湯秋鴻 劉星才 周園園 王 杰,2 運曉博,2

1 中國科學院地理科學與資源研究所 中國科學院陸地水循環(huán)及地表過程重點實驗室 北京 100101 2 中國科學院大學 北京 100049

青藏高原位于亞洲大陸中部，其面積約 240 萬平方公里，是世界上海拔最高的高原。黃河、長江、湄公河、恒河、印度河、塔里木河等多條著名亞洲大河均發(fā)源于此，因此青藏高原及其周邊地區(qū)有“亞洲水塔”的美譽?！皝喼匏笔窍掠蝸喼薮蠛游拿鞯闹匾吹?。黃河、長江、恒河、印度河等河流在“亞洲水塔”河源區(qū)產流量占其流域徑流總量最高比例可達 30% 以上[1-3]。在上述大河中，黃河流域承載了中國 9% 的人口和 7% 的國內生產總值；長江流域承載了中國 33% 的人口和 21% 的國內生產總值；恒河流域承載了印度 42% 的人口和 33% 的國內生產總值；印度河流域承載了巴基斯坦 88% 的人口和 92% 的國內生產總值?！皝喼匏睂α饔蛳掠蔚乃Y源安全與經(jīng)濟社會發(fā)展具有至關重要的意義。

“亞洲水塔”河流源區(qū)廣泛分布的冰川、凍土、湖泊是天然的調蓄水庫，具有蓄水和調節(jié)河川流量的生態(tài)服務功能。但是，在氣候變化和人類活動影響下，青藏高原環(huán)境正發(fā)生快速變化，這給“亞洲水塔”水源地保護帶來嚴峻挑戰(zhàn)。冰川融水是“亞洲水塔”河流徑流補給的重要來源。雅魯藏布江、怒江、黃河、塔里木河、獅泉河、瀾滄江—湄公河、長江等河流源區(qū)總徑流中都包含了部分冰川融水貢獻。氣候變暖使得冰川減少與凍土退化，由此導致河川徑流變化將順流向下傳播，影響下游地區(qū)的供水安全、防洪安全以及生態(tài)安全。

“亞洲水塔”變化引起的水資源連鎖效應與下游幾十億人民生活和社會發(fā)展息息相關，在下游地區(qū)實現(xiàn)聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標過程中可能發(fā)揮關鍵性影響。明確“亞洲水塔”變化對下游水資源的連鎖效應是核心科學問題，其不僅在地球系統(tǒng)科學研究中具有重要科學意義，同時也是我國國家戰(zhàn)略層面的重要科技任務。

1 “亞洲水塔”的下游流域及水資源問題

“亞洲水塔”的下游流域覆蓋范圍巨大，橫跨了東亞、東南亞、南亞、中亞的廣大區(qū)域（圖 1）。

黃河流域是中華民族的搖籃，具有悠久的文明歷史。近幾十年來，隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，黃河流域水資源開發(fā)利用強度日益提高，水資源短缺問題嚴重，生態(tài)用水被大量擠占，水生態(tài)損害嚴重，流域上下游之間競爭性用水矛盾突出。

長江流域天然水質良好，是良好的水源和水生生物的理想生境；流域水能資源豐富，可開發(fā)的水能資源占全國一半以上。近年來，隨著大規(guī)模的水電開發(fā)和工農業(yè)生產的迅速發(fā)展，長江流域水污染問題嚴重，水生生物多樣性面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。

圖 1 源自“亞洲水塔”的主要河流及其流域

瀾滄江出境后被稱為湄公河，流經(jīng)老撾、緬甸、泰國、柬埔寨和越南，最終流入我國南海，是亞洲重要的跨國河流。瀾滄江—湄公河水能和漁業(yè)資源豐富，位于下游的湄公河三角洲是世界著名的水稻產區(qū)。盡管瀾滄江—湄公河流域水資源豐富，但是降水季節(jié)分布極不均勻，有明顯的雨季和旱季，旱澇災害頻發(fā)。

