應對氣候變化的生態水利方略初探

謝遵黨

摘要：以中國為典型，從生態文明建設角度探索通過發展生態水利來應對氣候變化對人類和生態系統的不利影響。認為儲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水量、西北荒漠湖盆可儲水量兩個方面分析了中國陸地的儲水潛力，分析了儲水于陸的水源，提出我國應對氣候變化的生態水利方略是：樹立強化生態水利的理念，科學規劃生態水利工程布局。其主要內容是構建連通中國南北方水系的大水網，發揮黃河的紐帶作用，對干旱、半干旱地區進行生態補水;在華北、東北地區恢復超采的地下水，在西北地區恢復古湖泊，大量儲水于陸地，從而減少海平面上升，降低南方和沿海地區的洪澇損失，大尺度修復和改善北方和西北地區的生態環境，同時為經濟發展開拓新的空間。

關鍵詞：氣候變化;生態水利;引渤入疆;南水北調;西部調水

中圖分類號：X16 ???文獻標識碼：A文章編號：CN61-1487-（2019）15-0017-04

工業化溫室氣體排放引起的全球變暖，已經成為威脅人類安全、引起生態系統崩潰的潛在危機，減緩和應對氣候變化是本世紀最重要的全球性任務之一[1]。根據聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）預測，即使到2100年通過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，造成海島國家和沿海地區洪水淹沒、海水入侵等災害[2]。根據目前的人口分布情況分析，海平面每升高0.1m，全球受淹沒影響的人口約1000萬人。氣候變暖的不利影響還包括極端氣象事件頻發、水資源嚴重短缺、水旱災害加劇，損害糧食安全，引起生態系統退化，顯著提高所有大陸和海洋生態系統以及人類社會的脆弱性和風險[3]。

全球氣候變暖引起的不利影響，核心在水，實質是海洋中的水量劇增、淹沒海島和沿海低地，濕潤地區降水更多、更集中，從而引起洪澇，干旱地區降水更少，造成極度干旱。從儲存水的角度來看，湖泊、水庫和海洋一樣都是可以裝水的盆，陸地也是盛滿土石的盆，同樣可以吸收存儲很多水分。利用水利工程來把更多的水留在陸地上，特別是儲水于干旱地區的地下和湖泊、盆地，可以避免海平面過快上升、修復和改善干旱地區生態環境，從而有效地緩解氣候變暖帶來的不利影響、增加碳匯，拓展經濟發展空間。

一、儲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，需要在陸地多儲存約36.1萬億m3的水。全球陸地面積約為1.49億km2，其中3600萬km2為荒漠化土地。通過輸水工程，僅考慮向荒漠地區的湖盆、洼地、地層補水，平均儲存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陸湖盆，儲水潛力巨大。比如里海面積為38.6萬km2[4]，湖面高程低于海平面29m，湖面每升高1m，至少可多儲存3680億m3的水。

全球變暖不可避免，要避免海平面過快上升，唯有將冰川、凍土融化增加的海水量存諸在陸地上。全世界各國應當協同努力，按陸地面積比例分攤氣候變化而增加的入海水量。我國陸地面積為960萬km2，占全球陸地面積的6.44%。按比例分攤減少海平面上升0.1m的水量為36.1萬億m3，需在中國陸地上儲存的水量為2.32萬億m3。中國北方有70多萬km2廣闊的平原，由于干旱和過度開發，很多地區地下水位很低;西部干旱少雨，有267萬km2的荒漠戈壁，歷史上曾經存在的巨型湖泊多數已經萎縮或干涸。通過補充地下水和恢復古湖泊，只要能在干旱地區平均存儲0.7m深的水就能完成我國應擔的儲水份額。

