應(yīng)對(duì)氣候變化的生態(tài)水利方略初探

謝遵黨

摘要：以中國(guó)為典型，從生態(tài)文明建設(shè)角度探索通過(guò)發(fā)展生態(tài)水利來(lái)應(yīng)對(duì)氣候變化對(duì)人類和生態(tài)系統(tǒng)的不利影響。認(rèn)為儲(chǔ)水于陸是減少海平面上升的有效途徑。從北方平原地下水可增儲(chǔ)水量、西北荒漠湖盆可儲(chǔ)水量?jī)蓚€(gè)方面分析了中國(guó)陸地的儲(chǔ)水潛力，分析了儲(chǔ)水于陸的水源，提出我國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化的生態(tài)水利方略是：樹(shù)立強(qiáng)化生態(tài)水利的理念，科學(xué)規(guī)劃生態(tài)水利工程布局。其主要內(nèi)容是構(gòu)建連通中國(guó)南北方水系的大水網(wǎng)，發(fā)揮黃河的紐帶作用，對(duì)干旱、半干旱地區(qū)進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水;在華北、東北地區(qū)恢復(fù)超采的地下水，在西北地區(qū)恢復(fù)古湖泊，大量?jī)?chǔ)水于陸地，從而減少海平面上升，降低南方和沿海地區(qū)的洪澇損失，大尺度修復(fù)和改善北方和西北地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，同時(shí)為經(jīng)濟(jì)發(fā)展開(kāi)拓新的空間。

關(guān)鍵詞：氣候變化;生態(tài)水利;引渤入疆;南水北調(diào);西部調(diào)水

中圖分類號(hào)：X16 ???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：CN61-1487-（2019）15-0017-04

工業(yè)化溫室氣體排放引起的全球變暖，已經(jīng)成為威脅人類安全、引起生態(tài)系統(tǒng)崩潰的潛在危機(jī)，減緩和應(yīng)對(duì)氣候變化是本世紀(jì)最重要的全球性任務(wù)之一[1]。根據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)（IPCC）預(yù)測(cè)，即使到2100年通過(guò)減排將全球溫度上升的幅度控制在1.5℃，海平面仍將上升0.26-0.77m，造成海島國(guó)家和沿海地區(qū)洪水淹沒(méi)、海水入侵等災(zāi)害[2]。根據(jù)目前的人口分布情況分析，海平面每升高0.1m，全球受淹沒(méi)影響的人口約1000萬(wàn)人。氣候變暖的不利影響還包括極端氣象事件頻發(fā)、水資源嚴(yán)重短缺、水旱災(zāi)害加劇，損害糧食安全，引起生態(tài)系統(tǒng)退化，顯著提高所有大陸和海洋生態(tài)系統(tǒng)以及人類社會(huì)的脆弱性和風(fēng)險(xiǎn)[3]。

全球氣候變暖引起的不利影響，核心在水，實(shí)質(zhì)是海洋中的水量劇增、淹沒(méi)海島和沿海低地，濕潤(rùn)地區(qū)降水更多、更集中，從而引起洪澇，干旱地區(qū)降水更少，造成極度干旱。從儲(chǔ)存水的角度來(lái)看，湖泊、水庫(kù)和海洋一樣都是可以裝水的盆，陸地也是盛滿土石的盆，同樣可以吸收存儲(chǔ)很多水分。利用水利工程來(lái)把更多的水留在陸地上，特別是儲(chǔ)水于干旱地區(qū)的地下和湖泊、盆地，可以避免海平面過(guò)快上升、修復(fù)和改善干旱地區(qū)生態(tài)環(huán)境，從而有效地緩解氣候變暖帶來(lái)的不利影響、增加碳匯，拓展經(jīng)濟(jì)發(fā)展空間。

