密西西比河三角洲结合海岸侵蚀保护的洪水风险管理展望...

密西西比河三角洲结合海岸侵蚀保护的洪水风险管理展望*马广州1黄波21黄河水利出版社，郑州4500032山东黄河勘测设计研究院，济南250000摘要三角洲地区通常是比其他地区更为年轻，自然状态上更动态与易变，但它却是各国重要的工业、运输与休闲基地。近年来，由于气候变化如海平面上升、不可预料和更频繁风暴潮的发生以及经济发展与人口增长而带来的基础设施与财产价值的不断增加，三角洲地区面临着更大的洪水风险。这就要求基于地区发展、水管理和环境影响评估方面新的战略与方法来应对洪水问题。密西西比河三角洲遭受着河流洪水、飓风引起的风暴潮以及严重的海岸流失的威胁。2005年飓风Katrina发生后，洪水的综合管理要求采取可持续的、长期的和综合措施和各部门更广泛与深入的参与。本文在研究密西西比河三角洲情势及问题分析的基础上，介绍了结合海岸侵蚀防护的洪水风险管理的综合措施，包括“多条防线”战略、改进的防洪工程结构、土地利用管理及淡水与泥沙的再配置等，随后提出了自己的一些建议。关键词洪水风险海岸侵蚀防洪湿地恢复土地利用密西西比河三角洲1．前言多数国家的沿海地区通常是人口密集和经济相对发达，而且是重要的工业、运输和休闲的地区。世界上三分之二的主要的大城市集中在沿海地区。最近几十年，随着沿海地区人口的增长、生活水平的提高及城市化和工业化的进程，基础设施与财产的价值也在不断增加。另一方面，全球气候变化如全球变暖、海平面上升、不可预料及更频繁的暴雨、飓风和洪水，加上人类活动的负面影响，使得沿海地区面临着更大的洪水风险。基于防洪、土地利用、水管理和环境影响评估的地区发展已经变成了全球范围的挑战。许多国家制定了新的计划与措施来解决和协调沿海地区防洪与地区发展问题。在密西西比河整个防洪体系中，两个具体案例就是新奥尔良市的防洪与防止海岸侵蚀的工程，并考虑社会经济的将来发展及环境影响。2005年Katrina飓风的发生唤醒了美国乃至世界上各个层面部门重新考虑和研究洪水管理与海岸侵蚀的战略问题，提出了许多规划与项目，包括多个国际交流合作项目。本文将在研究和分析密西西比河三角洲问题的基础上，总结防洪与生态恢复措施，进而提出自己的建议。2．密西西比河三角洲密西西比河流域是世界第三大流域，仅次于亚马逊河和刚果河流域，总流域面积为4,760,000km2，包括美国大陆41%的面积（31个州）和2个加拿大州的一部分（见图1）。今天的密西西比河三角洲形成于550年前，通过淤积游荡的自然过程而成为美国最年轻2的地区，主要位于路易斯安那州的南部，由冲积平原、支流、海湾、湖泊和天然土脊组成，属于低地，地面居海平面-3~2m。大部分人口集中在狭窄的高地如天然土脊，被湿地与沼泽地所包围。目前演进最活跃的三角洲被称为“鸟足”，延伸至墨西哥湾（见图1）。MississippiTexasGulfofMexicoI-10I-10I-10I-12CausewayHwy1Hwy301Hwy90Hwy90Hwy46Hwy82Hwy23Hwy1MississippiRiverBayouLafourcheHwy27Hwy27LouisianaRedRiverAtchafalyaRiverGIWWGIWWGIWWGIWWGIWW图1密西西比河流域与三角洲地区密西西比河是路易斯安那州沿海的工业、基础设施、生态系统和文化的命脉。航运与港口（占19%的美国水上贸易和20%的进出口货物运输）、石油与天然气工业（提供1/3的国家石油和天然气和50%的化工冶炼）（DNR，2006）、渔业（占26%的商品渔业）、休闲娱乐以及湿地资源（占美国总湿地面积的25%）等充分表明了密西西比河三角洲对整个国家经济的重要贡献。但路易斯安那州沿海却是美国最贫穷的地区之一。三角洲地区以长期贫穷、迟缓的经济发展、高失业率及种族间隔离带来的诸多问题为特征。同时，这一地区也代表了墨西哥湾沿岸最为脆弱的地区之一。