水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基。隨著氣候變化和人類活動(dòng)影響的深入,水循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生了顯著變化,并誘發(fā)系列資源、生態(tài)、環(huán)境等問題。水循環(huán)過程包括大氣過程、地表過程、土壤過程和地下水過程,同時(shí)還包括人工水循環(huán)過程。充分發(fā)揮氣象與水利相關(guān)學(xué)科與部門的組合優(yōu)勢,并進(jìn)行無縫整合,是規(guī)避水問題的關(guān)鍵所在。
“氣候變化對中國降水的時(shí)間、空間的分布影響很大?!?FONT face=宋體>“氣候變化不僅影響到供水和需水,也影響到水資源的配置和調(diào)度。需要結(jié)合氣候變化、用水水平,做好水資源承載能力的科學(xué)評價(jià)?!?/FONT>
姜彤:中國氣象局氣候變化中心氣候與氣候變化評估
首席專家
嚴(yán)登華:中國水利研究所水資源研究中心室主任
在今年(2012年)出版的《2011年中國氣候變化監(jiān)測公報(bào)》中,中國氣象局氣候變化中心總結(jié)出下面一組數(shù)據(jù):
1961-2011年,中國十大流域地表水資源總量除西北內(nèi)陸河、東南諸河表現(xiàn)為增加趨勢外,其余七大流域均表現(xiàn)出減少趨勢。2011年長江流域地表水資源創(chuàng)下1961年來最小值。
1961-2011年,中國地表平均氣溫平均每10年升高0.29℃。其中2011年比常年氣溫偏高0.5℃,為1997年以來連續(xù)第15個(gè)偏高年份。2011年中國平均降水量為556.8毫米,比常年偏少62.7毫米,為1961年以來的最低值。
與之對應(yīng)的是近些年那些令人印象深刻的干旱、洪澇災(zāi)害事件:2009年初,我國北方冬麥區(qū)遭遇嚴(yán)重干旱,其中河北省2008年11月至2009年3月的降水量為1951年以來最少;2010年西南地區(qū)遭遇罕見旱情,這次干旱是云南發(fā)生自有氣象記錄以來最嚴(yán)重的秋、冬、春連旱,全省綜合氣象干旱重現(xiàn)期為80年以上一遇,其中滇中、滇東及滇西東部的大部地區(qū)為100年以上一遇;貴州秋冬連旱總體為80年一遇嚴(yán)重干旱,省中部以西以南地區(qū)旱情達(dá)百年一遇。而2011年6月在長江中下游地區(qū)出現(xiàn)的旱澇急轉(zhuǎn)更讓人面對大自然強(qiáng)大的生殺予奪能力發(fā)出無奈的感嘆。
天氣和水的結(jié)合,本來可以讓生活更美的。地球上的水圈是一個(gè)經(jīng)久不息的動(dòng)態(tài)循環(huán)系統(tǒng),海洋和陸地之間的水交換是這個(gè)循環(huán)的主線,意義最重大。在太陽能的作用下,海洋表面的水蒸發(fā)到大氣中形成水汽,水汽隨大氣環(huán)流運(yùn)動(dòng),一部分進(jìn)入陸地上空,在一定條件下形成雨雪等降水;大氣降水到達(dá)地面后轉(zhuǎn)化為地下水、土壤水和地表徑流,地下徑流和地表徑流最終又回到海洋,由此形成淡水的動(dòng)態(tài)循環(huán)。這部分水容易被人類社會所利用,具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值,正是我們所說的水資源。
在適宜的天氣氣候條件下,水資源不僅得以實(shí)現(xiàn)循環(huán),還能夠滋養(yǎng)萬物,給予人類生活的基礎(chǔ)。例如春播時(shí)期,如果出現(xiàn)適時(shí)降水,處于生長期的農(nóng)作物得到灌溉,將在很大程度上決定這一年的收成,所以說“春雨貴如油”;又如我國華南沿海,雖然緊鄰大海,但其實(shí)非常缺乏淡水資源,每年的臺風(fēng)正是為這里送來大量淡水的"天賜良機(jī)"。
不過在氣候變化背景下,“風(fēng)調(diào)雨順”的年景似乎在減少,如《2011年中國氣候變化監(jiān)測公報(bào)》中所總結(jié)的“1961年以來,中國區(qū)域性高溫事件、區(qū)域性氣象干旱事件和區(qū)域性強(qiáng)降水事件頻次趨多。”天上的來水少了,地上的存水更少了,而用水需求仍在不斷攀升,水資源面臨極大挑戰(zhàn)。
中國天氣網(wǎng):姜老師,您在多年的研究中,是否發(fā)現(xiàn)氣候變化對我國水資源分布和循環(huán)產(chǎn)生了影響?
