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以自然之力应对海平面上升，需建好真正的绿色海堤｜底线城市

澎湃研究报告研究员王昀

2024-06-24 13:02

来源：澎湃新闻

如果没有海堤的保护，在海潮涨起并叠加台风天气时，上海这座城市会有一大半被淹在水下。这样的城市格局，正是随着大江大河流向变动，不断修建海塘、反复向海要地的过程中发育形成的。

海堤这道界面的形态，代表着人如何处理自身与自然的关系。如今，面对海平面上升、风暴潮加剧等气候变化风险，城市在进行海岸带规划的同时，需要拿出与可持续发展相匹配的智慧，时时检视海堤工程，思考是否能遵循科学原理，实现安全和可维护，并在自然生态和社会经济层面体现系统性价值。

上海老港海岸。周平浪图

放眼全球城市，这项工作的时间长度，实际远超出一届城市政府的任期。而不同学科的研究者和广泛的利益相关方，则分布在各个领域。这意味着，管理机制层面，要确保各方能够不断探索，时时改进，持续行动，那么风险来临之时，才会拿出最好方案。

澎湃研究所研究员尝试梳理正在进行和亟须推进的海内外相关研究和实践，希望能有助于提升城市应对相应风险的能力，降低未来灾害发生的概率和相应的损失。

重新关注海平面上升

“你为什么会关心海平面上升？”华东师范大学生态与环境科学学院教授陈雪初反过来问澎湃研究所研究员。在他印象中，大约20年前，这个话题比较受热议，后来逐渐不再为公众所关注，如今大多成为专业讨论的叙事背景。

1994年6月召开的中国科学院院士大会，提交了“中国科学院院士咨询报告”总第1号，即《海平面上升对中国三角洲地区的影响及对策》。这份黄皮书是供国家高层领导和管理部门进行规划决策的重要咨询文献。其前言明确指出：“海平面上升是一个缓慢过程，但长期的积累又足以对沿海经济发展、市政建设和人民的生活带来多方面的严重影响，这种影响比任何一种自然灾害都要广泛和深入。”

据诸多考古学者考证，距今约5000年前、分布在太湖流域的良渚文化，发展于成陆初期相对暖湿的背景下。而气候变化导致降水增加，相对海平面上升至少半米。虽然良渚发展出发达的水利系统工程，建成长堤，但抵挡不了极端风暴事件的影响。洪水泛滥、土壤盐碱化让依赖湿地稻作的良渚文化突然走向衰亡，只在这片土地上留下1米多厚的洪泛层。

1980－2023 年中国沿海海平面变化来源：《2023年中国海平面公报》

虽然依靠自身取得的成就，人类很大程度上能避免重蹈良渚覆辙，但这20年来，海平面上升速度也更快了。上世纪90年代，根据多数学者计算，百年来全球海平面平均上升速率是1.5-2 毫米/年。而从1993年至2023年，这个数字是3.4毫米/年。受地面沉降和大洋环流影响，中国沿海海平面上升速率高达4.0毫米/年，且仍在加速。

中国也是全球低海拔地区人口最多的国家。据《2023年中国海平面公报》，2023年，中国沿海海平面较常年（1993-2011年平均值）高72毫米，处于有观测记录以来的高位。在沿海11个省、自治区、直辖市中，低于10米的区域面积约为12.6万平方公里。包括岛屿在内，中国海岸线总长度3.2 万公里，而大陆岸线长度为1.8万公里。

1980-2023年中国沿海主要海洋站海平面变化来源：《2023年中国海平面公报》

其中，地势较低的区域对气候—海面变化的响应更加明显，最为典型的是长江三角洲和珠江三角洲。拿上海来说，过去20年，长江口的海平面上升平均速率是5毫米/年左右，叠加全市平均5毫米/年的地面沉降，相对海平面上升速度大约10毫米/年。这个数字已远低于世界上大多数发生沉降的沿海地区，相比当地上世纪50年代的105毫米/年，更是堪称奇迹般的进步，表明其常年坚持限制地下水开采、采用地下水人工回灌，以恢复土层弹性的地面沉降防治效果显著。