怒江流入緬甸后稱為薩爾溫江，最終注入印度洋。怒江—薩爾溫江流域保存了眾多少數(shù)民族文化和珍貴的水生生物資源。盡管怒江水能資源豐富，但是目前水電開發(fā)還比較少；薩爾溫江下游污染嚴重，被列為世界十大污染河流之一。

雅魯藏布江流經(jīng)藏南地區(qū)后進入印度，被稱為布拉馬普特拉河，流入孟加拉國后稱為賈木納河，與恒河相匯后流入孟加拉灣。布拉馬普特拉—恒河流域大部分在印度，布拉馬普特拉流域以農業(yè)為主；恒河流域居住了大概 4 億人口，土地肥沃，以農業(yè)和漁業(yè)為主，污染嚴重；恒河三角洲大部分在孟加拉國，易發(fā)洪災，居住了 1 億多人口，以農業(yè)為主。

在全球變化背景下，“亞洲水塔”下游流域水資源開發(fā)利用強度不斷提高，水安全問題日益復雜和突出，而“亞洲水塔”變化將給下游地區(qū)水治理帶來新的挑戰(zhàn)。盡管“亞洲水塔”下游地區(qū)關注的水安全問題各有側重，但是水資源與氣候變化影響、旱澇災害、水生態(tài)與水環(huán)境、風暴潮和泥石流災害等是焦點問題。氣候變化導致部分地區(qū)降水強度增加，從而使得下游河流洪水頻率增加，甚至引發(fā)水庫潰壩等次生災害[4,5]。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，下游流域的水資源開發(fā)利用需求逐步加大，不同國家/區(qū)域之間、不同部門之間用水競爭明顯增加。在一些農業(yè)灌溉等人類用水活動劇烈的流域，上游用水可能加重下游水文干旱事件[6]。

2 “亞洲水塔”變化的下游水資源影響傳播機制

“亞洲水塔”變化對下游水資源的直接影響主要體現(xiàn)在河源區(qū)下瀉徑流量及其季節(jié)分布，從而影響下游流域的水文過程和水資源量。氣溫上升通常會導致冰雪融化時間提前，從而改變下游水文過程的季節(jié)特征。隨著全球氣候變暖，冰川流域的春季徑流增加甚至引發(fā)洪水，但夏季徑流可能減少，從而影響夏季供水量。短期來看，氣候變化可能會增加冰雪融水，增加下游徑流量；但長期而言將導致冰川退縮，減少下游供水量，引發(fā)干旱和供水危機[7]?！皝喼匏毕聻a徑流形成的洪水脈沖給下游湖泊和洪泛平原帶來肥沃的有機質，給河口三角洲地區(qū)帶來泥沙補給，是維持下游土壤肥力和漁業(yè)資源的關鍵因素。因此，“亞洲水塔”河源區(qū)下瀉徑流變化還可能影響到下游農業(yè)和漁業(yè)生產。

由于人類活動的影響，“亞洲水塔”變化對下游水資源的影響更為復雜。冰川融水是一些河流下游區(qū)域農業(yè)灌溉的重要水源。例如，印度河和恒河下游對“亞洲水塔”河流源區(qū)水資源存在較大程度上的依賴。印度河、恒河和布拉馬普特拉河流域的灌溉用水占總用水量的 91%。隨著人口增長和灌溉農業(yè)擴張，上述 3 條河流的下游灌溉用水需求將不可避免地大幅增加[8]，這將導致水資源壓力突顯，對“亞洲水塔”變化尤其敏感。瀾滄江—湄公河流域旱季灌溉需水明顯高于雨季，盡管流域水資源豐富，但是旱季灌溉用水缺口較大，對上游來水量的依賴程度很高[9]。氣溫上升導致“亞洲水塔”冰川凍土退化，可能使得多條河流夏季徑流減少，從而影響農業(yè)灌溉可用水量[10]。

