沿海居民已开始遭殃?单靠海堤阻挡洪水不靠谱

2017-08-06 07:54:00 网易科技 分享
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  对于有些人来说,气候变化似乎是子孙后代才需要面临的问题。但对于许多沿海城市的居民来说,未来已经到来:海平面正在上升,全球气候正在变暖,破坏性的大洪水时有发生。而且随着时间推移,这个问题只会变得越来越糟。最新研究表明,到2100年,美国东海岸和海湾沿岸60%的海滨社区可能会经历气候变化引发的慢性洪水侵袭。

  图1:位于美国佐治亚州的80号高速公路在涨潮时经常被洪水淹没,图中是2015年10月份暴风雨过后洪水泛滥的场景。

  而应对洪灾的方法似乎很简单:只需要建立起足够高大的海堤和其他障碍,将海水限制在海湾中即可。但这些海堤可能会失败。即使它们发挥作用,也会产生意想不到的负面后果,比如伤害脆弱的沿海栖息地以及生活在其中的动物。

  东卡罗来纳大学环境学家和生态学家蕾切尔·吉特曼(Rachel Gittman)表示:“从根本上说,建造海堤阻挡洪水的概念本身就存在问题,我们不应该认为海堤总是能够阻挡住洪水侵袭。”

  图2:2013年,冲浪者正在加州索拉纳比奇的沙滩上散步。他们正走在阻挡海洋肆虐的海堤之下,海堤有悬崖支撑,上面就是居民住宅。

  好消息是,海堤并不是我们唯一的选择。环境科学家和工程师们已经设计了一系列巧妙的方式,以防止沿海洪水的侵蚀作用。比如具有渗透性的人行道,允许洪水渗入地面,而不是留在地表游泳池中。包括吉特曼在内的许多专家都相信,这些举措和其他“环保”方案将是挽救沿海社区的关键。

  “硬防御”VS“软防御”

  人们很早以前就学会铸造海堤(保持土壤的垂直墙壁,可防护海浪侵袭)和护墙(岸边和悬崖上的倾斜结构)来防御沿海洪水。美国14%的大陆海岸线都被这些坚硬结构所覆盖,而且这个数字正在上升。按照目前的速度计算,到2100年,美国将近1/3的海岸线将被这些“硬装甲”覆盖。

  但这些“硬防御”方案也引发许多问题。首先,它们无法完全阻止波能的侵袭,只能将海浪简单地偏转到邻近区域。因此,如果海浪总是沿着某处海堤进行冲击,它们的能量也将被转移到邻近的海堤上。这意味着,这些海堤承受的波能袭击更大,即使精心建造的海堤也容易失败。例如,当波浪侵蚀海堤底部的土壤或沙子时,就有可能导致其倒塌。

  其次,打造“装甲海岸”也会让环境付出代价。这些海堤会危及脆弱的沿海栖息地,并减少生物多样性。吉特曼说:“最终,我们可能失去生物喜欢的复杂结构。毕竟海堤只是一堵墙,它不能提供任何栖息地功能。”吉特曼认为,更好的方法是创造所谓的“活体海岸线”。这种方法包括各种“软”护岸技术,主要涉及天然材料技术。

  “活体海岸线”的构成可以挑选特定地点。对于海水相对平静的海岸,最好的办法就是部署吸水盐沼,并用岩石、装满牡蛎壳的袋子或用椰子纤维制作的“原木”强化海堤。此外,海岸线附近还可以大量种植红树林,因为红树林的根能扎根在淤泥中,形成更牢固的根系结构。

图3:这处海堤直接与Frisco的天然湿地海岸线相连

  东北大学海岸科学家史蒂芬·塞弗斯(Steven Scyphers)称:“建设活体海岸线首先需要充分了解海岸线的自然条件。”他补充说,建设“活体海岸线”的过程很可能就是简单地恢复曾经存在的东西,无论是牡蛎礁、珊瑚礁亦或是其它活的防御设施,以抵消海浪冲击的力量。

  随着时间的推移,植物、根茎以及珊瑚礁也会不断生长,进而让新的海岸线防护堤变得更稳定。这也带来了许多好处。盐沼和红树林可以捕获沉积物和有机物,使它们在高海拔处生长,加强防止洪水泛滥的能力。同样,牡蛎礁生长的速度可能超过海平面上升的速度,使它们将来能够继续保护海岸线。

  根据国家海洋和大气管理局公布的数据显示,4.5米长的沼泽地就能吸收50%以上的波能。很难对“硬防御”和“软防御”措施进行直接对比。但吉特曼的研究表明,湿地保护海岸线的效果比海堤明显更好。在对北卡罗莱纳州三个沿海地区的调查显示,飓风艾琳(Hurricane Irene)损坏了76%的海堤,而受沼泽保护的海岸线却没有遭受破坏。