但这些成就还远不够。随着海平面上升加速，在海岸带上发展的城市，还要应对更多复杂的挑战。首先，这是一项长期工作，必定超越一两届城市管理者的任期。由于热量已聚集在大气和海洋中，即使全球的温室气体排放立即减少，人类也还要在至少几十年里，面对海平面继续上升的趋势。

其次，灾害的时空不确定性将更强。由于大气变暖，风暴潮会更加猛烈。但风暴潮的空间分布格局，也会因气候变暖而改变。以往在一地得到的观测结论，未必适用于未来的情况。

另外，自然界中以往被人类忽略的线索，可能起到越发重要的作用。比如，有人认为，之所以冰川融化的速度如此之快，超过了气候模型的预测结果，是因为北美发生的森林火灾烟灰飘来，或是由于生物的影响，使冰川颜色变黑，进而吸收了更多热量。

究竟该用怎样的方法去应对？著名海洋地质学家、南京大学海洋地质学教授高抒认为，需要把管理任务放在不断改进的框架内，不能采用“一刀切”的僵硬方法，而平时如果能以有效的方式，逐渐寻求最佳办法，那么，当危机真正来临的时候，就会恰好找到所需的解决方案。

从眼下的基础设施来看，城市如何建设和维护海堤，或许正是上述系统性方法的最典型呈现。在这个人与海的界面上，需要科学研究、工程设计施工、社会管理、城市经济发展规划等各方面人员的协同，也同时存在科学和管理的难点。

一些基于自然的海堤建设案例，王昀根据资料整理

上海的海岸变迁与挑战

在概括近两千年长江河口发育的规律时，中国河口海岸学的奠基人陈吉余院士的说法是：入海口的南岸边滩（上海市区）在不断往东推展，沙洲发育，向北并岸。

具体而言，过去两千年来，古今上海人利用河口三角洲向海淤积生长的规律，围垦了上海 2/3 的土地。上海水利志记载，自三国时期，上海先民就在杭州湾北岸修筑海塘。唐、宋以来，海塘修筑规模逐步扩大。

据上海师范大学人文学院历史系教授吴俊范《唐宋以来奉贤海岸带的坍涨变化及农业生产活动响应》、《明初以来长江口南岸地理环境的变化与人类活动响应》两则文章，从金山、奉贤、浦东南汇所处的杭州湾北岸看，唐宋时期气候温暖，海平面升高，奉贤潮侵严重，海岸内坍。人们建设海塘堰坝来阻挡咸潮入侵，塘体屡被风潮所毁，甚至局部塌陷并重修，但依靠海塘护卫，岸线并未大幅向内对进。而明清时期，气候转冷，奉贤海岸带进入淤涨期，当地不断修筑大型海塘，持续向东海推进，滨海农业区范围不断扩张。清中期时，南汇农人灌溉田亩要看风向行事，东南海上刮来的风容易带来咸水，要尽量避免使用。由于滩涂淤涨较快，新的海塘不断增筑，清光绪时南汇海塘下所建石洞甚多。奉贤淤涨岸段西界大致到奉城镇，该处在民国初筑成一道新的圩塘，圩塘外的土地1940年代时已发育为农业区。

而长江口南岸的宝山、嘉定等岸段，明清时期常受强潮冲击，岸线常处于坍进状态。与之相应，各入海干河的出海口频被人工堵筑。这与长江主泓南偏，加剧对南岸冲刷有关，而崇明岛沙洲并岸成型，也使河口断面缩窄，加大了江水对沿岸的冲刷力度。万历年间，建成的军事堡垒宝山所城，康熙八年完全沦入江中，康熙三十三年建起的新宝山城，东面在雍正年间又面临坍江之虞，幸而雍正十一年建起江东大海塘，不断重修加固，康熙宝山城的主体才得以保全。而清后期关于强潮冲激江东海塘发生的险情亦常见于史料。