姜彤:氣候變化對中國降水總量影響不大,但是對時(shí)間、空間的分布影響很大。近50年總體趨勢是:新疆和長江中下游、江南這些地區(qū),總體降水量是增加的。而西南到東北地區(qū)形成了一個(gè)降水量減少的帶。以前我們是說我國東北地區(qū)有部分降水減少,華北地區(qū)有部分減少,西南地區(qū)減少,最近我們發(fā)現(xiàn)這些降水減少的地區(qū)已經(jīng)連成一個(gè)帶了。這都是降水分布不均造成的。
從我們總結(jié)的一張圖上可以看出,我國一些重要河流上游的降水量減少,蒸發(fā)量加大,這就加劇了我國水資源惡化趨勢。因?yàn)槲覀兊暮恿魇菑奈飨驏|流的,我國東部人口密度大,生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水的量巨大,而上游降水量減少,對河流的天然補(bǔ)給就少了。下游用水壓力就會明顯增加。
另一個(gè)情況是強(qiáng)降水增加。這雖然在一定程度上能夠補(bǔ)充淡水資源,但也造成了災(zāi)害。比如新疆,降水增多,可以補(bǔ)給冰川,但春季氣溫突然升高,容易造成融雪型洪水。又比如長江,洪水來了無法當(dāng)做水資源利用起來。通常是一場大水來了,洪峰容易造成災(zāi)害,但是洪水兩三天就過去了,形不成可以利用的水資源。但統(tǒng)計(jì)水資源量的時(shí)候,它(洪水)又算是水資源量。當(dāng)前,云南干旱的情況也是一種典型,山上的老百姓喊渴,連飲用水都無法保障,但是山下河流并沒有干涸,有些地方河水嘩嘩地流著,但是很難用到。
水資源可以說是最寶貴的資源,沒有水,最基本的生存都保證不了,更不要說工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會進(jìn)步了。
這些年,水資源減少帶來了很多負(fù)面的影響,比如沿海地區(qū)海水倒灌,濕地減少生態(tài)環(huán)境惡化,湖泊變成草地、草地變成荒漠等等。
中國天氣網(wǎng):面對這些現(xiàn)象,我們除了做專業(yè)研究,還為政府部門提供了哪些決策服務(wù),來促成相關(guān)部門采取應(yīng)對氣候變化的措施?
姜彤:我們從2008年以后開始進(jìn)行系統(tǒng)化的氣候變化影響評估,為國內(nèi)的相關(guān)政策和決策提供參考。例如,我們的研究和水利部門進(jìn)行的工作是相輔相成的。我們首先研究氣候和氣候變化對水循環(huán)要素的影響,比如氣溫、降水量、極端值等,然后對要素進(jìn)行物理的模擬,研究當(dāng)前在和未來的氣候變化如何影響到水資源,或者說如何影響來水總量。水利部門利用這個(gè)結(jié)果和預(yù)測,(參考?xì)庀蟛块T提供的數(shù)據(jù))研究在人口增加背景下,水資源如何配置,該蓄多少水,該供多少水,如何調(diào)度等等。
另外就是提供極端天氣預(yù)警、干旱監(jiān)測等服務(wù),為防災(zāi)減災(zāi)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供相關(guān)信息服務(wù),也為國家應(yīng)對氣候變化工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支持。
中國天氣網(wǎng):嚴(yán)老師,近些年的氣候條件和50年前、100年前,乃至更遠(yuǎn)以前,是有變化的,甚至有很大不同,現(xiàn)狀水利部門在設(shè)計(jì)水利設(shè)施或水利工程的時(shí)候,是否會考慮氣候變化因素?
