氣候變化對運城水資源脆弱性的評估及應用

盧 瓊

(臨汾市水文水資源勘測分局，山西 臨汾 041000)

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氣候變化對運城水資源脆弱性的評估及應用

盧 瓊

(臨汾市水文水資源勘測分局，山西 臨汾 041000)

水資源是國際基礎性資源，同樣具有重要的戰略意義。氣候的變化對水資源脆弱性的影響，主要從氣候的不利因素來探討水資源適應性問題。文章以水資源供需安全為基礎，利用溫度、降雨等參數來構建水資源關鍵性指標體系，并從氣候變化來展開水資源脆弱性評價。結合運城水資源現狀，從氣候變化來優化水資源評估脆弱性，并提出積極的改進建議和思路。

氣候變化；水資源脆弱性；評估模型；運城；適應性對策

水資源是構建地域生態環境的重要基礎。地球上的水資源是有限的，隨著社會經濟的發展，對水資源的需求也越來越大，而更多的地區陷入了水資源緊張的被動局勢。如中東、中亞地區水資源危機帶來的地區安全問題更加突出。氣候變化是導致水資源問題的重要因素，特別是全球變暖而帶來的地表徑流、蒸發、降雨、土壤濕度等水文環境的變化，使得水資源在時空領域重新分配，導致部分地區洪澇、干旱等災害的發生。我國水資源短缺問題十分突出，據統計，近50年來氣候變化帶來的降水量、氣溫升高等問題，也給人民生活帶來更多難題。東北、華北地區雨量減少，華南、西北雨量增加。這些極端氣候帶來的水環境惡化問題，加劇了地域水資源的脆弱性。為此，結合氣候變化和人類活動來探討地域水資源脆弱性研究，從完善地域性水資源規劃與管理上，提出適應性對策就顯得尤為關鍵和迫切。

1 氣候變化對水資源脆弱性的研究綜述

水資源是一個國家的基礎性自然資源，對水資源脆弱性評估與研究歷來已久。法國于20世紀60年代就著手地下水資源脆弱性研究，而隨著全球水資源短缺問題的加劇，氣候變化越來越成為水資源脆弱性研究的重要因素。Brouwer等人通過人類活動與水資源的關系來探討區域水資源供需平衡問題；[1]IPCC則利用氣候變化與水資源的脆弱性研究，提出氣候變化是導致地域性水資源惡化的重要干擾因素；[2]Charles等人通過水資源開發利用率來評價水資源脆弱性，并提出氣候情景與水量平衡模型；國內對水資源脆弱性評估研究始于20世紀90年代，主要是針對北方缺水問題展開流域性水資源脆弱性評估工作。劉綠柳通過對水資源脆弱性概念的明確，提出定量評價指標體系和評價方法；唐國平從水資源供需關系來探討宏觀上的水資源脆弱性；王國慶首次將氣候變化作為水資源脆弱性研究的重點因素，并提出氣溫升高背景下水資源敏感性、脆弱性關系；董四方等人運用系統理論，通過構建水資源復雜系統模型來探討脆弱性評價指標。綜合來看，對于水資源脆弱性研究，主要集中在3點：①評價指標的選取，要么過于復雜、要么過于單一，不具有較強的適用性；②對于水資源脆弱性評價方法中，定量評價多采用加權平均的多指標方法，如水資源承載力、水資源開發利用率、人均用水量等，指標具有隨意性、人為性；③評價方法多以概念和框架為主，未能從系統機制上來提出綜合性評價模型。

2 水資源脆弱性評價方法研究

2.1 水資源脆弱性評價一般方法

根據IPCC對脆弱性的界定，結合水資源系統與氣候變化的關系，主要從脆弱性理論框架來探討水資源脆弱性因子、敏感性因子、適應性因子的關系。氣候變化背景下的水資源脆弱性研究，首先要明確脆弱性概念及其函數，利用綜合方法來提出水資源脆弱性與氣候變化的影響關系。其公式表示為：

(1)

式中：V為水資源脆弱性；α為關聯系數，對于S(t)表為敏感性函數，對于C(t)為適應性函數或者抗壓力性函數。從水資源系統關系入手，來探討人類活動、自然稟賦，以及氣候等變化的影響，并從水資源時空分異、干旱、洪流等自然災害的可能性危害等方面來探究其關系。對于某一區域水資源來說，由于氣候變化背景下是綜合作用的結果，在對脆弱性評估理論應用中，需要提出一般性函數公式：

(2)

式中：S1、S2…Sn為區域水資源系統中各影響因素的敏感性，對于C1、C2…Cn為區域水資源系統中各影響因素的抗壓性，β1、β2…βn表示區域水資源系統中各影響因素對應的尺度因子。從水資源供需矛盾來看，由于水資源存在時空分異性，對于不同地區間水資源分布不均衡、導致旱澇災害，以及水資源短缺等問題。如北方地區的海河流域，因超采嚴重而帶來生態用水不足問題。本研究將著重從水資源供需安全視角，就氣候因素等變化帶來的水資源脆弱性展開評價。

2.2 水資源敏感性分析

氣候變化對水資源的敏感性分析，主要是從氣候變化背景下，來探討水資源的變化率，等同于彈性系數。引入氣候變化與敏感性研究，氣候變化往往通過降雨與水資源變化形成直接關聯，而其彈性系數則是降雨變化與水資源變化的相關性。用公式表示為：

