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荷兰新型海防工程的探索

主持人: 刘翔,硕士,德国ISA 意厦国际设计集团。xliu@isa-design.cn

张亚津,博士,德国ISA 意厦国际设计集团。zhangyj@isa-design.cn


在过去的30 年里,荷兰海防工程的建设思路发生了显著变化——以筑堤筑坝锐化海陆之间抵抗关系的传统海防策略,正向强调生态与社会属性价值的新型海防范式转变。在满足海防抵御的基础上,海岸线景观修复与生态平衡、城市滨海游憩空间拓展等多重诉求得以实现。海防线不再是面对海洋的强势主体,而是与海洋、生态系统共同建立起一个有机整体,构建统一的空间规划,而其实现有赖于水利工程专家与城市设计师、景观设计师之间的共同合作。——栏目主持人


1 与水为题的永恒宿命

蜿蜒流淌的莱茵河(Rhine) 在经过五个欧洲国家后与荷兰的马斯河(Mass)和斯海尔德河(Scheldt)汇合流入北海(North Sea),三条河流的系统冲击与沉淀作用形成的多组三角洲最终构成了荷兰的大部分领土,也深远地影响着荷兰的城市发展与区域结构(图1)[1]。从11 世纪开始,莱茵河—斯海尔德河河口和须得海(Zuider Zee)河口周边地区的城市化进程便逐步开启,虽然这些地区多为沼泽环境且极易遭受洪水灾害的威胁,但人们发现那些临近河口的地区拥有更适于种植的肥沃土壤和富饶的渔场,对港口、贸易和商业的发展都更加有利。排水和清淤技术的发展为城市化进程创造了更有利的条件,14 世纪,以荷兰的多德雷赫特(Dordrecht)和比利时的安特卫普(Antwerp)为中心,城市组团发展形成。16 世纪后期的荷兰与西班牙战争中,西班牙军队占领安特卫普,导致安特卫普经济衰退,为独立的荷兰北部各省城市的快速成长创造了条件。最终,荷兰于17 世纪成为世界上城市化程度最高的地区,超过60% 的人口生活在那些超过1 万居民的城市中[2-3]


图1 荷兰长达千年的自然演变及其与水利系统、城市化的交织发展

资料来源:参考文献[1]


依水而兴的河口地区尽管经济蓬勃发展,却始终绕不开潜在的洪水风险。19 世纪河口地区一连串的洪水灾害使得荷兰的防洪政策被逐步提高至国家安全的高度,负责国家水资源行政的管理机构——公共工程与水管理局(Rijkswaterstaat)正式成立。为保证荷兰在欧洲的整体经济地位,荷兰将原来相对松散、独立的城市逐渐发展为整体性较高的城市系统;对独立农业经济的战略诉求则提高了荷兰对农业用地拓展的直接需要。防洪堤坝工程为以上两项战略的落地提供了契机。19 世纪中叶开始的工业文明发展,为过去提出的利用超级大坝与堤防来关闭河口的提议提供了实现的可能,首先推动的须得海工程(Zuiderzee Works),通过32 km 的大坝创造了2 500 km2 的可开发土地面积[2],虽然此举一直受到环境保护组织机构和渔民的抗议,但1953 年发生的一场导致1 800 多人死亡的洪灾,让所有反对声音骤然失去说服力,而对建造更大规模堤坝工程的支持度显著提升。1958 年,国会正式通过了三角洲工程(Delta Works)提议,旨在通过兴建10 座水坝来彻底解决荷兰西部特别是兰斯塔德(Randstad)地区的水患威胁,虽然此项工程耗费巨大,并且最终实际开支远远超出最初预算,但是大多数荷兰人仍然认为其建设成本将小于洪水带来的灾难性损失[4]

除了海防能力的显著提升,须得海工程和三角洲工程对城市系统的影响也极其深远。就其对城市连接的重要性来说,堤坝的建设使得新的铁路系统和公路系统取代了原有的水运体系;兰斯塔德地区成为整个荷兰经济发展的动力,并在20 世纪末逐渐成长为一个多中心巨型区域[5]。现代农业的蓬勃发展与全国层面的堤坝管理体系的逐渐完善,使得荷兰城市间的相互联系显著增强,而堤坝管理体系的物质空间结构也成为荷兰的国家认同象征之一[6]


