红树林防灾减灾功能研究进展及保护修复建议.pdf

4期http:/红树林防灾减灾功能研究进展及保护修复建议陈新平1,2，王斌3，尹子祺1,2，程珺4，林鹏智5，国志兴2，朱俊宁6，赵明利7，姜彦琪1,2，王宇星2，鲍献文6（1.河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏南京210098；2.自然资源部海洋减灾中心，北京100194；3.海南省人民政府，海南海口570203；4.大自然保护协会，北京100600；5.四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川成都610065；6.中国海洋大学海洋与大气学院，山东青岛266100；7.国家海洋局南海规划与环境研究院，广东广州510300）摘要：本文全面总结分析了国内外关于红树林在消浪（波）弱（缓）流、抵御风暴潮灾害、防风，以及减轻海啸灾害和适应海平面上升等领域的研究进展。结果表明，100 m宽度的红树林带可消减13%66%的海浪波高，每千米宽度的红树林带可将风暴潮最高水位消减448 cm，数百米宽度的红树林可以使海啸引起的淹没深度降低5%30%。红树林植被密度、植被带的宽度、植被形态特征、地形与高程等因素是影响其减灾功能的关键因素。红树林减灾作用机理研究和定量评估方法主要包括基于现场观测数据分析、物理模型试验和数值模拟3类方法。众多学者开展了红树林对水体流动的拖曳力系数研究，模拟了红树林中的水体运动的波流运动模型。然而，目前红树林减灾功能的现场观测数据仍然偏少，物理模型试验和数值模型中采用的红树模型较为简单，对不同种类红树林的复杂特征以及植被柔性作用的考虑尚显不足，需要进一步研究。此外，红树林保护修复应该充分考虑生态和减灾协同增效的因素，构建基于自然解决方案的海岸综合防护体系，提出红树林生态系统修复的优化布局。关键词：红树林；海岸防护；防灾减灾；减灾效益；海岸带韧性中图分类号：P714+.3；S76；X37文献识别码：A文章编号：1001-6932(2023)04-0469-12Doi:10.11840/j.issn.1001-6392.2023.04.010收稿日期：2022-02-14；修订日期：2022-05-25基金项目：国家自然科学基金（42106204）；国家重点研发计划（2020YFD0900701）作者简介：陈新平（1980），博士，研究员，主要从事物理海洋、海洋防灾减灾、生态系统减灾方面的研究，电子邮箱：通信作者：尹子祺，硕士研究生，电子邮箱：Research progress on mangrove forest disaster prevention andmitigation functions and suggestions for protection and restorationCHEN Xinping1,2,WANG Bin3,YIN Ziqi1,2,CHENG Jun4,LIN Pengzhi5,GUO Zhixing2,ZHU Junning6,ZHAO Mingli7,JIANG Yanqi1,2,WANG Yuxing2,BAO Xianwen6（1.College of Harbour,Coastal and Offshore Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China;2.National Marine Hazard Mitigation Service,Beijing 100194,China;3.The Peoples Government of Hainan Province,Haikou 570204,China;4.The Nature Conservancy,Beijing 100600,China;5.State Key Laboratory of Hydraulics andMountain River Engineering,Sichuan University,Chengdu 610065,China;6.College of Oceanic and AtmosphericSciences,Ocean University of China,Qingdao 266100,China;7.South China Sea Institute of Planning andEnvironmental