观察丨荷兰“沙引擎”：借力自然的多功能滨海开发
荷兰是著名的低地之国，只有近一半国土超过海平面以上1m，近17%的领土是由填海或填湖得来的。这里人口稠密且大部分人居住在沿海地区，历史上接连不断的水灾不仅造成了严重损失，甚至改变了国土形态。因此海岸防护是关乎荷兰国家安全的头等大事，而保护海岸线不被侵蚀又是海岸防护的重要目标之一。
荷兰的海岸成分主要是由大量的沙子和少量的泥土与泥炭组成的沉积物。海岸的增长与侵蚀取决于沉积物的数量能否达到维持系统平衡所需。数个世纪以来的人为影响使得荷兰境内从河流输向海洋的运沙量逐渐减少，能够通过自然方式补充海岸的沙子已经变得非常稀少；此外，随着海平面的上升，海床逐渐变深，也几乎鲜有来自海洋的沙子能够被波浪带到海岸上；与此同时，由天然气开采造成的地面沉降也需要大量的沙子来填补。这些因素导致荷兰许多沿海区域遭遇“沙荒”现象，海岸安全受到严重威胁。
01
与海共生的智慧
1200年以前，沿海地区的荷兰人主要聚居在人造土丘高地（terp）上，它们彼此间以土堤相连。随着人口的增长和生产力的发展，荷兰人开始用沟渠排干泥炭沼泽中的积水制造圩田。各地的圩田委员会由此产生，以保证堤防的维护和水位的控制。到15世纪，风车的发明大大加快了排水的效率，使得更多的沼泽被转化为良田。进入20世纪之后，为巩固海岸防护，荷兰人开启了两大工程——须德海工程（Zuiderzee Works）建筑起大坝，关闭了北海进入须德海的入海口，创建了大片淡水湖和面积达1 650km2的土地；三角洲工程（Delta Works）在荷兰海岸线的许多河口与入海口建堤，大大缩短了所需防护的海岸线长度，同时通过可开合的水闸保障了堤防两岸的原有生态与重要河道的通航需求。与此同时荷兰人还发现，由潮汐流、波浪与固沙植物共同作用形成的近海沙丘是大自然馈赠的天然海防屏障，许多拥有成片沙丘的滨海地区基本不需要再修建人工海堤。除了海防功能，在不同时期形成的新旧沙丘之间的谷地也被用来汲取淡水。荷兰法律还规定在沙丘地带严禁建造永久性建筑以避免人为破坏，这一举措意外地使这些自然地带成为了深受喜爱的游憩空间。
荷兰人多年与海共生的经验所凝练出的智慧可以总结为：既善于观察并适应自然，又敢于克服恶劣条件改造自然；既能利用自然力量做功造福自身，又尊重自然规律，保护其生态功能与生物多样性。这种共生的关系书写了荷兰人与自然环境在抗争中协作的历史。
02
沙引擎项目
荷兰对海岸线的维护遵循“能软就软，需硬则硬”（Soft when possible, hard when needed）的指导原则，提倡多保留自然海岸，尽可能少地建设硬质工程。自2001年起，荷兰环境公共建设部将海岸地区每年的填沙量由原来的600万立方米增加至1 200万立方米。2011年，荷兰基础设施与水管理部决定试验一种新型的补沙方法，以提高补沙效率并减少成本，沙引擎（Sand Motor）项目应运而生。
荷兰海岸补沙方法的沿革
© Deltares
沙引擎的最初设想由代尔夫特理工大学的海岸工程学教授马赛尔·史蒂夫（Marcel Stive）提出。传统的海滩补沙需每5年进行一次，沙引擎的设计则延续了利用天然沙丘加固海岸的荷兰传统治海智慧，并在此基础上进一步创新，再次利用自然动力替人类育滩固丘。沙引擎概念设想通过在指定定点投放大量沙子后，由自然力量将沙子输送到更大区域的海滩，以提高补沙功效，降低成本，减少对环境的人为干扰。项目最终采用由DHV工程咨询公司与HNS景观设计公司制作的环境影响评估报告的中选方案，并对其加以优化。这一名为北部钩子半岛（Haak Noord）的方案在4个方案中因在沙丘培育、自然与休憩地创建与知识收集三方面突出而获选。根据测算，该方案预计可以为海岸增加28~33hm2的沙丘，在20年内无需再进行人工补沙，在50年内结合前滩补沙可保障代尔夫兰海岸的沙平衡。
区位图
© Deltares
DHV与HNS制作的环境影响评估报告中的4种方案
© DHV & HNS
