發(fā)布時間：2022-01-15所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要: 氣候變化下的水資源脆弱性和適應性管理研究成為全球和國家應對氣候變化和保障水資源安全重點關注的問題，也是中國可持續(xù)發(fā)展面對的重大戰(zhàn)略問題。介紹了水資源脆弱性和適應性管理的國內(nèi)外最新研究進展; 針對國家重大需求和國際科學前沿問題，綜述了氣候變化下水
摘要: 氣候變化下的水資源脆弱性和適應性管理研究成為全球和國家應對氣候變化和保障水資源安全重點關注的問題，也是中國可持續(xù)發(fā)展面對的重大戰(zhàn)略問題。介紹了水資源脆弱性和適應性管理的國內(nèi)外最新研究進展; 針對國家重大需求和國際科學前沿問題，綜述了氣候變化下水資源脆弱性和適應性管理存在的問題與挑戰(zhàn)。提出了氣候變化下水資源脆弱性與適應性管理理論與方法研究以應對氣候變化的無悔為準則，與社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、成本效益分析、利益相關者的多信息源的分析與綜合決策相結(jié)合為原則，對適應性管理與脆弱性組成的互聯(lián)互動系統(tǒng)及其風險與不確定性進行分析的新認識。
關鍵詞: 氣候變化; 水資源; 脆弱性; 適應性管理; 新認識
氣候變化對水資源安全影響與適應對策是國際上普遍關注的全球性問題，也是中國可持續(xù)發(fā)展面臨的重大戰(zhàn)略問題[1-4]。自從工業(yè)革命以來，大氣中不斷增加的溫室氣體引起了以全球變暖為主要特征的氣候變化。觀測資料表明: 全球平均氣溫在 20 世紀約升高 0. 6℃，預計未來氣溫將進一步升高[5]。全球氣溫變暖將通過影響降雨、蒸發(fā)、徑流和土壤濕度等改變?nèi)蛩难h(huán)的現(xiàn)狀，引起水資源在時間和空間上的重新分配，加劇某些地區(qū)的洪澇和干旱災害，引起可利用水資源的改變，進一步影響地球的生態(tài)環(huán)境和人類社會的經(jīng)濟發(fā)展。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會( IPCC) 主席 Pachauri 在 2008 年出版的 IPCC 技術報告 《氣候變化與水》中指出: “氣候、淡水和各社會經(jīng)濟系統(tǒng)以錯綜復雜的方式相互影響。因而，其中某個系統(tǒng)的變化可引發(fā)另一個系統(tǒng)的變化。在判定關鍵的區(qū)域和行業(yè)脆弱性的過程中，與水資源有關的問題至關重要。因此，氣候變化與水資源的關系是人類社會關切的首要問題[2]。”
21 世紀以來，氣候變化影響的水資源脆弱性和適應性研究成為全球和國家應對氣候變化的重要需求和研究的熱點問題。脆弱性指氣候變化對水資源( 供需關系與配置等) 造成不利影響的程度; 適應性指變化環(huán)境下所采取不斷學習與調(diào)整的系統(tǒng)過程，改進水資源的規(guī)劃與管理對策[6-7]。氣候變化對水資源脆弱性和適應性管理對策，要求在合理評估氣候變化對水循環(huán)影響的基礎上，提出人類響應策略。IPCC《氣候變化與水》的技術報告、國際氣候和水對話組織( DWC-Dialogue on Water and Climate) 研討會報告、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署( UNEP-United Nations Environment Program) 組織編寫的《全球國際水資源評估》報告等都提出了以加強區(qū)域和流域尺度的氣候變化對水資源影響的適應性管理對策研究，指導國家和國際適應與減緩全球及區(qū)域氣候變化的影響。