进入“人新世”之后，人类开始掌控生地化循环。向海要地的过程更为迅速。中国的海岸开发利用强度，无论在激烈程度和尺度上，在历史和全球范围都属罕见，面临的问题也更多更复杂。

比如，1984-2020年，上海在杭州湾北岸进行了多期潮滩围垦。研究者测算，总面积达301.7平方公里，海岸线从150公里增加到185公里。其中，以1997-2015年浦东机场建设和1996 年至今的临港新城建设影响最大。过程中，为促进南汇东滩的泥沙淤积和滩涂发育，实施了海岸硬质促淤工程，采用混凝土和透水岩石建造了T型促淤堤，拦截水流中的沉积物，促进泥沙在促淤区沉淀；并在海堤到促淤堤约100米范围内，人为引种互花米草，期望借助其根系繁茂的特性，进一步促进泥沙淤积。

1990—2020年上海海岸带岸线向海推进区域。图片引自崔子奥、高郭平、陈洁等人论文

2010年后，南汇东滩这些增加的湿地，大量转为建设用地。据研究者测算，2010—2020年，上海海岸带湿地面积减少32.08平方公里，建设用地面积增加92.92平方公里，后者则来自湿地和水体。与此同时，由于流域减沙等原因，长江口外，水下三角洲面临严重侵蚀。上世纪80年代以来，长江大通站年输沙量呈显著下降。1980年代初期，其年输沙量约4.8亿吨；而近10年均值只有1.1亿吨，减少了77%。

上海海湾国家森林公园，位于上海市奉贤区海湾镇五四农场境内。王昀图

相对海平面上升本身也导致潮滩的可持续性受损。由此，杭州湾北岸也需应对相应一系列问题，如沉积物被冲刷、生态系统不稳定、生物多样性减少等，以更好地抵御极端气候事件的影响。

在眼前来看，这需要海堤更好地发挥作用，维护人类在海岸线上更长期的发展环境。“实施海岸带保护修复工程，建设生态海堤，提升抵御台风、风暴潮等海洋灾害能力”。正是习近平总书记在2018年10月10日主持召开中央财经委员会第三次会议，研究提高我国自然灾害防治能力时提出的。

上海已建设了超过500公里的海堤，并于 2019 年开展了海塘堤身去硬质化和生境化的改造试验。同气候变化一样，这项工作需要长期关注。

海堤要怎么建

多年来，上海一直在针对极端气候的可能性，提高防御标准。

为应对愈发频繁和猛烈的风暴潮，需要建造更结实和更高的海堤。而海堤越高，要承受同样的冲击力，其加固就越难以实现，同时，在三角洲海岸实施的防护工程，也会面临沉降等风险，维持其结构的成本将会指数级上升。此外，这些堤防还会阻挡沉积物的输送和生物洄游，给当地生态系统造成负面影响。

更重要的是，未来海平面上升和风暴增强的幅度难以准确预测，而海堤工程的建设周期很长，如果人类立即开始为此而防护，那么在变化实际发生前，尚未建成的工程可能早已落后，甚至到了使用寿命结束的时候。那么，我们到底该怎么做？

绿色

如何将现有的海堤改建为绿色海堤？

“值得注意的是，绿色海堤的意思，不仅是对海堤进行绿化，使它好看一些，更重要的是，要利用海堤附近的生态系统来保护海堤自身，提高海堤的使用效率。”高抒教授指出。

生态系统的构建并不容易。高抒教授提到，虽然理论上，生态系统可以对海堤进行支撑和保护，比如，以盐沼和红树林等湿地，来承担一部分风浪冲击，并可拓宽河流的空间，使其蓄滞能力提高。这样既保护海堤自身，也从生态系统修复中获得更多益处。但现实中，海岸侵蚀和海平面上升的作用，恰恰会令这些支撑海堤的湿地消失。也就是说，非防护重点处有潮滩，防护重点处无潮滩。

这就意味着，绿色海堤需要系统构建。在《防范未来风暴潮灾害的绿色海堤蓝图》、《绿色海堤的沉积地貌与生态系统动力学原理：研究综述》等文章中，高抒教授对此进行了详细阐述。

