基于自然的河流三角洲洪水风险缓解措施，在上游地区种植并均匀分布的红树林时最为有效

《Ocean & Coastal Management》：Nature-based flood risk mitigation in river deltas is most effective with upstream and uniformly spread mangroves

本研究通过数值模型分析瓜亚斯三角洲不同 mangrove 分布模式对极端海平面传播的影响，发现上游集中或均匀分布的 mangroves 能有效降低洪灾风险，而下游 mangroves 效果有限。当前 mangrove 保护多集中于下游，导致上游洪灾风险增加。建议优先保护上游 mangroves，同时兼顾下游的生态服务功能，实现防洪与经济发展的平衡。

　　全球气候变化正导致河流三角洲的洪水风险不断上升，而这些区域往往集中了全球大量的人口和经济活动。在热带三角洲，自然湿地如红树林的保护和恢复被视为一种可持续的补充手段，用于增强传统的、昂贵的水利工程在应对极端水位方面的效果。然而，目前我们缺乏基于科学的指导，来明确在三角洲的哪些区域应优先进行红树林的保护和恢复，以最大程度地缓解极端水位的影响，而哪些区域的红树林转变为人类用地对洪水风险的影响相对较小。本文通过应用一个二维的水动力模型，以一个具有复杂几何结构的现实三角洲案例为基础，详细分析了红树林和水产养殖用地的空间分布对极端水位传播的影响，从而为三角洲地区的空间规划提供了科学依据。

红树林在沿海低洼地区自然分布，尤其是在三角洲平原，它们通过多种机制减轻极端海平面的影响。例如，当极端水位超过河道堤岸时，水会流入周边的红树林湿地，从而作为临时的横向水体储存，减少水位向内陆传播的速度。此外，红树林密集的植被和浅水环境会增加水流阻力，阻碍极端水位在湿地内的传播。研究表明，一些全球最易受洪水影响的沿海城市，如胡志明市（越南）、库尔纳（孟加拉国）和巴城（印度尼西亚），均位于三角洲的下游区域，被红树林所包围。这些城市虽然面临较高的洪水风险，但红树林的存在可能在一定程度上缓解了这一威胁。

在过去几十年中，许多三角洲地区的红树林已被大规模地转变为人类用地，如水产养殖区。这一过程主要由水产养殖业的扩张驱动，其中涉及森林砍伐和池塘建设。由于水产养殖池通常被堤坝包围，不会被洪水淹没，因此这些湿地原本提供的洪水缓冲能力被削弱。此外，农业用地、城市和工业开发也是导致红树林减少的重要因素。然而，自21世纪初以来，全球红树林的损失趋势有所减缓，这可能与剩余红树林面积中适合水产养殖的部分减少，以及人们对红树林保护多重效益（如碳封存、渔业资源和海岸防护）的意识提高有关。这为制定兼顾自然湿地保护、经济发展和洪水风险缓解的空间规划提供了契机。

目前，对于大范围三角洲或河口的洪水缓冲效应，通常通过水动力模型进行评估。这些模型通常考虑红树林覆盖的全部或完全排除的情况，但这种方式无法反映现实中红树林和人类用地在空间分布上的多样性。其他研究则聚焦于较小规模的红树林区域，或仅探讨特定湿地属性对洪水缓解的影响，如地形或植被摩擦力。然而，对于大三角洲范围内红树林分布模式及其对极端水位传播的影响，研究仍然有限。因此，我们缺乏科学指导，以确定在三角洲的哪些区域优先进行红树林的保护和恢复，从而最有效地缓解极端水位，以及哪些区域的红树林转变为人类用地对洪水缓解影响较小。

本文首次展示了红树林和水产养殖用地在大三角洲范围内的空间分布对极端水位传播的影响。我们建立了一个代表性的二维水动力模型，模拟了在不同红树林和水产养殖分布模式下极端水位的传播情况。研究结果表明，上游集中分布的红树林和均匀分布的红树林在缓解极端水位方面更为有效，而下游的红树林则对极端水位的缓解作用有限。值得注意的是，虽然本文的研究未考虑红树林在风浪减弱方面的其他防护功能，但下游红树林可能仍然在保护沿海经济活动（如水产养殖池）方面具有重要作用。

在研究区域——厄瓜多尔的瓜亚斯三角洲，我们利用一个扩展版的水动力模型，结合真实地形数据和卫星影像，模拟了在不同红树林分布模式下的极端水位传播情况。研究发现，红树林覆盖面积的增加与洪水缓解效果之间存在指数关系，即红树林覆盖率越高，洪水缓解效果越显著。然而，当红树林覆盖率达到一定阈值后，其对洪水缓解的边际效益开始下降。这一现象可能与红树林根系的密度和结构有关，其对水流的阻力作用在一定程度上限制了水体的流动。

此外，研究还探讨了红树林宽度对极端水位缓解的影响。红树林的宽度直接影响其储水能力，从而影响其对水位的缓冲作用。在均匀分布的红树林情景中，所有河道均被红树林包围，因此水体可以更有效地从河道流入红树林，从而减少向内陆传播的水位。相比之下，当红树林集中在上游或下游时，其缓冲作用会受到空间分布模式的影响。例如，在下游红树林情景中，尽管红树林面积较大，但由于其远离海洋，水体的补充能力有限，因此对极端水位的缓解作用较小。而在上游红树林情景中，由于河道较窄，水体更容易流入红树林，从而形成更大的储水空间，有效降低水位。

研究还指出，红树林的分布模式对不同极端水位事件的影响存在差异。例如，在中性春潮条件下，红树林的覆盖程度与水位缓解效果之间存在明显的指数关系，而在极端海平面事件（如+120厘米的海平面升高）下，这种关系更为显著。这表明，红树林的分布模式对洪水缓解的潜力存在显著的空间异质性，特别是在具有明显锥形结构的三角洲或河口中，上游红树林的保护和恢复对减轻洪水影响具有更大的作用。

在全球范围内，超过67%的红树林分布在河口或三角洲区域。然而，许多国家的红树林保护政策往往集中在下游区域，而上游的红树林则被大规模地转变为人类用地。这种现象与我们的研究结果相矛盾，因为我们的分析表明，上游红树林在减轻极端水位方面具有更大的作用。因此，对于那些位于上游且面临洪水威胁的城市，应优先考虑红树林的保护和恢复，特别是在锥形结构的河口或三角洲中。同时，下游红树林在保护经济活动（如水产养殖）和维持其他生态系统服务（如碳封存和风浪减弱）方面仍然具有重要价值。

在实际应用中，红树林的保护和恢复需要综合考虑多种因素。例如，在某些三角洲，红树林的分布可能受到地形和水文条件的限制，因此在制定保护策略时需要因地制宜。此外，红树林的保护与经济发展之间可能存在一定的冲突，特别是在那些依赖水产养殖业的地区。因此，未来的政策制定应更加注重平衡自然湿地保护与经济发展的需求，以实现可持续的海岸防护。

总的来说，本文的研究为三角洲地区的空间规划提供了科学依据，强调了上游红树林在缓解极端水位方面的重要性，同时指出了下游红树林在维持其他生态系统服务中的价值。通过结合红树林保护与水产养殖发展，可以实现对洪水风险的有效管理，同时保障沿海经济活动的可持续性。因此，针对高洪水风险的三角洲地区，应优先考虑上游红树林的保护和恢复，以最大化其在减轻极端水位方面的效益。