通過氣候變化下水資源脆弱性和適應性系統(tǒng)研究，可以揭示變化環(huán)境下水資源脆弱性以及氣候變化影響與社會經(jīng)濟相互耦合關系，建立氣候變化下水資源影響的適應性管理對策體系，提高應對氣候變化下水資源安全保障適應能力。但是，迄今為止，在氣候變化分析和氣候政策制定過程中尚未充分對待水資源中存在的不確定性問題。同樣，在大多數(shù)情況下，尚未利用水資源分析、水資源管理和制定政策的方式充分處理各種氣候變化問題。因此，氣候變化下水資源脆弱性將是 “氣候變化與水”的重要研究方面，是科學應對未來氣候變化影響的重要工作。
面對氣候變化的影響，加強適應性管理，趨利避害，是國家應對氣候變化適應性對策與管理的重大戰(zhàn)略需求。水資源脆弱性和適應性水資源管理已成為應對氣候變化、保障水資源安全重點關注的問題。它不僅是國家十分關注的重大需求問題，也是國際上水科學與水資源領域應對氣候變化影響面臨的重要應用基礎科學前沿問題。
1 水資源脆弱性與適應性管理國內(nèi)外研究進展
1. 1 水資源脆弱性國內(nèi)外研究進展
政府間氣候變化專門委員會( IPCC) 已于 1990 年、1995 年、2001 年、2007 年、2012 年和 2013 年相繼發(fā)布了 5 次評估報告，成為國際社會認識和了解氣候變化問題的主要科學依據(jù)。其中，在 1995 年的第 2 次評圖 1 IPCC-AR5 氣候變化與社會經(jīng)濟聯(lián)系的風險、脆弱性、暴露度之間關系的示意[11] Fig. 1 Framework of risk，hazards，vulnerability & exposure under climate and socio-economic processes[11]估報告中首次提出了自然和人類系統(tǒng)對氣候變化的脆弱性[8]; 2001 年的第 3 次評估報告進一步對脆弱性做了較完整的定義，認為系統(tǒng)對氣候變化的脆弱性是氣候變化、系統(tǒng)敏感性與適應性的組合[9]; 2007 年在第 4 次評估報告中又深入闡述了系統(tǒng)的脆弱性及適應性能力方面的科學認識[1]; 2012 年 IPCC 特別報告指出氣候變化事件、脆弱性、風險與暴露存在內(nèi)在關系[10]; 2013 年 IPCC 第 5 次評估報告中，第二工作組報告從科學、技術、環(huán)境、經(jīng)濟和社會等各方面對氣候變化脆弱性、敏感性和適應性進行全面評估，形成 《氣候變化———影響、適應和脆弱性》研究報告，強調(diào)了氣候變化導致災害、社會經(jīng)濟發(fā)展聯(lián)系的暴露度的綜合風險與脆弱性和適應性的聯(lián)系，如圖 1 所示[11]。此外，如何采用更廣泛的適應性措施降低對氣候變化的脆弱性已成為該研究領域的重點問題。
目前國內(nèi)外一些學者從概念、定性或一些定量方面對水資源脆弱性開展了研究。Brouwer 和 Falkenmark[12]利用人類對水資源的依賴性以及區(qū)域水資源的供需平衡狀況，并根據(jù)各因子的閾值分析了水資源的脆弱程度; Feng 和 He[13]從水量變化、水安全、生態(tài)安全、管理機制等方面探討了中國跨境水資源脆弱性及影響因子; Farley 等[14]探討了氣候變化對俄勒岡山脈地區(qū)水資源脆弱性的影響，初步分析了氣候變化引起的敏感性與用水部門的適應性與對策; Kelkar 等[15]分析了印度 Uttarakhand 地區(qū)的氣候變化和水資源壓力的適應性和脆弱性; Wu 等[16]通過建立模擬水資源供需過程的系統(tǒng)動力模型，對巴音郭楞水資源脆弱性進行了評價; Chang 等[17]利用水資源供需關系和水質(zhì)指標，對哥倫比亞河流域水資源脆弱性進行了評價。