水坝与海岸侵蚀有何关系？被拦截的泥沙如何导致沙滩消失，以及“把泥沙还给大海”的挑战

正在消失的日本沙滩——每年160公顷的现实

日本的海岸线长约3.5万公里，在世界上名列前茅，但其沙滩正在迅速消失。据日本国土交通省河川局资料《海岸侵蚀的现状与课题》（2006年）估计，根据全国岸线变化调查，日本每年约有160公顷的国土因海岸侵蚀而消失。相当于每年约34个东京巨蛋大小的沙滩被海浪吞没。

该资料还报告，在全国约1.9万公顷的沙滩中，约15年间已有约2,400公顷——即总面积的约13%——因侵蚀而消失。海岸侵蚀不是台风巨浪那样的一次性现象，而是沙的“收入”与“支出”失衡后持续推进的慢性国土萎缩。

侵蚀的主因是“泥沙补给不足”

提到海岸侵蚀的原因，人们首先想到的或许是波浪和风暴潮。但国家资料首先列出的，是从河流流向海岸的泥沙绝对量的减少。水坝和拦河堰的建设、河道采砂、山地的治山与防沙工程等，使河流入海的泥沙大幅减少。此外，港口和防波堤等构筑物切断了沿岸的沙流（沿岸漂沙），也加剧了局部侵蚀。

• 天龙川河口、远州滩（静冈县）——因上游水坝群导致泥沙补给减少，河口附近的岸线在数十年间大幅后退
• 新潟海岸（新潟县）——受信浓川分水渠建设和采砂等影响，部分岸段自明治时代以来后退超过300米
• 九十九里滨（千叶县）——因供沙源海崖的防侵蚀工程和渔港建设改变了沙的流向，南北两端的侵蚀不断加剧

失去沙滩，绝不仅是景观或海水浴的问题。沙滩是击碎并吸收外海波浪能量的天然防波堤，仅仅是一片宽阔的滩面，就能大幅削弱抵达后方道路和房屋的波浪力量。沙滩消瘦的海岸，每逢风暴潮和台风，护岸都要直接承受波浪冲击而更易损坏，人们不得不修建越来越高、越来越坚固的构筑物。也就是说，沙滩的消失必然以防灾成本上升的形式反噬社会。日本政府把沙滩保护定位为“韧性海岸防护”的组成要素，正是出于这一原因。

沙滩的沙从何而来——从高山到大海的漫长旅程

沙滩的沙究竟从何而来？答案是“高山”。山地岩石风化崩解产生的泥沙，随每场降雨从山涧流入河谷，再在洪水时被一举冲向下游。从河口入海的沙，又被波浪和沿岸流沿着海岸搬运，塑造出沙滩、沙洲和滩涂。这条从山地到海岸连成一体的泥沙通道被称为“输沙系统”。

河流搬运的泥沙在为沙滩“补货”

沙滩看似静止，实际上是沙不断进出的动态地形。波浪时刻把沙带向外海又推回岸边，每次风暴都会削去一部分滩面。沙滩之所以得以延续，是因为河流在每次洪水时都向大海输送新的泥沙，补足了流失的部分。据日本国土技术政策综合研究所的解说，沙滩的维持取决于“河流泥沙补给”与“波浪损耗”之间的收支。一旦断了收入，沙滩就会像坐吃山空一样日渐消瘦。

容易被忽视的是这段旅程所需时间之长。山上崩落的泥沙顺河而下、抵达海岸并成为沙滩一部分，需要数十年乃至数百年。我们今天脚下的沙滩，大多是远古洪水搬运来的“来自过去的积蓄”。因此，即使水坝切断了补给，沙滩也不会立刻消失；反过来，即使开始治理，效果也要很久才能显现。正是这种时间差，成为应对海岸侵蚀的最大难点。

沿岸漂沙——海中的传送带

抵达河口的沙并不会停留在原地。波浪斜向拍岸会产生沿海岸输送泥沙的水流，沙沿着岸线旅行数公里之远，这就是沿岸漂沙。远州滩的海岸，是天龙川供给的泥沙经沿岸漂沙向东西两侧搬运塑造而成；九十九里滨的沙，大多来自两端海崖（如屏风浦）被波浪削蚀的产物。也就是说，一片沙滩与远方的河流和海崖通过“沙之路”彼此相连。这条路只要有一处被切断，下游侧的所有沙滩都会受到波及。

水坝如何拦截泥沙——水库淤积的机制

水坝蓄水的同时，也在蓄积泥沙。河水流入水库后，流速骤然下降。由于水流的输沙能力高度依赖流速，从上游搬运而来的沙和砾石一进入水库便沉降下来，堆积在库底。这就是“水库淤积”。颗粒粗大的砾石沉积在水库上游端，细沙和淤泥则沉积在坝体附近，如同经过筛分一般分层堆积。