一、儲(chǔ)水于陸是減少海平面上升的有效途徑

全球海洋面積約為3.61億km2，海平面上升每減少0.1m，需要在陸地多儲(chǔ)存約36.1萬(wàn)億m3的水。全球陸地面積約為1.49億km2，其中3600萬(wàn)km2為荒漠化土地。通過(guò)輸水工程，僅考慮向荒漠地區(qū)的湖盆、洼地、地層補(bǔ)水，平均儲(chǔ)存1m深的水，就可以降低海平面上升0.1m。世界各地還有許多巨大的內(nèi)陸湖盆，儲(chǔ)水潛力巨大。比如里海面積為38.6萬(wàn)km2[4]，湖面高程低于海平面29m，湖面每升高1m，至少可多儲(chǔ)存3680億m3的水。

全球變暖不可避免，要避免海平面過(guò)快上升，唯有將冰川、凍土融化增加的海水量存諸在陸地上。全世界各國(guó)應(yīng)當(dāng)協(xié)同努力，按陸地面積比例分?jǐn)倸夂蜃兓黾拥娜牒Ｋ俊Ｎ覈?guó)陸地面積為960萬(wàn)km2，占全球陸地面積的6.44%。按比例分?jǐn)倻p少海平面上升0.1m的水量為36.1萬(wàn)億m3，需在中國(guó)陸地上儲(chǔ)存的水量為2.32萬(wàn)億m3。中國(guó)北方有70多萬(wàn)km2廣闊的平原，由于干旱和過(guò)度開(kāi)發(fā)，很多地區(qū)地下水位很低;西部干旱少雨，有267萬(wàn)km2的荒漠戈壁，歷史上曾經(jīng)存在的巨型湖泊多數(shù)已經(jīng)萎縮或干涸。通過(guò)補(bǔ)充地下水和恢復(fù)古湖泊，只要能在干旱地區(qū)平均存儲(chǔ)0.7m深的水就能完成我國(guó)應(yīng)擔(dān)的儲(chǔ)水份額。

為了解決我國(guó)西部缺水的問(wèn)題，許多專家學(xué)者提出了通過(guò)調(diào)水改變西部干旱面貌的設(shè)想，比較有代表性的有引渤入疆、淡化海水西調(diào)、河口東水西調(diào)等?；粲泄獾忍岢龅囊橙虢?、恢復(fù)羅布泊生態(tài)環(huán)境的方案，從天津附近的渤海取50億m3海水，通過(guò)管道分級(jí)提升，利用渠道長(zhǎng)距離自流1900km，引至疏勒河后自流入羅布泊[5]。張恒旭等提出大力開(kāi)發(fā)荒漠可再生能源，淡化海水西調(diào)，估算出淡化并輸送相當(dāng)于黃河平均流量1774.5m3/s（合每年560億m3）的淡水到新疆需電功率1億kw，并可利用海水淡化西調(diào)系統(tǒng)抑制可再生能源的功率波動(dòng)[6]。趙定烽則提出，從長(zhǎng)江、珠江、閩江等入?？谌∷?，通過(guò)4000km隧洞每年引淡水13255億m3到新疆[7]。這些設(shè)想從原理上說(shuō)明，每年千億甚至萬(wàn)億立方米規(guī)模調(diào)水的水源問(wèn)題并非不可解決，抽水的能源供應(yīng)能力也已經(jīng)不是制約因素。

由于調(diào)水工程是影響巨大的戰(zhàn)略性工程，涉及多地區(qū)多領(lǐng)域，在學(xué)術(shù)界爭(zhēng)議激烈，各地方和行業(yè)部門(mén)的觀點(diǎn)也很難統(tǒng)一。大規(guī)模引水改變干旱地區(qū)的地理面貌從科學(xué)原理上是成立的，爭(zhēng)議主要在于引水的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境代價(jià)是否值得付出、是否可以通過(guò)節(jié)水等其它手段替代[7][8]。

