些人口稠密地区可以从混合方法中受益：“即使您正在建造堤坝，如果在堤坝前有沼泽，堤坝也可以更短。”

海岸线试验和错误

活海岸线正在成为沿海防御的一种经济上可行的途径的一个原因是，研究人员和市政当局在重建它们方面做得越来越好。早期的沼泽恢复设计遵循林业科学，并为每种植物提供了充足的空间以避免竞争，但实际上适得其反。杜克大学的生态学家 Brian Silliman 说，事实证明，在裸露的泥滩中，“当沼泽植物聚集在一起时，它们会共享氧气，因此它们的生长速度是原来的两倍”。将它们扎根在大的团块中，每种植物的生长速度可以提高三倍。添加蓝色螃蟹（吃掉吃盐沼草的蜗牛），植物会生长得更好。

科学家们还发现，当沼泽有一个保护性基 sill 时，它们生长得最好——基 sill 是一条线性的 berm，位于草地海边的边缘，并站立着。它由贝壳、石头或混凝土等硬质材料制成，其高度和位置通常经过选择，以便在高潮时水会覆盖它，但在低潮时会暴露出来。基 sill 承受了大部分波浪能量，但也捕获了其后的沉积物，使草能够茁壮成长，沼泽地面能够保持其海拔高度甚至升高。

几乎任何硬质材料都可以制成成功的基 sill。大型海岸线稳定项目使用大型巨石或可堆叠的混凝土块，这种做法受到了一些专家的批评，他们说这些结构只是名义上的活海岸线。但是，许多低调的修复项目将基 sill 更无缝地融入到自然栖息地中。在东南部和墨西哥湾沿岸地区，沼泽历史上拥有天然基 sill，形式为潮间带牡蛎礁。许多这些礁石在很久以前就被过度捕捞，破坏了基 sill 并使沼泽暴露于侵蚀。

在这些温暖、牡蛎友好的水域中，可以通过在沼泽前缘的低潮线处放置硬质基质，供幼牡蛎附着来形成新的基 sill。一些波浪作用大的地点使用了小的空心混凝土结构或装满贝壳并捆绑在一起的塑料网“洋葱袋”。当成功时，这些人造材料很快就会被牡蛎覆盖，并消失在生长中的礁石的间隙中。但混凝土通常会保持可见多年，而袋子因破裂和将塑料散布到环境中而受到批评。

现在在东卡罗来纳大学的吉特曼正在测试一种名为 Oyster Catcher 的替代材料，该材料由浸泡在波特兰水泥中的黄麻布制成，并卷成各种空心结构。它会硬化，具有广泛的表面积以招募幼虫牡蛎。除了轻便灵活外，它还能保持在一起足够长的时间以建立礁石，然后分解。去年秋天，当飓风佛罗伦萨和迈克尔袭击北卡罗来纳州时，该产品接受了首次重大考验。迈克尔将贝壳袋抛入沼泽，但 Oyster Catcher 礁石纹丝不动。表现令人鼓舞，但吉特曼担心保护组织可能会过分夸大其潜力。“活海岸线无法将您的房屋从 5 级飓风中拯救出来。尽管 bulkhead 也不能。”

吉特曼和贝克都强调需要根据当地条件定制活海岸线。牡蛎恢复在墨西哥湾和东南部如此具有成本效益的一个原因是，那里有大量的野生牡蛎可以为新礁石播种幼体。该国大部分地区并非如此。例如，切萨皮克湾长期以来一直是徒劳的牡蛎恢复的典型代表。海湾的牡蛎数量已降至历史标准的 1% 以下，数十年的努力和数千万美元几乎没有推动这一指标。

贝克说，“从概念上讲，切萨皮克湾不是我们最好的模型。”“它让牡蛎礁恢复倒退，因为它看起来如此困难和昂贵。好吧，当您在一个只剩下 1% 的系统中工作时，您猜怎么着？这并不容易。当您在墨西哥湾时，您仍然拥有 50% 的礁石，情况就不同了。如果您建造它，牡蛎就会来。”

贝克将这一教训扩展到珊瑚礁，这是最被低估的自然防御措施。“珊瑚礁是降低洪水风险的最有效的生态系统，”他说。珊瑚已经进化到能够承受每天的冲击，这种冲击会摧毁大多数其他生物，它们形成了天然海堤，位置正好是您想要的位置——就在近海，在度假村、海滨城镇、沿海公路和其他昂贵资产的前面。当健康时，它们会成为非常有效的防波堤，可将波浪能量降低高达 97%。它们也很实惠：礁石恢复平均每米约 1,300 美元，而人工防波堤建设则为 20,000 美元。保险业对减轻加勒比海气候变化风险的评估发现，恢复礁石和红树林的成本效益比海堤或防波堤高出一个数量级。

即使礁石没有排列很多海岸线，它们产生的年度预期收益也很可观——仅在美国每年就超过 1 亿美元，在墨西哥、马来西亚、印度尼西亚、菲律宾和古巴每年分别超过 4 亿美元。

