重建沿海韧性——旧金山湾盐沼修复及其启示

李雅

潮滩盐沼（tidal salt marsh）主要分布在淤泥质河口海岸，具有稳固滩涂的生态功能，也是应对潮洪灾害及海平面上升的天然屏障[1-2]。然而，城市扩张、港口建设、渔业和盐业开发导致滩涂占用、盐沼退化，并伴有地面沉降[3]。全球众多城市都曾经历过“向滩涂要土地”的发展阶段[4]，大量城市财富暴露在不断增加的潮洪风险中。自20世纪90年代以来，从河流到海岸，越来越多的河口海岸城市开始转向近自然的柔性防护措施，以避免陷入由长期依靠刚性措施而导致的工程规模不断扩大、生态过程破坏、防灾意识降低的困局。基于自然的海岸防护（nature-based coastal defence）通过修复盐沼生态系统，替代或改进刚性设施，进而提高海岸防护韧性，有效降低洪水风险，实现低本高效的可持续海岸管理[5-8]。

1 撤堤还海管控Managed realignment

2 盐沼适应海平面上升的反馈机制Feedback mechanism for adapting to sea level rise in salt marshes

3-1 盐沼的土地增高过程Land building process of salt marsh3-2 盐沼的海岸挤迫过程Coastal squeeze process of salt marsh

然而，河口海岸城市实施盐沼修复仍面临一些重要的挑战：1）如何快速有效地修复，使盐沼及时发挥功能。城市化严重改变了河口地形、水文和泥沙过程，加剧盐沼修复的难度和不确定性。修复的盐沼通常有形成迟缓、同质化、生物多样性低等问题[9]。2）如何缓解“海岸挤迫”（coastal squeeze），为盐沼提供迁移空间。河流筑坝、航道疏浚等使城市河口泥沙含量普遍减少，盐沼难以堆积足够的泥沙与海平面一同增高；同时，盐沼向内陆的迁移过程也会受到堤坝、城市开发的阻碍，受海水淹溺而萎缩[10]。海岸挤迫威胁现存盐沼，也影响未来修复工作。3）实施修复项目需要大量政策改变与创新。修复盐沼意味着将一部分沿海用地退还大海、恢复潮汐过程，而在以经济发展为导向、土地资源紧张的河口海岸城市，这对项目决策、规划、许可、建设实施等过程以及公众认知提出了新要求。

笔者探讨河口海岸城市如何设计并重建具有韧性的盐沼防线：1）概述基于盐沼的防护设施及其价值；2）选取全球最大规模的城市盐沼修复案例—旧金山湾，阐述其发展最佳修复实践的过程，以及应对海平面上升的修复设计方法；3）探讨其对中国的启示。本研究试图回答2个问题：1）如何将海岸防护目标转译为利用盐沼的海岸线规划和设计；2）如何通过设计途径减缓城市化和海平面上升对盐沼修复的影响。以期为中国河口海岸城市使用基于自然的方法适应海平面上升提供实践支撑和方法借鉴。

1 盐沼修复作为海岸防护

撤堤还海管控（managed realignment）是盐沼修复的重要策略，即在内陆侧新建刚性设施，将废弃的设施打开缺口、降低高度或移除，允许潮汐再次进出先前筑堤的土地，从而有机会形成盐沼（图1）[11-12]。“盐沼+刚性设施”的混合模式结合二者优势，能提供足够的海岸防护功能、确保河口海岸城市防洪安全，同时实现节约经济成本、生物多样性、碳吸存、游憩、环境教育等共同效益[13]。

前置的盐沼能高效地衰减波浪，并且显著的衰减发生在边界区域。场地观测表明，波浪在经过20～50 m宽度的盐沼后，能量大部分便被迅速吸收。常见于城市河口、形态窄小的边缘盐沼（fringing marsh）也表现出类似特征[14]。这表明盐沼边界提供了海岸防护的最大价值；也提示了在河口海岸城市，即使窄小的盐沼或场地，也具有保护和修复价值。