國內(nèi)鄧慧平和趙明華[18]分析了氣候變化對山東省萊州灣地區(qū)水資源脆弱性的影響; 唐國平等[19]探討了氣候變化的水資源脆弱性及其評估方法; 張建云和王國慶[6]采用供需關系的指標體系，評估了水資源脆弱性問題; 姜海波等[20]和李玉芳等[21]分別就塔里木河流域脆弱性的趨勢進行分析和評價; Xia 等[7]2012 年提出水資源脆弱性與系統(tǒng)的敏感性成正比，而與水資源系統(tǒng)的抗壓性成反比，構建水資源脆弱性函數(shù)公式。
1. 2 水資源適應性管理國內(nèi)外研究進展
世界銀行、IWMI 以及 FAO 的研究報告指出: 導致水資源短缺的重要原因是水資源管理不善。如果繼續(xù)采用目前的水資源管理方法，將會加劇全球水危機[22-23]。
適應性管理最初的名稱是 “適應性環(huán)境評估與管理”，首次出現(xiàn)并應用于生態(tài)系統(tǒng)理論和實踐，旨在克服靜態(tài)評價和環(huán)境管理的局限問題，是處理可再生資源管理中不確定性問題的過程。國外開展相關的研究較早，1978 年 Holling[24]認為其是通過適應性管理，促進其學習和自身提高而增強對不確定性的有效適應方式; 1995 年 Geldof[25]認為適應性的水資源管理是水資源一體化管理的整體過程，是一個通過不斷的適應變化來調(diào)整平衡策略的復雜適應系統(tǒng); 全球水系統(tǒng)項目( GWSP) 主席 Pahl-Wostl 認為水資源管理面臨著氣候變化、全球變化及社會經(jīng)濟變化帶來的巨大不確定性，水資源適應性管理的主要目的是為了增加水資源系統(tǒng)的適應能力[26]; 加利福尼亞能源署和水資源部對加利福尼亞水資源采用 “無悔”政策進行管理。隨后適應性管理在資源管理領域、社會-生態(tài)系統(tǒng)研究以及人-自然適應研究中得到廣泛應用和發(fā)展[27-28]。
國內(nèi)水資源適應性管理的相關研究較少，佟金萍和王慧敏[29]認為適應性管理為實現(xiàn)系統(tǒng)健康及資源的可持續(xù)性管理，圍繞系統(tǒng)管理的不確定性展開的一系列設計、規(guī)劃、監(jiān)測、管理資源等行動，確保系統(tǒng)整體性和協(xié)調(diào)性的動態(tài)調(diào)整過程; 陳俊旭等[30]歸納了流域?qū)用驷槍﹃P鍵脆弱性的適應性管理對策。
1. 3 水資源脆弱性與適應性管理存在的問題與挑戰(zhàn)
水資源脆弱性與適應性管理研究是國際社會普遍關心的全球性問題，也是中國可持續(xù)發(fā)展面對的重大戰(zhàn)略問題。水資源脆弱性研究關系到水資源合理利用與高效配置，是水資源合理支撐社會經(jīng)濟發(fā)展的重要理論基礎。
中國在氣候變化下水資源脆弱性和適應性基礎研究方面比較薄弱。現(xiàn)行水利工程和水資源規(guī)劃管理中，基本上是基于穩(wěn)定的水文隨機變量，隨機序列中只有波動變化而無趨勢變化，即以外延歷史氣候為依據(jù)，缺少對氣候變化影響的考慮，包括均值、方差及極端氣候變化的影響和年代季的變化等，從而可能導致水利工程出現(xiàn)重大不安全問題。氣候變化將改變水資源空間格局，導致可利用或可供給水資源量的變化; 氣候變化可能影響社會經(jīng)濟發(fā)展對水資源需求及耗水量的變化，從而影響區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展的水資源供需關系。開展氣候變化下水資源脆弱性和適應性的系統(tǒng)研究，揭示氣候變化下水資源可供給量與社會經(jīng)濟對水需求量之間的相互作用關系，是應對氣候變化不利影響，實施最嚴格的水資源需求管理的重要科學基礎。
