秦鵬程 劉敏 夏智宏 劉綠柳

（1 武漢區(qū)域氣候中心，武漢 430074；2 國家氣候中心，北京 100081）

0 引言

自工業(yè)革命以來，隨著大氣中溫室氣體濃度的持續(xù)增加，地球氣候系統(tǒng)正經(jīng)歷一次以變暖為主要特征的顯著變化。氣候變暖通過改變水循環(huán)過程影響降水、蒸發(fā)、徑流、冰川積雪等的時(shí)空分布，進(jìn)而導(dǎo)致地表水資源總量和時(shí)空分布格局發(fā)生改變，并對人類社會的水資源開發(fā)、利用和管理造成深刻影響[1-3]。在全球變暖背景下，地球水循環(huán)的加劇導(dǎo)致洪澇和干旱等極端水文事件的發(fā)生頻率和強(qiáng)度增加，伴隨著人口增長和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對水資源需求的增加，未來全球水資源短缺問題將更加突出[4]。與此同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)水資源的合理配置和高效利用，人類通過廣泛修建水庫、大壩、堤防等工程設(shè)施，對天然河川徑流進(jìn)行管理和開發(fā)，在氣候變化影響下，水利工程設(shè)施的運(yùn)行效益及其自身安全均可能受到嚴(yán)重影響[5-7]。因此，開展氣候變化對水資源及其管理系統(tǒng)的影響評估，尤其是未來氣候變化的影響預(yù)估，對水資源的規(guī)劃管理及其可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

過去的幾十年來，已有許多研究致力于研究和揭示水循環(huán)要素的演變特征、氣候變化對水循環(huán)過程的影響機(jī)理、氣候變化對水資源系統(tǒng)的潛在影響以及應(yīng)對氣候變化的適應(yīng)性管理策略等，在研究方法、影響后果、影響機(jī)制和應(yīng)對策略等方面取得了豐碩的成果。文中綜述氣候變化對水資源和水利工程影響研究方面的最新進(jìn)展和認(rèn)知，討論和展望當(dāng)前研究的不足及未來研究方向，以期為開展水資源評估相關(guān)研究及流域水資源的規(guī)劃和管理提供參考。

1 氣候變化對水資源和水利工程影響的研究方法

氣候變化對水資源的影響評估是全球變化研究的重點(diǎn)領(lǐng)域之一，出于不同的研究和應(yīng)用目的，學(xué)者們提出了眾多指標(biāo)和方法用于量化氣候變化對水資源的影響，以徑流為例，常用的指標(biāo)如表1所示[8]。根據(jù)氣候變化影響的事實(shí)是否已經(jīng)發(fā)生，可將氣候變化對地表水資源的影響評估分為已發(fā)生的氣候變化影響評估和未來氣候變化影響預(yù)估，由于可利用的數(shù)據(jù)來源不同，二者在研究方法上有顯著區(qū)別，其基本研究框架如圖1所示。

表1 氣候變化對地表徑流影響評估常用指標(biāo)[8] Table 1 Common indicators for assessing climate change impacts on surface runoff[8]

對已發(fā)生的氣候變化對水資源的影響，學(xué)者們利用觀測到的徑流系列數(shù)據(jù)，基于隨機(jī)水文學(xué)及數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法（如小波分析、EMD-Hilbert變換、Mann-Kendall趨勢分析等），對河川徑流的演變趨勢、周期變化、突變情況以及空間分異等進(jìn)行檢測[1,9-10]；結(jié)合同時(shí)期氣象觀測數(shù)據(jù)和土地利用變化信息，一些學(xué)者利用灰色關(guān)聯(lián)分析、彈性系數(shù)分析或水文模型等方法，開展了氣候變化和人類活動對徑流變化貢獻(xiàn)率的診斷和歸因分析[11-13]。近年來，隨著長序列遙感觀測資料的積累，基于衛(wèi)星反演的降水和蒸散發(fā)產(chǎn)品開展無資料地區(qū)和大尺度水循環(huán)要素變化的監(jiān)測和檢測成為一種重要的研究手段[14]。