沙引擎项目最终选址于南荷兰省代尔夫兰海滩（Delfland Coast），这一区域海岸侵蚀严重，未来预计需要大量的补沙维护，其南侧不断扩张的兰斯台德（Randstad）大都市圈也需要更多的休闲空间。2011年4月，项目正式施工，并于7月竣工。工程创造了一个长约2km、宽约1km的面积约128hm2的钩状沙子半岛。半岛的西南角形成了一个沙丘湖，北侧半岛末端与现有海岸之间形成了潟湖，在沙引擎尾部形成了连接内部潟湖与北海的水道。工程总用沙量为2 150万立方米，耗资7 000万欧元。自施工之时起，沙引擎在潮汐、风力与波浪的作用下沿着海岸伸展。工程竣工后两年，沙引擎的形态开始发生变化；4年后，其向海洋方向的延伸缩短了260m，而长度则延展了2.2km。与此同时，沙引擎上零星出现了欧洲滨草（Ammophila arenaria）、海蚤缀（Honckenya peploides）等低矮植物。通过风对沙子的运输，沙引擎周边的一些沙丘也得到了不同程度的加固。
2011至2016年沙引擎航拍照片
03
建成后评价
海岸线加固与沙丘培育
在项目建成6年后，补沙范围已扩展至方圆5公里。尽管沙引擎存留的时间有望突破原先预计的20年，但其对附近沙丘的加固速度却比预期要慢。这主要是由运沙距离较远、临时水体对沙子的吸附，以及勘测行车较为密集等造成，随着沙引擎的进一步发展，这些现象会逐步消失。
从2011年9月至2015年3月的场地高程变化：红色代表高程升高0.5m或更多，蓝色代表高程降低0.5m或更多
© Witteveen+Bos
自然栖息地培育
沙引擎上的植被种类和数量正逐年增多，除数量最多的玛勒姆草外，有些地方甚至出现了珍稀品种海东青（Acanthus ebracteatus）。此外，研究人员利用鸟类雷达监测到了50种不同鸟类的光顾。潟湖边缘的泥滩中含有大量营养丰富的污泥，成为了底栖动物的家园，这又进一步吸引了觅食的鸟类。尽管通过该项目恢复场地生物多样性将耗费数十年的时间，但比起每5年就需进行一次填沙工程，沙引擎的人工干预较少，为自然群落提供了充足的时间进行自我调节适应，有利于系统的生态修复并形成稳固的生态系统。
沙引擎形成的浅滩吸引大量海鸟
沙引擎上生长出的玛勒姆草对沙丘的形成与固定有促进作用
游憩空间营建
在沙引擎建成5年后，原本十分安静的代尔夫兰沙滩上已经汇聚了多种多样的游憩活动：海滩浴、遛狗、骑马、垂钓和慢跑，夜晚的游人数量也有所增加。而由沙引擎形成的潟湖因海风充足又没有大浪，已经成为了一处冲浪风筝爱好者聚集的胜地。
沙引擎建成后，代尔夫兰海滩吸引了众多游人
沙引擎上的泻湖吸引了大量冲浪风筝爱好者
知识收集
由于沙引擎是一项创新性试验型项目，通过政府、企业与研究机构的合作，研究人员在沙引擎动工前就对场地海床的形状与生态系统的情况做了详细记录，并在接下来的几年内着重对气候与洋流、沙子的输送、水位与水质、动植物、游憩休闲、项目管理六个方面进行了监测记录，并定期公布研究报告。研究计划每5年发布一次研究成果汇总，并将在项目建成20年后对项目效果做出最终结论。这种系统、公开、透明的研究方法提升了世界范围内对沙引擎的关注，降低了研究者获取信息的门槛，提升了公众对项目的信心，对沙引擎概念与技术的推广起到了积极的促进作用。
效益积累
在建设成本方面，目前尚无法判断沙引擎是否比传统的海岸维护方法更为经济，因为这很大程度上取决于未来市场情况与沙引擎的实际生命周期。但不可否认，沙引擎已被证实是切实可行的补沙育滩的替代方案；项目的建设与后续研究也积累了大量的数据与经验；世界范围内的关注更是带来了众多额外效益。
04
结语
尽管沙引擎实际加固海岸线的功效与经济效益还有待时间的验证，但其创新理念即已体现了自身的价值。从利用风车抽水造田到利用沙丘抵挡海潮，到今天的利用风波输送泥沙固岸，荷兰人的治海智慧体现出一种善于学习、乐于创新、敢于实践的与自然协作的精神。正是出于这种精神，荷兰人才在原本不利的地理条件下不断尝试，在滨海开发与水管理方面取得了世界领先的地位。沙引擎这样一个原本仅旨在加强海岸防护的工程，也同时产生了景观、生态、社会与科研效益。这种以建设结合自然为出发点，以解决具体问题为导向，以多重效益为目标的项目实践值得肯定与借鉴。
REFERENCES
[1] Fiselier, J. (Ed.). (2010). Projectnota / MER: Aanleg en Zandwinning Zandmotor Delflandse Kust. DHV BV, Amersfoort, the Netherlands.