2 新问题与挑战

然而这种“旨在保证荷兰永久性安全”的里程碑式防洪工程并没有像荷兰人最初设想的那样,可以一劳永逸地解决所有海防问题。虽然在工程建设后的半个世纪里,荷兰再也没有遭受过重大洪水灾害损失,但以全球变暖为首的、当时未能预见的全新气候挑战,还是引发了1993 年和1995 年两次严重的洪水事件。人们开始对传统的、以不断构筑堤坝来提升防御能力的防洪范式进行反思,发现那些拦截洪水的水坝将原有的海湾生态转变为一个不流动的淡水湖泊,从而带来了灾难性的生态影响。而1970 年后,荷兰农业自治政策逐渐瓦解,新城建设的浪潮回落打乱了原有水利工程与空间规划的联姻。此外,“减少公共投资、增强私有部门作用”的呼声在新自由主义思潮的推动下愈发高涨,并直接影响到了水利工程公共开支的财政审议速度与执行阻力[7]

三方面背景力量的变化,让荷兰人原本引以为傲的水利工程建设范式走入了一个矛盾的困境:一方面海平面上升等气候变化对水利工程的防洪能力提出了更高的现实要求,而另一方面原有水利工程的负面影响和发展阻力被放大。荷兰人不得不开始探索一种创新的防洪工程建设范式,“与水共生”(building with nature)便是过去30 年探索过程中的核心主题[8]


3 “与水共生”的策略转变

3.1 滨海岸线的生态修复

北荷兰省的洪德博什(Hondsbossche)海岸地区在2014 年启动了一项名为“新洪德博什沙丘”(The New Hondsbossche Dunes)的海堤改造项目。设计机构West 8 延续了北荷兰海岸线宁静自然的特点,遵循充分利用自然的原则,把南北两侧的两座沙丘连接起来,创建出一个宽1.5~5 km,长8 km,总面积3 400 hm2 的荷兰最长不间断沙丘景观[9]。具体实施过程中,原来固定的硬质堤坝被全部推倒,而后被转化为纯生态防护沙地。最终的实践效果也达到了原先的预期水准——在对海水升高威胁管控得到增强的同时,滨海岸线自然环境的整体质量也得到了提升,沙丘地带出现了更多游憩活动。这种创新性的解决方案将技术方法与浪漫叙事结合在了一起,被誉为开启了景观叙事的新篇章[10-11]

相比于常规的硬质堤坝,生态沙丘堤坝的优点在于:

(1)人造沙丘所形成的天然海防屏障完全可以满足城市防洪的需要,且后期维护相比于传统硬质堤坝更加方便;

(2)以沙丘为基础,在风吹积淀的作用下,低矮植被开始生长,最终可能会形成一处植被覆盖的新沙丘景观;

(3)除了海防功能,不同时期形成的新旧沙丘之间的谷地也可以被用来汲取淡水,城市水资源贮备得以扩展;

(4)荷兰法律规定严禁在沙丘地带建造永久性建筑以避免人为破坏,因此人造沙丘在获得自然生长的景观和生态自然恢复收益的同时,可为沿海地区的休闲与旅游业发展创造机会。

为此, 荷兰环境公共建设部从1990 年代开始,每年向海岸带地区填沙600 万m³,2001 年后填沙量增至1 200 万m³,以更加柔性的举措来增强海岸的防护功能。2008 年荷兰三角洲委员会完成的年度报告提议,未来的100 年,荷兰将利用沙丘育滩的方式,沿着海岸扩展一条1 000~1 200 m 的生态陆地,所形成的100 km2 面积将现存的沙丘区域紧密结合,完善沙丘的海洋防御和生态修复功能[12]

生态岸线的创新探索还未停止。填沙对于滨海区域的生态干预是巨大的,如何针对不同岸线类型制定出低成本、高效率、减少人为干扰的海岸线,成为荷兰目前海岸线韧性改造的最新探索方向。

