《Coastal Engineering》：Nature-based solutions for coastal protection based on intuitionistic fuzzy group decision making
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自然解决方案在海岸保护中的应用研究，提出融合模糊德尔菲法与模糊TOPSIS的多准则决策框架，通过专家评估筛选18项海岸防护措施，并以台湾台南金海岸为案例验证其实践价值。
董敬东|李宇辰|彼得·弗雷尔|佐兰·沃伊诺维奇|廖成辉
国立成功大学水利与海洋工程系，大学路1号，台南70101，台湾
摘要
基于自然的解决方案（NbS）利用自然过程来应对社会、经济和环境挑战，包括气候变化，本研究探讨了其在海岸保护中的应用。在实际实施NbS结构之前，与利益相关者共同创造以识别和评估选定地点的潜在NbS解决方案是至关重要的。然而，现有的选择海岸保护NbS措施的框架在处理多个指标之间的复杂相互作用以及专家评估中的固有不确定性方面仍然有限。为了解决这一差距，我们开发了一个专门用于海岸保护的NbS综合评估框架。首先通过文献回顾确定了18种不同的海岸保护措施。所提出的框架结合了模糊德尔菲方法（FDM）和基于熵的直觉模糊TOPSIS（IF-TOPSIS），以促进专家驱动的多标准决策分析（MCDA），这两种方法都使用模糊理论来处理专家判断中的不确定性和模糊性。在FDM分析中，从最初的63个评估指标中得到了18个共识指标。随后，IF-TOPSIS根据成员资格、非成员资格和犹豫程度对这些措施进行了排序。通过台湾台南金海岸的案例研究展示了该框架的实际应用性。
引言
基于自然的解决方案（NbS）是指通过可持续利用自然系统来应对由经济、社会和环境因素引起的社会挑战的战略行动（Cohen-Shacham等人，2016年；Santiago Fink，2016年；Dunlop等人，2024年）。NbS的概念最初由世界银行在2008年提交给国际自然保护联盟（IUCN）的报告中提出（MacKinnon等人，2008年）。其定义为：“保护、可持续管理和恢复自然或改良的生态系统，有效且适应性地应对社会挑战，同时提供人类福祉和生物多样性效益”。基于NbS的概念，研究范围已扩展到多个领域，包括洪水风险降低（Vojinovic等人，2021年；Esraz-Ul-Zannat等人，2024年；Ruangpan等人，2024年）、城市韧性（Bush和Doyon，2019年；Beceiro等人，2022年）、干旱和水资源管理（Oral等人，2020年）、空气质量改善（Marando等人，2016年）以及气候变化缓解和适应（Johnson等人，2022年）。本研究重点关注海岸保护领域，其中NbS显示出巨大潜力，但在选择适当替代方案时也面临挑战，本文对此进行了探讨。
诸如海平面上升、海滩侵蚀和风暴潮等海岸灾害日益被视为主要全球性挑战，这主要是由于气候变化以及人口和基础设施在沿海地区的集中（Fr?hle等人，2011年；Oumeraci等人，2015年；Dreier等人，2021年）。海岸灾害可能导致重大经济损失，尤其是在亚洲人口密集的沿海城市和居住区（Neumann等人，2015年）。在极端风暴期间，波浪溢出加剧了沿海洪水和基础设施破坏，对低海拔地区的城市构成严重风险（Peng和Zou，2011年）。在台湾，台风是主要的海岸灾害驱动因素，平均每年发生3到5次，产生极端波浪负荷和风暴潮，造成严重的结构损坏和洪水风险（Doong等人，2016年）。迫切需要推进灾害风险降低和适应策略，如海岸保护结构，以有效减少对沿海地区的实际影响（Busayo和Kalumba，2020年）。海岸保护结构在灾害缓解中具有两个主要功能：风暴防护（如波浪减弱）和侵蚀控制（如沉积物积累和稳定）（Jordan和Fr?hle，2022年）。许多研究在实验室和现场环境中实验性和理论性地研究了植被对波浪的减弱作用（Anderson和Smith，2014年；Rupprecht等人，2017年；Li等人，2024年）。不同的基于自然的解决方案（NbS）在灾害缓解方面的有效性各不相同。例如，珊瑚礁可以将入射波高度降低多达70%，盐沼降低72%，红树林降低31%，海草或海带床降低36%（Narayan等人，2016年）。然而，一些NbS措施具有高度的地点特异性，使其在其他地点的实施和评估变得困难（Narayan等人，2016年；Chausson等人，2020年；Alves等人，2024年）。
