謝遵黨

摘要：以中國為典型，從生態(tài)文明建設(shè)角度探索通過發(fā)展生態(tài)水利來應(yīng)對氣候變化對人類和生態(tài)系統(tǒng)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(yīng)對氣候變化的生態(tài)水利方略是：樹立強化生態(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)建連通中國南北方水系的大水網(wǎng)，發(fā)揮黃河的紐帶作用，對干旱、半干旱地區(qū)進行生態(tài)補水;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，大量儲水于陸地，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，同時為經(jīng)濟發(fā)展開拓新的空間。

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：X16 ???文獻標識碼：A文章編號：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，減緩和應(yīng)對氣候變化是本世紀最重要的全球性任務(wù)之一[1]。根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）預(yù)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(qū)洪水淹沒、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(fā)、水資源嚴重短缺、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)以及人類社會的脆弱性和風(fēng)險[3]。

全球氣候變暖引起的不利影響，核心在水，實質(zhì)是海洋中的水量劇增、淹沒海島和沿海低地，濕潤地區(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(qū)的地下和湖泊、盆地，可以避免海平面過快上升、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的不利影響、增加碳匯，拓展經(jīng)濟發(fā)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(qū)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(nèi)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(yīng)當協(xié)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(fā)，很多地區(qū)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(jīng)存在的巨型湖泊多數(shù)已經(jīng)萎縮或干涸。通過補充地下水和恢復(fù)古湖泊，只要能在干旱地區(qū)平均存儲0.7m深的水就能完成我國應(yīng)擔(dān)的儲水份額。

為了解決我國西部缺水的問題，許多專家學(xué)者提出了通過調(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(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[6]。趙定烽則提出，從長江、珠江、閩江等入?？谌∷?，通過4000km隧洞每年引淡水13255億m3到新疆[7]。這些設(shè)想從原理上說明，每年千億甚至萬億立方米規(guī)模調(diào)水的水源問題并非不可解決，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)界爭議激烈，各地方和行業(yè)部門的觀點也很難統(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，爭議主要在于引水的經(jīng)濟與環(huán)境代價是否值得付出、是否可以通過節(jié)水等其它手段替代[7][8]。

從減小海平面上升的角度看，儲水于陸無可替代。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(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)濟需要的前提下提供充足的生態(tài)補水水源。根據(jù)江河水資源的時空分布特點，發(fā)展以應(yīng)對氣候變化、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)當能夠以較小的經(jīng)濟和環(huán)境代價逐步實現(xiàn)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(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月地下水動態(tài)月報》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計算，則北方主要平原地區(qū)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(nèi)流區(qū)大小湖盆不計其數(shù)，可為儲水于陸提供天然的水庫。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(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，估算就可儲水超過3.7萬億m3。

根據(jù)以上分析，僅在中國北方主要平原補充地下水和恢復(fù)西北地區(qū)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(jù)水利部發(fā)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(jù)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(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計算，則每年中國分擔(dān)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(diào)配抵消海平面上升量級的淡水資源留在陸地進行生態(tài)補水是有空間的。

四、我國應(yīng)對氣候變化的生態(tài)水利方略

（一）樹立強化生態(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、航運等目的而修建。隨著人類社會從工業(yè)文明階段向生態(tài)文明階段邁進，水土保持、河湖生態(tài)補水、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。2017年全國人工生態(tài)環(huán)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(jīng)初具規(guī)模。但從應(yīng)對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、民生、環(huán)境等對水資源需求的前提下，探索出符合“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、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)濟發(fā)展的用水格局現(xiàn)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(huán)境、經(jīng)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(qū)。無水不用，缺水回用，就是在干旱年份優(yōu)先保障民生、環(huán)境和經(jīng)濟用水，甚至取用已儲存的水資源緩解缺水問題。通過生態(tài)水利工程的靈活運用，在保障現(xiàn)有的民生、環(huán)境、經(jīng)濟利益格局的前提下，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，通過水的自然循環(huán)過程改善局部氣候，而不是依靠傳統(tǒng)的灌溉技術(shù)直接發(fā)展經(jīng)濟和人造生態(tài)系統(tǒng)。從儲水于陸的角度看，滲漏水量和蒸發(fā)水分只要通過水循環(huán)能回歸陸地就不算水量損失，深居內(nèi)陸的生態(tài)水利工程可以簡化防滲防蒸發(fā)處理措施。水資源調(diào)配主要通過連通天然河湖的大水網(wǎng)梯次實現(xiàn)、豐枯互補。儲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)價值和開發(fā)利用程度較高的河谷建設(shè)大型水庫。