工程建设引起的地形地貌的改变、自然沉降及气候变化的综合作用对地区发展、自然资源和生物多样性造成了很大的影响。3．洪水风险密西西比河三角洲的洪水风险主要来源于密西西比河大洪水及暴风雨和飓风引起的风暴潮。来自密西西比河的洪水（1849年、1850年、1882年、1912年、1913年、1927年和1973年洪水）曾对三角洲地区造成严重的威胁。但近些年来，随着相对完善的防洪工程的建设和联邦政府对防洪工程的建设与管理的更多参与和投入，洪水损失已经大大地减少了。相比较而言，飓风引发的风暴潮却成了洪水管理中的首要问题。根据以前飓风的记录，密西西比河三角洲极易遭受飓风的直接侵袭。平均16年就有一次飓风袭击此地区，有时一年有几次发生。目前，在应对飓风造成的洪水问题方面还有以下不足：飓风预报的局限性。飓风的着陆点和强度变化很快，难以准确预测，防洪的准备期很短。气候变化也增加了对飓风发生频率和强度的不确定性。飓风引起的洪水问题在美国历来被认为是“地区问题”。联邦政府对飓风防护工程的建设重视不够，地方上也没有很好地做好管理与维护。3海岸流失特别是湿地流失使得地方失去了自然防线，在面对风暴潮的侵袭更为脆弱。从地形来看，密西西比河三角洲是典型的低地区域，地面接近海平面或低于海平面数米。以新奥尔良市为例：新奥尔良市的80%土地位于海平面以下，地面平均高程为海平面以下1.8m。自从1718年建市以来，就一直面临着复杂的洪水管理问题。新奥尔良市的地形像一个碗形，市中心位于碗底，低于海平面3m。飓风引起的风暴潮和Pontchartrain湖的风浪从北部威胁着城市，密西西比河洪水从南边影响着城市的安全。整个城市区域由大堤、防浪墙和钢板门（高于临界洪水位）所环绕。城市一旦受淹，洪水不得不用水泵来抽排出低地。长时间的浸泡会造成基础工程及财产的严重损失。飓风Katrina造成的洪水用了半年时间才完全排完。近年来土地的快速沉降使防洪形势更为严峻。最近对新奥尔良市的地面高程勘查显示，“考虑土地下沉速度与海平面上升，新奥尔良市及其邻近地区将由目前低于平均海平面1.5~3m变为2100年的低于平均海平面2.5~4m甚至更低。”地面的沉降威胁着城市的安全，并给城市抵抗强飓风引起的风暴潮带来更大困难。CityofCityofNewOrleansGroundNewOrleansGroundElevationsElevationsFromCanalSt.atFromCanalSt.atMississippiRivertoMississippiRivertotheLakefronttheLakefrontatU.N.O.atU.N.O.NEWNEWORLEANSORLEANSLAKELAKEPONTCHARTRAINPONTCHARTRAINMISSISSIPPIMISSISSIPPIRIVERRIVERBANORMALLAKE1.0FTLEVELSPHDESIGNELEV11.5FT17.5FTHURRICANEPROTECTIONLEVEE&FLOODWALLAVGANNUALHIGHWATER14FT18FTPROJECTFLOWLINE23FTFLOODWALLALONGMISSISSIPPIRIVERGENTILLYRIDGEUNOUNOUNOSIDEOFUNOSIDEOFWAINRIGHTDRWAINRIGHTDRWAINRIGHTDRWAINRIGHTDRATL.C.SIMONATL.C.SIMONST.ANTHONYATST.ANTHONYATWILDAIRDRWILDAIRDRDILLARDUNIVDILLARDUNIVCAMPUSCAMPUSGENTILLYBLVDGENTILLYBLVDATALLENATALLENDERBIGNYATIDERBIGNYATI--1010ESPLANADEATESPLANADEATST.CLAUDEST.CLAUDEST.LOUISST.LOUISCATHEDRALCATHEDRALCANALSTATRIVERCANALSTATRIVERELEVATIONSINFEETNGVD-20-100102030-20-100102030BLAKEPONTCHARTRAINSHORERIVERBANKMISSISSIPPIA图2新奥尔良市的地形与洪水现状4.