[2] Joanna, K. (2017). Protecting the Netherlands’ Vulnerable Coasts with a “Sand Motor”. Retrieved from https://www.npr.org/.
[3] Kennisontwikkeling Zandmotor Delflandse Kust. (2018). Retrieved from http://www.dezandmotor.nl/nl/onderzoek/kennisontwikkeling/
[4] Rijkswaterstaat. (2016). Interim Results 2011-2015, the Sand Motor: Driver of innovative Coast Maintenance. Retrieved from http://www.dezandmotor.nl/uploads/2016/09/1300005-brochure-sandmotor-a4-eng.pdf
[5] Stive, M., Schipper, M., Luijendijk, A. P., Stefan, A., Van Gelder-Maas, C., Van Thiel de Vries, J. … Ranasinghe, R. (2013). A New Alternative to Saving Our Beaches from Sea-Level Rise: the Sand Engine. Journal of Coastal Research, 29(5), 1001-1008.
[6] Taal, M. D., Loffler, M., & Vertegaal, C. (2016). Development of the Sand Motor: Concise Report Describing the First Four Years of the Monitoring and Evaluation Programme. Delft: Deltares.
[7] Van de Zwaag, J. (2014). Development of Sediment Sorting near the Large Scale Nourishment “The Sand Motor”. Delft: Civil Engineering and Geosciences, Delft University of Technology.
[8] Witteveen en Bos et al. (2016). Monitoring Pilot Zandmotor, onderdeel duinen. Evaluatierapport 2011-2015. Retrieved from http://www.dezandmotor.nl/uploads/2017/06/rapport-duinen-witteveenbos-2011-2015-06-09-16.pdf
注：除标注外，其余图片均来源于网络
编辑 / 王颖 协助 / 冉玲于
▽ 点击关键词浏览订购《景观设计学》过往期刊
*灰色为售罄期刊
▽ 推荐关注
▽ 景观之路德国奥地利游学
▽ 土人学社名校联盟实战营
▽ LA先锋奖
▽ 景观中国网
▽ CLA
▽ 望山生活
《景观设计学》（Landscape Architecture Frontiers，简称LAF）由北京大学建筑与景观设计学院、高等教育出版社联合主办，中国城市科学研究会景观学与美丽中国建设专业委员会支持，俞孔坚教授担任主编。LAF为双月刊，刊号为CN10-1467/TU，ISSN号2096-336X，邮发代号80-985。全彩页印刷，每期主题集中阐述，中英双语呈现。
2014年，LAF成为中国国家广电总局首批认定学术期刊；2015年，成为CSCD核心库期刊来源刊；同年，荣获美国景观设计师协会年度交流类荣誉奖。2016年，入选中国（武汉）期刊交易博览会中国“最美期刊”与中国高校优秀科技期刊。