由于前置盐沼的生态缓冲作用，可有效地缩小新建刚性设施的尺寸，降低建设和维护成本，并延长使用寿命。相关研究估计，堤坝前置50 m宽的盐沼可节约总体成本50%；前置仅6 m宽的盐沼可使12 m高的海墙降低1/2，节约成本70%[15-16]。同时，前置盐沼自身具有低维护的特征，在风暴等事件受损后能快速恢复。

前置盐沼也具有适应海平面上升的能力，通过自身的负反馈调节，维持与海平面上升的动态平衡关系（图2）。在潮水携沙量充足的情况下，盐沼能快速淤积这些泥沙，并积累植物有机质，在垂直方向上增高；而且，适度的海平面上升还会促进植物的分解和再生长过程[17]（图3-1）。而当潮水携沙量不足时，盐沼能通过植被类型的演替，在水平方向上向陆侧高地迁移；在这个过程中，低盐沼变成光滩、高盐沼变成低盐沼、新的高盐沼在内陆出现[18]。但迁移很容易受到新建堤坝或城市建设的阻碍（图3-2）。

2 旧金山湾盐沼修复背景和演变

旧金山湾是北美太平洋沿岸最大的河口，是加州最重要的生态栖息地，同时也支撑着超过700万人口和世界最发达的湾区经济。至20世纪70年代，原有7.8万 hm2以盐沼为主的潮滩沼泽①仅存8%，“无净损失”（No net loss）湿地政策促进了盐沼修复的早期探索和实践[19-20]。1999年《湾地②生态系统栖息地目标项目》（Baylands Ecosystem Habitat Goals Project，简称《目标项目》）首次提出了修复“10万英亩”（约4万hm2，即历史面积的一半）的具体目标和长期规划，促使修复进入了高速发展阶段。基于海平面上升预测③和盐沼修复的最新科学进展，2015年《目标项目科学更新》（Goals Project Science Update）明确提出了将“保护湾区免受海平面上升影响”作为盐沼修复目标，对此前的重建栖息地、防洪和游憩的目标进行了调整和扩展[21]。

作为盐沼修复的世界先行者，旧金山湾也是一个大型的修复实验场，至2015年潮滩沼泽（已有和正在修复）已达历史面积的29%（图4）[22]。旧金山湾实施“从实践中学习”（learning by doing）的策略，通过系统监测和适应性管理（adaptive management），不断补充、发展并调整城市盐沼的修复科学、目标和技术方法，促进了修复项目从小尺度、孤立的场地向景观尺度、构建流域连接的韧性系统发展，修复方法也由关注形式、人工管控向“让自然做功”转变；具体表现为特征明确的三代修复实践（表1）[23-25]。包括联邦、州和地方层面的许多政府组织、民间团体和设计机构等基于不同职责和目的参与其中，促进了修复实践的多元与创新，并有大量来自不同领域的科学家为修复提供建议[26]。

表1 旧金山湾盐沼修复在3个时代的演化Tab.1 Three generations of salt marsh restoration in San Francisco Bay

5 盐沼的演化过程及淤积率的影响Salt marsh evolution and the effect of accretion rate

6 汉密尔顿修复项目的场地模板及其经过20年、50年演化的形态预期Site template and its expected evolution in 20 and 50 years in Hamilton Restoration project

3 应对海平面上升的修复设计途径

基于《目标项目科学更新》提出的2个具体目标—加速修复和长期续存，旧金山湾计划在2030年以前完成大部分盐沼防线的构建，并期待至2050年泥沙和有机物可以积累至足够高、足够牢固，以实现应对2050年的预测海平面高度。该目标面临的最大难点是泥沙匮乏。汇入旧金山湾的泥沙自1998年起持续、剧烈减少，当前为150年来最小值[27]。利用疏浚弃土是目前抬高盐沼的主要手段。此外，旧金山湾也开始挖掘内陆空间潜力，寻求盐沼后退的机会，以缓解“海岸挤迫”。