為了解決我國西部缺水的問題，許多專家學者提出了通過調水改變西部干旱面貌的設想，比較有代表性的有引渤入疆、淡化海水西調、河口東水西調等。霍有光等提出的引渤入疆、恢復羅布泊生態環境的方案，從天津附近的渤海取50億m3海水，通過管道分級提升，利用渠道長距離自流1900km，引至疏勒河后自流入羅布泊[5]。張恒旭等提出大力開發荒漠可再生能源，淡化海水西調，估算出淡化并輸送相當于黃河平均流量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系統抑制可再生能源的功率波動[6]。趙定烽則提出，從長江、珠江、閩江等入海口取水，通過4000km隧洞每年引淡水13255億m3到新疆[7]。這些設想從原理上說明，每年千億甚至萬億立方米規模調水的水源問題并非不可解決，抽水的能源供應能力也已經不是制約因素。

由于調水工程是影響巨大的戰略性工程，涉及多地區多領域，在學術界爭議激烈，各地方和行業部門的觀點也很難統一。大規模引水改變干旱地區的地理面貌從科學原理上是成立的，爭議主要在于引水的經濟與環境代價是否值得付出、是否可以通過節水等其它手段替代[7][8]。

從減小海平面上升的角度看，儲水于陸無可替代。在目前以化石燃料為主的能源結構下，大規模抽水西調與節能減排的應對氣候變化基本手段相悖，還不宜實施。事實上我國江河平均每年有超過2萬億m3的淡水流入海洋或流出境外，其中相當大一部分產于海拔較高的階梯和山區，合理調配可以在滿足民生、環境、經濟需要的前提下提供充足的生態補水水源。根據江河水資源的時空分布特點，發展以應對氣候變化、修復和改善生態環境的為主要目的的生態水利，應當能夠以較小的經濟和環境代價逐步實現大量儲水于陸地、顯著降低海平面上升速度的目標。

二、中國陸地的儲水潛力

（一）北方平原地下水可增儲水量

我國北方平原地區土質一般為粘土、粉土和沙土，干容重為13-18kN/m3，飽和容重為18-23kN/m3。如表1，根據水利部水資源司發布的《2018年10月地下水動態月報》中的平均地下水位，初步分析統一按地下水位提升到地表以下3m、含水量增加5kN/m3計算，則北方主要平原地區可在地下增加儲水量1.9萬億m3。

（二）西北荒漠湖盆可儲水量

我國北方干旱內流區大小湖盆不計其數，可為儲水于陸提供天然的水庫。如表2，根據衛星地圖地形數據，僅在最干旱的柴達木盆地中心的達布遜湖、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水，按照對現有的居民、基礎設施產生影響較小的原則確定蓄水位，估算就可儲水超過3.7萬億m3。

根據以上分析，僅在中國北方主要平原補充地下水和恢復西北地區幾個古湖泊，就可儲水超過5.6萬億m3。加上全國范圍采取退耕還湖、新建水庫、水土保持等措施保留在陸地上的水量，相對于降低海平面10cm中國的份額2.3萬億m3，有足夠大的容量容納氣候變化增加的海水水量。

三、儲水于陸的水源

根據水利部發布的2017年中國水資源公報，當年屬平水年，我國地表水資源量2.8萬億m3，其中1.7萬億m3流入了海洋，0.7萬億m3流出境外或流入界河。全國供水總量6043億m3，總耗水量3207億m3 [11]。

根據我國國家海洋局公布的《2014年中國海平面公報》，1980—2013年我國沿海海平面上升速率為3mm/年。IPCC第四次評估報告的結果基本相同，1993-2003年海平面每年上升3.1mm。按抵消海平面上升3mm計算，則每年中國分擔的儲水于陸的份額為696億m3。對照2017年水資源情況，新增陸地儲水量相當于入海流量的4.1%、總供水量的11.5%。調配抵消海平面上升量級的淡水資源留在陸地進行生態補水是有空間的。

