河口海岸狀態生變，重繪藍圖勢在必行

高抒

河口海岸區域是海洋與陸地之間的地帶，其向海一側的邊界位于大陸架邊緣，而向陸一側的邊界位于海洋因素（如潮汐、臺風、海陸風等）能夠起作用的范圍界限，占地球表面積的15%～20%。從全球范圍來看，河口海岸區域集聚了大部分人口和大都市，是人口分布和經濟社會發展的重心所在。在我國，東部沿海是經濟相對發達的區域，而最發達的地方又集中于長三角、珠三角、京津唐等少數幾個區域。長江三角洲有一個世界紀錄，即單位面積土地能夠養活的人口最多。上海就坐落在富饒的長江三角洲上，2017年上海GDP總量為30 134億元，上海市面積為6 340平方公里，因此每畝土地產出31.7萬元。

然而，在繁榮現狀背后也有一個深深的擔憂：按照目前的發展方式和速度，河口海岸區域的資源、環境、生態、災害、人地關系在不久的將來會難以為繼。為了應對這個新情況，人們提出了河口海岸藍圖重繪策略，國際政府間學術組織“未來地球海岸”（ Future Earth Coasts ）也把海岸帶藍圖重繪作為近期研究工作的重點。為了理解藍圖重繪的內涵，需要弄清河口海岸經濟社會發展的內在邏輯。

河口海岸所依賴的自然條件

海岸線的位置不是一成不變的。潮漲潮落使水邊線發生水平遷移，沉積物堆積和沖刷造成岸線的進退。在更長的歷史時期里，地球還經歷了海面變化。例如，1.8萬年前岸線位置比現在低130米，岸線離開上海有600千米遠，那時整個東海陸架都是出露的。此外，就算岸線被固定，岸線兩側的環境特征也會同時受到海洋、陸地的影響，如海上刮來的臺風可深入陸地很遠，而陸地河流進入海洋，也對海洋有影響。因此，岸線兩側的地帶實際上構成一個海洋與陸地之間的過渡地帶。河口是海岸帶的重要組成部分，是陸地向海洋輸送物質的必經通道。

河流向海洋輸入淡水和營養物質，在近岸水域轉化為魚蝦貝藻等生物資源。事實上，海洋雖然面積廣大，但其生物資源大部分集中在近岸水域，深海大洋的生物資源量相對較少。河流還向海洋輸入沉積物，在入海口形成了河口三角洲，在鄰近區域則形成海岸平原。在長三角生活的人們，對于長三角和蘇北平原海岸這片肥沃的土地是非常熟悉的。海水里含有大量的鹽分，把海水蒸干就能得到食鹽，歷史上長江三角洲北翼就是一個海鹽生產基地。河口與海灣往往是航船的避風港，船舶從這里出發，可以由海路到達世界各地，這種貿易的成本比航運和鐵路都低。海岸帶吹來陣陣的海風，使空氣變得清爽宜人。波浪沖刷形成的海岸陡崖，迷人的珊瑚礁、紅樹林、鹽沼濕地，還有天水一色相伴的海灘，使得人們流連忘返。河口海岸自然資源豐富、交通便利、土地肥沃、氣候溫和，所以最能吸引人。

從歷史的眼光看，人們會有一個疑問：既然河口海岸自然資源這么豐沛，為何古代我國社會的重心卻是在內地呢？這與當時的科技水平有關。從古代社會的經濟發展水平看，從事農業生產最為現實，所以內地是比較適合的區域。河口、三角洲、海岸地區自然資源條件雖好，但也更容易受到洪澇、臺風、暴潮等事件的影響。災害的防范在古代是個難題，而現在不同了，極端事件預報能力、海岸防護能力、抗災救災能力的提高已經基本解決了海岸帶開發的各種障礙。自然災害問題解決了，資源開發就有了保障。

河口海岸自然資源開發進程

河口海岸區域社會經濟發展走到今天這一步，是多年開發的結果。早期開發是一個對環境逐漸適應的過程，人們逐漸掌握了一套生存策略，就像各種生物在海岸帶找到了生存繁殖之道一樣。

隨后，河口海岸開發越來越依靠科學技術。在過去很長一段時期里，我們河口海岸學國家重點實驗室的任務之一是要解決經濟、社會持續發展中的資源、環境、生態、災害和人地關系問題。直到不久以前，長三角的開發還是以自然資源利用、災害防治為主，環境和生態問題居于次要地位。自然資源的情況要摸透，才能更好地開發利用。在這個階段，我們實驗室的前輩們致力于上海市土地圍墾、港口航道建設、長江淡水資源開發等工作，為浦東機場、上海港、青草沙水庫等大型工程建設做出了突出貢獻。