Research,State Oceanic Administration,Guangzhou 510300,China）Abstract:This study provides a comprehensive summary of mangroves hazard mitigation functions,including attenuatingocean waves,reducing storm surges,dissipating wind speeds,protecting the coast against tsunamis and adapting to sea levelrise.Previous studies have shown that a 100 m-wide mangrove belt can reduce wave heights by 13%66%,the mangrove beltper kilometer width can reduce the maximum water level of storm surges by 4 cm48 cm,while the mangroves with a width of海洋通报MARINE SCIENCE BULLETIN第42卷第4期2023年8月Vol.42,No.4Aug.202342卷海洋通报http:/hundreds of meters can reduce the inundation depth caused by tsunamis by 5%30%.The factors such as mangrove vegetationdensity,width and morphological characteristics as well as topography and elevation are among the key factors affecting thedisaster reduction function of mangroves.Mechanism study and quantitative assessment methods for mangrove disaster reductionare mainly based on field measurement data,physical modelling and numerical simulations.Various studies have exploredthe expression of the drag force coefficient of mangroves affecting on the water flow,and developed wave flow motion modelsfor simulating water movements in mangroves.However,there are still some deficiencies in previous studies that require usto further study:there is still a lack of observation data of mangrove disaster reduction function;the mangrove modes used inphysical model experiments and numerical models were still relatively simple;the complex characteristics of different mangrovesand the flexibility of mangroves are still insufficient in numerical models.In addition,mangrove protection and restoration shouldfully consider the synergy effects of ecological and disaster reduction,to build a comprehensive coastal protection system basedon nature-based solutions and propose an optimized layout for mangrove ecosystem restoration.Keywords:mangrove;coastal protection;disaster prevention and mitigation;disaster reduction value;coastal resilience红树林是以红树植物为主的常绿乔木、灌木组成的木本植物生态群落，作为重要的海洋湿地类型之一，主要分布在热带、亚热带的海岸潮间带。