曹建廷

（水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院，100120，北京）

氣候變化及其對水資源的影響是國際地學(xué)界和水資源管理者關(guān)注的共同話題。在2007年IPCC（政府間氣候變化專門委員會）第一工作組和第二工作組的報告提供了氣候變化是否實際發(fā)生、氣候變化影響評估的總結(jié)。根據(jù)第二工作組為政策制定者的摘要報告，從各大洲和大部分的海洋觀測數(shù)據(jù)表明，許多自然系統(tǒng)正在受區(qū)域氣候變化、特別是溫度升高的影響。IPCC第四次評估報告對氣候變化和水資源給予特別關(guān)注[1]，在氣候變化與水資源方面總結(jié)道，觀測到的記錄和氣候預(yù)測提供了豐富的證據(jù)表明淡水資源是脆弱的，受到氣候變化潛在的強烈影響，對人類社會和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生廣泛的后果。他們還指出現(xiàn)有的水資源管理，不能足夠應(yīng)付氣候變化對水資源供給、洪水風(fēng)險、健康、農(nóng)業(yè)、能源和水生生態(tài)系統(tǒng)保障程度的影響。許多國家重視氣候變化對水資源管理的影響，并采取措施適應(yīng)氣候變化，如英國在新一輪的水資源規(guī)劃中，充分考慮未來的氣候變化，預(yù)測水資源變化[2]。最近美國水管理部門和科技部門聯(lián)合推出了氣候變化與水資源管理報告，以期促進積極應(yīng)對氣候變化對水部門的影響[3]。我國積極應(yīng)對氣候變化影響，跟蹤國際前沿，開展了包括氣候變化對水資源影響方面的許多研究，在認識氣候變化對水資源影響和適應(yīng)氣候變化方面取得許多重要成果[4-7]。對水資源管理者而言，關(guān)心的重要方面是氣候變化加劇了當前的水資源短缺和增加了洪水風(fēng)險等問題，使其面臨更大的挑戰(zhàn)。結(jié)合國內(nèi)外的新進展，本文扼要總結(jié)了氣候變化對水管理部門的主要影響和適應(yīng)氣候變化的水資源管理對策。

一、氣候變化與水資源管理

1.水資源管理者關(guān)注的氣候變化信息

氣候變化對經(jīng)濟社會影響的許多方面是通過改變水循環(huán)而產(chǎn)生的，氣候變化對水資源管理者發(fā)揮積極作用的許多部門存在潛在的影響。對水資源管理者而言，最關(guān)心的氣候變化主要是溫度和降水情勢的變化及其相應(yīng)的影響。

溫度增加將改變降水的組成，使降水中降雨的組成增加、降雪的組成減少。降水組成的這種改變將影響徑流的來源和時間分布，導(dǎo)致春季融雪徑流的減少，更多的冬季降水形成的徑流。對永久積雪和冰川補給的河流，溫度升高在短期內(nèi)導(dǎo)致徑流增加，但在長期內(nèi)導(dǎo)致徑流減少，這種變化已經(jīng)在一些地區(qū)有過報道[8]。溫度增加可能增加植被和陸地表面潛在的蒸發(fā)和散發(fā)，因此減少流入河道湖泊和水庫的水量。海水溫度改變和海洋循環(huán)的變化，可能增加未來沿海地區(qū)暴雨的強度和頻率，但存在著很大的不確定性。

降水的變化在各個地區(qū)不同，一些地區(qū)將增加降水，一些地區(qū)將減少降水。降水的季節(jié)分布和極端降水可能變化。在未來的氣候變化條件下，這種可能的變化將導(dǎo)致干旱和洪水，相對于過去的經(jīng)驗定義，更加頻繁和更加嚴重。