發(fā)展生態(tài)水利工程，要遵循經(jīng)濟規(guī)律，全國水系漸次連通，從南到北梯次調(diào)水，高水高用，低水低用。為了減少建設(shè)投資和降低對經(jīng)濟、環(huán)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(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?？蛇m量利用生態(tài)補水增加的土地、漁業(yè)、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、旅游、水電等資源發(fā)展經(jīng)濟，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(nèi)全面展開，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。在南方及其他濕潤地區(qū)主要通過水土保持、退耕還湖、保護濕地、新建水庫等實現(xiàn)儲水于陸，同時為向干旱地區(qū)調(diào)水提供水源。在北方平原地區(qū)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(qū)則通過調(diào)水工程利用天然湖盆大規(guī)模儲水，改善局部氣候。

西部調(diào)水是近年來熱議的話題。鄧銘江院士概要評述了年總調(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，認為大西線是實施國家戰(zhàn)略不可或缺的重大工程，建議相關(guān)部門盡快組織開展前期工作，爭取早日納入國家戰(zhàn)略決策日程[12]。

生態(tài)水利規(guī)模宏大、影響巨大，需要用幾十年時間來完成。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)濟社會發(fā)展現(xiàn)狀循序推進。近期以已建或納入國家規(guī)劃的東、中、西線南水北調(diào)工程為主干，從長江流域每年調(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(diào)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(guī)模的調(diào)水。從南方調(diào)來的水量，除了一部分水質(zhì)較好的直接通過中線南水北調(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)水代價相對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、海河流域進行補水，通過引黃閘向北京、天津、河北、河南、山東平原地區(qū)補充生態(tài)用水，置換部分黃河用水量供上中游使用。在青海通過引通濟柴工程從長江上游通天河向柴達木盆地調(diào)水存儲，規(guī)?？蔀槊磕?5-30億m3。通過大西線南水北調(diào)，調(diào)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(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。擴展已開展前期工作或動工興建的白龍江調(diào)水、引漢濟渭、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。通過以上生態(tài)水利措施，基本靠自流逐步實現(xiàn)年增陸地儲水量上千億立方米的目標，經(jīng)過幾十年努力，可以實現(xiàn)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(zāi)害，促進生態(tài)環(huán)境改善和區(qū)域經(jīng)濟平衡發(fā)展。

五、結(jié)論與展望

（一）結(jié)論

1.在當前的工程技術(shù)水平和經(jīng)濟能力條件下，全球氣候變暖引起的海平面上升、水旱災(zāi)害加劇可以通過生態(tài)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(fù)地下水、在西北地區(qū)恢復(fù)古湖泊等生態(tài)水利措施來實現(xiàn)，水源可通過構(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)過程大尺度影響局部氣候，支持生態(tài)系統(tǒng)改善和經(jīng)濟社會發(fā)展。

3.探索興建應(yīng)對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)、長期積累實踐經(jīng)驗，才能逐步實現(xiàn)經(jīng)濟和環(huán)境代價最低、生態(tài)效益最好。

（二）展望

改變氣候是人類少數(shù)沒有實現(xiàn)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(jīng)有能力改變氣候。未來幾十年在全球協(xié)同控制溫室氣體排放同時，實施生態(tài)水利工程大規(guī)模儲水于陸，就能夠更好地減緩和應(yīng)對氣候變化。干旱內(nèi)陸形成的成千上萬平方千米的水面，必將對氣壓、濕度、風(fēng)場、降雨等產(chǎn)生顯著影響。水陸比例足夠大，就會消滅荒漠。當能源結(jié)構(gòu)發(fā)展到以廉價的清潔能源為主時，人類就可以按照設(shè)計塑造水陸布局和大氣溫度場，氣象災(zāi)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(tài)文明繁盛的階段。

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