上海的經濟社會發展，在一定程度上是上海人多年與灘地打交道的結果，因而有“上海灘”這個詞。在長江河口地勢低洼的區域，上海人堅持不懈地開墾土地、建設港口和航道，終于使上海灘發展成為一個繁榮的大都市。可以說，上海人是“玩灘高手”。

近年來，環境和生態問題受到了越來越多的關注。環境的惡化一方面是由于人們隨意改變自然環境的形態，另一方面是由于生產生活中排放的人造物質增多。而生態系統退化則主要是由于野生動植物棲息地遭到破壞和生物資源的過度使用。為了修復自然環境和生態，上海市現在提出要把崇明島建設成為世界級生態島。因此我們實驗室多了一項新任務，就是要在資源開發利用的同時，保護好生態環境。在目前的經濟社會發展階段，采用科學技術手段，既發展生產，又維持生態系統的產品和服務價值，這個任務雖然有難度，但仍然是可能的。例如，我們可考慮提高自然資源的使用效率，提升產品的質量而不是數量，根據生態系統價值指標進行土地利用管理，優化區域發展格局等。

課題組研究生們在灘涂開展野外工作

為何重繪藍圖？

迄今為止，河口海岸區域自然資源開發進程是比較順利的，也在一定程度上實現了經濟社會的繁榮發展。既然如此，藍圖重繪從何談起呢？答案是看現狀和趨勢，未來的河口海岸區域將出現許多新情況。

宏觀上看，這些新情況是系統狀態轉換的結果。系統狀態的意思是一個系統有很多影響因素，每個影響因素又可能由多個變量來表達，例如潮汐這個因素是由潮差、潮周期、潮流流速等變量來表達的，而每個變量又有其定義域，如江蘇海岸的潮差在1.5～9.4米之間變化；如果一個河口海岸系統影響因素的個數和變量定義域均為已知，則該系統的特征和行為就可以被預測。系統狀態轉換的意思是一個系統增加或減少了影響因素，或者各個變量的定義域發生顯著變化。在此情形下，這個系統的特征和行為就不能用原來的方法來預測，必須要建立起新的方法。

現今河口海岸正在發生系統狀態轉換，主要是由人類活動加劇和氣候變化造成的。過去我們常說，相對于自然人類是渺小的，人類活動難以改變整體的自然環境。我們對氣候的春夏秋冬變化也早已習以為常，不會認為有什么“不對勁”的地方，但在不知不覺中，我們的自然環境已經由于人類活動加劇和氣候變化而悄然生變了。

譬如，河口三角洲海岸原本有許多天然的潮間帶濕地，現在由于圍墾，濕地地貌顯著改變，并且其演化方向已經脫離了正常的自然演化格局；人工引種互花米草，使得原來生態系統中的鹽地堿蓬等植物難以生存，進而影響自然保護區里鳥類的生活環境；海岸帶灘涂被大規模開發為養殖區域，收獲魚蝦貝藻，同時也可能引發綠藻爆發等環境問題。這些都是人類活動影響的例子。

在氣候變化方面，其影響主要體現在風暴事件強度提高、海面上升加快等趨勢上。全球變暖意味著高低緯度之間氣溫梯度增加，因而在有些區域臺風強度會大幅度提高。全球變暖還導致兩極冰蓋的融化，由此產生的海面上升速度目前約為每年3毫米。北極地區的冰蓋已經在幾千年前全部融化了，目前還剩下一個格陵蘭冰蓋，但目前格陵蘭冰蓋正面臨著加速融化的危險，這也成了塵埃落定之前的最大不確定性因素。假如格陵蘭冰蓋融化，海面將在短時間內上升約6米。過去上海地區的臺風發生頻率較低，海面上升幅度也較小，公眾或管理部門對氣候變化及海平面上升帶來的影響已經有點麻木了，認為這點變化對海岸防護不會產生什么影響，而實際上氣候變化危機正悄然向我們逼近，河口海岸區域日益集中的財富也越來越暴露于自然災害的威脅之下。