2.氣候信息如何被應(yīng)用在水管理中

水資源決策制定和水資源管理的全過程都需要氣候信息。氣候信息被利用的有效性受到氣候?qū)W家、水文學(xué)家、決策制定者、管理者相互之間協(xié)作程度的影響，在不同的層次和尺度上，氣候信息的需求和信息資源不匹配現(xiàn)象仍將繼續(xù)存在。對未來氣候狀態(tài)的假設(shè)，表現(xiàn)在對局地和區(qū)域的水資源系統(tǒng)（供水、防洪、排水等設(shè)施）的規(guī)劃、設(shè)計、運行和改造中。這些水資源系統(tǒng)，傳統(tǒng)上依據(jù)對不同的時間和空間尺度上氣候波動和徑流的觀測資料確定的氣候波動外包線進行設(shè)計和運營。由于重點放在近期的徑流和天氣的歷史觀測資料，存在一個固有的假設(shè)，就是這些因素波動的外包線在未來不發(fā)生變化，也就是說，在水資源系統(tǒng)的設(shè)計運行中，氣候是穩(wěn)態(tài)的，即未來氣候與過去氣候具有相似的波動模式、極端事件具有相同的概率?？傮w來看，目前大多數(shù)水資源管理者通常假定氣候是平穩(wěn)過程，利用穩(wěn)態(tài)的假定評估未來水文事件的可能性，對這個假設(shè)需要檢驗和認真的評估。

水資源系統(tǒng)一旦被建成，它的運行將受到過去的、目前的和不久將來的氣候信息的影響。當更新水資源供給模型、更新水資源系統(tǒng)運行條件以反映近期的氣候變化趨勢時，過去氣候信息將發(fā)揮作用。例如重新開發(fā)的水資源供給預(yù)測模型，將要建立在延長的和最近的徑流和氣候觀測資料的基礎(chǔ)上。同樣地，重新制定防洪規(guī)則，將依據(jù)延長的洪水水文資料記錄?？衫卯斍暗暮筒痪脤淼臍夂蛐畔ⅲ瑳Q定水資源系統(tǒng)年度運行目標。例如水資源配置到不同的用戶，主要依據(jù)現(xiàn)在的水量和預(yù)測來水狀況，而來水狀況主要依據(jù)近期氣候預(yù)測信息。

由于氣候信息對水資源系統(tǒng)設(shè)計和運行的重要性，很明顯，氣候變化將轉(zhuǎn)移到關(guān)于資源的供給、系統(tǒng)的需求或者運行的要求、運行的約束條件等設(shè)計和運行的假定條件，影響到水資源管理的各個部門。這種變化的重要程度，依賴于氣候變化對水工程生命周期內(nèi)運行結(jié)果的增量。如果這個增量足夠大，系統(tǒng)設(shè)計依賴的氣候水文波動的假定條件不再有效。除氣候變化外，土地覆被和土地利用方式、水資源的消耗、水資源的基礎(chǔ)設(shè)施，同樣影響水資源系統(tǒng)及其管理。

二、氣候變化對水管理部門的影響

氣候變化對水資源管理部門潛在的影響如下，對部門影響的討論主要基于IPCC第四次評估第二工作組報告和IPCC氣候和水技術(shù)報告。

1.對可利用水量的影響

氣候變化對可利用的水量產(chǎn)生影響，影響水資源的供給。滿足市政、工業(yè)、灌溉、航運、水電和環(huán)境等可以利用的水量是各地區(qū)最關(guān)心的內(nèi)容。潛在的氣候變化包括降水總量、強度、形態(tài)、歷時的變化，融雪時間的變化，蒸發(fā)和散發(fā)的變化。這些將影響可利用水量的變化。在我國最明顯的例子是氣候變化因素導(dǎo)致華北地區(qū)來水量的減少，據(jù)全國水資源評價最新成果顯示，1980—2000年水文系列與1956—1979年水文系列相比，分布于北方的黃河、淮河、海河和遼河4個流域降水量平均減少6%，水資源總量減少25%，其中地表水資源量減少17%，特別是海河流域地表水資源量減少了41%。對現(xiàn)有的水庫蓄水量的科學(xué)利用，地表水和地下水的聯(lián)合利用和管理，是水管理者采取的優(yōu)化利用水資源的戰(zhàn)略。不管現(xiàn)有的水利基礎(chǔ)設(shè)施能夠或者不能夠適應(yīng)不同徑流量或者徑流的不同時間分配的變化，仍然需要積極發(fā)揮它們的作用。在經(jīng)歷來水條件減少的區(qū)域，不同用戶之間對水資源的競爭將增加，具有最低優(yōu)先級水權(quán)的用戶最可能遭遇水短缺問題。在這些地區(qū)水資源供給的減少將對經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負面影響。