荷兰角港(Hook of Holland)附近海岸实施了一个人工育滩结合自然进程的新育沙项目——沙引擎(Sand Motor)。该概念于2005 年首次被荷兰公共工程与水管理局提出,整个项目在2011 年正式开始实施,工程建造了一个长约2 km、宽约1 km、总面积128 hm2 的钩状沙子半岛[13]。半岛用沙总量2 150 万m³,共花费7 000 万欧元[14]。与每5 年进行一次传统补沙的育滩模式相比,沙引擎借用海洋动力,在建成后的20 年时间里,逐步将这些沙丘打散、重新分布,让海滩向海中拓宽,最终达到无须进行人工持续补沙、减少自然环境破坏和抵御海洋洪水的目的(图2)。整个工程在无人机航拍、海洋动力检测仪等新科技的辅助下对工程进行长期定量监测,以保证创新设计兼具实施性。工程竣工一年后,沙引擎的形态就开始发生变化,岸线最大宽度从原先的0.95 km 减少到0.84 km,长度从2.4 km 增加到3.6 km[16]。4 年后,沙引擎工程对岸线的实际补沙影响范围扩增至方圆5 km,沙滩上长出了马勒姆草和海盐草等低矮植物,对沙丘起到了进一步的加固作用。128 hm2 浅滩所形成的自然亲水空间成为市民、游客、冲浪风筝爱好者的集聚地,40 种鸟类和海豹等海洋哺乳动物也被观测到在此活动(图3)。


图2 沙引擎工程岸线动态变化模拟

资料来源:参考文献[15]

图3 独特的沙滩岸线景观成为市民游憩活动的重要场所

资料来源:参考文献[17]


3.2 硬质堤坝的软性处理

气候变化也让荷兰政府和国家机构开始意识到原有堤坝系统溃堤的可能,提升堤坝的防洪能力被提上议程。但与以往不同的是,对于堤坝的加固不再使用单一的扩建或增高的方式,而是选择结合更多的生态修复和自然培育来创造一种全新的堤坝类型。

例如:正在进行的位于马肯湖(Markermeer)与艾瑟尔湖之间的豪垂布大坝(Houtribdijk)加固工程中,25 km 长的大坝将被分成三个部分进行改造,最东侧以石坝拓建的方式进行防洪加固,而西侧选择在原有的堤坝两侧建设135~150 m 宽的沙滩岸线(图4)。这种创新设置是基于长达4年的先行试点项目所得到的实证科学结论[19]。相比于沿海堤坝,人工湖堤坝的改进要点不在于降低潮汐流的影响,而在于抵御水平面以下1 m 的水体流动的持续冲击。为此,沙滩岸线作为堤坝的前置防御界面,在碎浪的作用下,有针对性地强调了岸线水下沙环境的巩固,由此抵御海浪对堤坝的持续冲击。同时,由于马肯湖生态系统在过去30 年因大坝长期阻隔而遭到严重破坏,岸线尽端将创建一组270 hm2 的沙洲群岛[18],旨在通过离岸的设置和对生态的主动保护培育,为该地区的水生植物、鱼类和鸟类提供优质栖息地,从而恢复马肯湖的生物多样性。


图4 豪垂布大坝三段式交互界面处理

资料来源:参考文献[18]


这种人与自然共建生态沙洲群岛的处理范式在附近的马肯湖—瓦登海(Marker Wadden)项目中也得到运用。该项目在满足生态修复目标的基础上,为沙洲群岛拓展了更多的休憩娱乐功能,使之成为一个富有吸引力的旅行目的地。马肯湖—瓦登海项目还借助沙引擎项目中利用自然的智慧,将原本设置为管控对象的风、波浪、水流等自然力量,结合疏浚技术的调配设置,最终形成拥有丰富岸线的沙洲岛群[20]。工程从2017 年开始实施,计划于2020年完成,荷兰政府、水管理机构和该项目的设计者希望能够通过这一系列建设,让豪垂布大坝和马肯湖地区拥有可以抵抗万年一遇洪水的能力,同时改善因防洪大坝阻隔所造成的内湖生态负面效应,由此形成一个可将成功经验推广到全国的示范,重新树立起荷兰水利工程塑造三角洲地景的辉煌。