水資源脆弱性和適應性管理研究是氣候變化和人類活動影響下水資源管理的必經(jīng)之路，由于目前國內(nèi)外研究較為分散，水資源適應性管理研究存在以下的問題和挑戰(zhàn):
1. 3. 1 水資源適應性管理與水資源傳統(tǒng)管理混淆
傳統(tǒng)的水資源管理主要依據(jù)水文序列平穩(wěn)性假定，依據(jù)歷史水文觀測和需求關系規(guī)劃設計和管理水資源，對變化環(huán)境水管理問題和不確定風險的考慮甚少，管理滯后即規(guī)劃趕不上變化等現(xiàn)象突出。氣候變化和人類活動導致加劇了全球水問題，氣候變化的影響打破了水文穩(wěn)態(tài)假定，導致現(xiàn)行水資源規(guī)劃、設計洪水、重大調(diào)水工程規(guī)劃設計和管理存在新的風險，迫切需要采取必要的適應性對策與措施。適應性管理相對于傳統(tǒng)的管理具有明顯的優(yōu)越性。適應性管理是從面向不斷變化環(huán)境的水管理需求出發(fā)特別是不確定的影響，通過不斷調(diào)整一個時期的規(guī)劃和戰(zhàn)略來適應管理需要。
1. 3. 2 水資源適應性管理與水資源脆弱性評價脫節(jié)
氣候變化下的水資源適應性管理是指對目前和未來氣候變化所做出的趨利避害的調(diào)整反應，也是指在氣候變化條件下的調(diào)整和適應能力，其管理目的是減少水資源的脆弱性及其聯(lián)系的綜合風險。因此，水資源脆弱性評價作為水資源適應性管理的基礎，是開展水資源適應性管理的必要條件。但目前已開展的水資源適應性管理研究中，很少與水資源脆弱性及其綜合風險評價聯(lián)系，致使水資源脆弱性和適應性研究各行其路、相互脫節(jié)，為水資源適應性管理帶來較大困難。
1. 3. 3 水資源適應性管理缺乏機理、理論、模型與方法研究
現(xiàn)有的適應性管理措施大都表達得比較寬泛，水資源適應性管理缺乏將水資源管理與氣候變化、定量化脆弱性評價、社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和成本效益有機結(jié)合的研究，無法依據(jù)定性及定量分析的結(jié)果提出具有針對性、便于操作、易于普及的水資源適應性管理對策。而更深入的水資源適應性與社會經(jīng)濟系統(tǒng)之間的耦合關系、水資源適應性管理的經(jīng)濟成本、水資源適應性與水資源脆弱性的互聯(lián)互動關系等的研究也少有涉及。因此，水資源適應性的理論與方法研究亟待加強。
通過氣候變化下水資源脆弱性和適應性系統(tǒng)研究，可以揭示變化環(huán)境下水資源脆弱性以及氣候變化影響與社會經(jīng)濟相互耦合關系，建立氣候變化下水資源影響適應性管理對策體系，提高應對氣候變化下水資源安全保障適應能力。
1. 3. 4 氣候變化影響的不確定性
由于目前對氣候系統(tǒng)的認識有限，氣候變化預測結(jié)果給出的只是一種可能的變化趨勢和方向，加之水文循環(huán)過程的復雜性，氣候變化的影響評價結(jié)果中尚包含有相當大的不確定性。如何處理未來氣候變化情景的不確定性及其聯(lián)系的風險管理問題，將是 “氣候變化影響下水資源脆弱性和適應性管理研究”必須面對的難題。
通過提高不同區(qū)域氣候變化情景下水文水資源變化預估的精度，構建不僅考慮水資源開發(fā)利用與供給的對應關系，還從氣候影響水文系統(tǒng)角度出發(fā)，疊加進氣候變化影響，并耦合承載的社會經(jīng)濟要素可能受到的影響程度及風險水平，具有較強物理機制的水資源脆弱性影響評價、適應性管理模型和應對風險的對策來降低氣候變化帶來的不確定性影響。
2 氣候變化下水資源脆弱性的適應性管理新認識