2.對水資源需求的影響

隨著溫度升高導(dǎo)致的蒸發(fā)與散發(fā)的增加，農(nóng)業(yè)灌溉用水的需求可能增加。然而由于二氧化碳濃度的增加，作物對水的利用效率的提高，可能減少這種影響。在一些地區(qū)可能經(jīng)歷生長季節(jié)的延長，這可能增加對水資源的需求?；鹆Πl(fā)電對水的需求可能增加或減少，依賴于將來水資源利用效率的趨勢，以及新的電站的發(fā)展。在降水增多的地區(qū)，水資源的需求可能減少，取決于農(nóng)業(yè)和市政部門的適應(yīng)戰(zhàn)略。這些需求的可能變化，要求水管理者重新評估現(xiàn)有水需求管理戰(zhàn)略的有效性。

3.對水質(zhì)的影響

氣候變化導(dǎo)致的降水和溫度變化將對水質(zhì)產(chǎn)生影響。氣溫升高將導(dǎo)致水溫的增高，影響（動植物的）生活環(huán)境的適宜性，影響水化學(xué)過程。在湖泊和水庫中，水溫的改變將影響藻類的潛在暴發(fā)，進一步減少水中溶解氧的水平?？衫盟康臏p少，可能影響河流和湖泊懸浮物、營養(yǎng)物、化學(xué)污染物的濃度。降水強度和頻率的改變，影響非點源污染。在冰川冰和永久凍土融化的地區(qū)，原來固結(jié)的土壤可能更加易于侵蝕，改變沉積物的運移，同樣對水質(zhì)產(chǎn)生影響。

4.對防洪的影響

氣候變化加劇了防洪形勢。減少洪水風(fēng)險的工程、水資源系統(tǒng)的運行戰(zhàn)略、水資源管理決策將可能面臨更強和更頻的暴雨、流域更多的冬季降雨形成徑流等情形。這些變化可能導(dǎo)致一些河流和湖泊更頻繁和更嚴重的洪水。然而，由于氣候模型預(yù)測和洪水記錄資料分析的不確定性，特定地區(qū)洪水情勢變化的性質(zhì)存在不確定性，需要更詳細深入地研究。應(yīng)該利用可得到的最近的資料，考慮包括典型洪水峰值的季節(jié)遷移的未來氣候條件，進行防洪設(shè)施的設(shè)計和評價。在融雪徑流為主的一些流域，由于溫度升高融雪過程的提前，已發(fā)生春汛提前現(xiàn)象。水庫的調(diào)度方案可能需要調(diào)整，以反映新的洪水情勢。不同的融化模式將改變凌汛的頻率和時間。在西部高山地區(qū)，青藏高原冰川融化增加堰塞湖潰決的威脅。

5.對生態(tài)系統(tǒng)的影響

氣候變化對生態(tài)的影響非常復(fù)雜，評估和預(yù)測環(huán)境變化敏感區(qū)對氣候變化的響應(yīng)需要深入的研究。普遍最關(guān)心的是局地和短期氣候變化對生態(tài)閾值的影響，而不僅是通常報道的對平均狀況的影響。潛在的水生生態(tài)系統(tǒng)的影響包括水溫和水質(zhì)變化、徑流和洪水情勢的季節(jié)變化、由泉水補給流量的大小和時間變化、濕地范圍和深度的變化。這些變化影響河岸和兩側(cè)陸地的野生動植物。在融冰融雪為主要補給的河流流域，水生生態(tài)系統(tǒng)和鄰近的動物群落受到氣候變化影響的風(fēng)險非常顯著。加速的冰川退縮，導(dǎo)致短期夏季徑流增加，長期徑流減少，使高海拔河流變成潛在的季節(jié)性河流。確定生態(tài)系統(tǒng)脆弱性和變化的主要指標，加上精心設(shè)計的觀測，能夠提供氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)潛在影響和響應(yīng)的深刻認識。利用自然保護區(qū)適應(yīng)常態(tài)氣候變化情景下氣候變化的影響，是重要的保護戰(zhàn)略。水資源的管理不但對水生和河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響，而且受這些生態(tài)系統(tǒng)中管理目標的重要影響。