中国是全球红树林分布的北缘地区，主要分布于广东、广西、海南、福建、浙江，以及香港、澳门和台湾等地。同时，中国是世界上海洋灾害最严重的国家之一，台风、风暴潮、灾害性海浪等极端天气和海洋过程严重威胁着中国沿海地区人民群众的生命财产安全，成为制约沿海经济社会发展的重要因素之一1。沿海各级政府沿着海岸线修建了漫长的海堤，构成了新的“万里长城”2，然而却不可避免地破坏了海岸带自然生态系统。大量研究显示，红树林等海岸带生态系统具有抵御海浪、风暴潮等海岸防护和防灾减灾功能3-4。红树林的地上根系、树干、林冠等结构能够降低风力和海浪能量，减少风暴潮造成的增水淹没5-6，能够有效固滩护岸、促进沉积，从而防止岸线侵蚀7，甚至能在一定程度上抵御海啸8-10，保护沿海社区免受极端天气事件的影响11-12。红树林拥有超强的生产力和显著的固碳储碳功能13-14，是蓝碳生态系统（蓝色森林）之一15-16，可以缓解全球气候变化16-17。此外，由于全球和区域气候变化，许多沿海区域的洪涝、风暴潮等灾害风险正在增加18，通过红树林等海岸生态系统的构建和恢复防御沿海洪涝灾害可提供比常规沿海工程更加可持续、更具成本效益，生态选择上也更合理19。总之，红树林可以有效降低台风和风暴潮等灾害带来的负面影响，提高海岸带的生态和社会经济弹性20-21，是“绿色的海岸卫士”，其带来的海岸防护和经济效益日渐受到重视。本文在阐述我国海洋灾害基本特征的基础上，全面分析总结了红树林的防灾减灾功能和海岸防护效益的国内外研究进展，对红树林发挥消浪弱流、抵御风暴潮灾害、防风、减轻海啸灾害影响，以及适应海平面上升等不同的海岸防护效益和防灾减灾功能方面分别作出分析和研究，并给出常用的红树林减灾效益经济价值的量化方法和模型。最后，本文提出以防灾减灾为目标的红树林保护与恢复建议，旨在全面了解红树林海岸防护和防灾减灾功能的研究进展，并为相应的生态保护修复提供有益参考。1红树林海岸防护和防灾减灾作用机理中国沿海地区面临着不同程度的台风、风暴潮、海浪、海啸、海平面上升等海岸灾害威胁1。其中，风暴潮灾害造成的直接经济损失最为严重，而海浪灾害是发生最频繁的海洋灾害1。全球性的气候变化可能加剧气旋运动及其引起的风暴潮，导致部分地区由风暴潮引发的灾害风险日益加剧22。同时，全球平均海平面呈现上升的趋势，19932019 年全球平均海平面上升速率为 3.240.3 mm/a23，同期中国沿海海平面上升速率约为3.9 mm/a1,24，高于全球同期平均水平。红树林具有消浪弱流、抵御风暴潮灾害、防风和减轻海啸灾害等防灾减灾功能，对其作用机理进行综合阐述具有重要意义。1.1消浪（波）弱（缓）流功能大量研究表明，红树林可以显著削弱近岸的海浪，减弱红树林区域的海流速度，具有显著的消浪（波）弱（缓）流功能。现场观测和数值模4704期http:/拟等多种方式的分析研究量化和验证了红树林提供的消浪弱流等功能25，McIvor等25的分析结果表明，红树林可以在相对短距离内，有效消减风浪与涌浪的波高。具体而言，100 m宽度的红树林带可消减波高 13%66%25-26，而 500 m 宽度的红树林带则能够消减50%99%（具体值取决于不同的红树种类和密度等情况）25,27。通常来说，红树林可以增加所在区域地形的粗糙度（topographicroughness），增大水流的拖曳力，从而降低水流速度28。此外，消浪和弱流往往是相互的、一体的、不可分割的。海浪的波高往往同波的能量正相关，削弱海浪的波高，意味着波浪能的减弱，往往海流的总体流速也会相应减弱。不同种类的红树植物具有独特的形态特征，通常由植物根系、树干、树枝和树叶等构成。某些种类 的 红 树 具 有 强 大 的 气 生 根，如 红 树 属（Rhizophora）和木榄属（Bruguiera），而有些种类的红树气生根并不发达，如秋茄树（Kandelia candel）。研究表明，红树的形态特征是其能够有效消减海浪波高的主要原因26。