從減小海平面上升的角度看，儲(chǔ)水于陸無(wú)可替代。在目前以化石燃料為主的能源結(jié)構(gòu)下，大規(guī)模抽水西調(diào)與節(jié)能減排的應(yīng)對(duì)氣候變化基本手段相悖，還不宜實(shí)施。事實(shí)上我國(guó)江河平均每年有超過(guò)2萬(wàn)億m3的淡水流入海洋或流出境外，其中相當(dāng)大一部分產(chǎn)于海拔較高的階梯和山區(qū)，合理調(diào)配可以在滿足民生、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)需要的前提下提供充足的生態(tài)補(bǔ)水水源。根據(jù)江河水資源的時(shí)空分布特點(diǎn)，發(fā)展以應(yīng)對(duì)氣候變化、修復(fù)和改善生態(tài)環(huán)境的為主要目的的生態(tài)水利，應(yīng)當(dāng)能夠以較小的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境代價(jià)逐步實(shí)現(xiàn)大量?jī)?chǔ)水于陸地、顯著降低海平面上升速度的目標(biāo)。

二、中國(guó)陸地的儲(chǔ)水潛力

（一）北方平原地下水可增儲(chǔ)水量

我國(guó)北方平原地區(qū)土質(zhì)一般為粘土、粉土和沙土，干容重為13-18kN/m3，飽和容重為18-23kN/m3。如表1，根據(jù)水利部水資源司發(fā)布的《2018年10月地下水動(dòng)態(tài)月報(bào)》中的平均地下水位，初步分析統(tǒng)一按地下水位提升到地表以下3m、含水量增加5kN/m3計(jì)算，則北方主要平原地區(qū)可在地下增加儲(chǔ)水量1.9萬(wàn)億m3。

（二）西北荒漠湖盆可儲(chǔ)水量

我國(guó)北方干旱內(nèi)流區(qū)大小湖盆不計(jì)其數(shù)，可為儲(chǔ)水于陸提供天然的水庫(kù)。如表2，根據(jù)衛(wèi)星地圖地形數(shù)據(jù)，僅在最干旱的柴達(dá)木盆地中心的達(dá)布遜湖、騰格里沙漠腹地的古白亭海、巴丹吉林沙漠邊緣的居延海、塔里木盆地中的羅布泊、哈密盆地、吐魯番盆地等湖盆儲(chǔ)水，按照對(duì)現(xiàn)有的居民、基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生影響較小的原則確定蓄水位，估算就可儲(chǔ)水超過(guò)3.7萬(wàn)億m3。

根據(jù)以上分析，僅在中國(guó)北方主要平原補(bǔ)充地下水和恢復(fù)西北地區(qū)幾個(gè)古湖泊，就可儲(chǔ)水超過(guò)5.6萬(wàn)億m3。加上全國(guó)范圍采取退耕還湖、新建水庫(kù)、水土保持等措施保留在陸地上的水量，相對(duì)于降低海平面10cm中國(guó)的份額2.3萬(wàn)億m3，有足夠大的容量容納氣候變化增加的海水水量。

三、儲(chǔ)水于陸的水源

根據(jù)水利部發(fā)布的2017年中國(guó)水資源公報(bào)，當(dāng)年屬平水年，我國(guó)地表水資源量2.8萬(wàn)億m3，其中1.7萬(wàn)億m3流入了海洋，0.7萬(wàn)億m3流出境外或流入界河。全國(guó)供水總量6043億m3，總耗水量3207億m3 [11]。

根據(jù)我國(guó)國(guó)家海洋局公布的《2014年中國(guó)海平面公報(bào)》，1980—2013年我國(guó)沿海海平面上升速率為3mm/年。IPCC第四次評(píng)估報(bào)告的結(jié)果基本相同，1993-2003年海平面每年上升3.1mm。按抵消海平面上升3mm計(jì)算，則每年中國(guó)分擔(dān)的儲(chǔ)水于陸的份額為696億m3。對(duì)照2017年水資源情況，新增陸地儲(chǔ)水量相當(dāng)于入海流量的4.1%、總供水量的11.5%。調(diào)配抵消海平面上升量級(jí)的淡水資源留在陸地進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水是有空間的。