6.對水基礎(chǔ)設(shè)施的影響

氣候變化對水基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計和運行產(chǎn)生影響。對城市雨水、污水處理的基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計和評估，提高其在可供水量、需水量、水質(zhì)變化情況下的運行效率，需要充分考慮包括氣候變化在內(nèi)的影響。同樣，利用目前管理措施，控制非點源污染情況，如果系統(tǒng)的設(shè)計能夠充分考慮未來的氣候變化條件，控制非點源污染的管理措施將更有效。

三、應(yīng)對氣候變化的水資源管理對策

氣候變化是不爭的事實，氣候變化對水資源已經(jīng)和仍將產(chǎn)生許多負面影響，氣候變化將加劇未來水資源問題。必須在評估氣候變化對水資源脆弱性影響的基礎(chǔ)上，制定水部門應(yīng)對氣候變化的適應(yīng)性戰(zhàn)略。下面主要從水資源管理和工程建設(shè)和運行層面提出適應(yīng)性措施，提高適應(yīng)氣候變化的能力，減少氣候變化的負面影響，保障經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

1.水資源綜合管理

潛在的環(huán)境和經(jīng)濟社會變化影響水資源管理，氣候變化是水資源管理的重要驅(qū)動因素之一（圖1）[2]。水資源綜合管理應(yīng)該是探索適應(yīng)氣候變化措施的工具，但迄今為止它仍處于初級階段。成功的水資源綜合管理戰(zhàn)略應(yīng)該包括：跟蹤社會的先進理念、更新的規(guī)劃過程、水資源和土地資源的協(xié)調(diào)、意識到水量和水質(zhì)的聯(lián)系、地表水和地下水的聯(lián)合應(yīng)用、保護和修復(fù)自然系統(tǒng)、供水與需水管理、充分考慮氣候變化。

表1總結(jié)了保障一般和干旱年份供水的適應(yīng)性措施，包括綜合需水方面和供水方面的戰(zhàn)略。供給方面選擇通常包括增加蓄水和河道的取水，這可能對環(huán)境造成負面影響。有些選擇因為包括很大的能量消耗，如海水淡化、提取地下水等措施，與減緩氣候變化的措施不一致。

圖1 人類活動對水資源及其管理的影響

表1 水資源供給和需求的適應(yīng)性選擇措施

傳統(tǒng)水資源管理強調(diào)供水管理，但水資源需求管理越來越受到重視。減少水資源的需求，作為減少由于氣候變化引起的被管理水系統(tǒng)脆弱性的一種方式而被提倡。水需求管理是更好地利用水資源，減少污水和增加經(jīng)濟效益的一個戰(zhàn)略。通過更有效地配置現(xiàn)有的供給，需求管理實現(xiàn)水資源需求與有限的可利用水資源供給的平衡。下面對需求管理措施進行分析。

適應(yīng)氣候變化影響的一個戰(zhàn)略是建立基于市場的水資源在不同利用者之間的轉(zhuǎn)換機制。國家應(yīng)提供激勵機制，鼓勵水權(quán)和水資源在不同用戶之間的轉(zhuǎn)移。氣候變化和需求模式的變化可能增加現(xiàn)有水市場的壓力。更多地利用水租賃、水銀行、水市場可以增加水權(quán)所有者轉(zhuǎn)移水資源到其他用戶的機會。水資源的轉(zhuǎn)移可以是長期的，如通過購買水權(quán)；也可以是臨時性的，如在干旱年份簽訂購水合同。水市場和高價格提供了采取節(jié)水措施的激勵機制，特別是在有限供給的干旱時期。另一個戰(zhàn)略是通過節(jié)水和用水效率的提高，減少水資源的消耗。市政部門通過加強對個體用水的計量和水價格鼓勵節(jié)水。農(nóng)業(yè)部門通過改變選擇作物和灌溉方法以及技術(shù)革新，如采取耐旱的作物類型等減少對水資源的消耗。

