由于侵蚀和强烈的风暴潮，海岸房屋被海水冲走的情况越来越普遍，气候变化导致海平面上升和风暴增强。仅在2022年，海岸风暴在美国造成了1650亿美元的损失。
麻省理工学院的一项新研究表明，在海堤前面增强和保护盐沼可以以具有成本效益的方式显著加强海岸防御。
研究结果发表在期刊Communications Earth and Environment上，文章中包含了麻省理工学院研究生Ernie I. H. Lee和土木与环境工程教授Heidi Nepf的研究。Nepf强调，恢复海岸湿地“不仅仅是一个可选的工作，实际上是经济上可行的。”研究发现，盐沼能减弱波浪冲击，从而可以建造更低的海堤，降低建筑成本，同时在风暴期间仍能提供实质性保护。
Nepf指出：“这项研究的一个令人兴奋的方面是，取得良好效果并不需要大面积的湿地。即使是一片相对较小的湿地，仅仅几十米宽，也能提供好处。”这使她感到振奋，因为她认为这些发现可以促进那些看似维护成本过高的小湿地的保护。“我们的结果显示，维护即使是一小片湿地也是财务上合理的，”她补充说。
尽管之前的研究强调了广阔湿地在减轻风暴损害方面的优势，Lee指出，这些研究往往集中在几百米的大面积湿地上。“我们旨在展示这些益处可以扩展到城市地区，其中湿地受限，特别是现有基础设施如海堤通常已经建成，”他解释道。
该研究采用计算机模拟分析了不同海岸轮廓上的波浪行为，重点关注不同盐沼植物的特征——例如它们的高度、刚度和密度——而不是仅仅依赖传统的经验性阻力系数。“我们的模型反映了植物与波浪之间的相互作用，使我们能够研究不同植物物种及其特性随着季节变化的情况，而无需为每种情况收集现场数据，”Nepf详细解释道。
研究人员基于一个简单的指标进行了成本效益分析：如果与特定长度的湿地相结合以保护海岸，海堤高度的潜在减少。其他评估方法，例如潜在洪水对房地产的经济影响，可能因如何评估这些资产而差异很大。“我们选择了一个更具体的价值计算，专注于提供相同保护效益所需的相当于海堤的高度，”Lee表示。
他们实验了各种植物模型，考虑了不同季节中高度和刚度的差异。结果显示，不同物种在减弱波浪方面的效果存在两倍的差异，尽管所有物种均呈现一些有益效果。
为了用实际案例验证他们的模拟，Nepf和Lee研究了马萨诸塞州塞勒姆的地方盐沼，目前那里正在进行恢复项目。根据Nepf的说法，这个具体例子为未来的项目提供了模板。在对塞勒姆的分析中，他们发现，一片繁茂的盐沼可以将所需的海堤高度降低1.7米（大约5.5英尺），确保行人在波浪溢出的情况下的安全。
尽管如此，获取用于湿地建模的实际数据，包括盐沼植物的地图、植物高度测量以及植物茎的密度，通常“非常劳动密集，”Nepf指出。Lee正在开发一种利用无人机图像和机器学习简化这一映射过程的方法。“这一创新将帮助研究人员或规划者评估湿地在减轻洪水能力方面的价值，”Nepf表示。
Nepf指出，白宫信息与监管事务办公室最近发布了关于在规划联邦举措时评估生态系统服务的指导。“然而，许多场景仍然缺乏量化价值的具体方法，我们的研究填补了这一空白，”她评论道。
此外，联邦紧急事务管理局已有一套成本效益分析（BCA）工具包。Lee补充道：“他们提供了量化各种环境服务的指导我们论文的独特之处在于对与盐沼相关的成本和保护价值进行量化。政策制定者可以利用这些信息更好地理解湿地的环境服务价值。”
环境工程师可以在特定场所应用的软件模型可在GitHub上免费获取。“这是一个一维模型，对于标准咨询公司用户友好，”Nepf解释道。
“这篇论文提供了一个实用工具，将湿地的波浪减弱能力转化为经济术语，这可能有助于决策者利用湿地进行自然海岸防御，”没有参与这项研究的中国深圳大学教授Xioaxia Zhang表示。“研究结果表明，盐沼不仅在生态上有益，而且在经济上也有优势。”
Lee感谢Schoettler奖学金基金对他研究的支持，该基金由麻省理工学院土木与环境工程系管理。