佐久间水坝——总库容的四成被泥沙填满

最能体现淤积规模的，是位于天龙川中游的佐久间水坝（1956年建成，电源开发公司运营）。截至2021年3月，淤积量已达约1.4亿立方米，超过总库容（约3.27亿立方米）的四成。天龙川原本是日本屈指可数的多沙河流，大量泥沙从上游的南阿尔卑斯山脉倾泻而下。这些泥沙大部分被以佐久间水坝为首的水坝群拦截，流向下游远州滩的泥沙锐减。据日本国土交通省中部地方整备局资料，天龙川河口附近的海岸已观测到显著的岸线后退。

佐久间水坝并非特例。日本约七成国土为山地，地质年轻易碎，河流湍急，泥沙产出量在世界上都属于极高水平。尤其在中部山岳地带和南阿尔卑斯周边流域，泥沙汇入剧烈，不少水坝的淤积速度超出规划。日本国土交通省每年调查并公布全国水坝的淤积状况，泥沙治理已不再是个别水坝的问题，而被视为横跨全国水坝群与海岸线的国土管理课题。

关键在于，淤积不仅危及海岸，对水坝自身同样是严重问题。水库被泥沙填满后，用于拦蓄洪水的防洪库容和用于发电、供水的兴利库容都会不断缩减。因此，“让泥沙流向下游”既是保护海岸，也是让水坝这一社会基础设施得以传给下一代的必要之举。

全世界都在发生的“泥沙饥饿”

水坝拦沙并非日本独有的问题。科罗拉多大学的詹姆斯·西维茨基（James Syvitski）等人2005年发表在《科学》（Science）杂志上的研究显示，农业开垦等人类活动使全球河流的输沙量每年增加了约23亿吨，但由于水库拦截泥沙，实际抵达海洋的泥沙每年反而减少了约14亿吨。全球水库累计拦蓄的泥沙估计已超过1,000亿吨。研究者将这种状态称为“泥沙饥饿”（sediment starvation），警告世界各地的三角洲和海岸正在挨饿。

人类一方面通过土壤侵蚀增加了河流中的泥沙，另一方面又通过水库蓄积，减少了抵达世界海岸的泥沙。

——意译自 Syvitski et al.（2005）《Science》第308卷摘要

尼罗河三角洲——阿斯旺高坝之后

最著名的案例是埃及的尼罗河。1970年建成的阿斯旺高坝把每年的洪水蓄入巨大的纳赛尔湖，实现了全年灌溉和发电。但尼罗河原本输往地中海的泥沙也几乎被完全拦截，历经数千年不断生长的尼罗河三角洲转而遭受侵蚀。三角洲前端的罗塞塔岬等地报告了每年数十米量级的海岸后退，加上地面沉降和海平面上升，作为埃及粮仓的三角洲低地的未来令人担忧。

科罗拉多河——到不了大海的大河

美国西部的科罗拉多河，因胡佛水坝、格伦峡谷水坝等巨型水坝群和大规模取水，流量和泥沙都大幅减少，河水到不了河口加利福尼亚湾（科尔特斯海）的年份已成常态。曾经滩涂与半咸水湿地交织的科罗拉多河三角洲大幅萎缩，候鸟和鱼类失去了栖息地。2014年起，美国和墨西哥依据条约有意释放生态用水，实施称为“脉冲流量”的试验，三角洲部分区域已确认植被和鸟类有所恢复。

长江——三峡大坝与萎缩的河口三角洲

亚洲也在上演同样的故事。在中国的长江，以2003年开始蓄水的三峡大坝为代表的流域水坝群，使抵达河口的泥沙大幅减少。有研究报告指出，长江的入海泥沙量与20世纪50—60年代相比减少了约七成，河口原本不断淤涨的滩涂和水下三角洲的部分区域，已从淤积转为侵蚀。长江口坐拥上海这座超大城市，广阔的滩涂又是候鸟迁徙的国际重要中转站，泥沙补给的减少正从防灾和生态两方面受到密切关注。

影响不止于沙滩——滩涂、河口与海洋生态系统

泥沙补给减少带来的后果，远不止海水浴场变窄。河流搬运的沙和泥，是从物理上支撑河口滩涂、沙洲和浅滩这些“海洋生物摇篮”的材料。补给一旦减少，滩涂只会被波浪和潮流不断削蚀，逐渐变薄变深。

滩涂消瘦，生物的生计随之崩塌

滩涂是河流搬运的细沙和淤泥在河口附近沉积形成的地形。菲律宾蛤仔、文蛤等双壳贝类、多毛类、螃蟹和蝼蛄虾在此高密度栖息，鹬类、鸻类等候鸟也把这里当作迁徙中转站觅食。滩涂生物还承担着过滤海水、净化水质的功能，滩涂消瘦直接意味着渔业资源减少和海洋净化能力下降。日本的滩涂在战后因填海造地大幅减少，而幸存下来的滩涂，如今又承受着泥沙补给减少这一不易察觉的压力。关于流域与海洋的关联（包括营养盐流动的变化），可参考文章氮和磷从哪里进入大海。