四、我國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化的生態(tài)水利方略

（一）樹(shù)立強(qiáng)化生態(tài)水利的理念

傳統(tǒng)水利工程主要為了防洪、灌溉、供水、發(fā)電、航運(yùn)等目的而修建。隨著人類社會(huì)從工業(yè)文明階段向生態(tài)文明階段邁進(jìn)，水土保持、河湖生態(tài)補(bǔ)水、地下水恢復(fù)、河湖連通等以改善環(huán)境、保證生態(tài)系統(tǒng)安全為主要目的的生態(tài)水利工程逐步增加，已經(jīng)成為水利工作新的重點(diǎn)。2017年全國(guó)人工生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水總量已達(dá)161.9億m3 [11]，加上通過(guò)退田還湖、水土保持和新增水庫(kù)保留于陸地的水量，儲(chǔ)水于陸已經(jīng)初具規(guī)模。但從應(yīng)對(duì)氣候變化的角度審視，生態(tài)水利工作仍處于起步階段，需要在滿足經(jīng)濟(jì)、民生、環(huán)境等對(duì)水資源需求的前提下，探索出符合“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享”等新發(fā)展理念的生態(tài)水利新途徑。

發(fā)展生態(tài)水利，要以保障民生、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的用水格局現(xiàn)狀為前提，水多多用，水少少用，無(wú)水不用，缺水回用。水多多用，水少少用，就是在豐水年、豐水期將對(duì)民生、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等益處不大甚至有害的水資源盡可能多地利用起來(lái)，存儲(chǔ)于干旱地區(qū)。無(wú)水不用，缺水回用，就是在干旱年份優(yōu)先保障民生、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)用水，甚至取用已儲(chǔ)存的水資源緩解缺水問(wèn)題。通過(guò)生態(tài)水利工程的靈活運(yùn)用，在保障現(xiàn)有的民生、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)利益格局的前提下，充分利用水資源改善生態(tài)環(huán)境。

發(fā)展生態(tài)水利，要順應(yīng)自然、尊重自然、保護(hù)自然。充分利用天然河道、天然湖盆和已有工程，著重于恢復(fù)地面和地下歷史水體，通過(guò)水的自然循環(huán)過(guò)程改善局部氣候，而不是依靠傳統(tǒng)的灌溉技術(shù)直接發(fā)展經(jīng)濟(jì)和人造生態(tài)系統(tǒng)。從儲(chǔ)水于陸的角度看，滲漏水量和蒸發(fā)水分只要通過(guò)水循環(huán)能回歸陸地就不算水量損失，深居內(nèi)陸的生態(tài)水利工程可以簡(jiǎn)化防滲防蒸發(fā)處理措施。水資源調(diào)配主要通過(guò)連通天然河湖的大水網(wǎng)梯次實(shí)現(xiàn)、豐枯互補(bǔ)。儲(chǔ)水主要利用天然湖泊和地下水的恢復(fù)完成，而不是大規(guī)模占用生態(tài)價(jià)值和開(kāi)發(fā)利用程度較高的河谷建設(shè)大型水庫(kù)。

發(fā)展生態(tài)水利工程，要遵循經(jīng)濟(jì)規(guī)律，全國(guó)水系漸次連通，從南到北梯次調(diào)水，高水高用，低水低用。為了減少建設(shè)投資和降低對(duì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的不利影響，不追求一次性將豐水河水資源跨過(guò)其他流域直接調(diào)到旱區(qū)，而是因地制宜，就近漸次連通河湖水系，充分利用天然河湖和現(xiàn)有工程，結(jié)成大水網(wǎng)，從南向北梯次調(diào)水。我國(guó)地表水資源中很大部分是產(chǎn)于海拔較高的階梯和山地，為了不消耗或少消耗能源，要避免或減少大能耗的抽水工程，通過(guò)水量置換，優(yōu)先使較高階梯的水資源更多地用于高階梯或鄰近階梯。可適量利用生態(tài)補(bǔ)水增加的土地、漁業(yè)、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、旅游、水電等資源發(fā)展經(jīng)濟(jì)，提高生態(tài)水利工程的效益和可持續(xù)性。

