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黄河水资源适应气候变化的策略研究

何霄嘉
责任编辑:范江涛 来源:

  黄河流域处于中纬度地带,受大气环流和季风环流影响的情况比较复杂,流域内不同地区气候差异显著,气候要素的年、季变化大。近年来在全球气候变化背景下,黄河流域的气候也发生了较大变化,而且深刻影响了流域水资源系统,因此必须采取有效的对策和措施提高流域水资源适应气候变化的能力。

黄河流域气候变化特点

  气候变化对黄河流域水资源的影响呈现出非线性和复杂性特征,在过去的50年内,黄河流域降水量、径流量发生了较大的变化。

  1.气温升高趋势明显

  研究表明,1951~2010年的60年间黄河流域气候发生了显著变化。2000年以来流域平均气温为10.2℃,较20世纪50年代的8.7℃上升了1.5℃,年均升温0.025℃,高于全球或全国变暖的总体水平,且黄河中下游气温上升较河源区和上游明显。

  2.降水量略有减小

  从1951~2010年,黄河流域降水量总体呈减小趋势、时空差异进一步加大。1951~1980年多年平均降水量为457.6毫米,1981~2000年多年平均降水量为473.0毫米,减小了4.5%。其中,中游降水量减小幅度最大,河源区降水量变化不明显。

  3.水面蒸发增强

  据黄河流域主要气象站观测的蒸发数据显示,1951~2000年多年平均水面蒸发量为1131.7毫米,2001~2010年为1150.9毫米,增大了1.7%,其中河口镇至龙门区间水面蒸发量增强最为显著,增大了2.4%。

气候变化对黄河流域水资源的影响

  1.河川径流量减小

  黄河河川径流以降水补给为主,降水、蒸发的变化驱动了河川径流量的变化。利津水文站1981~2000年、2001~2010年年均径流量分别比1951~1980年减小11.9%、20.6%,上游唐乃亥站、中游头道拐站和下游花园口站多年平均径流量均表现出不同程度的减小。

  2.空间变化差异大

  径流量变化的空间差异较大。黄河上游大通河径流量无明显变化,湟水径流量略有增大;中游无定河、渭河、汾河径流量2001~2010年与1951~1980年相比分别减小了28.4%、26.1%、56.9%,呈显著减小趋势;下游大汶河径流量变化较大,但没有显著性变化趋势。

  3.地下水资源量减小

  气候变化引起潜水蒸发损失增大、地下水资源量减小,由山丘区地下水出渗形成的河川基流量减小是黄河地下水资源量减小的重要证据。分析表明,黄河流域1981~2000年河川基流量年均为221.32亿立方米,较1951~1980年的269.68亿立方米减小了48.36亿立方米。

  4.旱涝灾害频率和强度增大

  旱涝灾害(尤其是干旱灾害)是黄河流域主要的自然灾害类型。随着全球气候变暖趋势加剧,黄河流域旱灾呈现出发生频率和强度增大的变化趋势,局部洪灾增加、小水大灾凸显,极端情形下流域大灾、特大灾害发生的概率、时空分布及不确定性增大。1997年的旱灾不仅造成农作物大量减产,而且黄河下游的断流天数、断流河长均创历史记录;2000年以来,黄河流域旱灾几乎连年发生,其中2008年冬季至2009年春季的特大干旱影响面积达753.33万公顷。

气候变化对黄河流域水资源供需的影响

  气候变化通过对水资源系统各个要素的作用,进而影响流域水资源供需形势,改变水资源安全格局。气候变化对黄河水资源影响主要表现在对各用水需求项、各种水源可供水量以及极端水文事件等方面。气候变化带来的极端天气事件发生的频率和强度变化,不仅大大增加了黄河流域灾害的风险、使水资源供需矛盾更加尖锐,而且给本已短缺的黄河水资源带来更大的挑战。

  1.黄河水资源供需形势

  据预测,不考虑气候变化因素影响,2020年黄河流域需水量为521.13亿立方米;通过积极挖潜后,地表水、地下水以及非常规水源的总供水量为445.81亿立方米(不包括向流域外供水量92.80亿立方米)。因此,流域缺水量为75.32亿立方米,缺水率为14.5%。2030年,黄河流域需水量将增加到547.32亿立方米,流域可供水总量为443.18亿立方米(不含向流域外供水量92.42亿立方米),流域缺水量将达到104.14亿立方米,将严重影响流域的供水安全。

  2.气候变化对需水的影响

  气候变化对于农业需水的影响主要体现在气温升高带来的作物需水变化以及降水变化导致的作物利用有效降水的变化两方面。工业需水则主要包括参加工业加工过程的工艺需水,调节室内温度、湿度的空调水以及用水设备降温的冷却水。随着气温升高,居民生活需水中饮用水、洗衣、洗澡等需水量也都会有所增加。同时,气温升高,黄河流域河道外生态环境需水量将增加。据测算,综合以上气候变化对黄河流域需水的影响分析,按照黄河流域每20年气温升高1℃测算,2030年黄河流域需水量将增加10.6亿立方米左右。

  3.气候变化对流域供水的影响

  根据国家重大课题研究成果,在气温升高1℃情况下,海河流域水面蒸发量将增加1.00%,地表水资源量减小4.26%,不重复地下水资源量减小18.91%,水资源量减小8.48%。

  黄河流域与海河流域水文、气象条件相近,若按每20年气温升高1℃测算,2030年黄河流域水资源量减小41.6亿立方米,其中:地表水资源量减小21.4亿立方米,不重复地下水资源量减小20.2亿立方米。