通常意义下，海水通过的生物体密度越高（即阻挡物越密集），消波和弱流效率就越高。红树林的消波效果取决于多种因素，红树形态特征、红树林带宽度、淹没水深、红树林区域的坡度和地形以及海浪的波高和周期都是影响红树林消波作用的重要因素（图1）。红树形态特征对消波效果具有显著的影响。研究表明，具有气生根的红树能够更加迅速地消减波高25-26。红树属（Rhizophora）植物的支柱根、木榄属（Bruguiera）植物的膝根，以及海桑属（Sonneratia）和海榄雌属（Avicennia）植物的呼吸根都可以形成复杂的根系结构，能够有效阻碍水流，而其树干的消波效果则相对较弱25。然而，秋茄（Kandelia）和桐花树（Aegiceras）等气生根不发达的树种则需依靠其树干、树枝和树叶，在水深能够将部分枝叶没入水下的情况下，才能发挥 出 消 波 效 果。例 如 在 以 秋 茄 树（Kandeliacandel）为主要物种的红树林内，消波率随着水深上涨而越发显著29。树龄也是影响消波能力的重要因素，影响着树干、树枝和气生根的大小、形状、和密度，随着树龄增加，枝叶的消波作用越发显著29。红树林带自海向陆的宽度也是消波作用的重要因素。一般而言，海浪通过红树林传播的距离越远，被消减的波高越显著。Bao30的研究发现波高与传播距离间呈指数关系，进入林内40 m内消波率为21%，80 m后为35%。海水淹没红树的水深决定海浪传播过程中所遇红树林构成障碍物的数量，以及障碍物相对于水面的深度。水深越深，淹没入水下的红树结构（如根部、树干、树冠）越多，则消波效果越显著。此外，障碍物相对于水面的距离对消波效果也有影响，如果水较深而障碍物多数集中于靠近海底的部分，则上面的水流不受阻碍，消波效果不显著25。红树林区域的坡度、地形等海滩特征影响波浪的变形与破碎，是海浪能消减方式的重要因素，对海岸防护的作用颇为重要。虽然在没有红树林的情况下，波浪也会因为地形地貌和地表粗糙度的影响而衰减。但是随着红树林的长期生长，促进的沉积能够固滩护岸，抬高滩涂地表高程，从而使水图1红树林消波作用和消波因素示意图陈新平 等：红树林防灾减灾功能研究进展及保护修复建议47142卷海洋通报http:/深度变浅，进一步增强红树林的消波作用31-32。海浪的波高和周期也是红树林消波效果的可能影响因素。然而，目前没有充足的证据显示周期对红树林消波作用的影响，这可能意味着不同周期的波浪在红树林内的消减速率是相似的25。因此，McIvor等25提出，在没有明确证据反对的情况下，短周期的风浪和长周期的涌浪在红树林内的消波率是相似的。1.2抵御风暴潮灾害研究显示，红树林能够有效抵御风暴潮的影响7,28，尤其是消减风暴潮引发的增水28，从而具有保护沿海村庄、房屋、农作物和海岸防护工程33-35以及减少死亡36等海岸防护作用。红树林可以通过消浪弱流来降低风暴潮高峰水位。另外，红树林能够在植物生长区域内减缓水面上的风速25，从而减轻风暴潮灾害。红树林还能够抬高地表高程，扩大向海一侧的占地面积31-32，这些都是减缓风暴潮增水的重要因素。需要指出的是，风暴潮往往同近岸浪相互叠加在一起，因此，红树林对风暴潮的减弱作用往往同消浪弱流作用一同体现。红树林对风暴潮的消弱效果与红树林植被特征、林内物理属性特征、地形高程，以及气旋和风暴潮的规模与移动速度等因素密切相关。植被密度、植被带宽度和根茎及直径等红树林植被特征会影响其消减风暴潮增水的能力5,37，红树林带的宽度通常作为衡量消减风暴潮增水的单位。结合实地观测水位和经过验证的数值模型得出，红树林对风暴潮增水的消减率为每千米宽度的红树林带可将最高水位消减448 cm7。Krauss等5实地观测的风暴增水消减率为 15.8 cm/（km 红树林）；Zhang等6通过实地数据验证过的数值模型得出的增水消减率最高可达48 cm/（km红树林），红树林宽度对风暴增水水位的消减作用是非线性的，水位消减最大值出现在红树林的向海林缘，从一定程度上解释了Krauss等5观测到的增水消减率。另外，在红树林的向海林缘，由于大量海水在红树林前堆积而隆起，导致此局部区域风暴潮水位升高5。红树林区域的地形和高程是影响风暴潮向岸增水的重要因素，决定内陆淹没的范围。长期生长的红树林可以改变当地地形和高程，加强其消减风暴潮的能力28。而林内的潮沟和潮汐汊道会降低红树林抵御风暴潮增水的能力，因为水流可以顺潮沟更轻易地涌向内陆4-5，而且潮沟和潮汐汊道更多出现在破碎化的红树林中，影响其减灾效益。