3.1 “自我修复”与场地模板

根据第一代实践发现，盐沼修复是一个“自我修复”（self-repair）的过程：一旦场地恢复潮汐过程，光滩淤积至一个临界高程，盐沼会自然生长、演化至一个平衡态（目标高程）[28]。因此，场地的初始高程和泥沙淤积率直接影响修复的速度（图5）。由于长期筑堤，场地产生严重的地面沉降；而恢复潮汐后，泥沙不足、潮汐交换受限和内部风浪侵蚀导致场地淤积率普遍偏低。

为了加速修复，旧金山湾通过设计“场地模板”（site template），为场地提供一个“高起点”和更快的演化轨迹（图5中由A→C1变为B→C2）。模板是对场地基底的修复设计，并在恢复潮汐后，依靠自然的水文、泥沙和植被过程，引导场地沿预期的轨迹演化，促进形成更自然、复杂的盐沼[29-30]。因此，模板设计建立在对盐沼形态和过程二者关系的理解上，是对整个演化过程及相应形态的设计（图6）。这个方法在1996年首次用于索诺玛湾地（Sonoma Baylands）项目，并基于20年的监测学习进行改进和创新，指导后续的修复项目（表2，图7）[31-33]。场地模板强调以下3个方面。

7 模板平面图及主要设计要素Template plan and main design elements

8 索诺玛湾地项目潮沟网络发育Complex tidal creek network developed in Sonoma Baylands project

9 索诺玛湾地项目涨潮时的半岛型防浪堤，以及希尔斯点项目土丘和挖掘的内部河道Wave break peninsulas during tides in Sonoma Baylands project, and mounds and excavated tidal channels in Sears Point project

表2 使用场地模板方法的主要修复项目Tab.2 Main restoration projects using site template design

3.1.1 初始高程与潮沟（tidal creek）

合理的初始高程能促进场地较快地形成盐沼植被，发育出复杂、高密度的潮沟网络，并积累一定厚度的天然泥沙（图8）。根据以往项目监测，旧金山湾确定了最佳初始高程：低于目标高程（大潮平均高潮线）20～40 cm；并利用疏浚弃土将沉降场地垫高至这一高程。适当垫高的场地形成盐沼的速度，比无干预、自然淤积的场地要快10～20年；而直接将场地垫高至目标高程，虽然能比适当垫高加快6～10年，但由于潮水进入场地后能量较小，只能形成稀疏、较直、少量分支的潮沟；对于一些沉降严重、尺度较大的场地，若不垫高，可能最终只会演化为光滩。

3.1.2 微地形

除了促进潮沟网络发育，创造微地形也是增加地形异质性、促进生物多样性的有效方法[34]。1）构建防浪堤、土丘。其位置和形态经过精心设计，可同时发挥多重作用：①消散场地内部较大的风浪，最大化淤积；②帮助先锋植物定植，并扩散生长；③控制淤积模式，引导潮沟形态发育；④为野生动物提供涨潮庇护所（图9）。2）挖掘潮汐塘（tidal pond）、潮汐盘（tidal panne），或通过放置木桩、岩石等使周围盐沼退化而形成浅滩。其能存储、滞留潮水，形成含盐度较高的水域，为特定的野生动物提供栖息地。

3.1.3 堤坝缺口与潮汐河道（tidal channel）

在堤坝上打开足够大的或者多个缺口，并在缺口处挖掘外部河道，有助于潮汐充分地进出场地。但在实际修复中，多数场地与海湾之间存在边缘盐沼或淤滞的河道，一些项目出于保护野生动物或节约成本的目的，不挖掘外部河道，而是依靠潮水长时间地自然冲蚀；如索诺玛湾地项目，延迟了约10年才实现充分的潮汐交换[35]。一些大尺度项目也在场地内部挖掘河道，引导潮水进入远离缺口的区域，增加场地的浸水面积和持水时间。