  黄河可供水量是黄河径流量扣除河道内生态环境需水量以及不可控制的洪水量,因此在气温升高、径流减小的情况下,黄河可供水量也必然减小。在气候变化影响下,洪水发生规律也将出现变化,导致洪水调控难度加大,也将影响黄河可供水量。

  4.气候变化对水资源供需影响综合分析

  受气候变化影响,黄河流域需水量增大而可供水量减小,因此流域水资源供需矛盾更加尖锐,缺水量进一步加大。按每20年气温升高1℃测算,2030年黄河流域总需水量增大到557.93亿立方米,而可供水量减小为401.58亿立方米,流域缺水量将达到156.35亿立方米,缺水率高达28.0%,流域水资源安全将面临严重挑战。

黄河流域水资源适应气候变化的策略

  气候变化将对黄河流域的水资源系统产生深刻影响,适应气候变化必须将水资源常规调度与应急管理相结合,提高水资源管理能力和调控水平。

  一要严格水资源管理,合理控制需水增长。实施最严格的水资源管理制度、落实“三条红线”是黄河流域应对气候变化的必然选择,在流域层面要制定取水总量控制红线、严格控制超指标用水,制定与水资源承载能力相适应的生产规模和布局,控制用水量不合理增长;实施用水效率红线,科学设定用水效率门槛,实施定额管理,限制高耗水产业进入黄河流域;根据河流水功能区纳污能力的变化,设置污染物入河量控制红线,加强水功能区管理,保障河流的生态环境功能。

  二要推广节水技术,提高流域用水效率。黄河流域现状水资源利用效率不高,农业灌溉水利用系数仅为0.5,工业用水重复利用率仅为70%左右。要加快流域节水型社会建设,推广节水技术,研发旱作、非充分灌溉以及生物节水技术,开发适应干旱半干旱地区智能化的灌区综合节水技术、经济适宜的工业节水减排工艺以及城市生活水循环利用技术,形成流域节水集成系统;在管理方面探索新的水价机制,完善流域水资源高效利用管理模式。

  三要优化配置,提高水资源承载水平。黄河现行的“87分水方案”是根据20世纪80年代的黄河水资源条件,明确各省(区)引黄的分水指标,曾对黄河水资源的合理利用及节约用水起到了积极的推动作用。由于近30年来黄河水沙情势、开发利用格局及工程布局均发生了重大变化,水需求形势变化以及南水北调中线、东线通水后外围环境变化构成了新的变化环境,因此需要重新审视“87分水方案”的适应性,并提出适应新变化环境的配置方案。根据新的需水形势,通过开展跨区域的农业水权转换等途径,提高农业用水效率,协调不同地区的用水关系,将水资源配置到边际效益较高的地区和部门,完善水沙综合调控体系,提高黄河输沙效率,减小输沙占用的黄河水量,提高水资源对经济社会的支撑能力。

  四要科学调度,提高工程调控能力。目前黄河干支流已建大型水库20余座,总库容700多亿立方米,远超黄河的河川径流量。黄河干流已形成龙羊峡、刘家峡、万家寨、三门峡、小浪底5座水库构成的骨干水库群,具备工程调蓄能力。目前急需科学规范水库群蓄泄秩序和规则,合理安排水库蓄水和放水,开展大型水库旱限水位控制、汛限水位优化以及梯级水库调度等工作,针对气候变化影响的不确定性以及径流随机性,开展风险调度等基础研究,以减缓气候变化对流域径流减小和极端水文事件的影响。

  五要实施外流域调水,改善黄河流域缺水局面。黄河水资源供需矛盾短期内可通过开展水资源优化配置、加强水资源管理来缓解,但从长期来看,根本解决水资源总量不足问题的出路在于实施跨流域调水补充黄河水源,并通过调水的合理配置提高水资源承载能力。加快南水北调西线工程建设,向黄河源头补水,是缓解黄河、西北地区水资源短缺,改善生态环境的重大战略举措,根据目前研究成果每年调水80亿立方米,调入水量通过黄河水库调节,可大大改善黄河水资源短缺、时空分布不均问题。

  六要加大水资源保护力度,提高生态环境质量。水资源是一定量和质的组合,水环境恶化常常导致水体的功能丧失。据评价,黄河干支流230个水功能区中,符合水质目标的仅有126个,有5630.8千米(占评价河长的27.4%)为劣Ⅴ类水质,并且支流污染呈现整体恶化态势。气候变化导致流域水环境问题更加突出,必须加强河流水质管理,根据水功能区水环境容量,严格控制污染物入河量,实施水质水量一体化配置与调度管理,确保水功能区水质达标。

  黄河具有水少沙多、水沙异源、水沙关系不协调等特征,有限的水资源还要担负输沙任务,现状水资源开发利用已超过水资源承载能力。气候变化背景下,需水量将有所增加、可供水量将进一步减小,黄河水资源供需矛盾日益突出,黄河水资源短缺、水旱灾害严重、生态环境恶化3大问题交织的严峻局面将进一步加剧。在当前工作中应科学认识气候变化条件下黄河流域水资源面临的问题,采取科学的适应策略;加强水资源管理和高效利用,增强水资源综合调控和管理能力;努力将气候变化的负面影响降到最低,并充分利用和发挥气候变化的正面效应。

  (作者简介:何霄嘉,科技部中国21世纪议程管理中心副研究员,主要从事气候变化影响评估与适应对策研究工作)


发布时间:2017年10月10日
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