在另一项海防岸线工程创新中,West 8 联合荷兰Svasek 设计公司为荷兰海岸提出了一个更为宏大的海岸改造计划——快乐岛联盟,它是一种结合自然防御和社会属性的、多功能合一的海岸改造范式。该计划设想在比利时和荷兰外海建设一系列岛链,为大都会滨海地区提供一个安全的自然防御屏障[21]。沙丘岛屿面积最大为2 000 km2,与海岸线平行依次排开。该计划认为,海洋防洪功能不再仅限于陆地外侧,而应提前至海洋之中,因此,该计划用前置离岛的空间处理方式,创建一条能够分解离岸流动力的海湾内渠通道,从而降低西北风暴的威胁。另外,在最大的岛屿荷兰苏格岛(Hollandsoog)上,将适度开发休闲游憩和自然体验功能,塑造一个具有广泛代表性的生态社区,最终在此形成一个适合各类型游客参与自然体验和节日活动的欢乐岛。


4 荷兰海防工程的探索路径

荷兰海防岸线在百年间经历了多次演变,可大致将其归纳为以下几种结构类型(表1)。


表1 荷兰海防岸线结构类型演变

注:表中示意图中的箭头代表动力发展方向。

资料来源:作者绘制


总体而言,荷兰海防工程的创新实践和探索体现出三级海防岸线效用,逐步从简单的初级职能向复合性三级职能联合关系递进。

(1)城市安全:岸线防护功能的修复与提升是所有海防工程的基础性诉求,这与传统以硬质堤坝为建设方式的工程目标并无二致,然而从北荷兰省洪德博什海岸改造项目开始,新型防洪岸线效用范围开始逐渐拓展。

(2)生态修复:堤坝岸线景观化、生态系统更加生动个性、生物多样性恢复,成为防洪策略的另一项重要目标,它们与水体净化共同赋予了海防工程生态属性。

(3)娱乐休闲:在实现以上两个基本职能的基础上,岸线的其他社会性功能得以衍生——滨水游憩空间品质的提高让岸线变得近人可亲,这种改变在城区岸线地带尤为明显。

生态岸线的自我修复能力降低了后期工程的人工维护成本,如在沙引擎项目中,实现了从传统的每5 年海滩补沙,减少到20 年内无须进行人工补沙的目标。创新方案的成功实施与实践效果在媒体、学术界与设计机构的多方宣传下,让荷兰防洪策略方案和技术成为一项产业得到了全球性推广。

“能软就软,需硬就硬”是荷兰的防洪指导新原则,其提倡更多的自然海岸保护和尽可能少的硬质工程建设。虽然利用海沙建造新沙丘的成本与加固加高堤坝的成本不相上下,但前者创造的社会价值和生态价值是旧有堤坝建设模式无法相比的(表2)。


表2 荷兰海防岸线新旧模式对比

资料来源:作者绘制


因此,荷兰新型海防工程的探索经验可总结如下。

(1)创建区域/ 国家层面的复合型海洋安全体系。水利政策的战略目的不限于“安全的国家”,而是在安全抵御的基础上,鼓励更复合型的“可持续性生态系统+健康的社会系统”的共时提升。

(2)选择“与海共生”的新型海防策略。采用一个自然的、动态的解决方式来塑造新的海陆关系,而不是固化的、僵硬的介入模式。

(3)注重生态价值对城市活力的提升。强化陆侧基底的健康活力;强化海洋生态环境的可持续性;拥抱自然,在海陆之间构建生态体系的新的可能。


5 结语

“与海共生”的海防体系不仅是一种设计理念或规划愿景,更重要的是它代表着人类与海洋之间关系的新动力、新视野和新价值观。海防线不再扮演面对海洋的强势主体,而是与海洋、生态系统共同建立起一个有机整体,构建统一的空间规划。为此,对海洋的利用必须摈弃固化的介入模式,寻找自然、动态、交互的策略。未来,与海共生的理念如果能逐步渗透到滨海城市的设计、产业、生活等各个层面,人类与海洋的关系将不会再以一种抵抗、占有、分离的形象出现,活力、亲近、共融,将是新的人海关系代名词。


注释

① 须得海为艾瑟尔湖(IJsselmeer)的旧称。


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(本文编辑:顾春雪)


参考文献:

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