红树林对风暴潮的减弱作用受热带气旋的强度、大小、移动方向和速度影响较大，红树林对减弱风暴潮峰值水位的减弱作用受前移速度影响最大28。研究表明，红树林对快速移动的小型热带气旋和强度较弱的热带气旋比对缓慢移动的大型热带气旋的减弱作用更有效38。同样的，Zhang等6的模型研究表明，风暴潮传播速度越快，红树林对增水水位的消减越有效，因为缓慢移动的风暴潮有充足的时间通过红树林，最终的增水水位受影响较小。另外，如果风暴强度过大，强劲的风速可能会摧毁树木，破坏红树林的防护功能。总之，通过降低增水水位和波浪能量，红树林可以减少风暴潮造成的人员伤亡及其对基础设施的破坏。1.3消弱风速研究表明，红树林树冠可以有效减弱海面风速，从而减少风浪的形成，以及风浪与风暴潮叠加可能造成的灾害损失28。陈玉军等39对海南东寨港三江湾的无瓣海桑（Sonneratia apetala）和秋茄（Kandelia obovata）红树林区的减风效应进行了研究，发现在风速较弱（15 m/s），依然可以降低50%以上的风速。国内外学者探索了红树林等防护林减弱风速的机制。总体而言，当风遇到红树林等多孔障碍物时，迎风一侧的气压增加，背风一侧的气压减弱。气流在接近红树林等障碍物时被阻滞、延缓、减弱，其中部分移动到树林上方，高空风速增加；穿过树林等障碍物的气流传播到其下游边缘，而此处由于下风距离的增加，空气压力恢复到了正常的环境水平，压力梯度被减弱，导致气流被进一步阻滞40。因此，最低风速通常不是出现在防护林内，也不是出现在树林的下风侧边缘，而是出现在距边缘更远的下风处（通常为防护林平均高度的35倍处）40。研究表明，红树林等减弱风速的影响因素一般包括树林密度、高度、林带宽度等41。通过减弱风速，红树林可以进一步减缓风暴4724期http:/潮造成的影响28。数值模拟结果显示，因植被作用而降低风速后，风暴潮的最大增水可降低超过1 m42。需要注意的是，大多数风浪和涌浪都是在红树林区域外的海面上形成的，红树林仅能降低风浪在其生长范围内再次增强的程度28。1.4减轻海啸灾害2004年，印度洋海啸之后，红树林是否降低了海啸造成的损失引起了很大关注7,9-10,43-44。研究表明，红树林可以降低海啸的淹没(洪涝)深度、流速、增水高度和淹没范围等7。模拟结果显示，数百米宽度的红树林可以降低海啸引起淹没深度的5%30%7。除红树林宽度以外，其他因素也会影响红树林对海啸的减缓效果，包括地表坡度、植被密度、地上根系、树径，以及海啸的强度和速度、抵达海岸线的冲击角度等多种因素7。需要注意的是，超过4 m高的强海啸有可能摧毁红树林，使其发挥的减灾功能大大减弱，被冲走的折断的树木、枝条可能会成为漂浮残骸，进一步造成次生灾害7。到目前为止，红树林减轻海啸的观测数据相对较少，但是针对2004年的印度洋大海啸，大量研究人员开展了红树林减轻海啸灾害的现场调查，为研究工作提供了相关实例。EJF报告45指出，距地震震中仅 41 km 的 Simeuleu 岛部分被大量的红树林覆盖，现场发现没有波浪穿透红树林，且水位“像涨潮一样”温和地上升，可见海啸的巨大能量被红树林削弱了，显著降低了海水的冲击力和破坏力45。此外，世界自然保护联盟（IUCN）调查表明，相较于沿海红树林生态系统退化或转化为其他土地利用的地区，拥有茂密红树林的沿海地区遭受海啸灾害的人员和财产损失更少45。1.5适应海平面上升适应海平面上升的能力是红树林海岸防灾减灾的重要功能之一，对于红树林海岸防护效益的可持续性具有重要意义31。由于红树林物种生长在海岸潮间带区域，海平面上升对红树林生长的适宜条件可能产生潜在的长期影响31。红树林可通过抬高地表高程或向内陆迁移适应海平面上升31。过去1 000年来，某些红树林区域内的地表高程能够随着海平面上升而升高46-47。对比同期海平面上升速度是证实红树林随海平面上升而抬高滩涂高程的有效方式31，最常用的方法为地面高程-水 平 标 志 层 测 量 体 系（Surface-ElevationTable-Marker Horizon)。研究表明，某些区域内红树林的地表高程上升速度在 110 mm/y间，而有些区域内红树林的地表高程上升与海平面上升的速率基本持平31。沉积、堆积、侵蚀以及地下根系生长等过程影响着红树林的地表高程变化。同时，影响这些过程的因素也因此决定地表高程的变化率，包括外来沉积物供应、植被特征(如林木密度和气生根结构)、地下根系的营养供应、风暴以及河流水位、降雨和地下水压力等31。