要寻求留住湿地和滩面并使其为人类服务的方式，高抒认为，可以从转变海堤结构和创造湿地生态位两个视角着手。

针对未来风暴增水的防范，可在现有海堤以内一定距离之外，建设一道防范高水位淹没的海堤，其标准采用未来的“200年一遇高水位”。由于外侧海堤已挡住波浪，只可能有一部分海水越过外侧海堤。两道海堤之间的地带有水无浪，内测海堤无需具备防浪功能。两道堤之间的地带可经过规划，作为生态建设用地。这样一来，把防浪和挡水的功能分开，可大大降低修建成本。

现有的海堤，其功能转变为单一的“防浪”，因此，工程设计只需考虑海堤自身和堤前块体的抗浪能力。而生态系统抗浪条件的培育，需要十年甚至更长时间。这就需要早动手，力争在下次风暴到来之前，让人工建造的盐沼和生物礁生长到一定规模。同时，必须明确，这些人工盐沼的建造不是为了围垦更多土地，而是为了保障海堤安全。

具体则可以引入基于自然的适应性设计手段。比如，针对护岸边坡，在潮滩难以存在的区域，采用生态混凝土砌块等绿色环保材料，在海岸工程护坡上种植根系稳固牢靠、能抗击风浪的植被；又或是在垂直海堤中建设悬崖池塘，底栖动物可在其中生存，后者可产生植物所需要的养分，以此使局部栖息地得到恢复。

另外，珊瑚礁和牡蛎礁，也是天然的绿色生态堤防。近年来，美国东部开始用牡蛎壳做海岸防护设施。在海岸投入从餐馆回收的牡蛎壳，使牡蛎定殖后，自发生长为堤状牡蛎礁，可起到防波堤作用。当然，这些方法的应用，都需要进一步研究，如何结合海堤去构建生态位，以及生态系统的稳定性。

重要的一点是，在生态绿色海堤的建设和维护过程中，需要支持来自不同学科研究者的观测和研究。这些工作必须是长时段的。

图片来源：高抒, 2020. 防范未来风暴潮灾害的绿色海堤蓝图. 科学, v.72, no.4

社会

在理想愿景中，要建生态绿色海堤，需要设计和建设具有更强的抵御自然灾害能力的城市系统：城市的建筑和道路能够防范淹没等灾害的影响，居民区、商业区、工业区等空间布局也需要在这个框架中得到优化，让一个城市拥有的生态系统价值不断升值。联系到近期频发的一系列自然灾害，这恰恰是目前需要在较短时间内解决的问题。

由此，需要把海堤系统纳入规划中审视，使其能够为生态系统的构建做出示范。如今，海洋空间规划纳入由自然资源部主导建立的国土空间规划体系。海岸带规划是其中唯一的国土空间涉海专项规划，继承和代替原来的海洋功能区划和海岛保护规划，其聚焦解决海岸带地区的陆海冲突，对海岸带地区进行陆海统筹综合管控和战略功能引导。

2021年，全国省级海岸带专项规划编制工作已全面推开。新一轮国土空间规划年限为2035年。在生态环境脆弱、社会经济活动聚集的海岸带城市，需要立足海洋发展基础，充分考虑长周期的海平面上升对城市发展的影响。作为其中一项区域专项规划，海岸带退缩线规划是针对海岸带区域开发建设的控制规划。对海岸带区域，腹地的社会经济发展、区域的灾害风险以及区域生态环境的保护，都需要在退缩线的编制和实施中去考虑。

就上海来说，上海城市总体规划2035中，涉及的城市开发边界划定，也可视为纳入气候变化的风险的考虑。至 2035年，城市开发边界内建设用地在全市建设用地总规模中的比例达到 80% 以上；城市开发边界外建设用地由现状868平方公里减少到600平方公里。联系总规中的图集可见，城市开发边界大多相对处于内陆。因此，某种程度上，减少边界外建设用地，是对濒临海岸的用地做腾退。