嚴(yán)登華:這個(gè)問題需要從水循環(huán)與水資源系統(tǒng)的角度來分析。概括起來說,水資源系統(tǒng)就是“一根扁擔(dān),兩個(gè)筐”?!皟蓚€(gè)筐”分別是供水和用水戶;一根扁擔(dān)就是水資源的配置與調(diào)度。氣候變化不僅影響到供水和需水,也影響到水資源的配置和調(diào)度。
當(dāng)前水利工程的設(shè)計(jì)與水資源配置中,重點(diǎn)以歷史氣象水文系列或重要事件為主,如在確定水利水電工程建設(shè)規(guī)模時(shí),采用的是“基于歷史事件和數(shù)值”設(shè)計(jì)方法,對氣候變化的考慮,也主要通過歷史時(shí)段降水、產(chǎn)匯流特征來體現(xiàn)。
對于水資源配置中的供水和需水,也主要是基于歷史數(shù)據(jù)系列,對未來氣候變化的影響尚未得到充分考慮。在水資源調(diào)度過程中,關(guān)鍵是要進(jìn)行定量化地氣象和用戶需水的預(yù)測,但當(dāng)前很難做到這一點(diǎn)。隨著其后變化和人類活動(dòng)影響的深入,水循環(huán)與水資源系統(tǒng)的不確定性在增加;亟待采用風(fēng)險(xiǎn)管理的模式,并考慮未來氣候變化的影響,優(yōu)化完建水利水電工程的運(yùn)行與調(diào)度模式,對于在建和規(guī)劃中的水利水電工程,尚需結(jié)合氣候變化預(yù)估,做進(jìn)一步的優(yōu)化,以實(shí)現(xiàn)水利水電工程的安全、高效、可持續(xù)的特征。
中國天氣網(wǎng):近些年極端天氣事件頻發(fā),特別是干旱、洪澇對生活、生產(chǎn)的影響非常大。這兩種自然現(xiàn)象都和水有很密切的關(guān)系,實(shí)際上就是天上水少、水多造成地上水少、水多,我們能不能通過水利設(shè)施來改善這種現(xiàn)狀呢?
嚴(yán)登華:回答是肯定的,也著實(shí)需要加大水利工程系統(tǒng)的優(yōu)化。如前所述,在氣候變化和人類活動(dòng)的影響下,水循環(huán)與水資源系統(tǒng)發(fā)生顯著變化。中國水問題的解決,有三個(gè)方面的核心問題需要解決。在長時(shí)間尺度和宏觀層次上,需要結(jié)合氣候變化、用水水平,做好水資源承載能力的科學(xué)評價(jià),并據(jù)此優(yōu)化區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。在這里需要指出的是,在傳統(tǒng)水資源承載能力的評價(jià)中,主要結(jié)合概率分析研究水資源常態(tài)過程,而未能充分考慮干旱、洪澇等極端情景下水資源的承載能力。隨著極端事件的頻發(fā)和影響的增強(qiáng),尚需要將常態(tài)過程與極值過程相結(jié)合,進(jìn)行集成性的分析。在中觀層面上,要做好水資源的合理配置。在短時(shí)間尺度上,要做好水資源預(yù)測預(yù)報(bào)與調(diào)度。此外,要進(jìn)行全過程、多圈層、天地一體化的監(jiān)測。
對于我國洪水與干旱問題的解決,首先是采用風(fēng)險(xiǎn)管理模式,徹底扭轉(zhuǎn)“以抗為主”的模式,實(shí)行先進(jìn)的“以防為主、防抗結(jié)合”的管理模式。此外,要結(jié)合旱澇發(fā)生規(guī)律及時(shí)空特征,并考慮水利工程布局的適宜性,優(yōu)化水利工程布局。自1998年長江大洪水以來,我國已基本建成大江大河的防洪骨干工程體系;目前正在開展中小河流及山洪的治理工作。對于抗旱來說,目前主要是結(jié)合應(yīng)急水源建設(shè)和調(diào)度以減緩干旱損失。但總體上看,我國防汛抗旱能力特別是應(yīng)對大洪水和大旱的尚不能滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的要求。
近些年來,西南地區(qū)旱澇災(zāi)害頻繁,引起社會普遍關(guān)注。就該地區(qū)而言,由于山高谷深,加之喀斯特地貌特征,水利工程修建的難度較大;此外,過去修建的一些水利工程,由于配套工程不完善或是缺失,難以發(fā)揮水利工程的整體效益。為此,西南地區(qū)要進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)有水利工程的配套設(shè)施建設(shè),同時(shí)為應(yīng)對大旱大澇,也還需要進(jìn)一步部署一些大型水利工程,以滿足平原地區(qū)和用水聚集區(qū)域水安全保障的要求。對于一些難以利用河水或地下水的區(qū)域,要注意加強(qiáng)水窖等分散式供水工程的建設(shè)。但國家要出臺相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程,合理部署;同時(shí),也要注意水質(zhì)的保障。