重要的不仅是泥沙的“数量”，还有“质量”（粒径构成）。细腻的泥和粉砂沉积在水流平缓的河口形成滩涂，较粗的沙被波浪搬运塑造沙滩，大颗粒砾石则构成河床的浅滩。而水库会按粒径分选并截留泥沙，使流向下游的泥沙组成本身发生改变。失去细沙的海岸，滩面砂质变粗，生物群落随之改变。要守护滩涂和沙滩的生态系统，不能只是把泥沙放下去，而必须管理“让哪种粒径的泥沙、以多大数量通过”。

沙滩本身就是一个生态系统

沙滩绝不只是“堆沙的地方”。红海龟只能在沙滩上产卵，日本太平洋沿岸是北太平洋种群的重要产卵地。滩面上有沙蟹和跳钩虾掘穴栖息，滨旋花、筛草等海滨植物则固定着沙丘。沙滩消瘦到波浪能直达沙丘时，龟卵巢穴会被海浪卷走，海滨植物带消失，整个沙滩生态系统随之萎缩。全球变暖导致的海平面上升会进一步加剧这一问题。关于未来预测，详见海平面上升会让日本九成沙滩消失吗。

把泥沙还给大海——日本不断推进的“泥沙还原”技术

那么，能否把水坝中淤积的泥沙送回大海？自20世纪90年代以来，日本把“在从山到海的输沙系统中统筹管理泥沙”的综合泥沙管理理念确立为国家方针，让泥沙得以穿过水坝的各种技术相继投入实用。这也是日本在世界上处于领先地位的领域之一。

排沙闸门——黑部川出平水坝与宇奈月水坝的“联合排沙”

富山县的黑部川地势陡峻，泥沙汇入量极大。关西电力的出平水坝是日本第一座配备排沙闸门的水坝，自1991年起实施排沙。下游的国土交通省宇奈月水坝建成后，2001年起两座水坝同时开闸放沙的“联合排沙”正式开始。其机制是配合涨水时机降低水位，借自然洪水之力把泥沙一路推送入海；每年的实施情况和包括富山湾在内的环境监测结果，均由国土交通省北陆地方整备局公布。不过，1991年的首次排沙曾把长年淤积腐败的淤泥一次性排出，殃及下游渔业并引发诉讼。以此为鉴，如今“趁淤积不多就勤排”的运用方式和环境调查已被严格执行。

泥沙旁通隧道——美和水坝的挑战

在长野县天龙川水系三峰川上的美和水坝，作为日本多功能水坝中首个永久性淤积对策，全长约4.3公里的泥沙旁通隧道于2005年建成。洪水时，含沙浊流在水库上游被分流堰截取，经隧道直接绕行至水坝下游。该设施自2005年起反复试运行，2019年转入正式运行。它不让水库被泥沙填埋，同时保住通往下游和大海的泥沙通道，堪称给水坝做的“搭桥手术”。

置沙与改造佐久间水坝的“天龙川水坝再编项目”

在日本各地水坝更为简便易行的方法是“置沙”（泥沙还原）：把淤积在水库上游侧的泥沙挖出，堆放到水坝下游的河滩上，待下次涨水时让其自然流下。而在天龙川，国土交通省正在推进“天龙川水坝再编项目”，对淤积最严重的佐久间水坝本体进行改造，使其成为能够永久输送泥沙的结构。这一日本最大规模的泥沙管理项目，目标是在保住水坝功能的同时恢复泥沙的连续性，进而遏制远州滩的海岸侵蚀。

这些技术的共同点，是“先放、再观测、再修正”的适应性管理姿态。泥沙下放的数量或时机一旦失当，下游河床可能骤然抬高、加大洪水风险，或浑浊持续过久、影响渔业。因此各项目都对水质、河床变化、鱼类和底栖动物以及海域影响进行持续监测，由专家和渔民共同参与的委员会审议结果，并反馈到下一年度的运行方案中。人类无法完全设计自然的泥沙流动——正因如此，唯有反复观测与修正，才能一步步逼近正确答案。

海岸一侧的对策——人工育滩与沙绕过系统

河流泥沙补给的恢复需要漫长时间。因此在海岸一侧，人工补沙的“人工育滩”被广泛采用：用卡车或泵把沙运到消瘦的滩面上补充。与护岸、消波块那种“用硬质构筑物硬扛波浪”的对策相比，人工育滩能在保住沙滩景观和生态系统的同时恢复防护功能。在静冈县远州滩沿岸，一项跨区域的泥沙管理正在推进，把天龙川河道疏浚的泥沙和渔港里淤积的沙用作育滩材料。