減少水資源需求的大部分措施發(fā)生在由個體生產(chǎn)者、家庭實施的局地層次。水管理部門不僅需要促進不同部門水利用效率的提高，同時還需要提高其自身水系統(tǒng)的管理和傳輸效率。國家、省、區(qū)域和局地的各級水管理機構(gòu)間更有效的協(xié)調(diào)和合作，將有助于資料和信息的交流，提高水資源規(guī)劃水平。中央政府應(yīng)在研究開發(fā)減少水消耗的先進技術(shù)方面發(fā)揮主要作用。干旱半干旱地區(qū)人口的增加，增加了對有限水資源的需求，使這些地區(qū)對干旱的脆弱性更明顯。國家應(yīng)根據(jù)土地利用規(guī)劃和功能區(qū)劃等，限制對脆弱地區(qū)的開發(fā)。

2.水資源適應(yīng)性管理

氣候變化引起未來水文條件變化不確定性，給水管理者提出了挑戰(zhàn)。辨識水文情勢潛在的變化趨勢非常困難，意味著在弄清水文情勢實際變化前就需要制定適應(yīng)性決策。因此，面對氣候變化，水管理需要分析不同的變化情景（情景分析法），這在英國、澳大利亞等一些國家被實際應(yīng)用。然而情景分析法存在兩個主要問題。一是情景分析要求分析幾個不同情景，但在不同情景間存在很大不同的影響。二是在一些國家，為了制定風(fēng)險決策，水管理者需要確定影響結(jié)果發(fā)生可能性的信息，需要開發(fā)建立確定的影響結(jié)果的概率分布的技術(shù)，需要假定主要影響不確定性驅(qū)動因素的概率分布。

處理不確定性問題的另一種方法是適應(yīng)性管理，包括增加應(yīng)對不確定性的相對穩(wěn)健的水管理措施的應(yīng)用。適應(yīng)性管理是這樣一個決策過程，在面臨先前管理實施結(jié)果和其他信息增加時靈活調(diào)整決策制定過程。適應(yīng)性管理提供了一個穩(wěn)健決策標準的框架。適應(yīng)性管理一般為6個步驟的循環(huán)過程：①評估問題，②設(shè)計，③實施，④監(jiān)測，⑤評估，⑥調(diào)整。適應(yīng)性管理已被應(yīng)用到評估不同的水庫下泄方案對提高下游水生生態(tài)系統(tǒng)的影響。實際上適應(yīng)性管理可以被應(yīng)用到任何的對于將來存在不確定的動態(tài)系統(tǒng)。適應(yīng)性管理更適用于指導(dǎo)水利工程運行或者制度的變化，而不是建造新的水利設(shè)施。工程的解決方案一般比較難以改變，除非這些設(shè)計滿足未來預(yù)測的可能條件。適應(yīng)性管理提供了風(fēng)險被辨識、分攤和減少的過程。隨著水資源日益緊缺，適應(yīng)性管理可能得到更廣泛的應(yīng)用。

3.改變現(xiàn)有水利工程的運行方式

適應(yīng)氣候變化的一個方面是通過建立更靈活的現(xiàn)有工程運行方案，更好地利用現(xiàn)有的水資源?，F(xiàn)有的工程運行方案基于歷史氣候資料。例如，防洪調(diào)度規(guī)則主要根據(jù)歷史洪水風(fēng)險的評估，其背景是穩(wěn)態(tài)的氣候。由于氣候變化，對水庫調(diào)度規(guī)則和確定目標的修正可能獲得較好效果。氣候變化或流域其他方面如水文以及社會價值的變化，將導(dǎo)致水庫蓄水采用比目前利用方式更高的經(jīng)濟或社會價值的新的利用方式。防洪庫容將根據(jù)更新的水文記錄和未來預(yù)測進行再評估。一些工程作為流域整體系統(tǒng)的一部分而不是單獨考慮各工程本身，進行聯(lián)合調(diào)度將更加有效。