选择合适的NbS涉及多个挑战，这突显了系统和实用框架的必要性（Sowińska-?wierkosz和García，2021年；Wickenberg等人，2021年；Gonzalez-Ollauri等人，2023年）。最近的研究表明，NbS框架通常是根据当地需求和优先事项调整干预措施来解决特定问题的（Raymond等人，2017年；de Lima等人，2022年；Wójcik-Madej等人，2025年）。为了选择最合适的NbS措施，多标准决策分析（MCDA）等决策支持工具已被广泛用于NbS选项的评估。MCDA通过一系列决策方法（如分析层次过程（AHP）（Saaty，1980年；Karleu?a等人，2020年）、偏好排序组织评估方法（PROMETHEE）（Gravas等人，2022年；Sauvé等人，2022年）、分析网络过程（ANP）（Handayani等人，2021年）和基于与理想解决方案相似性的排序技术（TOPSIS）（Hwang等人，1981年；Madanchian和Taherdoost，2023年））来系统地评估环境干预措施，从而平衡生态、社会和经济优先事项。它可以同时处理成本效益、利益相关者接受度和生态系统服务提供等相互冲突的标准（Ferretti和Montibeller，2016年；Marttunen等人，2017年）。MCDA的一个关键组成部分是权重机制，它是一种正式的方法，用于优先考虑标准，并反映它们与决策者价值系统的相对重要性（Ayan等人，2023年；Vagiona，2025年）。因此，MCDA能够整合和比较定性和定量结果（Drake等人，2017年）。已有几项成功的研究应用MCDA方法来应对海岸挑战，包括海岸保护（Chang等人，2012年；Kaya等人，2024年）、海岸湿地生态旅游（Lin和Chuang，2012年）和海岸洪水灾害管理（Nguyen等人，2020年；Sun等人，2024年）。
虽然像TOPSIS这样的MCDA在基于既定评估指标对替代方案进行排序方面是有效的，但这些指标的识别和验证往往依赖于专家判断，而这可能无法充分解决专家意见中的固有不确定性和主观性（Pham等人，2017年；Nguyen，2022年）。传统的德尔菲方法是一种用于收集专家意见并就复杂问题达成共识的过程（Dalkey和Helmer，1963年）。由于传统的德尔菲方法无法充分以定量方式表示结果，研究人员通过考虑模糊集理论的概念开发了模糊德尔菲方法（FDM）（Murray等人，1985年）。模糊集理论允许专家通过语言变量表达他们的判断，类似于使用近似信息和处理不确定性的人类推理（Zadeh，1965年；Bellman和Zadeh，1970年）。即使基于少量的专家参与者，模糊德尔菲方法也能产生客观可靠的结果（Ma等人，2011年）。它不仅减少了收集专家意见所需的时间和成本，还确保了这些判断的准确和忠实表示（Ishikawa等人，1993年；Kuo和Chen，2008年）。基于这些属性，本研究的主要目标是开发一个基于专家信息的决策框架，用于选择适合海岸保护的NbS措施，为工程师或政府的后续工程规划提供实际指导。
在这项研究中，最初通过文献回顾收集了18种海岸保护措施，所有这些措施都是基于NbS的现有海岸工程结构。然后我们开发了一个决策框架，将模糊德尔菲方法（FDM）与基于熵的TOPSIS方法相结合，以支持NbS海岸保护措施的选择。所提出的方法首先使用FDM来邀请专家判断，以识别和细化相关评估指标。随后，应用熵方法根据性能数据的变异性分配客观权重，然后使用IF-TOPSIS对替代NbS措施进行排序。这项研究的一个独特特点是整合了具有NbS深厚知识和丰富现场经验的专家见解。使用专家判断提高了NbS选择的效率和适用性，确保解决方案适应特定的当地条件。同时，为了展示该框架的适用性，在台湾台南的金海岸地区进行了案例研究。该框架使海岸工程师能够在决策中量化海岸结构性能与生态系统共同效益之间的权衡，超越了传统的灰色基础设施设计。
本文的结构如下。第1节介绍了NbS的概念，并提供了与海岸保护相关的背景和目标。第2节概述了本研究选定的18种NbS措施和提出的NbS评估框架。第3节通过案例分析展示了该框架的应用。最后，第4节总结了主要发现并提出了结论性意见。我们还包括附录A，其中回顾了18种海岸保护NbS措施，以及附录B，其中展示了本研究中使用的问卷。
部分摘录
确定用于海岸保护的基于自然的解决方案
通过广泛的文献回顾，我们确定了18种与海岸保护相关的代表性NbS措施。图1展示了这18种NbS海岸保护措施在海岸上的部署情况。我们的回顾表明，大多数这些结构已经在世界各地的海岸现场建造，并已向政府、科学家和工程师证明了它们的有效性。对每种措施的详细回顾是
选定的海岸区域概述
台湾台南的金海岸海滩是一个重要的休闲区，为游客和居民提供娱乐。除了其休闲价值外，它还为当地居民提供了针对极端事件（特别是在夏季频繁发生的台风）的重要海岸保护。这片海滩长约6.4公里，从北部的安平港向南延伸至二仁河，如图5所示。自港口建成后，
结论
基于自然的解决方案（NbS）在全球范围内的日益采用，以替代传统的灰色基础设施进行海岸保护，这是由于人们对气候变化影响的认识不断提高、成本效益的证据不断积累以及支持性的政策框架。NbS项目的成功实施需要在不同的气候和社会经济背景下进行现场共创、共同实施和共同管理，同时需要工程师和其他所有利益相关者的积极参与（
CRediT作者贡献声明
董敬东：写作——审阅与编辑、可视化、验证、监督、项目管理、方法论、调查、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。李宇辰：写作——审阅与编辑、初稿撰写、可视化、验证、软件、资源管理、方法论、调查、正式分析、数据管理、概念化。彼得·弗雷尔：写作——审阅与编辑、验证、监督、资源管理、项目
利益冲突声明
作者声明以下可能的财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突：董敬东报告称获得了国家科学技术委员会的财务支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