“亞洲水塔”下游地區(qū)人口密集，能源需求非常大，因此“亞洲水塔”河流往往也是支撐下游地區(qū)社會和經(jīng)濟發(fā)展的重要能源來源。大部分“亞洲水塔”河流已經(jīng)修建或者正在規(guī)劃建設大量的大壩用于水力發(fā)電[11]，“亞洲水塔”變化將對水力發(fā)電產生重要影響。以黃河為例，上游河流源區(qū)對黃河中下游供水影響較大，需要同時滿足防洪排澇、農業(yè)灌溉用水、河道整治等多方面需求，因此河流源區(qū)徑流變化對流域水力發(fā)電潛力有顯著影響[12,13]?！皝喼匏焙恿魃闲藿ǖ拇髩纬税l(fā)電功能之外，本身還具備防洪和徑流調節(jié)等作用，可以減輕下游洪水和干旱風險[14]。氣候變化下“亞洲水塔”河流源區(qū)徑流變化與大壩等人類活動共同改變下游的洪水脈沖、泥沙補給、供水和地下水開采需求，從而對下游河道和河口三角洲的生態(tài)與環(huán)境產生影響。

3 “亞洲水塔”變化帶來的下游水資源風險

3.1 “亞洲水塔”變化帶來的下游水資源風險凸顯

近幾十年來，在氣候變暖的影響下，“亞洲水塔”的冰川呈加速融化趨勢。冰川融水變化導致下游河流徑流量年內分配發(fā)生變化，增加了汛期洪澇災害的風險，同時導致干旱季水量不足，甚至缺水干涸。冰川融水形成的洪峰多出現(xiàn)在每年 7—8 月，同時也是下游河流的汛期。降水形成的徑流洪峰與冰川融水徑流洪峰季疊加，使下游的河流水量在短期內明顯增加，容易引發(fā)洪澇災害。

隨著氣候變暖，春季冰川融水徑流的洪峰提前，秋季融水補給季節(jié)延長，容易導致冰磧湖潰決引起洪災。例如，2003—2009 年喜馬拉雅冰川融化產生了約 1 740 億噸的水，導致印度河、恒河和雅魯藏布江—布拉馬普特拉河發(fā)生災難性洪水[15]。19 世紀 50 年代，西藏自治區(qū)桑旺湖曾發(fā)生冰崩引發(fā)的潰決洪水，造成了巨大的災害；潰決洪水沖淹了江孜和日喀則兩大城鎮(zhèn)，災害性影響波及 180 公里之外的雅魯藏布江[16]。相關模擬研究表明，該區(qū)域若發(fā)生冰湖潰決可形成萬年一遇的洪水，增加大壩潰決、城鎮(zhèn)淹沒的風險[17]。

3.2 未來風險變化趨勢

全球氣候變暖導致冰川大面積退縮，將嚴重影響下游水資源的穩(wěn)定性。在短期內，下游河流未來主要的風險是冰雪融水增加導致的洪水災害。例如，氣溫上升將導致印度河、布拉馬普特拉河流域冰川融水增加，從而使得下游洪水風險上升[18]。長期來看，隨著全球氣候變暖，冰川不斷萎縮，冰川融水對河流的補給將逐漸減少，下游河流有干旱化趨勢甚至變成季節(jié)性河流的風險。根據(jù)全球氣候模式情景預估結果，2050 年青藏高原冰川退縮或將導致印度河徑流減少 8.4%，恒河徑流減少 17.6%，雅魯藏布江徑流減少 19.6%，長江徑流減少 5.2%[19]?！皝喼匏焙恿髟磪^(qū)下瀉流量的變化可能給下游地區(qū)農業(yè)生產、水力發(fā)電、涉水災害等方面帶來多重風險[12,13,18]。