四、我國應對氣候變化的生態水利方略

（一）樹立強化生態水利的理念

傳統水利工程主要為了防洪、灌溉、供水、發電、航運等目的而修建。隨著人類社會從工業文明階段向生態文明階段邁進，水土保持、河湖生態補水、地下水恢復、河湖連通等以改善環境、保證生態系統安全為主要目的的生態水利工程逐步增加，已經成為水利工作新的重點。2017年全國人工生態環境補水總量已達161.9億m3 [11]，加上通過退田還湖、水土保持和新增水庫保留于陸地的水量，儲水于陸已經初具規模。但從應對氣候變化的角度審視，生態水利工作仍處于起步階段，需要在滿足經濟、民生、環境等對水資源需求的前提下，探索出符合“創新、協調、綠色、開放、共享”等新發展理念的生態水利新途徑。

發展生態水利，要以保障民生、生態環境、經濟發展的用水格局現狀為前提，水多多用，水少少用，無水不用，缺水回用。水多多用，水少少用，就是在豐水年、豐水期將對民生、環境、經濟等益處不大甚至有害的水資源盡可能多地利用起來，存儲于干旱地區。無水不用，缺水回用，就是在干旱年份優先保障民生、環境和經濟用水，甚至取用已儲存的水資源緩解缺水問題。通過生態水利工程的靈活運用，在保障現有的民生、環境、經濟利益格局的前提下，充分利用水資源改善生態環境。

發展生態水利，要順應自然、尊重自然、保護自然。充分利用天然河道、天然湖盆和已有工程，著重于恢復地面和地下歷史水體，通過水的自然循環過程改善局部氣候，而不是依靠傳統的灌溉技術直接發展經濟和人造生態系統。從儲水于陸的角度看，滲漏水量和蒸發水分只要通過水循環能回歸陸地就不算水量損失，深居內陸的生態水利工程可以簡化防滲防蒸發處理措施。水資源調配主要通過連通天然河湖的大水網梯次實現、豐枯互補。儲水主要利用天然湖泊和地下水的恢復完成，而不是大規模占用生態價值和開發利用程度較高的河谷建設大型水庫。

發展生態水利工程，要遵循經濟規律，全國水系漸次連通，從南到北梯次調水，高水高用，低水低用。為了減少建設投資和降低對經濟、環境的不利影響，不追求一次性將豐水河水資源跨過其他流域直接調到旱區，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有工程，結成大水網，從南向北梯次調水。我國地表水資源中很大部分是產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，通過水量置換，優先使較高階梯的水資源更多地用于高階梯或鄰近階梯。可適量利用生態補水增加的土地、漁業、林業、農業、旅游、水電等資源發展經濟，提高生態水利工程的效益和可持續性。

（二）科學規劃生態水利工程布局

以應對氣候變化的尺度在陸地儲存的水量是前所未有的，需要在大范圍內全面展開，因地制宜地采取不同的措施涵養陸地水源，減少入海水量。在南方及其他濕潤地區主要通過水土保持、退耕還湖、保護濕地、新建水庫等實現儲水于陸，同時為向干旱地區調水提供水源。在北方平原地區對洼地、湖泊補水，興建平原水庫、滲渠、滲井等補充地下水。在西部荒漠地區則通過調水工程利用天然湖盆大規模儲水，改善局部氣候。

西部調水是近年來熱議的話題。鄧銘江院士概要評述了年總調水量從170億m3到3000億m3不等的南水北調西線方案、大西線調水方案、“紅旗河”方案和“四江自流”方案，認為大西線是實施國家戰略不可或缺的重大工程，建議相關部門盡快組織開展前期工作，爭取早日納入國家戰略決策日程[12]。

生態水利規模宏大、影響巨大，需要用幾十年時間來完成。為了減少不利影響，調水工程布局應立足于自然和經濟社會發展現狀循序推進。近期以已建或納入國家規劃的東、中、西線南水北調工程為主干，從長江流域每年調水448億m3。為了向更多地向北方調水而不進一步減少長江水資源量，第二步連通長江與珠江、東南諸河、西南諸河，調水500億m3以上入長江，這樣共同支撐每年向北方千億m3以上規模的調水。從南方調來的水量，除了一部分水質較好的直接通過中線南水北調一期工程送往受水區，其余水量主要以穿過干旱地區的黃河為紐帶，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、地形和地質條件有利、調水代價相對較低的近海平原地區盡可能多地從南方調水到北方，代替部分原來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、調水代價更高的上游地區。