3.2 “完整盐沼”与水平堤坝

为保证盐沼在泥沙匮乏的条件下仍能适应加速的海平面上升，旧金山湾将修复扩充至“完整盐沼”（complete marsh），包括盐沼及其与陆地之间的生态过渡带（ecotone）。过渡带为盐沼提供向内陆迁移的天然空间，是盐沼关键的“生存退路”；过渡带也提供最高的沼泽植被多样性和野生动物廊道，并保护盐沼免受来自陆地的不利影响。但这一重要的生态要素在旧金山湾已基本消失；如何在有限的岸线空间内重建过渡带，是盐沼修复的新挑战。

生态学家彼得·拜尔（Peter Baye）等设计了“盐沼+过渡带+刚性设施”的新模式，即水平堤坝（horizontal levee，图10-1、10-2）。一方面，水平堤坝将过渡带与堤坝结合，利用填土缓坡模仿盐沼至陆地的自然过渡，修复并实现了完整的盐沼生态系统。另一方面，由于堤坝阻断了盐沼与陆地间的生态过程，设计还提供了淡水和泥沙来源，促进过渡带植被生长，修复并实现了海湾至流域的生态连接[36]。

10 水平堤坝原型及扩展设计Horizontal levee prototype and its extending design10-1 水平堤坝的原型设计Prototype design of horizontal levee10-2 水平堤坝的演化过程Evolution of horizontal levee10-3 结合人工湿地的扩展设计Extending design with constructed wetland

11 奥罗罗马水平堤坝实验项目Plan for Oro Loma Horizontal Levee Pilot project

过渡带的设计要素包括以下几方面：1）填土缓坡：使用临近防洪河道的疏浚弃土作为建造、维护材料，理想的设计坡度为1∶30；2）淡水沟：位于缓坡高处、平行于堤坝，由临近废水处理厂提供的再生淡水和雨水径流作为水源，对缓坡进行渗透和灌溉，促进过渡带植被的形成和生长；3）植被：过渡带在由淡水至咸水的盐度梯度下，依次生长湿草地或水岸灌丛和半咸水沼泽；其中，半咸水沼泽的地下有机物的积累远大于盐沼，在泥沙不足的条件下仍能快速增加高程[37]。过渡带植被也可改善水质，降低雨水径流对盐沼、海湾的污染。同时，重建过渡带利用临近疏浚弃土和再生水作为资源，不仅方便建造和维护，而且节约了运输弃土和排放废水的大量成本，也在涨潮时为野生动物提供庇护所。

为了检验新模式的可行性和效果，2016年在奥罗罗马（Oro Loma）沿海湾一座废水处理厂附近实施了首个重建过渡带的实验项目。项目结合了人工湿地，使水质处理过程更加可控，并在暴雨事件中贮存调蓄洪峰流量；项目还测试了不同土壤、植被类型、种植密度和灌溉模式的最佳组合（图10-3，11）[38]。项目计划进行10年的全面监测，为在旧金山湾大规模地修复过渡带提供支撑。过渡带将不仅是新项目的必需设计要素，并且用于改造已有的盐沼项目。

4 对中国的启示

盐沼在中国主要分布于大河三角洲、渤海湾西岸以及江苏沿海[39]。长三角、粤港澳、京津冀、胶州半岛、辽中南五大城市群在这些地区形成并发展，盐沼受损严重，呈高度破碎化。以黄河三角洲为例，受围垦填海活动影响，1984—2014年盐沼面积减少78%[40]。在未来海平面上升的影响下，这些城市群和现存盐沼将更加脆弱[41]。前瞻性地修复盐沼、及时地建立自然防线，能长期地提高中国河口海岸城市应对沿海灾害的韧性。

中国河口海岸城市实施盐沼修复的挑战与机遇并存。盐沼的海岸防护功能近5年来才得到国内学者重视并开始研究，到目前也鲜有比较成功的修复案例[42]。与此同时，国家政策和相关部门开始支持和促进沿海湿地的修复。国务院于2016、2018年发布了《湿地保护修复制度方案》和《关于加强滨海湿地保护严格管控围填海的通知》，强调严格保护并修复沿海湿地，有效遏制了其进一步减少。2018年10月，习近平总书记提出实施海岸带保护修复工程，建设生态海堤，提高中国抵御沿海灾害的能力。此后，自然资源部海洋减灾中心建立了“海洋卫士”防灾减灾功能评价与体系构建项目，基于场地观测、模拟实验量化核定盐沼等海岸防护效果，拟定功能评估和修复技术导则。在上海金山区试点的观测中发现，台风影响期间30 m宽盐沼的波浪衰减率达70%以上，并保持完好[43]。这些政策和研究将为盐沼修复的实施推广提供支撑。

