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愛上紅樹林有這麼嚴重嗎？
—綠堤抗海嘯的生態技術
104-1 張文亮 教授
國立臺灣大學 生物環境系統工程學系
【本著作除另有註明外，採取創用CC「姓名標示－非商業性－相同方式分享」台灣3.0版授權釋出】
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親愛的，
如果你到了海濱，
請代我向紅樹林問個安。
若非這批植物長期站在海洋與陸地的交會之處，
多少的陸地將被海水吞噬，
多少的強風將直灌百姓的居所，
多少海風的鹽漬將荒廢臨海的農地，
多少海嘯的狂浪將不會被減弱，
尤其在氣候變遷的影響下，
上升的海平面，
將吞噬沿海的窪地，
他們將是捍衛沿海窪地的第一防線。
潮間帶無數的彈塗魚、招潮蟹、牡蠣、螺類、水鳥等受益，
海洋的魚類也多得有機營養份，
更使人在海濱行走，
更是享受。
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綠堤抗海嘯的生態技術
為什麼海水始終沒有越過海岸線？即使有時高潮，海水淹上來些，有時暴風掀起的巨浪，會多侵入內地一些，有時地震激起的海嘯，會襲捲大遍的沿海低窪地，但是不久，海水又退回原位。
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海水難以越過海岸的機制
地球表面積：71％海洋，29％陸地。
海洋的平均深度：3790公尺，
大部分海水的深度皆超過3000公尺，陸地的平均高度約670公尺。
地殼的變動，洋流的運行，海嘯的巨浪，颶風引起的大浪等，祇要將一部份的海水帶到陸地，就可以淹沒大地，但是長期以來，海岸線穩定的成為海水與陸地的界線，很少越過。
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海水難以越過海岸的機制
「大陸棚」（continental shelf）：
水深約200公尺
坡度約一千分之一，緩緩延伸到海岸，過了大陸棚底岸才陡降，一直到深海。
陸地與海洋間的緩衝區。
「束水效應」（clamped effect）：
當海水由深海擁進時，通水斷面積漸縮，產生而起海浪
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海水難以越過海岸的機制
大陸棚三種消浪機制：
(1)海岸線的凹凸變化，與小型島嶼產生水平方向的「擾散效應」（disturbance effect）減少海浪強度。
(2)大陸棚底部的礁石，尤其是水深50公尺之內的珊瑚礁（coral reefs），增加海流摩擦阻力，大大的消浪。
(3)海岸線附近生長的木本植物，如紅樹林。植物造型、植株彈性與其形成的特殊地形，也可以再消浪，使海浪不越過海岸線。所以海岸線是數千、數萬年來海洋－礁岩－植物力量平衡後形成穩定的地貌。
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海岸線平衡的破壞
近百年來，人類劇烈的破壞這個平衡，
建造港口改變海洋造型、爆破珊瑚礁、爭取近海養殖區，濫砍紅樹林、 在沿海低窪地形成人口密集的城鎮。
• 對於沿海城鎮的保護，直接的方法是建造海堤（sea dike），海浪愈高的地方，建造的海堤愈高，一道海堤安全不夠，就建造第二道海堤。
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海岸線平衡的破壞
荷蘭是最會建造海堤的國家，建造第八道的海堤，他們稱此為「輪中堤」（ring dike）。
堤防變得像植物的年輪，一道道的環統大地。有八道海堤保護的居民是否就安心無慮？許多居民就將房子蓋在海堤上，證明海堤不是防浪的保證。
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海堤的問題
為什麼海堤不能保證居民免受海浪侵襲的影響？
海堤愈高，地基愈不穩，大型的海浪越不了海堤的高度，但是將海堤基礎泥土沖走，海堤就垮下來。
海堤的高度經常不一，高海堤擋住海水，海水往低海堤處集中，這稱為「瓶頸效應」（bottleneck
effect）。
• 高海堤常是富有的城鎮所建，貧窮的地方則沒有錢蓋海堤，海堤導致社會不公義，富有者以鄰為壑。
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海堤的問題
破壞海岸線的地景之美，影響古濱海地景的文化價值
劣化濱海生態系統。
內陸洪水無法順利宣洩的阻攔，導致洪水增加。
海堤讓人失去大自然大型變動的機警性，使人愈住愈近海岸，結果是大型變動下的受害者
海堤給人的只是假性安全感，弱化人在變動大自然中的生命力。許多建商在海岸邊建造大樓，卻無法提供這些觀海大樓，或是海景第一排的海浪來襲風險，與淹水保險，末了，災害發生時又是政府用全民稅收支付賠償。
海堤只能抵擋住中小型颱風，對大型颱風效果很有限，甚至讓浪集中進入加重災害損失
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大浪的侵襲