以这个维度而言，将处于边界外的建设用地收拢到边界之内，可优先考虑对那些气候变化影响最显著的区域进行调整。现在，经常受淹的地方，届时会面临更大的风险。如生态学者象伟宁所言，有些地方需要退给自然。

从海岸带退缩线规划来看，很多时候，海堤被作为城市开发边界，但实际上，在条件允许的情况下，可以让开发边界再向后退。在海堤和开发边界之间，引入林地、农田或水域等，这样可以大大增强一地的韧性。如果能留出更大的缓冲空间，就能应付更大的风暴潮。

另外，海岸带规划工作本身，也需要开展更大范围的公众参与。作为大气、海洋和人类的界面，海岸带本身也是一项重要的公共资源，需要让市民充分意识到自身所在的城市与海洋的关系，能够表达对海岸带保护与利用的设想。尤其是，生态绿色海堤的营建与维护，需要让人更多地能看到和思考。

同时，基于海岸带规划，城市也可开展更多基于自然的城市设计活动，以此撬动更多的青年创新和创意力量，一起来设计海堤生态系统——这是对城市至关重要的海岸带界面。其中也需要开辟更多自然教育的空间，让更多青少年参与其中。这种广泛的认同感和参与度，可以促成生态海岸带的良性循环。比如，面对候鸟经过的海洋、海堤和海岸带，观鸟者会对生态有更深的理解，会将自身的更多资源，投入相关可持续发展的工作中。其后，与之对应的公众响应机制，就可以建立起来。

也就是说，必须结合社会和经济的视角，这就需要从规划层面来切入。正如高抒教授所说：“管理的优化，首先是资金上的优化，它应是最节省、效果最好的。其次是社会经济的优化，从整个社会来看，要万无一失地治理气候变化影响下的海岸带，既无可能，也没必要。如果采取一项措施后，社会不得不承受更大的生态和经济损失，那就得不偿失了。”

科学决策

包括建设和维护海堤在内，城市应对气候变化和海平面上升等问题，最后还需要运用科技的力量，大力发展人工智能的应用研究。这是高抒教授所持的观点。

他认为，首先，是需要借此更好地认识问题，即海堤所处的自然环境。数据驱动和机器学习的方法，在许多人工系统的运行中已经得到了很好的应用。但自然系统，或再加上人类活动影响的耦合系统，是典型的复杂系统，目前人工智能尚未达到游刃有余地加以处理的程度。

这需要各个专业的合作，共同推进人工智能技术的提高，进而使用人工智能技术提高自然科学研究水平，发现更多更好的科学问题，并且通过计算机的辅助，更好地将科学理论与数据统计相结合。

更重要的现实问题是，气候变化的时间尺度，会超过通常为5-10年的人类自身制定计划的尺度，包括政府部门的换届考核。这需要通过相应的管理机制，来确保能够长期有效应对。

由此，人工智能更是一项重要的管理工具。利用人工智能，可以改善管理。对各种管理措施在实施之前，进行比较彻底的预估，防止管理失误。在没有较大失误的情况下，让管理逐渐得以改善，最终达到较高的水平。

比如，可以让海堤的建设和维护，能够分步骤实施，并有及时调整的空间。甚至，类似保险精算的原理，在风险极大、成本极高的时候，人工智能可以通过数据和信息，做出撤退的建议。人类只需要判断，是否需要采纳这一建议。

“人类对气候变化的适应，是多层次、多视角的。需要从各个层面加以考虑，然后采取可行的、优化的策略。”高抒教授说。

他认为，未来采取多学科交叉融合的方式，对于拟采取的措施，从科学原理、可行性和系统优化三个角度，进行深入研究，才能高效地解决气候 - 海面变化的应对问题。而在这方面，科学和管理的难点并存，需要科学研究、工程设计施工、社会管理、城市经济发展规划等各方面人员的协同。“人类社会还有时间来做到这一点。因为，海平面变化现在刚露出了一点端倪，其最大效应还将在未来几十年乃至更久的时候出现。”高抒教授最后说。