在觀測到氣候變化將造成明顯影響，有改變工程調(diào)度運行規(guī)則需求的地區(qū)，對水庫運行方案和干旱應(yīng)急計劃的系統(tǒng)修正，將獲得明顯受益。對氣候變化不是主要驅(qū)動因素的地區(qū)，可能不需要對運行方案進行評估和調(diào)整。由于氣候信息的不確定性，管理者需要綜合考慮把氣候預(yù)測納入水庫或河流調(diào)度運行獲得潛在價值，以及與目前已知的對運行方案調(diào)整的成本。

短期來看，通過增加水利工程運行的靈活性，水管理者能夠增加應(yīng)對氣候變化的適應(yīng)能力。一個方面是根據(jù)季節(jié)對年際的氣候預(yù)測成果進行調(diào)節(jié)，當預(yù)測到干旱的年份，水庫運行者將減少防洪庫容。當短期預(yù)測出現(xiàn)暴雨事件，應(yīng)考慮為預(yù)期的洪水騰空庫容。在更好地預(yù)報和把預(yù)報融合到水庫調(diào)度方面，需要更進一步研究。在年尺度上，采用適應(yīng)性管理方法的水庫運行具有靈活性，適應(yīng)觀測到的氣候條件。水庫年運行計劃的制定主要依據(jù)現(xiàn)有的水文條件、氣候預(yù)報和可能的徑流情景。水庫年運行方案制定應(yīng)包括利益相關(guān)者的參與，對不同徑流情景的系統(tǒng)調(diào)度規(guī)則進行預(yù)測。

4.加強水利工程設(shè)施建設(shè)

管理現(xiàn)存的水利工程包括及時維護、改造和升級，確保應(yīng)對一系列潛在氣候波動的適應(yīng)性。例如我國大部分的水利工程建于大躍進時期，水利工程老化，需要維護、改造、維修加固。在現(xiàn)在氣候條件下，這些工程可能很難在設(shè)計水平進行運行，在將來氣候變化的情況下，工程運行將更難實現(xiàn)預(yù)期目標。對氣候變化一個重要的適應(yīng)措施是評估現(xiàn)存工程，如水庫大壩、防洪堤等由于洪水的量級、頻率和歷時變化可能增加的潛在風(fēng)險。滿足工程目標的備選戰(zhàn)略需要進行評估，這可能導(dǎo)致水利工程設(shè)施的改變。

減少單一供給水源風(fēng)險的一個戰(zhàn)略是供水水源的多樣化，這個途徑包括建設(shè)新的地表水和地下水儲存。地表水和地下水的聯(lián)合管理有助于地下水的補給。淡水供給另一個來源是海水淡化。海水淡化廠建設(shè)和運行需要大量的資本投入和消耗大量的能源，但生產(chǎn)單位淡水的成本已明顯下降。含鹽水的淡化同樣適用于地下咸水。其他增加水供給的途徑包括水循環(huán)利用，污水處理再回用。

[1]Bates B C，Kundzewicz Z W，Wu S,et al.Climate Change and Water.Technical Paper of the Intergovernmental Panel on Climate Change[M].IPCC Secretariat，Geneva，2008.

[2]Environment Agency.Water resources planning guideline[M].www.environmentagency.gov.uk.2007.

[3]Brekke L D,Kiang J E,Olsen J R,et al.Climate change and water resources management—A federal perspective[M].U.S.Geological Survey Circular 1331,2009.

[4]吳紹洪,趙宗慈.氣候變化和水的最新科學(xué)認知[J].氣候變化研究進展，2009,5(3).

[5]夏軍，Thomas Tanner,任國玉，等.氣候變化對中國水資源影響的適應(yīng)性評估與管理框架 [J].氣候變化研究進展，2008，4(4).

[6]王金霞,李浩,夏軍,任國玉.氣候變化條件下水資源短缺的狀況及適應(yīng)性措施：海河流域的模擬分析[J].氣候變化研究進展，2008,4(6).

[7]《氣候變化國家評估報告》編寫委員會.氣候變化國家評估報告 [M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[8]謝自楚，王欣，康爾泗，等.中國冰川徑流的評估及其未來50年變化趨勢預(yù)測[J].冰川凍土,2006,28(4).