已建或在建的南水北調中線、東線和引江濟淮等工程除了向沿線供水，加大調水量向交匯的淮河、黃河、海河流域進行補水，通過引黃閘向北京、天津、河北、河南、山東平原地區補充生態用水，置換部分黃河用水量供上中游使用。在青海通過引通濟柴工程從長江上游通天河向柴達木盆地調水存儲，規模可為每年15-30億m3。通過大西線南水北調，調西南諸河、長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和黃河中下游置換水量100-500億m3。擴展已開展前期工作或動工興建的白龍江調水、引漢濟渭、小江調水等工程，就近調水供甘肅、陜西使用，滿足黃土高原和汾渭平原地下水恢復需要的水量。通過以上生態水利措施，基本靠自流逐步實現年增陸地儲水量上千億立方米的目標，經過幾十年努力，可以實現儲水幾萬億立方米于陸地，有效減緩海平面上升，減少洪澇、干旱災害，促進生態環境改善和區域經濟平衡發展。

五、結論與展望

（一）結論

1.在當前的工程技術水平和經濟能力條件下，全球氣候變暖引起的海平面上升、水旱災害加劇可以通過生態水利工程在陸地上大量儲水而有效緩解。中國按陸地面積分攤的陸地儲水份額可以主要通過在北方恢復地下水、在西北地區恢復古湖泊等生態水利措施來實現，水源可通過構建連通南北方水系的大水網調劑解決，以黃河為紐帶向北方、西北地區和兩岸調配。

2.生態水利的理念不同于傳統水利工程，以修復和改善生態環境為主要目的，以恢復地表和地下歷史天然水體為手段，利用水的自然循環過程大尺度影響局部氣候，支持生態系統改善和經濟社會發展。

3.探索興建應對氣候變化尺度的生態水利工程，需要水利、氣象、生態、地理等多學科聯合研究攻關、長期積累實踐經驗，才能逐步實現經濟和環境代價最低、生態效益最好。

（二）展望

改變氣候是人類少數沒有實現的古老夢想之一。溫室氣體的排放加快氣候變暖的事實，從反面證明人類已經有能力改變氣候。未來幾十年在全球協同控制溫室氣體排放同時，實施生態水利工程大規模儲水于陸，就能夠更好地減緩和應對氣候變化。干旱內陸形成的成千上萬平方千米的水面，必將對氣壓、濕度、風場、降雨等產生顯著影響。水陸比例足夠大，就會消滅荒漠。當能源結構發展到以廉價的清潔能源為主時，人類就可以按照設計塑造水陸布局和大氣溫度場，氣象災害將像瘟疫、饑荒一樣消失，干旱荒漠也會變成生物的樂園，那時歷史將進入生態文明繁盛的階段。

參考文獻：

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[2]聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）.全球變暖1.5?政策制定者摘要[DB/OL].

https：//www.ipcc.ch/sr15/chapter/summary-for-policy-makers/.

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[5]霍有光.實施陸海統籌引渤入疆 ?恢復羅布泊生態環境建設工程的探討[J].西部學刊，2014（1）.

[6]張恒旭，劉玉田.可再生能源大規模應用在荒漠治理中的作用[J].可再生能源，2014（9）.

[7]趙定烽.“東水西調”或“東水隧調”才是中國實施南水北調的正確新模式[J].中國新通信，2018（17）.

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[9]錢逸華.引渤入疆：慎思，慎行[N].中國民族報，2010-11-16.

[10]水利部水資源司.2018年10月地下水動態月報[DB/OL].

http：//www.mwr.gov.cn/sj/tjgb/dxsdtyb/201901/t20190129_ 1107313.html

[11]中華人民共和國水利部.2017年中國水資源公報[DB/OL].

http：//www.mwr.gov.cn/sj/tjgb/szygb/201811/t20181116_ 1055003.html.

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