對于未來氣候變化的可能影響，多數(shù)研究遵從“未來氣候情景設(shè)計(jì)—水文模擬—影響評估”的模式，利用特定的溫室氣體排放情景下氣候模式模擬結(jié)果驅(qū)動水文水資源模型，通過比較基準(zhǔn)時(shí)段和預(yù)估時(shí)段不同氣候情景下水資源指標(biāo)的變化，據(jù)此量化評估氣候變化的影響[1]。但是，基于氣候模式單向驅(qū)動水文模型存在時(shí)空尺度不匹配和缺少反饋等缺點(diǎn)，近年來，從氣候系統(tǒng)出發(fā)，將大尺度陸面水文模型與氣候模式雙向耦合成為一種新的趨勢，通過對水循環(huán)整體機(jī)制的刻畫，有望實(shí)現(xiàn)對水循環(huán)要素趨勢檢測、歸因研究和未來預(yù)估的更加科學(xué)的認(rèn)識[4]。與此同時(shí)，基于氣候情景和水文模型構(gòu)建水文情勢變化的情景，通過耦合水庫調(diào)度和水力發(fā)電模型，為進(jìn)一步開展氣候變化情景下水資源管理系統(tǒng)的運(yùn)行效益和安全風(fēng)險(xiǎn)的評估提供了可能[15-16]。

2 氣候變化對地表水資源影響的最新認(rèn)知

2.1 氣候變化對全球水循環(huán)和水資源的影響

20世紀(jì)中期以來，隨著全球氣溫升高，全球水文循環(huán)明顯加強(qiáng)[14,17-18]。觀測到的全球尺度水汽、降水、蒸散發(fā)、冰川積雪、土壤水和地表徑流等的分布、強(qiáng)度和極值都發(fā)生了顯著變化[3,14,19-23]。全球?qū)α鲗雍偷乇硭砍试黾于厔荩?0年來全球大氣水汽含量上升了3.5%左右[24]。陸地降水的變化趨勢不顯著，但區(qū)域差異極大，中高緯度極端降水事件明顯增加[3,22,24]。全球地表蒸散發(fā)在20世紀(jì)中后期呈下降趨勢，但近20年來呈顯著增加趨勢，2003—2019年，全球陸地蒸散發(fā)量增加（10±2）%[14]，地表濕度增加趨勢減緩，全球海洋蒸發(fā)與降水的差值在20世紀(jì)中期以來呈增加趨勢[24-25]。全球冰凍圈普遍退縮，極地冰蓋和山地冰川不斷融化，北極地區(qū)6月積雪面積在1967—2018年間平均每10年減少（13.4±5.4）%，9月海冰范圍在1978—2018年間平均每10年減少（12.8±2.3）%[26]。與此同時(shí)，全球主要河流在年平均徑流量、枯水期低流量和極端洪水方面均發(fā)生了一定變化。世界前200條河流中約1/3的河流年徑流量有明顯的變化趨勢，其中45條呈下降趨勢，19條呈增加趨勢，在季節(jié)性積雪區(qū)域，冬季徑流增加、夏季徑流減少，春季最大徑流量的日期有所提前[25]。在大洋洲南部、非洲南部、歐洲南部、南美洲東部、北美洲的西部和東部地表徑流總體呈減少趨勢，而在南美洲大部、歐洲中北部和北美洲中部地表徑流呈增加趨勢，亞洲、非洲和大洋洲的大部徑流變化不顯著[19]。然而，觀測到的徑流變化不同程度受到人類活動（如取用水、水利工程調(diào)節(jié)、土地利用改變等）的共同影響，有相當(dāng)大部分流域徑流變化的主要驅(qū)動力是人類活動[19,27]，氣候變化只是徑流變化的主導(dǎo)因子之一。另外，部分區(qū)域徑流變化存在階段性和突變現(xiàn)象，在突變前呈下降趨勢，突變后呈增加趨勢。