與全球格局相比，我國還有一些特殊情況。相對于我國的人均國土面積，我們的人均海岸帶面積很小，這個特征與美國有很大差異。美國的總人口約為我國的1/4，但擁有大西洋、太平洋和墨西哥灣的漫長岸線，東、南、西三面都是海岸帶。計算下來，我國人均擁有的海岸帶面積還不到美國的1/10。海岸帶區域的相對狹小也能解釋我國沿海城市的擁擠狀況。以上海為例，交通、城市建筑的擁擠程度不用說，生產生活用地也已接近目前生產方式所能支撐的極限。

如前所述，河口海岸發生了如此顯著的系統狀態轉換，那么，原先的經濟社會發展模式是否也需要進行調整？按照系統分析的觀點，新的系統狀態必然要有新的應對方法，而目前提出的對策就是河口海岸藍圖重繪。

新藍圖有何要求？

河口海岸區域藍圖重繪的要點是更加合理地利用自然資源，重建健康生態系統。

首先，新藍圖要十分重視空間資源的合理利用。我國的河口海岸區域有著城市多、人口眾、地域擠的特征，但在土地利用方面卻很不經濟，如在市區、道路、工業區有很多缺乏有效生產生活功能的地塊，甚至是廢棄的死角地塊。未來需要實現城市土地利用精細化，市區擴建、道路和交通要按照汽車社會的要求進行調整，盡量使用立體空間。每一塊土地，無論面積多么小，也要發揮其環境、生態功能。

其次，自然資源配置要向經濟轉型的高端產業傾斜。例如，傳統經濟使得以上海為代表的長三角地區成為我國經濟相對發達的地區，但是，受制于自然資源環境條件，傳統產業的發展速度必然逐漸放緩，最終停滯在一個水平上。與此同時，人工智能、物聯網、生態旅游等新興產業正在快速發展。只有將傳統產業所占據的一部分資源轉移到新興產業上，才有可能保持經濟發展的勢頭。為此，需要按照市場經濟運行方式，實現資源配置的轉移。

再次，自然資源保護及能否做到可持續使用將成為未來發展的關鍵。自然資源的一部分是可再生的（如樹林），一部分是不可再生的（如巖石礦物），這兩個單元之間，存在著大量過渡類型的自然資源，如果管理得當它們是可再生的，否則就是不可再生的（如海岸帶漁業資源）。構建先進的資源管理體系，擴大可再生資源的比例，在眾多生產活動中力求達到資源零消耗的目標，是非常重要的任務。以水資源為例，目前上海的淡水資源可以支撐2 500萬人口，如要進一步增加人口，水資源是一個制約因素，因此要解決如何最大限度地保有淡水資源的問題。還有土地資源問題，過去長三角岸線不斷淤積，而現在淤積已經停止，甚至進入蝕退狀態，土地資源保護的重要性已經凸顯。

最后，資源再緊張，環境壓力再大，也要保障生態系統健康。像上海這樣的寸土寸金之地，要維持健康的、有生態功能的生態系統難度很大，但如果生態系統被破壞，人居環境質量下降，河口海岸的整體優勢將失去。目前在崇明島進行的國際生態島建設，其目標就是要達到開發與保護的融合，提供一個如何在人口密集區重建生態系統、提升其產品與服務價值的范例。

崇明東灘海堤

藍圖重繪的科學問題

藍圖重繪需要科學研究，把資源配置和環境生態安全問題轉化為科學問題。從地球與環境科學的視角，這些科學問題是針對河口海岸系統特征與演化、重要現象的機理、實驗和數值模擬等方法技術的。研究中要特別關注時空尺度問題，因為不同時空尺度上起主導作用的過程和機理是不同的。在這里，“過程”是指影響系統行為的各種因素以及它們起作用的方式（如通過能量、物質、信息等），而“機理”是與特定現象相關聯的多種過程的組合方式。

根據這一思路，可以凝練出長江三角洲藍圖重繪的一系列關鍵科學問題，例如北極格陵蘭冰蓋動態和本區域因素共同影響下的未來海面變化格局、極端風暴事件強度和發生頻率變化、海岸線動態機理、重構海岸帶岸線防護體系、海岸濕地產品和服務價值、大型野生動物的食物網和遷移通道、海岸帶對經濟社會支撐的可持續性等等。

在整個長江流域，上海是經濟發展的龍頭，上海的持續發展可以維持從沿海到內地的經濟發展水平梯度，這個梯度代表了河口海岸區域對經濟社會發展支撐力的可持續性。為了長遠地保持這個梯度，必須不斷調整區域可持續發展的方式。由長三角推及全球河口海岸，藍圖重繪需定期進行，歷史上是這樣，未來也是這樣。