（二）科學(xué)規(guī)劃生態(tài)水利工程布局

以應(yīng)對(duì)氣候變化的尺度在陸地儲(chǔ)存的水量是前所未有的，需要在大范圍內(nèi)全面展開(kāi)，因地制宜地采取不同的措施涵養(yǎng)陸地水源，減少入海水量。在南方及其他濕潤(rùn)地區(qū)主要通過(guò)水土保持、退耕還湖、保護(hù)濕地、新建水庫(kù)等實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)水于陸，同時(shí)為向干旱地區(qū)調(diào)水提供水源。在北方平原地區(qū)對(duì)洼地、湖泊補(bǔ)水，興建平原水庫(kù)、滲渠、滲井等補(bǔ)充地下水。在西部荒漠地區(qū)則通過(guò)調(diào)水工程利用天然湖盆大規(guī)模儲(chǔ)水，改善局部氣候。

西部調(diào)水是近年來(lái)熱議的話題。鄧銘江院士概要評(píng)述了年總調(diào)水量從170億m3到3000億m3不等的南水北調(diào)西線方案、大西線調(diào)水方案、“紅旗河”方案和“四江自流”方案，認(rèn)為大西線是實(shí)施國(guó)家戰(zhàn)略不可或缺的重大工程，建議相關(guān)部門(mén)盡快組織開(kāi)展前期工作，爭(zhēng)取早日納入國(guó)家戰(zhàn)略決策日程[12]。

生態(tài)水利規(guī)模宏大、影響巨大，需要用幾十年時(shí)間來(lái)完成。為了減少不利影響，調(diào)水工程布局應(yīng)立足于自然和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展現(xiàn)狀循序推進(jìn)。近期以已建或納入國(guó)家規(guī)劃的東、中、西線南水北調(diào)工程為主干，從長(zhǎng)江流域每年調(diào)水448億m3。為了向更多地向北方調(diào)水而不進(jìn)一步減少長(zhǎng)江水資源量，第二步連通長(zhǎng)江與珠江、東南諸河、西南諸河，調(diào)水500億m3以上入長(zhǎng)江，這樣共同支撐每年向北方千億m3以上規(guī)模的調(diào)水。從南方調(diào)來(lái)的水量，除了一部分水質(zhì)較好的直接通過(guò)中線南水北調(diào)一期工程送往受水區(qū)，其余水量主要以穿過(guò)干旱地區(qū)的黃河為紐帶，向西部和黃河兩岸配水。為了減少能源消耗，避免大規(guī)模抽水，按照“高水高用，低水低用”的原則，在水量最豐沛、地形和地質(zhì)條件有利、調(diào)水代價(jià)相對(duì)較低的近海平原地區(qū)盡可能多地從南方調(diào)水到北方，代替部分原來(lái)用北方河流灌溉供水的水量，置換出的這部分水量用于水資源量較少、調(diào)水代價(jià)更高的上游地區(qū)。