為應對氣候變化和人類活動對水資源管理的影響，迫切需要轉(zhuǎn)變水資源管理方式。在這種情況下，聯(lián)合國以及國際相關組織均做出了應對氣候變化水資源管理的變革，中國政府也不遺余力地積極參與應對氣候變化水資源管理。氣候變化下水資源脆弱性的適應管理主要有以下幾點新認識:
2. 1 水資源適應性管理與脆弱性的互聯(lián)互動系統(tǒng)
水資源脆弱性表現(xiàn)在多個方面，涉及到水資源系統(tǒng)抗壓性、氣候變化敏感性、暴露度及災害風險，而針對脆弱區(qū)的適應性管理也應綜合考慮水資源系統(tǒng)在變化環(huán)境下所處的社會經(jīng)濟系統(tǒng)、水資源稟賦、生態(tài)環(huán)境及各系統(tǒng)耦合關系。水資源適應性管理在區(qū)域-流域?qū)用鎽紤]變化環(huán)境下水資源脆弱性、社會經(jīng)濟發(fā)展組成的復合系統(tǒng)，探討水循環(huán)作為貫穿整個復合系統(tǒng)的聯(lián)系紐帶的作用，以減小區(qū)域水資源脆弱性及社會經(jīng)濟與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展為目標，運用多學科理論和技術方法，妥善處理各目標在水資源開發(fā)利用上的競爭關系，從決策科學、系統(tǒng)科學和多目標規(guī)劃出發(fā)，提出具有針對性的水資源適應性管理對策和優(yōu)化方案。
因此，氣候變化影響下的水資源適應性管理必須要與區(qū)域水資源脆弱性評價建立互聯(lián)互動的管理體系，用以通過適應性調(diào)整，評估并減緩氣候變化對水資源產(chǎn)生不確定影響，降低氣候變化對人類和水資源系統(tǒng)產(chǎn)生的風險程度，篩選有效的水資源適應性策略和途徑，減緩水資源應對氣候的脆弱性，提高人類的適應和應對能力，如圖 2 所示。
2. 2 水資源脆弱性的適應性管理風險與不確定性分析
流域水資源系統(tǒng)是由社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境等組成的復雜大系統(tǒng)，由于氣候變化的影響和人類活動的作用，導致未來氣候變化引起降水和水資源供需變化的不確定性，必然導致流域水資源管理存在大量的不確定因素。水資源的適應性管理是面向風險與不確定性的適應性管理與對策，由此需要采取識別認識—分析—優(yōu)化決策—動態(tài)監(jiān)測評價的適應性對策。在管理和決策過程方面，該過程具有以下特點: 半定量到定量化、多目標問題、螺旋式上升的系統(tǒng)綜合和優(yōu)化決策過程，如圖 3 所示。
2. 3 應對氣候變化的無悔準則
不確定情況下的決策分析，關鍵在于根據(jù)決策者對風險的態(tài)度確定決策準則，通過決策準則，將不確定性問題轉(zhuǎn)化為確定性決策問題。根據(jù)氣候變化下水資源系統(tǒng)的不確定性分析結(jié)果，采用無悔分析方法作為應對氣候變化下水資源適應性管理模型決策分析的重要準則之一。無悔分析方法是不確定條件下的一種有效決策方法，此方法只需要一系列可能發(fā)生的情景，無需對發(fā)生概率或分布做假設，它不遵循價值最大化準則，也不考慮各種可能結(jié)果的概率，只是先找出每個方案在各種自然狀態(tài)中的最大無悔值，然后從最大無悔值中選擇無悔值最小的方案作為最優(yōu)方案。
未來氣候變化對水資源供需關系的影響無法預測，只能依據(jù)氣候模式的情景分析信息與預估。為了避免面臨有可能發(fā)生的最不利情況，往往需要在適應性管理的對策中應用無悔準則，也就是分析未來氣候變化對水資源影響的情景集合，選取有可能發(fā)生的最不利情況進行風險決策。