基于不同的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和溫室氣體排放情景假設(shè)，模擬顯示全球平均氣溫在未來相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)仍將繼續(xù)升高[28]。伴隨著氣溫的進(jìn)一步升高，預(yù)計(jì)21世紀(jì)全球冰川消退、多年凍土融化、積雪面積和北極海冰范圍減小的趨勢仍將持續(xù)[26]，隨著冰川萎縮，冰川供水能力下降，水資源波動將加大。同時(shí)，全球陸地潛在蒸散發(fā)極有可能呈增加趨勢[3,25,29]。全球陸地降水在21世紀(jì)總體有不同程度增加，且高排放情景增幅更明顯，但時(shí)空分布的不均勻性加劇[30-31]，基于最新的第六次國際耦合模式比較計(jì)劃第6階段（CMIP6）預(yù)估結(jié)果與先前的CMIP5預(yù)估結(jié)果趨勢一致，且信度更高、幅度更大[28-29,32-34]。由于地表潛在蒸散發(fā)和降水的不同程度變化以及全球增溫和降水變化的區(qū)域響應(yīng)差異，未來全球地表徑流的變化呈現(xiàn)明顯的區(qū)域差異。基于CMIP5模式的預(yù)估顯示，即使在高排放情景（RCP8.5）下，全球平均氣溫較當(dāng)前增加2 ℃時(shí)，僅北半球高緯度地區(qū)和非洲東部地表徑流呈增加趨勢，全球其他大部地區(qū)徑流減少，同時(shí)，干旱的發(fā)生頻率和強(qiáng)度將有明顯增加，全球水資源短缺加劇[35]。進(jìn)一步的分析表明，隨著全球地表溫度的升高，流域尺度地表徑流的變化并非呈線性的趨勢變化，當(dāng)氣溫增加至某一閾值時(shí)，徑流變化趨勢可能出現(xiàn)反轉(zhuǎn)[36]。最新的CMIP6多模式集合預(yù)估的21世紀(jì)地表徑流變化格局與CMIP5基本一致，但徑流增加的幅度略有增加，且歐洲和亞洲北部徑流增加的區(qū)域有所擴(kuò)大[29]。同時(shí)，CMIP5和CMIP6模式預(yù)估的干旱和洪澇等極端水文事件發(fā)生頻率、持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度均呈顯著增加趨勢，且局部區(qū)域變化更劇烈，這意味著未來水資源有效性下降、不穩(wěn)定性增加[22,29,34-35,37-39]。

2.2 氣候變化對中國區(qū)域水資源的影響

中國區(qū)域水循環(huán)的變化符合全球水循環(huán)變化的特征，同時(shí)具有更復(fù)雜的區(qū)域特征[24,40]。自20世紀(jì)60年代以來，在氣候變暖影響下，中國冰川整體呈現(xiàn)加速退縮和消融之勢，內(nèi)部不穩(wěn)定加?。恢袊谘搅髟谖鞅钡貐^(qū)尤其是新疆天山和阿爾泰地區(qū)呈顯著增加趨勢，東北地區(qū)以減少為主，青藏高原有增有減或變化不顯著，同時(shí)，融雪徑流的集中期一致向前推移；中國多年凍土在過去幾十年退化明顯，多年凍土區(qū)大部分流域冬季徑流增加[41]。在全球氣候變化和人類活動的共同影響下，中國主要河流徑流量已觀測到不同程度的趨勢性變化，但呈現(xiàn)明顯的區(qū)域差異。對20世紀(jì)50年代以來中國主要河流年徑流量變化趨勢及其成因的綜合分析表明[42]，近70年來，中國北方河流年徑流量除西北諸河外，大部以下降趨勢為主，其中以松花江、遼河、海河、黃河尤為顯著，大部河流年徑流量在20世紀(jì)70年代或80年代存在顯著突變，突變前呈增加趨勢，之后為下降趨勢，這可能是由于人類活動影響加劇所致；南方流域年徑流量無顯著趨勢變化，但年代際變化較大，20世紀(jì)60—80年代和21世紀(jì)的前10年徑流量以偏少為主，20世紀(jì)90年代和近10年以偏多為主。氣候變化對南方流域年徑流影響較北方顯著，其中長江上游干流氣候變化影響超過70%，珠江流域氣候變化與人類活動影響大致相當(dāng)，北方流域第二松花江、遼河、海河、黃河、淮河年徑流變化的成因中人類活動的影響大于氣候變化，其中黃河中游人類活動影響超過75%。子流域尺度徑流變化的驅(qū)動力與大尺度流域存在一定區(qū)域差異，北方大部分三級流域的年徑流變化趨勢和主要驅(qū)動力與一級流域一致，南方長江上中游和西南諸河的多數(shù)三級流域年徑流變化主要驅(qū)動力與一級流域基本一致（圖略）。

