重建溼地比牆壁更能保護海岸線

2011年8月27日，颶風艾琳襲擊了北卡羅來納州，摧毀了外灘群島。這場風暴傾瀉了及脛深的雨水，並向面向大陸的 barrier island 海岸拋擲了三米高的風暴潮，摧毀了道路和 1,100 棟房屋。

風暴過後，當時在北卡羅來納大學教堂山分校的一位名叫瑞秋·K·吉特曼的年輕生態學家決定調查受災地區。吉特曼曾擔任美國海軍的環境顧問，參與海岸線穩定專案，並震驚地發現關於海岸復原力的資訊如此之少。“我研究得越多，就越意識到我們知道的太少了，”她解釋道。“在沒有基礎科學的情況下，制定瞭如此多的政策和管理措施。”她決定將海岸線作為自己的專業。

吉特曼的發現令人大開眼界。在受災嚴重的海岸線上，四分之三的 bulkhead 損壞。這些牆壁通常是混凝土的，大約兩米高，是該國許多地區房主抵禦海洋的標準防禦措施。然而，沒有一個天然沼澤海岸線受到破壞。沼澤從海岸延伸 10 到 40 米，在艾琳颶風中沒有損失任何沉積物或海拔高度。雖然風暴最初使植被密度降低了三分之一以上，但一年後，植被已經恢復，在許多情況下像以往一樣茂密。

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吉特曼的研究證實了許多專家開始懷疑的事情。“裝甲”海岸線（如 bulkhead）提供的防禦大風暴的保護比人們想象的要少。它們透過反射波浪能量而不是分散能量，往往會磨損底部，從而導致它們逐漸向海傾斜。雖然它們在典型的風暴中仍然運作良好，但當高風暴潮漫過它們時，它們通常會適得其反，導致它們破裂或坍塌，將整個後院釋放到大海中。

在後來的研究中，吉特曼和其他研究人員調查了 689 位海濱業主，發現受 bulkhead 保護的 37% 的房產遭受了 93% 的損失。而且，bulkhead 業主通常的年度維護成本是依賴自然的居民的四倍。鹽沼彎曲但沒有斷裂。

近年來，越來越多的科學家和政策制定者開始相信，“活海岸線”——鹽沼、紅樹林、牡蠣礁、海灘和珊瑚礁的自然群落——在沿海居民多年來一直在輸掉的戰鬥中可能出奇地有效。隨著海平面升高、風暴增強和失控的開發引發侵蝕和洪水災害的流行病，美國海岸線正在瓦解。每天，海浪都會侵蝕該國另外 89 公頃的土地。每年，又有 5 億美元的財產消失。總體而言，美國約 40% 的海岸線正在遭受持續的侵蝕。在某些地方，損失速度驚人。轉到 Google Earth Engine 的 Timelapse 功能，觀看 Shackleford Banks 像夏日人行道上的冰淇淋一樣融化。

從歷史上看，幾乎所有用於海岸防禦的資金都用於“灰色”基礎設施：海堤、bulkhead、堤壩和石 revetment。隨著研究人員在衡量“綠色”海岸防禦的長期影響方面變得更加成熟，這種情況開始發生變化。保險公司和政府最終開始注意到這一點，實際上可能會扭轉局面，轉向活體防禦。

溼地勝過牆壁

在颶風艾琳襲擊東海岸前後，加州大學聖克魯茲分校的研究教授、時任自然保護協會首席海洋科學家的邁克爾·W·貝克開始與保險業合作，這種合作今天可能開始改變海岸保護。“很多人都說生態系統對防洪有效，但證據不足，”貝克在他的聖克魯茲辦公室告訴我。物理機制很明確：牡蠣和珊瑚礁透過充當天然防波堤（離岸海堤），利用其波紋表面分散波浪能量，從而限制侵蝕和洪水破壞。鹽沼和紅樹林具有土堤和產生摩擦的莖稈森林，可以在不到 15 米的區域內從風暴潮中吸收超過 50% 的能量。

但是，儘管科學家們瞭解物理學原理，但沒有人將其轉化為政策制定者可以輕鬆使用的形式。貝克著手糾正這個問題。“如果我想改變做法，我不能將我的生態系統模型帶給 FEMA 或美國陸軍工程兵團，”他解釋道。“我必須檢視他們的風險模型，並將生態系統納入其中。”

貝克和他的同事開始與倫敦勞合社、瑞士再保險公司以及保險業的其他公司合作，這些公司擁有世界上一些關於資產和風險的最佳資料和模型。當他將沿海生態系統的資料插入他們的風險模型時，很明顯，活海岸線是極好的防禦措施。而且，他指出，“當我告訴工程兵團、FEMA 和開發銀行這些數字來自保險業時，我自然而然地獲得了不同程度的可信度。”