人工育滩绝非“把沙运来倒下就完事”。若补入的沙与原有滩面在粒径或颜色上不同，可能很快被波浪卷走，或影响滩涂生物和景观，因此让育滩材料的粒径与原滩匹配至关重要。此外，把过度堆积在漂沙下游侧的沙挖出、送回上游侧消瘦滩面的“沙循环”也在各地实施，让有限的沙在海岸内部循环利用。人工育滩见效快，但只要沙源不恢复就必须周而复始——它是对症疗法，唯有与河流泥沙还原这一根治手段配合推进才有意义。

福田渔港的沙绕过系统——用机械重新连接沙的流动

在静冈县磐田市的福田渔港，漂沙上游侧的沙不断堆积、掩埋航道，而下游侧的浅羽海岸却因缺沙而被侵蚀——这是构筑物切断漂沙的典型难题。当地引入的解决方案是喷射泵式沙绕过系统：用海中的喷射泵吸起堆积在港口上游侧的沙，再通过管道越过渔港送到下游侧海岸。这一用机械之力重新接通被切断“沙之路”的构想，作为同时化解航道淤塞与海岸侵蚀两大课题的系统持续运转。

不过，人工育滩始终绕不开一个根本问题：补进来的沙从哪里来？若从海底采沙，采沙地的环境又会被扰乱。在世界范围内，包括建筑用途在内的采沙已成为新的环境问题，详见文章海沙开采如何加剧海岸侵蚀。沙不是“到处都有、取之不尽”的资源，而是必须作为在流域与海岸之间循环的有限资源来管理。

拆除水坝的选择——荒濑水坝与埃尔瓦河展现的恢复力

拆除完成使命的水坝，找回河与海的联系——这样的抉择已在国内外出现。位于熊本县八代市球磨川上的荒濑水坝（县营发电水坝，1955年建成），是日本第一座被正式全面拆除的混凝土水坝。在设施老化和环境影响的背景下拆除方案得以确定，工程于2012年度启动，2018年3月完工。

回到球磨川和八代海的生物

拆坝后的球磨川，原本淤滞的河段重新有了流动，浅滩和沙洲再次显现。调查报告显示，蜉蝣、石蝇等底栖动物的种类数比拆除前增加数倍，适合香鱼产卵的河床也在扩大。变化同样延伸到了海里。在河口的八代海，大叶藻藻场恢复，日本囊对虾等虾类和蝼蛄虾增加等环境改善相继得到确认。泥沙与水流回归后，作出回应的不只是河流，还包括河口滩涂和海洋生态系统。另一方面，上游仍保留着濑户石水坝，也有观点指出恢复效果因此存在局限。

美国埃尔瓦河——世界最大规模的拆坝实验

在美国华盛顿州的埃尔瓦河，2011年至2014年间，埃尔瓦水坝和格莱恩斯峡谷水坝两座老朽水坝相继被拆除，是当时史上规模最大的拆坝工程。水库中淤积的超过2,000万立方米泥沙，大部分在数年间流向大海，河口形成了新的沙洲和滩涂。长年消瘦的河口三角洲以肉眼可见的速度生长，鲑鱼时隔约100年重新上溯至上游。埃尔瓦河向世界证明：“只要泥沙补给回归，河口与海岸的恢复速度会超出所有人的预期。”

把从流域到大海视为“同一条沙之路”

正如前文所见，沙滩的消失无法只靠盯着海岸来解决。原因出在数十公里之外上游的水坝，影响则从河口滩涂波及外海生态系统。正因如此，日本国家审议机构自20世纪90年代末起便建议推行“综合泥沙管理”：把山地、河流、海岸视为“输沙系统”这一整体单元，由相关机构协同管理泥沙的数量与质量。天龙川—远州滩和黑部川是其先行实践之地，而排沙、旁通、置沙、人工育滩、沙绕过等技术，正是重新接通断裂沙之路的工具箱。

气候变化将使这一课题愈发沉重。海平面上升会加速侵蚀，愈演愈烈的暴雨会增加山地泥沙产出、加快水库淤积。“让泥沙安全地、兼顾生态地一路通达大海”的流域设计，将成为同时满足防灾与环境保护的未来国土管理的核心主题。

我们能做的事

• 了解本地海岸的变化——与旧照片或航拍影像对比，就能切身感受岸线的后退。把发现的变化告知当地政府的海岸主管部门，也是切实的参与
• 参加净滩和海岸监测活动——常来海滩的人越多，侵蚀的变化就越早被发现
• 意识到与流域的联系——上游的植树造林和河流清扫，与海洋环境保护一脉相承
• 关注公共工程信息——水坝排沙计划和海岸保护基本规划常常公开征求意见，作为流域居民可以表达自己的看法