  当然,“活体海岸线”也并非能够适合所有地区。吉特曼表示,要想保护纽约免受强大风暴,比如飓风桑迪(Hurricane Sandy)的破坏,就需要建立长达数公里的自然栖息地,包括牡蛎礁,以分散巨浪的冲击力。但在类似情况下,自然保护和人工保护相结合也能起到很好的作用。

  “绿色装甲”

  塞弗斯说,如果海岸线已经受到“装甲”保护,该结构可以通过添加自然成分加强。阿拉巴马州自然保护协会正在沿着海岸线地区使用方形的铁丝笼加固海堤。随着时间的推移,沼泽植物会穿透铁丝笼生长出来,形成植物斜面,以减少海浪对海堤的冲击。

  如果“活体海岸线”可以帮助保持沿海社区避免海水侵袭,那么如何应对天上的降雨?除了海平面上升,全球变暖预计将增加暴雨的强度和频率。这意味着将发生更多的局部洪涝(当降雨超过城市排水系统)和河流洪水(当河道决堤)。

  耶鲁大学林业学院助理教授、景观设计师以及城市生态学家亚历山大·富尔森(Alexander Felson)表示:“如果我们有不同模式的城市防护措施,我们就不会有这些问题。我们所要做的就是,将不透水的表面变成水文自然景观。”

  富尔森还说,绿色基础设施可以帮助减轻洪水影响,虽然目前大多数城市地面都被沥青或其他不透水的材料覆盖。就像“活体海岸线”那样,绿色基础设施包括许多系统,但基本上都是自然设计以便吸收雨水,并将它们排入地下。

  一种简单的绿色基础设施是雨水花园,实际上就是直径为30到90米的“大碗”,里面有泥土(通常是粘土和沙子)、植物和其他覆盖物。这些小规模的设计可以收集来自房屋或小型建筑物的雨水,以便它可以蒸发或被植物吸收,最终以水蒸气的形式返回大气层。

  在有些社区,创建更大版本雨水花园更有意义,它们被称为生物保留花园。富尔森最近在康涅狄格州的布里奇波特发起类似项目,他说:“在我们的项目中,生物保留花园此前属于湿地,我们打洞钻透粘土层,以增加渗透性。”此前周期性地充满雨水和洪水的地方如今变成了一个完整的湿地,同时还可充当野生动物的栖息地。这既有经济意义,也有生态意义。正如富尔森所说:“你能做的最便宜的东西是恢复自然排水,并创造可被淹没的城市空间。”

  为了进一步提高城市处理洪水的能力,雨水花园、生物保留花园以及生物沼泽(倾斜的景观特征,可以将水排到植被填充沟中)可以利用其他的绿色基础设施进行补充。

图4:Bogue Banks一栋房子前的“活体海岸线”(花岗岩框架+盐沼,都是天然材料)

  绿色屋顶和墙壁覆盖上绿色植被可以减少建筑物的雨水流量。在地面上,混凝土和其他不透水的表面可以用坚硬但多孔的表面代替。名为Topmix Permeable的新混凝土产品吸水能力非常强,每分钟大约吸水880加仑。这意味着,雨水不会聚集在停车场和路面上,而是会渗入地下。富尔森表示:“只需要增加树木的数量,就可以增加城市蒸发散热效率。”

  真正的问题

  虽然“活体海岸线”与绿色基础设施在应付多余水量方面十分有效,但它们无法从根本上解决沿海洪水泛滥问题,路易斯安那州和马里兰州社区受到的影响尤其严重。Union of Concerned Scientists的气候专家珊娜·伍德瓦尔迪(Shana Udvardy)表示:“这些州位于美国沿海地区海拔最低和最平坦的地方,那里的土地正在下沉,而气候变化只会加剧这些地区和类似地区的困境。”

  研究表明,如果全球海平面在未来20年内上升1.22米,那么长期被淹没的社区数量将从今天的90个增加到170个,超过100个社区多达25%的宜居土地会被被淹。按照这种假设,到2100年, 490个社区将长期被淹。如果海平面上升1.98米,670个社区将被长期淹没,包括波士顿、纽瓦克、罗德岱尔堡、洛杉矶以及纽约5个区中的4个。

  伍德瓦尔迪补充说:“在更严重的情况下,冰川融化的速度可能越来越快。社区不得不做出艰难的选择:要么使用海堤、活体海岸线或绿色基础设施来防御洪水侵袭,要么抬高房屋建筑高度以应对洪水泛滥,甚至完全撤离洪水易发地区。但是也有其他选择来保护我们的城市,即改变我们的集体行为来减缓气候变化的速度。

  如果全球大幅削减碳排放量,并将气候变暖限制在工业化前2摄氏度以上的水平,那么在本世纪内,将有约380个美国社区从长期泛滥的洪水中解脱出来。正如伍德瓦尔迪所说:“帮助沿海社区的最好办法就是执行巴黎气候协议,并确保减缓全球变暖速度。”

责编:陈健