第一項研究的重點是 2012 年襲擊紐約和新澤西州的超級風暴桑迪造成的損失。科學家們與領先的風險建模公司 Risk Management Solutions 合作，表明溼地阻止了這場風暴造成的 6.25 億美元的洪水損失，考慮到該地區海岸的防護溼地隨著時間的推移已經損失了 60% 到 90%，這令人驚訝。在洪水氾濫的地區，為數不多的剩餘溼地平均降低了 11% 的洪水損失。同樣重要的是緩衝普通洪水的能力：在一項當地研究中，沼澤後面的房產每年遭受的洪水損失比失去沼澤的房產少 16%。貝克指出，“這完全在您可以期望 [保險] 保費降低的範圍內。”

然後，他和他的合作伙伴將他們的經濟和風險管理模型轉向從德克薩斯州到佛羅里達州的墨西哥灣沿岸，該地區經常遭受大風暴的襲擊。他們對所有型別基礎設施的年度預期收益和成本進行了詳盡的分析。該團隊估計，如果不採取預防措施，海岸將在 20 年內遭受 1340 億美元的損失。抬高房屋可以防止 394 億美元的損失，但這非常昂貴。每棟房屋平均花費 83,300 美元，防止 390 億美元的損失將花費 540 億美元。路易斯安那州正在建造的 6 米高的堤壩是一個更糟糕的選擇；每米 33,000 美元，對於保護相對有限的財產來說，這是一種極其昂貴的手段，每花費 4 美元只能獲得 1 美元的節省。在許多低窪沿海社群前方的陸地上建造的小型堤壩，以幾乎相同的成本防止了更多的損失。

就價效比而言，沙袋是最好的投資，花費僅 8.4 億美元即可節省 84 億美元的損失。自然防禦也名列前茅。溼地恢復可以防止 182 億美元的損失，而成本僅為 20 億美元。牡蠣礁恢復可以防止 97 億美元的損失，成本為 13 億美元。barrier island 恢復提供了 59 億美元的預防，成本為 12 億美元。而墨西哥灣東部的“海灘養護”（用從海底疏浚的沙子補充耗盡的海灘）可以節省 93 億美元，花費 55 億美元。

最後一個讓很多人感到驚訝，因為年復一年地更換海灘沙子通常被視為徒勞之舉。“如果給我的唯一選擇是海灘養護與完全灰色基礎設施，”貝克說，“我會選擇前者作為兩害相權取其輕。”

總體而言，研究發現，1340 億美元中的 574 億美元可以透過具有成本效益的方式來預防，幾乎全部是透過綠色基礎設施。

該研究未包含的一種恢復型別是密西西比河的大規模改道。透過河流堤壩的缺口轉移富含沉積物的水，讓沉積物過濾到陷入困境的沼澤中，可以恢復它們的健康和海拔高度，但該地區下沉的速度太快，即使是著名的泥濘的密西西比河也無法將其從不斷逼近的大海中拯救出來。貝克說，“重建整個生態系統將是昂貴的，而且更早開始會更好、更便宜。”

在漫長的沙質海岸上，具有成本效益的恢復可能也很棘手。海灘和 barrier island 本質上是短暫的。種植草來重建沙丘可以幫助保持海灘的位置，但在許多情況下只是暫時的。在某些時候，居民將不得不從退去的海岸線後撤。

貝克很快指出，已建成的基礎設施仍然非常重要，成本效益不是唯一的考慮因素。他說，“在任何有大量人口和財產的地方”，自然解決方案都將“與某種形式的已建成基礎設施結合使用”。大都市區、港口和其他對重大洪水風險容忍度極低的地方需要海堤，即使這些結構不具有成本效益。不過，貝克說，某些人口稠密地區可以從混合方法中受益：“即使您正在建造堤壩，如果在堤壩前有沼澤，堤壩也可以更短。”

海岸線試驗和錯誤

活海岸線正在成為沿海防禦的一種經濟上可行的途徑的一個原因是，研究人員和市政當局在重建它們方面做得越來越好。早期的沼澤恢復設計遵循林業科學，併為每種植物提供了充足的空間以避免競爭，但實際上適得其反。杜克大學的生態學家 Brian Silliman 說，事實證明，在裸露的泥灘中，“當沼澤植物聚集在一起時，它們會共享氧氣，因此它們的生長速度是原來的兩倍”。將它們紮根在大的團塊中，每種植物的生長速度可以提高三倍。新增藍色螃蟹（吃掉吃鹽沼草的蝸牛），植物會生長得更好。