例如：2005年8月28日，來自墨西哥灣的颶風卡崔娜（hurricane Katrina）襲擊美國東岸
颶風掀起的強浪衝破路易斯安那州位於位於密西西比河口的新‧奧爾良（New Orleans）的土堤，大量的海水自三處的破口湧入，造成城市80%的區域淹水7-8公尺，死亡人數超過1800人，經濟損失美金200億以上。
颶風過後，許多人認為美國工兵署海堤設計錯誤，以致不堪一擊；工程施工單位提出颶風太大，已超過工程所能負擔的風險。後來歸因於氣候變遷，才會產生這麼大的災害，暫平紛爭。
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大浪的侵襲
隱藏在天災之後的人禍：
過去百年新‧奧爾良南方大片的紅樹林被砍乏殆盡作為養殖場，紅樹林攔截風沙形成的沙洲（sand dume）也被鏟平蓋上房子，舖上道路。海口堤防的直線化，改變原先海岸的彎延，改變流場，容易造成河口泥沙的淤積，間接導致提升海平面。使城市在六、七十年後竟低於海平面七公尺，埋下日後使颶風的災害加劇。
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大浪的侵襲
颶風之前，紅樹林都砍了，以致事後不易評估紅樹林若存在，能否會擋住
颶風所引起的大浪。但在亞洲沿海，紅樹林存在能消除大浪的衝擊能量、
減低人命與經濟的損失是不爭的事實。
且太平洋有許多南海海島，祇因紅樹林的環繞，即使歷經多次的強風大浪，
島嶼依然未被大浪吞噬，島上許多居民也安全居住，生物也多樣。
原來紅樹林默默擔任海防第一道陣線，保衛週邊陸地生物的安定。人類面
對氣候變遷的不確定性這些危險，人類要將風險的紓解，集中在人工海堤
與消波塊，或是留下紅樹林？
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紅樹林抗浪的發現
傑克遜（John Reader Jackson, 1837-1920）：
歷史上第一個想到紅樹林可能有防護海岸的功能，是減低海嘯危險的天然屏障（natural barrier）
愛爾蘭人，牛津大學植物系畢業。
英國皇家植物園－邱園（Kew Garden）植物資料的管理者邱園
在1847年成立後不久，他就在「經濟植物」（Economic Botany）部門當植物資料的整理。
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紅樹林抗浪的發現
• 1890年，傑克遜在「十九世紀的商業用途植物」（Commercial Botany of the Nineteenth Century）寫道：
– 「愈瞭解植物，就能體會植物的功用，不祇在商業或社會上。如果能夠更多瞭解植物的功能，就能啟發人新的思維…植物的用途，不是局限再使用，民生使用、藥物用、商業用，而是藉由知識傳播，給人的啟發，喚醒人更深的興趣。並去思索如何讓更多人，真正能夠體會與分享植物資源的可貴。」
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紅樹林抗浪的發現
傑克遜主要的工作是整理探險家虎克（Joseph Dalton
Hooker）在1839-1843年所帶回來的植物標本
與環球植物採集船「使者號」（H. M. S. Herald）的船長克勒特（Henry Kellett, 1806-1875）於1845-1851年攜回的標本
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紅樹林抗浪的發現
此外他也與世界各地植物喜好者，或他所稱的「聰明觀察者」（intellecture observer）交換植物標本。
• 1900年他在「紅樹林與相關同類」（The Mangrove and its Allies）一文中寫道：
– 「紅樹林（mangrove）是世界上唯一能夠生長在海濱平坦泥灘地的植物，不止能夠自海岸邊，甚至能向海水延伸，生長到離海岸線0.8公里以上的距離，無形中成為海浪侵蝕地區的天然屏障。」
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多道聯結式的抗浪
• 傑克遜認為紅樹林的抗浪能力在根部的生長與結構，他寫道： – 「紅樹林的種子與一般的植物不同，離開母株之前就已經發芽，長出胚根，
– 「當發芽的種子一落在地面，就立刻向地下生長，而後場長出的氣生根部又向上生長，甚至伸出地面約3公尺高，人可以踏在這氣生根部上面，在海上走數百尺，腳也不會濕…
– 「紅樹林的根部非常堅硬，其根部表層的細胞緊密生長，細胞纖維層層包裹內部的細胞，但是內部的細胞層柔弱，這使得根部極具彈性。」 19
多道聯結式的抗浪
原住民以紅樹林的樹皮作退燒藥，以葉子作蚊蟲咬傷的糊藥，並將種子磨粉食用，許多潮間帶的螺、貝類以紅樹林為棲地。
• 雖然這篇報告現今讀來很粗淺，但是他提出一個重點，紅樹林長在濱海地區，必有其目的與意義。
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多道聯結式的抗浪
• 人類對紅樹林成為自然屏障的抗浪功能的研究愈多，瞭解才愈多，原來紅樹林抗浪的功效，不單是在自己，而是在形成一個抗浪系統。