旧金山湾对盐沼的态度经历了从围垦填埋到限制进一步破坏，再到大力修复、欣赏并利用其多元价值的过程。海平面上升促进了旧金山湾区从“守住防线”向“以盐沼为第一防线”的加速转变；修复盐沼、构建韧性，已逐渐培育成为区域共识。旧金山湾案例在范式转变、修复设计、监测管理等方面对中国河口海岸城市具有重要启示。

1）将盐沼修复添加到决策工具箱。利用盐沼的生态系统服务，将盐沼修复纳入沿海规划和海岸防护体系。窄小盐沼已具备高效的防护能力，使集约化设计—“盐沼+刚性设施”成为可能，支撑其在用地紧张的城市河口广泛实施。政策制定者和实践者应结合最新调查和科研成果，制定盐沼修复目标和实施路径，加强与利益相关方的沟通，促进海岸防护的可持续改进；同时，推进相关政策、法规的改变和创新，保证场地获取、规划设计、项目许可和实施等过程。

2）利用设计修复完整盐沼。强调修复完整的盐沼生态系统，构建河口—陆地的生态连接；不仅加速修复盐沼、增加盐沼复杂性，而且修复过渡带、提供盐沼迁移空间，提高其应对海平面上升和泥沙匮乏的韧性。场地修复依靠河口水文作为驱动力，修复设计提供合适的场地初始条件，在恢复潮汐后促进并引导场地演化。好的修复设计能提高淤积率、地形异质性和长期续存能力。此外，盐沼修复应有效利用疏浚弃土、处理水等再生资源。

3）长期监测、适应性管理。长期监测修复场地的演化过程、生态功能及相应的性能指标，识别制约盐沼演化的影响因素，追踪修复设计的干预效果，为制定和改进修复设计导则提供数据支持。实施适应性管理策略，不断地以已有修复项目的经验和结果为基础，一方面制定适应新场地的最佳设计，另一方面形成新的设计方法，并发展实验项目进行检验。迭代、弹性的决策过程有助于及时调整修复目标、方法，降低盐沼修复中海平面上升和城市化导致的不确定性。

注释：

① 根据潮水不同的咸度，潮滩沼泽分为盐沼、半咸水沼泽和淡水沼泽。旧金山湾以盐沼居多，并且与盐沼相关的实践和研究更为充分。

② 湾地（baylands）是指沿海湾位于高潮和低潮高程之间的陆地范围，包括由于筑堤而无法受潮水作用的区域。

③ 由美国国家研究委员会（National Research Council）预测，旧金山湾的海平面很可能在21世纪中期呈加速上升趋势。海平面至2050年将上升0.12～0.61 m，至2100年将上升0.43～1.67 m。

致谢(Acknowledgements)：

感谢风景园林师伊丽莎白·克拉克（Elizabeth Clark）、旧金山湾保护与发展委员会（Bay Conservation and Development Council）的帕斯卡尔·苏穆瓦（Pascale Soumoy）在作者实地调研中接受非正式访谈，提供相关信息与资料。感谢天津大学建筑学院的李晶竹博士为笔者提供修改建议。

图表来源(Sources of Figures and Tables)：

图1～4、6、7、10、11由作者绘制；图5根据文献[27]改绘；图8引自Google Earth；图9-1引自文献[32]，9-2引自http://scc.ca.gov/climate-change/climate-ready-program/sears-point-restoration-project/；表1根据参考文献[18-20,22-24]整理绘制；表2根据参考文献[30-32]整理绘制。