已建或在建的南水北調(diào)中線、東線和引江濟(jì)淮等工程除了向沿線供水，加大調(diào)水量向交匯的淮河、黃河、海河流域進(jìn)行補(bǔ)水，通過(guò)引黃閘向北京、天津、河北、河南、山東平原地區(qū)補(bǔ)充生態(tài)用水，置換部分黃河用水量供上中游使用。在青海通過(guò)引通濟(jì)柴工程從長(zhǎng)江上游通天河向柴達(dá)木盆地調(diào)水存儲(chǔ)，規(guī)模可為每年15-30億m3。通過(guò)大西線南水北調(diào)，調(diào)西南諸河、長(zhǎng)江上游水在甘肅入黃河，除了沿黃向黃土高原配水，在寧夏黃河黑山峽出口處興建黑山峽生態(tài)水利樞紐，蓄水位1300-1400m，向阿拉善高原、鄂爾多斯高原和新疆自流分水，可分配西線南水北調(diào)和黃河中下游置換水量100-500億m3。擴(kuò)展已開(kāi)展前期工作或動(dòng)工興建的白龍江調(diào)水、引漢濟(jì)渭、小江調(diào)水等工程，就近調(diào)水供甘肅、陜西使用，滿足黃土高原和汾渭平原地下水恢復(fù)需要的水量。通過(guò)以上生態(tài)水利措施，基本靠自流逐步實(shí)現(xiàn)年增陸地儲(chǔ)水量上千億立方米的目標(biāo)，經(jīng)過(guò)幾十年努力，可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)水幾萬(wàn)億立方米于陸地，有效減緩海平面上升，減少洪澇、干旱災(zāi)害，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境改善和區(qū)域經(jīng)濟(jì)平衡發(fā)展。

五、結(jié)論與展望

（一）結(jié)論

1.在當(dāng)前的工程技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)能力條件下，全球氣候變暖引起的海平面上升、水旱災(zāi)害加劇可以通過(guò)生態(tài)水利工程在陸地上大量?jī)?chǔ)水而有效緩解。中國(guó)按陸地面積分?jǐn)偟年懙貎?chǔ)水份額可以主要通過(guò)在北方恢復(fù)地下水、在西北地區(qū)恢復(fù)古湖泊等生態(tài)水利措施來(lái)實(shí)現(xiàn)，水源可通過(guò)構(gòu)建連通南北方水系的大水網(wǎng)調(diào)劑解決，以黃河為紐帶向北方、西北地區(qū)和兩岸調(diào)配。

2.生態(tài)水利的理念不同于傳統(tǒng)水利工程，以修復(fù)和改善生態(tài)環(huán)境為主要目的，以恢復(fù)地表和地下歷史天然水體為手段，利用水的自然循環(huán)過(guò)程大尺度影響局部氣候，支持生態(tài)系統(tǒng)改善和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

3.探索興建應(yīng)對(duì)氣候變化尺度的生態(tài)水利工程，需要水利、氣象、生態(tài)、地理等多學(xué)科聯(lián)合研究攻關(guān)、長(zhǎng)期積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，才能逐步實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境代價(jià)最低、生態(tài)效益最好。

（二）展望

改變氣候是人類少數(shù)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的古老夢(mèng)想之一。溫室氣體的排放加快氣候變暖的事實(shí)，從反面證明人類已經(jīng)有能力改變氣候。未來(lái)幾十年在全球協(xié)同控制溫室氣體排放同時(shí)，實(shí)施生態(tài)水利工程大規(guī)模儲(chǔ)水于陸，就能夠更好地減緩和應(yīng)對(duì)氣候變化。干旱內(nèi)陸形成的成千上萬(wàn)平方千米的水面，必將對(duì)氣壓、濕度、風(fēng)場(chǎng)、降雨等產(chǎn)生顯著影響。水陸比例足夠大，就會(huì)消滅荒漠。當(dāng)能源結(jié)構(gòu)發(fā)展到以廉價(jià)的清潔能源為主時(shí)，人類就可以按照設(shè)計(jì)塑造水陸布局和大氣溫度場(chǎng)，氣象災(zāi)害將像瘟疫、饑荒一樣消失，干旱荒漠也會(huì)變成生物的樂(lè)園，那時(shí)歷史將進(jìn)入生態(tài)文明繁盛的階段。

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[11]中華人民共和國(guó)水利部.2017年中國(guó)水資源公報(bào)[DB/OL].

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[12]鄧銘江.中國(guó)西北“水三線”空間格局與水資源配置方略[J].地理學(xué)報(bào)，2018（7）.