泥灘地、潮間溝（tiding creek）、潮間池（tiding pond）、紅樹林沼澤（mangrove swamp）等共組成多道消滅海浪能量、分散海浪水量的地形，產生破碎海浪的波型（wave shape）、減少波幅（wave amplitude）、干擾波頻（wave frequency）的機制
這種功能是海堤無法產生的，海堤靠本身結構的強度與堤的高度來抗浪，這是人工技術的瓶頸。
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用生物彈性抗浪
紅樹林植株、根部、莖部、葉部都具彈性，彈性的反作用力，是自然界抗浪的智慧型設計
若第一波的海浪愈大，經過紅樹林後，其回彈的反作用力也愈大，以致第二波海浪的阻擋也愈大，產生利用前浪來對抗後浪，而不是讓後浪推前浪。
這種現象稱為「調適抗阻」（resistance adjustment），這是自然的巧妙。彈性植物對於第一波衝擊不用躲避，而是接受，以後成為下一波衝擊的最佳阻力。
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用生物彈性抗浪
紅樹林的葉子是世界是上單位土地，能夠生長最多的樹葉量，這些密集生長的樹葉，是海浪「能量的承受器」（energy
capturing device），用承受的能量來消除後面的能量，這種方式稱為「生態力」（eco-force）
紅樹林生長愈高，繁殖愈密，氣生根愈多，抗浪效果愈佳，反之海堤卻愈久愈易破損，抗浪性愈差。
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用生物彈性抗浪
紅樹林落葉分解後，營養份釋入海水中，幫助珊瑚蟲大量繁殖，珊瑚蟲死後形成珊瑚礁，又在前方抗浪，幫助後方的紅樹林在低浪區的繁殖分佈，
不同生物雖然在地理空間上並不相互聯結，卻相互效力，一起達到抗浪的果效。紅樹林或是珊瑚礁防浪力量不如海堤，但是相互聯結就比海堤好。
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紅樹林的管理
人類應該視紅樹林為穩定海岸線，抗浪減災的「天然財」（natural capital），衡量天然財，將無形的財富轉換成量化的資金稱為「生態經濟」。
人類能夠為紅樹林做什麼？
需要保育，讓其不受過渡砍伐；
需要管理以免生長過密，阻礙都市排水；
需要復育，讓遭受砍伐的紅樹林原棲地，可以生長回來；
需要維護，以免星天牛等昆蟲滋生，導致紅樹林的成群死亡；
也需要生態教育，讓眾人明白紅樹林的重要。
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近代具有彈性的新式海堤工程
1980年之後，人類開始由紅樹林學習作海堤
德雷伯教授（Charles Stark Draper, 1901-1987）
美國麻省理工學院教授
在泰晤士河口建的旋轉水門（lotation gate）式的海堤
這種海堤有數道缺口，缺口邊做大型轉輪，將讓海浪的衝力轉換成輪子的向後旋轉力，成為後浪的阻力。
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近代具有彈性的新式海堤工程
• 1997年，荷蘭北海的歐斯特施德（Oosterscheldekering）海堤：
– 這種海堤是可左右移動，其中間有個固定點，堤的雙邊有供移動的軌道，因著大浪讓其推動，產生消能的仿效，這稱為「移動堤」（mobile dam）或「生態堤」(ecological dam)。
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具有彈性的新式海堤工程
荷蘭也發展出有充氣式的橡皮式移動堤，又稱為「阻水調節堤」（Hydrobaffle），用充氣加壓的橡皮，能在三小時內吹進來攔阻2.4公尺以下的洪水，並以氣體的彈性，產生消能的功效。
（Hydrobaffle 參考網站）
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原生種植物的復種
紅樹林大都分佈北緯30度到南緯30度之間，世界上仍有許多地方沒有生長紅樹林，我們並非要在沒有紅樹林的地區，人工移種紅樹林
• 而是要考證該地區原生種的濱海植物，尤其根系發達，植物有具彈性，樹葉茂繁的物種，作為栽種的對象
– 例如在2002年紐西蘭請毛利人（Maoni）在沿海低窪地區讓阿們以傳統技術種植原生種的紅松（Dacrydium cupressinum）、羅漢松（Prumnopitys ferruginea），產生抗浪綠堤。
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原生種植物的復種
二十一世紀，人類面對全球暖化導致的海平面上升，颶風的加劇，暴雨強度的增加等，我們不能將這些現象全歸諸於天災，而該負起責任，並採用大自然的智慧設計，學習重視紅樹林
• 也許我們終其一生的探究也無法瞭解紅樹林防浪的所有細節，但是紅樹林要求不多，只要求我們給空間，讓他們得以生長。末了，牠們卻保護我。
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