持续的沉积物来源以及在内陆侧留出足够的空地以便红树林迁移是确保红树林持续发挥海岸防护效益的重要因素31。2红树林防灾减灾功能与经济效益定量评估方法2.1红树林防灾减灾功能定量评估方法作为海洋生态系统的一部分，红树林与水动力过程的相互作用机理研究和定量评估方法是当前该领域研究的重点之一，研究方法通常有三类：基于实测数据、物理模型试验和数值模拟方法。2.1.1基于实测数据的评估方法通过对红树林区域的水位、波浪等要素的实地观测可以评估红树林消浪弱流等功能。此外，观测数据还可以用来验证物理模型和数值模拟的准确性。Mazda 等26在越南北部沿海区域进行了台风期间红树林消浪作用的实地研究，该研究自海向陆选取一条垂直于岸线的典型断面，在该断面红树林带两侧的潮间带上、红树林带两侧边缘处以及红树林带内部共选取6个站位，并测量了台风期间的水位，结果表明在台风风暴潮期间红树林的根、枝叶等可以有效消减波浪能量。Quartel等27在越南红河三角洲的红树林区域开展了植被消浪弱流效果的现场观测，该研究选取一条从岸边到红树林区域内的断面，测量了水流速度、水位以及红树林树干、树叶的高度和宽度，用于评估红树林对不同水深入射波的投影面积，研究结果表明，该区域底部黏土颗粒产生的底摩擦力较小，然而由红树林的树干、枝条和地上根系等组成的密集网络可以产生更大的拖曳力（57倍），且水流拖曳力随着障碍物的投影面积的增大而增加，陈新平 等：红树林防灾减灾功能研究进展及保护修复建议47342卷海洋通报http:/其拖曳力系数（CD）可以近似为函数CD=0.6e0.15A（A为一定水深植物的水下投影横截面积）。Krauss等5基于台风风暴潮期间的实测水位数据，分析了红树林对极值水位的消减作用，进而研究观测区域的红树林对风暴潮的减弱作用。Horstman 等48在泰国董里府西南海岸的红树林区域开展现场观测，并结合频谱模型分析了红树林的消波特性，沿着两条断面选取了6个植被样方（20 m20 m），测量了红树密度、胸径等植被参数，在每个断面上选取6个测点对波高进行了测量，研究结果表明，入射波高越大，相对水深越低，红树林带的消浪效果越好，该区域内宽度为246 m、面积占比为0.58%0.93%的红树林带对波浪有效波高的消减幅度为42%47%，而宽度为98 m、面积占比为2%的红树林带对有效波高的消减幅度为 30%43%。2.1.2物理模型试验方法物理模型试验是研究红树林与水动力过程的相互作用机理的重要手段，利用试验水槽，选取合适的红树概化模型，合理设计试验的波浪、水位等工况，通过与实测数据进行对比验证，定量评估红树林的消浪弱流作用。Struve等49开展了红树林对水动力影响的物理水槽试验，采用同Nepf等50-51研究相类似的试验装置，水槽长 9 m、宽1.2 m，在水槽中布放1.2 m1.2 m的薄板用于固定模型红树（由销钉制作，能够体现树干和树冠），试验设置了不同直径（1.2 cm、2.2 cm、3.4 cm）和密度（220棵/m2、110棵/m2、55棵/m2）的红树模型，研究在一定流动条件下红树直径和密度与水动力的相关关系，实验结果表明模型树的直径和密度对水流流速和波高有着重要影响。此外，Wu等52通过物理模型实验研究了非淹没情况下经过刚性植物的不规则波的衰减规律，分析了植物的 拖 曳 力 系 数 与 雷 诺 数 和 Keulegan-Carpenter（KC）数的关系，使用活塞式造波机产生基于JONSWAP目标波谱的不规则波，用于合理估计有效波高和谱峰周期。实验结果表明，考虑波浪在浅水中的非线性作用时，拖曳力系数与KC数之间的相关性更大，波浪的非线性作用增强时，植物的消波效果较好。物理模型试验可以用来研究红树植被对海啸波（孤立波）的消波作用规律。Iimura等53利用波浪水槽（长10 m，宽0.4 m）和数值模拟研究了不同密度的红树林对海啸波（孤立波）的消减规律。实验设置了由两个斜坡组成的复合斜坡（第一和第二斜坡的坡度分别为1 4.7和1 20），在第二个斜坡上布放植物模型，实验使用的植物模型为直径 5 mm的刚性木质圆柱，孤立波波高为 3.14 cm（实验比尺为 1 100，约等于 3 m 的离岸海啸波高）。研究结果表明，植物密度增加25倍，水流经过植被后的速度降低约17%。姚宇等54开展了波浪水槽物理模型试验，研究了斜坡上非淹没刚性植被对孤立波的影响，试验水槽长 32 m，宽0.5 m，高0.6 m，在斜坡上按交错或并列的排列形式放置模型红树，采用的模型树为直径 1 cm 的PVC 圆柱体，实验结果表明孤立波在斜坡上的爬高随入射波高的增加而增加，随植被密度的增大而减少。