4 應對“亞洲水塔”變化的全流域可持續(xù)水管理

4.1 應對“亞洲水塔”變化需要關注的重大科學問題

“亞洲水塔”河流源區(qū)受人類活動的直接影響相對較小，但是對氣候變化非常敏感。“亞洲水塔”變化的影響通過河流源區(qū)徑流變化向下游傳播，從而給下游地區(qū)帶來風險。全球變化背景下，“亞洲水塔”下游地區(qū)本身面臨水資源需求增加和本地氣候變化影響的問題，而“亞洲水塔”變化對下游水資源的連鎖效應帶來了新的挑戰(zhàn)。

為了更好地理解青藏高原環(huán)境變化的影響，支撐下游地區(qū)可持續(xù)水資源管理，需要關注 4 個方面的重大科學問題：① 青藏高原環(huán)境變化與下游流域水文過程的關聯(lián)機制。青藏高原環(huán)境變化與下游流域水文過程存在復雜的相互作用，深入理解流域上、下游水文過程變化機理及其關聯(lián)機制是定量評估亞洲水塔變化對下游水資源連鎖效應的科學基礎。② “亞洲水塔”變化對下游地區(qū)水資源風險的疊加效應。全球變化背景下，下游水資源風險是多種因素的疊加作用結果，亟待定量區(qū)分下游地區(qū)自身與上游變化引起的風險，闡明風險傳播機制與疊加效應。③ “亞洲水塔”水源地變化對下游水資源的影響預估及其不確定性。目前水文模型對“亞洲水塔”變化下游影響的模擬能力還不足，預估的不確定性非常大，提高水文模型的模擬和預測預估能力，減少未來預估的不確定性，是重要的關鍵科學問題之一。④ “亞洲水塔”變化背景下流域水資源系統(tǒng)恢復力。未來“亞洲水塔”變化極有可能對下游地區(qū)水資源系統(tǒng)產生顯著影響，如增加水資源風險，影響到下游的供水安全、防洪安全和生態(tài)安全。面對“亞洲水塔”變化影響的不確定性，通過研究流域下游水資源系統(tǒng)恢復力，以期主動應對風險，盡可能地減少“亞洲水塔”變化帶來的不利影響。

4.2 未來需要開展的研究工作

圍繞上述重大科學問題，未來需要從 3 個方面開展工作：① 探索青藏高原環(huán)境變化與下游流域水文過程相互作用，揭示流域上下游之間的關聯(lián)機制，闡明“亞洲水塔”變化對下游地區(qū)水系統(tǒng)的影響；② 發(fā)展全流域水循環(huán)過程綜合集成模型，開展從高寒山區(qū)到河口三角洲的全流域水文過程高精細模擬，預估“亞洲水塔”水源地變化對下游水資源的影響；③ 評估“亞洲水塔”變化背景下流域水資源風險，編制風險圖集與風險區(qū)劃，發(fā)展氣候變化背景下流域水資源系統(tǒng)恢復力建設的框架。

5 結語

“亞洲水塔”是亞洲大河文明重要的水源地，氣候變暖背景下“亞洲水塔”的水文過程（如冰川融水、凍土融解）變化直接影響河流源區(qū)的下瀉流量，對高度依賴上游供水的河流可謂牽一發(fā)而動全身，給下游地區(qū)帶來洪水或干旱風險，威脅到下游的供水安全、防洪安全和生態(tài)安全。

全球變化背景下，“亞洲水塔”下游本身的水資源問題日益復雜和突出，“亞洲水塔”變化可能給下游地區(qū)水治理帶來新的挑戰(zhàn)。面對下游水資源問題和水治理挑戰(zhàn)，應加強青藏高原環(huán)境變化與下游流域水資源研究的結合，發(fā)展全流域水循環(huán)過程綜合集成與模擬技術，闡明流域上下游的關聯(lián)機制與“亞洲水塔”變化對下游水資源的連鎖效應，提出風險應對措施與方案。