(3)

式中：降水量與地表徑流形成直接影響，為了對上述公式進行等價，可以從某地域多年平均降水量與地表徑流之間的關系上來近似。當然，在等價轉換中，未能將大氣蒸發與地表徑流納入影響范圍；為此，利用溫度變化與地域水文關系的分析，提出基于溫度、降雨雙參數彈性系數的計算模型，表示為：

(4)

由此可以選取溫度、降雨兩個參數指標來對地域水資源敏感度進行衡量。對于水資源脆弱性中的抗壓力性研究，主要通過水資源供需安全、可利用量、時空變異、承載力等方面來探討生態需水保障關系。

2.3 水資源抗壓力分析

我們通過國際水資源協會公布的指標體系，來推導水資源供需安全的抗壓力綜合評價函數關系為：

(5)

式中：對于r表示為水資源開發利用率，對于P是地域人口數，對于WD為用水量，對于Q為水資源總量；k表示尺度因子，與抗壓系數和水資源開發利用率有關。由于水資源抗壓能力與水資源供需安全存在非線性關系，當水資源抗壓力降低時，由此帶來的水資源敏感度越高，對氣候等變化帶來的影響也越大。為了實現對各項指標體系的綜合，在進行水資源脆弱性描述上，可以根據所包含的指標來探討水資源脆弱性分布的高值區。當水資源相對豐富時，地域內水資源開發利用率將會較低，而水資源脆弱性則處于低值區，相反，當水資源相對短缺，地域水資源利用率也會提升，而水資源脆弱性則處于高值區，氣候等變化對水資源脆弱性的影響較大。

3 以涑水河為例來氣候變化對水資源脆弱性的評估研究

涑水河是黃河的一級支流，也是運城市境內的最長河流。源頭位于絳縣陳村橫嶺關，在永濟市匯入黃河，全長195km，總落差455米，流域面積約占全市面積的一半。在整個流域內，因含沙量較小，雨季對中下游影響較大，因此屬于季節性河流。氣候變化對涑水流域的水資源影響較大，特別是在雨季降雨期，近50年降水量明顯下降，平均總降水量減少了近11%。相比氣溫變化，則10年內平均氣溫升高0.29℃，其上升趨勢明顯。可見，對于氣候變暖而帶來的涑水河流域水資源減少的問題，其敏感性更強，也更為脆弱。據統計，在涑水河流域，當氣溫一定條件下，降水量下降10%，引發的地表徑流減少30%以上，而降水量不變，則氣溫每增加1℃，地表徑流減少8%，當氣溫升高1℃，同時降水減少10，則地表徑流則減少40%以上。同時需要強調的是，由于人類活動帶來的地下水量變化，而產生流域內年徑流總量的減少問題也十分突出，其中庫區蓄水逐年減少，而城市發展所帶來的用水需求增加，使得水資源供需矛盾加劇。根據國家對水資源開發利用率，以及社會經濟、行業用水數據，在對涑水河流域內水資源脆弱性分析與評價中，主要從氣候變化的敏感度分析入手，對于山區水資源脆弱性指數小于0.1，則屬于低脆弱性，而對于脆弱指數介于中度的區域，其山區降水量、產流量與人口密度小有關，則水資源供給矛盾較小；而對于城市區域來說，由于生產、生活用水較大、對水資源開發利用率來說，成為制約水資源脆弱性的關鍵因素。同樣，對于降水量小、蒸發量大的區域，再加之承載面積大、人口密度高，則水資源開發利用率要高于標準值，形成嚴重的水資源脆弱性狀態。

4 改善涑水河流域水資源脆弱性的建議和對策

水資源脆弱性研究與氣候變化之間的關系是顯著的，利用水資源敏感度、抗壓性函數來評估水資源適應性，對于提升地域水資源生態平衡具有重要意義。針對運城涑水河流域與氣候關系的變化問題，在改善水資源脆弱性對策上，主要從3個方面著手。

4.1 注重對水資源綜合效益的利用

通過節水管理，促進水資源優化配置。如對于工業用水，從產業結構調整和升級上，嚴格控制高耗水產業，大力發展節水工藝；在農業生產上，推廣節水灌溉技術，發展雨養農業；在城鎮生活用水上，推廣中水系統，提升節水意識，減少水資源消耗；另外，在水資源管理上，通過時空配置與協同，開展系統性、水資源調度與管理。

4.2 開發多種水源

對于山區要加大雨水集流工程，實現坑塘蓄水來解決缺水難題；對于平原及農村區域，強化污水處理和高效利用，增加可供水量。

4.3 注重流域內水資源監測

從節水、開發多種水源上來優化水資源供需矛盾，如推進南水北調東、中線工程及配套工程建設，實現對受水區、農村需水，以及海河流域生態環境的改善。

[1]夏軍,雒新萍,曹建廷,等.氣候變化對中國東部季風區水資源脆弱性的影響評價[J].氣候變化研究進展，2015(01):58-61.

[2]秦大河,ThomasStocker.IPCC第五次評估報告第一工作組報告的亮點結論[J].氣候變化研究進展，2014(01):25-29.

[3]王歡,劉九夫,謝自銀,等.流域地貌參數影響因子分析[J].水文，2015(05):81-84.

1007-7596(2017)04-0134-03

2017-03-06

盧瓊(1983-)，女，山西洪洞人，助理工程師，從事地表水研究工作。

TV213；P467

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