2.1.3数值模拟方法数值模型是定量评估红树林消浪弱流、减弱风暴潮等功能的有效工具。现有的植被与水动力相互作用的数值模型主要有三类：第一类是使用专门的红树林波流运动模型，这类模型有不同的处理方法，如将植物区视为多孔介质推导得到植物区波流运动流体控制方程；第二类是改进的海浪、风暴潮等数值模型，例如在模型中增加植被的阻尼作用，改进拖曳力系数等；第三类是统计模型，主要依据红树林植被参数（如植株高度、密度、盖度等）与海浪相互作用的定量关系。对于第一类方法，Massel55开发了波浪在红树林传播的预测模型，将红树林树干和根视为位于水中的圆柱形物体（不包括叶子），根据树干和根的密度修正阻力系数，将植被参数之间的相互作用包含在阻力中。Vo-Luong等56开发了波浪在红树林中的传播模型，即WAPROMAN 模型（WAvePROpagation in MANgrove forest），模型考虑波与树干的相互作用（wave-trunk interactions）和波浪破碎等波浪衰减因素。邹学锋57基于多孔介质理论，在控制方程中加入了拖曳力和惯性力，以表征流场中植被对波浪的消减作用，研究结果表明，多孔介质模型能够较好地模拟红树林前端水位的壅高增大与反射波、区域内波高衰减和区域后爬坡减小，当红树林的密度增大时，多孔介质模型的模拟精度也明显提高。4744期http:/对 于 第 二 类 方 法，Mendez 等58在 SWAN（Simulating Waves Nearshore）59模型中考虑了不同深度下的植被波浪阻尼、波浪破碎过程以及植被的几何和物理特性，根据红树林特征、波浪参数以及当地的水深和地形预测波浪衰减水平。Suzuki 等60在 SWAN 模型中通过采用柱面法来表达植被引起的波损耗，分别计算每个植被垂直层造成的耗散，相加得到总能量耗散，并且在模型中考虑了植被特征的水平变化。Zhang 等6基于CEST（Coastal and Estuarine Storm Tide）风暴潮模型，并采用了Nepf等61-62发展的拖曳力公式，用于模拟红树林对风暴潮的消减作用。Chen等62研究 了 红 树 林 对 风 暴 潮 的 衰 减 作 用，在 CEST（Coastal and Estuarine Storm Tide）风暴潮模型中采用了改进的拖曳力公式，结合了孔隙率63和拖曳力来模拟红树林对风暴潮减弱作用。研究人员基于现场观测的红树林特征、波浪等参数，建立了相应的统计模型，用于模拟和预测红树林中波浪的衰减。Bao30开发了基于越南红树林波浪衰减观测的统计回归模型，建立了红树林参数（树高、密度等）与波衰减和距离之间的关系，该模型还可用于确定预定波高衰减水平下所需的红树林带宽度。然而，由于不同区域的红树林存在一定的差异，因此该模型需要在其他区域进行进一步的验证、改进，使其有更广泛的应用25。2.2红树林防灾减灾效益经济价值的定量评估红树林作为海岸带重要的天然屏障，保护着沿海地区居民和基础设施。从经济学角度量化红树林提供的防灾减灾效益的价值能够为红树林保护和修复提供重要依据，并可以为决策者提供评估生态减灾功能的成本效益。红树林的防灾减灾功能具有显著的经济价值21,64。一些国家将减灾效益经济价值纳入国内生产总值的计量体系65。此外，经济价值评估可融入保险模型，应用于巨灾保险的风险评估和保费制定21。目前，红树林防灾减灾效益经济价值的定量评估方法主要有两大类，一类是基于指数的方法（Index-based approaches），另一类是过程解析方法（Process-resolving approaches）。基于指数的方法通过估算区域的暴露性（exposure）和脆弱性（vulnerability），评估目标红树林区域的灾害风险以及降低灾害风险所带来的收益。通过计算红树林等自然栖息地的参数特征（configurations）和环境条件可以得到评估所需的关键指数（ManagingCoasts with Natural Solutions）64。Arkema 等66采用InVEST（the Coastal Vulnerability Module of InVEST）经济价值评估模型对7个变量（包括风、风暴潮、海面高度、栖息地类型等）进行综合评分后获得海岸的易受损程度。