華南和北部灣地區(qū),社會經(jīng)濟(jì)密度大,也是大家關(guān)注的重點(diǎn)地區(qū)。該區(qū)受到臺風(fēng)的影響非常大;臺風(fēng)可給當(dāng)?shù)貛斫邓?,若沒有臺風(fēng),就會出現(xiàn)干旱缺水;但臺風(fēng)強(qiáng)度過大,其所造成的災(zāi)害又難以規(guī)避,也就是"既歡迎,又懼怕"的雙向壓力。除位于珠江干流兩側(cè)的區(qū)域外,大部分地區(qū)河流的流程短,氣象水文的變幅極大,建大型水庫不具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)性,小型水庫又不能滿足要求。對于這個(gè)區(qū)域,一方面要結(jié)合氣象水文的新情況,做好極值氣象水文事件的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分,并據(jù)此優(yōu)化社會經(jīng)濟(jì)及產(chǎn)業(yè)布局;同時(shí)要注意提高監(jiān)測、預(yù)警預(yù)報(bào)與應(yīng)急處理能力。
對于洪水,我們現(xiàn)在推行一個(gè)概念,叫做“洪水資源化”。據(jù)初步估計(jì),我國總的洪水資源量達(dá)到13596億立方米,占地標(biāo)水資源總量的50.9%。洪水資源化的本質(zhì)就是,通過水庫、攔河閘壩、自然洼地、人工湖泊、地下水庫等的運(yùn)行調(diào)度,把以前難以利用的洪水資源進(jìn)一步充分利用,以實(shí)現(xiàn)"削峰補(bǔ)枯"的目標(biāo),以整體提高水資源的利用能力。
中國天氣網(wǎng):“洪水資源化”我們也聽說過,比如2003年7月,吉林省白城市月亮湖水庫打開哈爾金閘逆向引洪,嫩江1500萬立方米的洪水進(jìn)入莫莫格濕地,使1000公頃干涸的濕地恢復(fù)了活力。淮河流域也啟用了9個(gè)行蓄洪區(qū),蓄滯的雨洪水起到了補(bǔ)給地下水、滋潤濕地的作用。
嚴(yán)登華:現(xiàn)在國內(nèi)很多地方在進(jìn)行相關(guān)方面的研究和試點(diǎn)。但做好洪水利用的前提是要做好洪水預(yù)報(bào)和工程調(diào)度,并且在洪水來臨時(shí)保證工程的安全。像北方地區(qū)可以在汛期有意識地利用田間、蓄滯洪區(qū)、濕地和河道滯蓄洪水把洪水轉(zhuǎn)化為地下水。但是由于土地承包到個(gè)人,蓄滯洪區(qū)的土地也分到了每家每戶,這種方式有局限性。目前只有濕地、公地可以做。當(dāng)然,在蓄滯洪區(qū)已經(jīng)啟用的情況下,可以讓洪水多蓄一段時(shí)間,將更多的洪水滲入地下。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和以前的欠賬,都要求加大防洪投入。國家水利部2003年開始提出控制洪水,想方設(shè)法根治洪水難題。現(xiàn)在意識到洪水是不能完全控制的,已經(jīng)轉(zhuǎn)向"管理洪水"。以投入效益最大化、全社會福利最大化為原則來采取措施綜合治理洪水。
與干旱、洪水的抗?fàn)帲诘赜蜻|闊、氣候多樣的中國是個(gè)古老的話題,從順應(yīng)天意、向天祈雨,到"人定勝天"、主動(dòng)出擊,再到放抗結(jié)合、風(fēng)險(xiǎn)管理、災(zāi)害也可以是資源的觀念轉(zhuǎn)變,我們看到的是中國在面對自然、應(yīng)對災(zāi)害時(shí)意識和觀念上的轉(zhuǎn)變。雖然"變化是永恒的",但是面對自然災(zāi)害,我們顯然要轉(zhuǎn)變的更快一些,用超前的眼光審視當(dāng)下,預(yù)估未來。這些做起來著實(shí)不易,要解決很多紛繁復(fù)雜的問題才能找到平衡點(diǎn),而且也許永遠(yuǎn)只能找到一個(gè)近似平衡點(diǎn)的位置,但慶幸的是,這些已經(jīng)開始做了。