2. 4 與社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、成本效益分析相結(jié)合原則
適應性管理策略的定量分析是選擇適應性對策時最為關鍵依據(jù)之一。定量分析目的在于評估適應性管理對策的經(jīng)濟效益。該分析將為決策過程提供充足的信息，為適應性管理工作奠定基礎。
水資源的開發(fā)利用和規(guī)劃配置需要大量的經(jīng)濟成本投入，也會產(chǎn)生不同的社會經(jīng)濟效益與環(huán)境效益。因此，適應性管理與對策，應充分考慮到水資源的資源價值和社會經(jīng)濟價值，需要核算成本效益，以決策適合的水資源適應性管理的最優(yōu)決策方案。
2. 5 利益相關者的多信息源的分析與綜合決策原則
水資源的服務對象既有經(jīng)濟、資源和能源，也有社會與環(huán)境，是一個多元化的水資源利益相關者群體，因此存在沖突和矛盾問題。適應性水資源管理需要平衡和協(xié)調(diào)不同利益相關者的需求與矛盾，集中若干評價者的意見以提高決策質(zhì)量，成為多目標決策與協(xié)調(diào)的特色之一。因此，也需要對應的政策、條例和法規(guī)制約。
3 結(jié)論與展望
氣候變化對水資源影響和中國社會經(jīng)濟的發(fā)展需求導致的國家水安全問題和水危機十分緊迫。占中國人口 95% 和國土面積 1 /2 的東部季風區(qū)，其中接近 90% 區(qū)域的水資源處在較脆弱和脆弱狀態(tài)，中國北方海河、黃河、淮河流域的脆弱性最高。預計在未來，極端氣候事件會變得更頻繁，南澇北旱的格局會進一步加重，而水資源短缺也將在全國范圍內(nèi)持續(xù)，加劇水資源的脆弱性。所以，研究氣候變化和人類活動影響下水資源脆弱性，探明其空間分布并預估未來可能的發(fā)展狀況，對合理的區(qū)域水資源規(guī)劃管理、開發(fā)利用以及提出緩解不利影響的適應性對策具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義，可以更緊密地為社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。
如何落實和實現(xiàn)嚴格水資源管理制度和生態(tài)文明建設的國家戰(zhàn)略，是現(xiàn)在和未來 30 年中國水資源可持續(xù)利用與管理面臨的巨大挑戰(zhàn)和非常現(xiàn)實的問題。以水質(zhì)管理、水災害管理、提高水資源生產(chǎn)率為特點的全社會節(jié)水、水管理體制與制度改革是應對氣候變化、實施 “國家—流域—地方—用水戶”的適應性管理基本途徑，也是破解中國水問題的核心與關鍵。目前國內(nèi)外一些專家和學者已從不同角度研究水資源的脆弱性和適應性，有了比較好的基礎與進展。但是，二者多半是分離的，水資源的脆弱性側(cè)重在評估，適應性側(cè)重在對策; 氣候變化對水資源脆弱性影響也主要在簡單加權指標和定性或半定量研究。將氣候變化情景與社會經(jīng)濟情況通過水系統(tǒng)模型聯(lián)系形成水資源脆弱性評估系統(tǒng)的科學基礎，同時將水資源脆弱性與適應性的指標體系和調(diào)控變量融為一體，形成評估與實用性互動的體系與方法的探索，在國內(nèi)外幾乎還是空白; 基于水資源脆弱性基礎的環(huán)境變化敏感性和抗壓性的復合函數(shù)理論研究也較少，這些問題有待今后進一步研究討論。——論文作者：夏 軍1，2 ，石 衛(wèi)1，3 ，雒新萍2 ，洪 思2 ，寧理科2 ，Christopher J Gippel4
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