过程解析方法（Process-resolving approaches）考虑了诸如沉积物输送、波浪与植被结构相互作用等作用过程，在分析计算过程中包含海浪、风暴潮、海流和潮汐等参数64，可以进一步划分为解析近似法（半经验公式法）和数值模型法。其中，解析近似方法在分析海岸作用过程时对计算能力要求不高，因而可以在较大的区域范围内实施，而数值模型方法采用更高的精度模拟海岸作用过程，其结果更加准确，但是对于计算能力和作用过程的考虑有较高的要求64。在选取基于指数法或过程解析法评估红树林防灾减灾效益时，可根据目标红树林区域的地理尺度大小选用合适的方法。一般情况下，全球或者国家尺度的分析评估通常使用基于指数的方法，将水动力参数、地球物理条件（如地质特征）和社会经济数据（如人口密度）组合成特征指标或者指数；相对比而言，局地的、区域性的研究可以采用过程解析方法，对波浪传播、内陆洪涝或者泥沙运动等海岸作用过程进行数值模拟64。World Bank 的报告64推荐利用预期损害函数方法（Expected Damage Function；EDF）评估红树林的海岸防护和减灾效益。该方法也是一种基于过程的方法，通过对海浪、风暴潮等水动力过程以及红树林对水动力过程影响等方面的模拟，并结合金融模块，评估灾害可能造成的经济损失，可以计算遭到损失的人口数目和财产的预期经济价值。Losada等58使用EDF模型量化了全球范围内红树林的防灾减灾经济价值，计算出由于红树林的存在而减少的生命财产损失（即没有红树林的情况下，灾害可能造成的额外损失）。对红树林防灾减灾效益经济价值的评估结果显示，在全球范围内，红树林每年保护1 800万人免于受灾，减少超过820亿的经济财产损失67，而没有红树林则会额外增加超过 39%的人口以及16%的财产受到灾害影响67-68。通过空间分析可以陈新平 等：红树林防灾减灾功能研究进展及保护修复建议47542卷海洋通报http:/识别红树林带来的减灾效益区域分布，结果表明，红树林带来的年度减灾效益最高的地区为印度洋和太平洋东部沿海地区67。从规避的人口受灾情况来看，越南、印度、孟加拉国、中国和菲律宾沿海区域的红树林减灾效益最高。中国、美国、印度、墨西哥和越南是财产受到保护效益最高的国家67。3生态与减灾协同增效的红树林保护修复措施建议虽然红树林发挥着重要的消浪弱流、减弱风暴潮等防灾减灾功能，但调查发现红树林栖息地在全球范围内都受到不同程度的损害69-70。2018年，GMW（the Global Mangrove Watch）发布了全球红树林分布和损失数据，结果显示，2016年全球红树林面积为136 714 km2，同1996年相比，损失 9 736 km2，平均每年的损失率为 0.21%71。造成红树林破坏的因素主要包括沿海开发、海洋与径流污染、森林砍伐、水产养殖、农业种植、旅游发展等72。此外，Goldberg等73分析了造成红树林破坏的人为及自然因素，结果表明，20002016 年全球红树林损失的 62%是人为因素导致的，其中最主要的原因是水产养殖和农业种植，直接造成红树林被砍伐、破坏和占用，压缩了红树林的生存空间，同时水产养殖和农业种植使用的化学药物会随着径流流入红树林栖息地，间接造成红树林的破坏；其次是海上及陆源污染等人类活动（12%），这些活动降低了红树林区域内的水质，威胁了红树林生态系统的生物多样性；此外，38%的损失是由自然因素导致的，其中约27%是由于海岸侵蚀导致的，约11%是由极端天气事件造成的。红树林退化一方面严重影响了海岸带生态服务功能，另一方面会导致海岸防护、防灾减灾功能退化，使得沿海地区居民的生命财产安全更多地暴露在台风、风暴潮等海岸灾害下，因此有必要开展红树林的保护与修复。本文在总结国内外红树林保护修复实践经验的基础上，提出红树林保护修复建议，为考虑防灾减灾效益的红树林保护修复提供借鉴，有利于红树林的生态和减灾功能协同增效。（1）考虑减灾效益因素的红树林保护修复红树林的生态和减灾协同增效应作为红树林保护修复工程实施的重要依据。首先，对现有的红树林应以保护为主，减灾效益应作为红树林修复工程的重要考虑因素，特别是在海洋灾害严重的区域。在修复工程的前期规划设计中，须根据不同的海岸带特征，结合红树林的生境适宜性，开展红树林减灾功能评估，研究影响红树林防灾减灾功能的植被带宽度和密度的优化设计，最大程度地增强红树林修复的减灾效益，提升红树林生态和减灾协同增效的作用。（2）构建自然解决方案（NbS）的海岸综合防护体系除了单独作为绿色的天然屏