科學家們還發現，當沼澤有一個保護性基 sill 時，它們生長得最好——基 sill 是一條線性的 berm，位於草地海邊的邊緣，並站立著。它由貝殼、石頭或混凝土等硬質材料製成，其高度和位置通常經過選擇，以便在高潮時水會覆蓋它，但在低潮時會暴露出來。基 sill 承受了大部分波浪能量，但也捕獲了其後的沉積物，使草能夠茁壯成長，沼澤地面能夠保持其海拔高度甚至升高。

幾乎任何硬質材料都可以製成成功的基 sill。大型海岸線穩定專案使用大型巨石或可堆疊的混凝土塊，這種做法受到了一些專家的批評，他們說這些結構只是名義上的活海岸線。但是，許多低調的修復專案將基 sill 更無縫地融入到自然棲息地中。在東南部和墨西哥灣沿岸地區，沼澤歷史上擁有天然基 sill，形式為潮間帶牡蠣礁。許多這些礁石在很久以前就被過度捕撈，破壞了基 sill 並使沼澤暴露於侵蝕。

在這些溫暖、牡蠣友好的水域中，可以透過在沼澤前緣的低潮線處放置硬質基質，供幼牡蠣附著來形成新的基 sill。一些波浪作用大的地點使用了小的空心混凝土結構或裝滿貝殼並捆綁在一起的塑膠網“洋蔥袋”。當成功時，這些人造材料很快就會被牡蠣覆蓋，並消失在生長中的礁石的間隙中。但混凝土通常會保持可見多年，而袋子因破裂和將塑膠散佈到環境中而受到批評。

現在在東卡羅來納大學的吉特曼正在測試一種名為 Oyster Catcher 的替代材料，該材料由浸泡在波特蘭水泥中的黃麻布製成，並捲成各種空心結構。它會硬化，具有廣泛的表面積以招募幼蟲牡蠣。除了輕便靈活外，它還能保持在一起足夠長的時間以建立礁石，然後分解。去年秋天，當颶風佛羅倫薩和邁克爾襲擊北卡羅來納州時，該產品接受了首次重大考驗。邁克爾將貝殼袋拋入沼澤，但 Oyster Catcher 礁石紋絲不動。表現令人鼓舞，但吉特曼擔心保護組織可能會過分誇大其潛力。“活海岸線無法將您的房屋從 5 級颶風中拯救出來。儘管 bulkhead 也不能。”

吉特曼和貝克都強調需要根據當地條件定製活海岸線。牡蠣恢復在墨西哥灣和東南部如此具有成本效益的一個原因是，那裡有大量的野生牡蠣可以為新礁石播種幼體。該國大部分地區並非如此。例如，切薩皮克灣長期以來一直是徒勞的牡蠣恢復的典型代表。海灣的牡蠣數量已降至歷史標準的 1% 以下，數十年的努力和數千萬美元幾乎沒有推動這一指標。

貝克說，“從概念上講，切薩皮克灣不是我們最好的模型。”“它讓牡蠣礁恢復倒退，因為它看起來如此困難和昂貴。好吧，當您在一個只剩下 1% 的系統中工作時，您猜怎麼著？這並不容易。當您在墨西哥灣時，您仍然擁有 50% 的礁石，情況就不同了。如果您建造它，牡蠣就會來。”

貝克將這一教訓擴充套件到珊瑚礁，這是最被低估的自然防禦措施。“珊瑚礁是降低洪水風險的最有效的生態系統，”他說。珊瑚已經進化到能夠承受每天的衝擊，這種衝擊會摧毀大多數其他生物，它們形成了天然海堤，位置正好是您想要的位置——就在近海，在度假村、海濱城鎮、沿海公路和其他昂貴資產的前面。當健康時，它們會成為非常有效的防波堤，可將波浪能量降低高達 97%。它們也很實惠：礁石恢復平均每米約 1,300 美元，而人工防波堤建設則為 20,000 美元。保險業對減輕加勒比海氣候變化風險的評估發現，恢復礁石和紅樹林的成本效益比海堤或防波堤高出一個數量級。

即使礁石沒有排列很多海岸線，它們產生的年度預期收益也很可觀——僅在美國每年就超過 1 億美元，在墨西哥、馬來西亞、印度尼西亞、菲律賓和古巴每年分別超過 4 億美元。

當然，許多珊瑚礁並不健康，礁石高度每減少一米，直接洪水損失就會增加一倍。僅憑這一點，貝克就認為礁石恢復專案將會成倍增加。雖然珊瑚恢復科學還很年輕，但潛力巨大——只要礁石尚未坍塌。“其中一些珊瑚實際上生長得非常快，”貝克說。“例如，在印度尼西亞的一些地方，那裡仍然有良好的礁石棲息地和大量健康的珊瑚，圍繞著被炸魚破壞的小型地點，礁石可以很快恢復。”