当然，许多珊瑚礁并不健康，礁石高度每减少一米，直接洪水损失就会增加一倍。仅凭这一点，贝克就认为礁石恢复项目将会成倍增加。虽然珊瑚恢复科学还很年轻，但潜力巨大——只要礁石尚未坍塌。“其中一些珊瑚实际上生长得非常快，”贝克说。“例如，在印度尼西亚的一些地方，那里仍然有良好的礁石栖息地和大量健康的珊瑚，围绕着被炸鱼破坏的小型地点，礁石可以很快恢复。”

日益高涨的支持浪潮

海岸恢复可能终于开始获得应有的关注。贝克说，“情况确实开始发生变化”。几十年来一直偏爱硬景观解决方案的陆军工程兵团启动了一项“与自然工程”倡议——许多规划者认为他们永远不会看到。国家海洋和大气管理局已将活海岸线作为其海岸复原力蓝图的核心内容。全国各地已经完成或正在进行数百个项目，从马里兰州的海岸线稳定到普吉特海湾的 bulkhead 移除。大多数是小型的、以社区为基础的努力，但更大的风险投资正变得越来越普遍。

2009 年《美国复苏与再投资法案》之后流入的刺激资金显着增加了某些项目的规模。数公里的牡蛎礁项目现在排列在阿拉巴马州、德克萨斯州和路易斯安那州。旗舰项目是阿拉巴马州海岸附近的咖啡岛。海岸线已后退多达 100 米。自然保护协会在离岸约 30 米处放置了一条 3 公里长的贝壳袋和混凝土球线，与该岛平行。礁石立即阻挡了波浪能量，使沼泽得以重建。在两年内，大约每平方米 200 个幼牡蛎在结构上定殖，覆盖了它并吸引了鱼类、螃蟹和鸟类。

在墨西哥湾沿岸和东南部以外，恢复项目可能更具挑战性。例如，加利福尼亚州是一项艰巨的任务。贝克说，“在旧金山湾，我们已经失去了 90% 以上的天然沼泽，因此您必须进入并在人口稠密地区内外重新创建一个完整的环境。”

然而，只要有意志——和当地资金——就有办法。旧金山湾清洁水、污染预防和栖息地恢复措施由海湾地区选民于 2016 年通过，通过包裹税每年筹集 2500 万美元，为期 20 年。这 5 亿美元将用于使用各种技术建造 40,000 公顷的湿地——美国最大的海岸线恢复工程。最新颖的是水平堤坝。水平堤坝不是排列海岸线的高而窄的土堆，而是从水边逐渐升起，有时向陆地延伸数百米的广阔泥滩、沼泽和草原。它们用大量的泥土（通常是从建筑项目重新利用的）进行分级，并种植起始插条。它们可以比传统堤坝更低，成本也降低 40%，因为宽度可以吸收洪水。这种配置还为沼泽群落提供了随着海平面上升而撤退的空间。

另一个令人鼓舞的迹象是弗兰克·帕隆内在美国众议院提出的《活海岸线法案》，他的新泽西州选区遭受了超级风暴桑迪的破坏。该法案将指定每年 2000 万美元的赠款用于活海岸线工作。康涅狄格州的克里斯·墨菲和加利福尼亚州的卡马拉·哈里斯在参议院提出了一个版本。他们在当前国会的前景在新闻发布时还不确定，但它们的存在表明活海岸线正在取得进展。

北卡罗来纳州海岸资源委员会最近批准了一项新流程，该流程将使获得活海岸线许可证与获得 bulkhead 许可证一样容易。马里兰州制定了更严格的法律，要求房主证明为什么需要 bulkhead 而不是天然海岸线。其他州可能会效仿这些做法。

所有迹象中最有希望的可能是自然保护协会、再保险业和墨西哥金塔纳罗奥州于 2018 年达成的协议，该协议旨在创建一个信托基金，以保护坎昆和莫雷洛斯港海岸附近的 Mesoamerican Reef。该协议将包括有史以来为自然生态系统投保的第一份保险单。如果礁石因风暴而受损，保险资金将被释放以重建其自然资本。

为了使活海岸线成为任何长期海岸防御计划的重要组成部分，政府、保险和开发领域的政策制定者必须在恶劣风暴来临之前开始改进和安装它们——并在灾后支出之后为下一轮项目提供资金。这需要良好的科学和良好的经济数据——现在已经存在——以及良好的证明形式，即示范项目，这些项目越来越普遍。

首批用于自然基础设施的重大灾后支出示例可能会发生在 FEMA 和其他机构寻求花费超过 1000 亿美元的近期飓风恢复资金时。尽管 FEMA 传统的减灾投资侧重于购买受损沿海房屋或抬高房屋等策略，但该机构已调整其新的“效益成本分析”政策，以支持对自然基础设施的投资。贝克预计，这种重点的转变将导致佛罗里达州、波多黎各和墨西哥湾沿岸出现前所未有的联邦资助项目。随着各国政府、灾害风险管理者、企业、银行和保险公司寻求尽可能具有成本效益地降低其风险敞口，其他大规模开发可能很快就会在全球范围内跟进。当这种情况发生时，它将标志着社会意识到自然不是奢侈品的时刻。它是未来。

本文是与非营利性调查新闻机构 Food & Environment Reporting Network 合作制作的。