海岸侵蚀20世纪期间，路易斯安那州沿海地区流失了4800km2多的土地，相当于华盛顿特区的25倍多。1990-2000年间的土地流失每年近66km2，相当于每半个小时就有一个足球场的面积由珍贵的沿海湿地而浸没海中（近50年来已流失了整个湿地的25%）。这一流失占20世纪90年代整个美国大陆沿海湿地流失的80%。路易斯安那州部分地区海岸线因此而向内陆退缩52km。科学家预测如果按这一流失速度继续下去的话，甚至加上当前的恢复工程，到2050年路易斯安那州沿海地区将会再流失1800km2的湿地、沼泽与岛屿。特别是如果遭遇最恶劣的海4平面上升假定，土地流失会更多，甚至在有些地方已经没有什么可以流失的了。为了探求影响土地流失的主要因素，开展了许多研究并一致认为，密西西比河三角洲土地流失与沿海生态系统的恶化是沿海人类活动与自然变化累积影响的结果，它们严重地削弱了三角洲的堆积形成过程，将沿海地区净造陆的条件而转变为净流失。从密西西比河输送到三角洲的水沙大大减少。20世纪密西西比河沿岸防洪堤与航运工程的建设阻止了洪水季节水沙向邻近湿地的漫流。这些工程一直延伸到河口，并将造陆所需要的水和粗沙直接排入墨西哥湾的深海区，使得湿地得不到持续发展必需的泥沙与营养物。相对海平面上升与土地下沉。由于气候变化引起的海平面上升及沿海地区的土地较大的下沉速率（3~9mm）造成的海平面相对上升，使得湿地沉没于海潮涨落过渡区，阻浪岛屿向后缩退变得更加细弱。一些岛屿在过去的50年间已经被完全淹没，更多的处于完全淹没的边缘。石油天然气的开采与航运工程建设引起的海水侵入。沿海地区的开发活动加速了三角洲地区的生态环境的萎缩。为石油天然气开采所建渠道、管线及油井的维护以及航运活动都从某种程度上造成了湿地的流失。人工渠道和相应的废弃物直接造成了10%-30%的湿地损失。湿地通过吸纳风浪涌水而提供了天然的风暴潮缓冲区，明显地降低了频繁的热带风暴与小规模飓风引起的风浪袭击。沿海湿地缓冲区的日益消失使得内陆城镇对飓风的袭击更为脆弱。科学家从1993年飓风Andrew后收集的资料统计得出，每6~7km的湿地平均能降低风浪高0.3m。在路易斯安那的低地平原，这样对风浪的减弱就意味着这一地区是从风暴潮中获得生存还是遭受明显的损失的关键。5洪水管理与湿地恢复的综合措施飓风Katrina造成的洪水损失已经表明：1）洪水风险与环境恶化紧密相连；2）单个部门的努力是不能解决洪水问题和海岸侵蚀的。人们开始从持续性、长久性和综合治理角度，考虑结合海岸生态恢复的飓风防护规划。除了已经开展的项目如“沿海湿地规划、保护与恢复行动”（CWPPRA）、路易斯安那沿海地区（LCA）生态系统恢复规划、沿海影响资助项目（CIAP）、飓风防护提案和美国陆军工程师兵团（USACE）路易斯安那沿海保护与恢复（LACPR）研究等，一些国际交流项目（如美国与荷兰）也在进行，他们互相介绍本国在沿海及三角洲地区洪水管理方面取得的经验与教训。显然，哪个部门都不能独自承担洪水管理的重任。对于密西西比河三角洲的洪水管理，需要各部门更广泛和更深入的参与来达到在洪水控制的综合管理。对于每一个新项目都需要采取综合措施来进行实施。55.1飓风防护的“多条防线”战略阻浪岛屿、有生命力的沼泽地、邻近小岔流的天然隆脊和柏树湿地为降低和减轻风暴潮的袭击提供了自然过渡区，再加上人工防洪堤与其他防洪措施，就会让人们在洪泛区内安全地生产生活。风暴潮防护的自然防线的概念是基于水力原理。当涌浪流过种满植物的湿地，高度会被有效减低。历史上工程学中的“翻页规则”就已经用来评估路易斯安那沿海地区浪涌的潜在减轻作用，据估计每流过66km的湿地，浪涌高度降低0.3m。5.2防洪工程结构的改进在密西西比河三角洲的飓风防护