日益高漲的支援浪潮

海岸恢復可能終於開始獲得應有的關注。貝克說，“情況確實開始發生變化”。幾十年來一直偏愛硬景觀解決方案的陸軍工程兵團啟動了一項“與自然工程”倡議——許多規劃者認為他們永遠不會看到。國家海洋和大氣管理局已將活海岸線作為其海岸復原力藍圖的核心內容。全國各地已經完成或正在進行數百個專案，從馬里蘭州的海岸線穩定到普吉特海灣的 bulkhead 移除。大多數是小型的、以社群為基礎的努力，但更大的風險投資正變得越來越普遍。

2009 年《美國復甦與再投資法案》之後流入的刺激資金顯著增加了某些專案的規模。數公里的牡蠣礁專案現在排列在阿拉巴馬州、德克薩斯州和路易斯安那州。旗艦專案是阿拉巴馬州海岸附近的咖啡島。海岸線已後退多達 100 米。自然保護協會在離岸約 30 米處放置了一條 3 公里長的貝殼袋和混凝土球線，與該島平行。礁石立即阻擋了波浪能量，使沼澤得以重建。在兩年內，大約每平方米 200 個幼牡蠣在結構上定殖，覆蓋了它並吸引了魚類、螃蟹和鳥類。

在墨西哥灣沿岸和東南部以外，恢復專案可能更具挑戰性。例如，加利福尼亞州是一項艱鉅的任務。貝克說，“在舊金山灣，我們已經失去了 90% 以上的天然沼澤，因此您必須進入並在人口稠密地區內外重新建立一個完整的環境。”

然而，只要有意志——和當地資金——就有辦法。舊金山灣清潔水、汙染預防和棲息地恢復措施由海灣地區選民於 2016 年透過，透過包裹稅每年籌集 2500 萬美元，為期 20 年。這 5 億美元將用於使用各種技術建造 40,000 公頃的溼地——美國最大的海岸線恢復工程。最新穎的是水平堤壩。水平堤壩不是排列海岸線的高而窄的土堆，而是從水邊逐漸升起，有時向陸地延伸數百米的廣闊泥灘、沼澤和草原。它們用大量的泥土（通常是從建築專案重新利用的）進行分級，並種植起始插條。它們可以比傳統堤壩更低，成本也降低 40%，因為寬度可以吸收洪水。這種配置還為沼澤群落提供了隨著海平面上升而撤退的空間。

另一個令人鼓舞的跡象是弗蘭克·帕隆內在美國眾議院提出的《活海岸線法案》，他的新澤西州選區遭受了超級風暴桑迪的破壞。該法案將指定每年 2000 萬美元的贈款用於活海岸線工作。康涅狄格州的克里斯·墨菲和加利福尼亞州的卡馬拉·哈里斯在參議院提出了一個版本。他們在當前國會的前景在新聞釋出時還不確定，但它們的存在表明活海岸線正在取得進展。

北卡羅來納州海岸資源委員會最近批准了一項新流程，該流程將使獲得活海岸線許可證與獲得 bulkhead 許可證一樣容易。馬里蘭州制定了更嚴格的法律，要求房主證明為什麼需要 bulkhead 而不是天然海岸線。其他州可能會效仿這些做法。

所有跡象中最有希望的可能是自然保護協會、再保險業和墨西哥金塔納羅奧州於 2018 年達成的協議，該協議旨在建立一個信託基金，以保護坎昆和莫雷洛斯港海岸附近的 Mesoamerican Reef。該協議將包括有史以來為自然生態系統投保的第一份保險單。如果礁石因風暴而受損，保險資金將被釋放以重建其自然資本。

為了使活海岸線成為任何長期海岸防禦計劃的重要組成部分，政府、保險和開發領域的政策制定者必須在惡劣風暴來臨之前開始改進和安裝它們——並在災後支出之後為下一輪專案提供資金。這需要良好的科學和良好的經濟資料——現在已經存在——以及良好的證明形式，即示範專案，這些專案越來越普遍。

首批用於自然基礎設施的重大災後支出示例可能會發生在 FEMA 和其他機構尋求花費超過 1000 億美元的近期颶風恢復資金時。儘管 FEMA 傳統的減災投資側重於購買受損沿海房屋或抬高房屋等策略，但該機構已調整其新的“效益成本分析”政策，以支援對自然基礎設施的投資。貝克預計，這種重點的轉變將導致佛羅里達州、波多黎各和墨西哥灣沿岸出現前所未有的聯邦資助專案。隨著各國政府、災害風險管理者、企業、銀行和保險公司尋求儘可能具有成本效益地降低其風險敞口，其他大規模開發可能很快就會在全球範圍內跟進。當這種情況發生時，它將標誌著社會意識到自然不是奢侈品的時刻。它是未來。

本文是與非營利性調查新聞機構 Food & Environment Reporting Network 合作製作的。