預(yù)估顯示，21世紀(jì)中國降水總體呈增加趨勢，且北方地區(qū)增幅大于南方[33]，與此同時(shí)，受氣溫升高影響，地表潛在蒸散發(fā)顯著增加。在中國北方流域，由于地表蒸散發(fā)的增長總體小于降水的增幅，地表徑流主要呈增加趨勢，在中國南方流域，由于降水增加幅度小，而蒸散發(fā)增加幅度較大，地表徑流增加不明顯甚至有減少趨勢[43-44]。其中，在長江上游和西南高原地區(qū)，由于降水增加幅度相對較大，以及高山融雪徑流的增加，地表徑流呈顯著增加趨勢[45-46]，但長江中下游地區(qū)由于降水變化不明顯或有所減少，在21世紀(jì)的近期地表徑流呈減少趨勢，21世紀(jì)中期以后可能呈現(xiàn)增加趨勢[43]。東南諸河流域和珠江流域21世紀(jì)徑流變化總體呈下降趨勢[43,47]。然而，研究顯示，CMIP5模式對東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度的模擬存在偏差，可能低估了中國東南部季風(fēng)區(qū)的降水量，最新的CMIP6情景下未來中國東南部季風(fēng)區(qū)降水的增加幅度有所增加，預(yù)估徑流可能呈增加趨勢[32-33,37,48]。因此，目前對中國南方流域21世紀(jì)徑流變化的預(yù)估還存在較大的不確定性，尤其是對21世紀(jì)的近期徑流減少趨勢及其幅度的預(yù)估，很大程度受氣候模式對中國東部季風(fēng)區(qū)降水趨勢模擬不確定性的影響，而中國北方地區(qū)預(yù)估徑流持續(xù)增加的不確定性相對較小，但現(xiàn)有的水文模型對中國冰川融水徑流模擬能力欠佳，可能低估了21世紀(jì)后期冰川融水徑流下降對地表徑流變化趨勢的影響[45,49]。與此同時(shí)，盡管預(yù)估的年徑流量有所增加，但較強(qiáng)的季節(jié)性變化以及極端徑流的增加對水資源的綜合利用仍具有較大的挑戰(zhàn)性[50-51]。

3 氣候變化對水利工程影響的最新認(rèn)知

3.1 氣候變化對全球水利工程的影響

水庫、大壩和堤防等水利工程設(shè)施是人類通過改變天然河道徑流的不均勻分布，合理開發(fā)和利用水資源的重要途徑，通常具有防洪、供水、發(fā)電、航運(yùn)和改善生態(tài)環(huán)境等綜合效益[52-55]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球有超過半數(shù)的河流受到人類工程設(shè)施的調(diào)控和管理[56-57]。然而，由于氣候變化導(dǎo)致全球水循環(huán)的改變，引起河川徑流在時(shí)間和空間上的重新分配以及總量的變化，水利工程設(shè)施的運(yùn)行及其效益正在受到氣候變化的深刻影響。借助于全球氣候模式、水文模型以及水庫調(diào)度模擬技術(shù)，最近20年來已經(jīng)出現(xiàn)了許多關(guān)于氣候變化對水利工程影響評估的研究報(bào)道。

水庫大壩通過蓄泄調(diào)節(jié)進(jìn)行興利調(diào)度，對上游來水總量及其時(shí)間分布十分敏感。預(yù)估的氣候變化可能導(dǎo)致全球河流徑流量增加，這將有助于水庫蓄水和供水效益的發(fā)揮[5,58-59]，但徑流季節(jié)分布的變化對水庫調(diào)度和效益的影響更大。在全球典型區(qū)域的研究顯示，美國大部河流徑流的季節(jié)分布在未來氣候變化情景下將發(fā)生顯著變化，呈現(xiàn)出豐水期高流量增加、枯水期低流量減少的趨勢[59]，這導(dǎo)致水庫在豐水期的防洪調(diào)度和枯水季節(jié)的供水調(diào)節(jié)能力加強(qiáng)，水庫的季節(jié)調(diào)節(jié)效益顯著提高[60]。在印度北部貝阿斯河流域，盡管氣候變化可能導(dǎo)致水庫來水增加，但時(shí)間變率顯著增加，水庫系統(tǒng)的不穩(wěn)定性和脆弱性增加[58]。在中國長江上游，氣候變化導(dǎo)致徑流在年內(nèi)各月均有不同程度增加，使水庫的供水和發(fā)電效益提高，水庫在枯水季節(jié)對下游河段自然流量和生態(tài)平衡的影響減弱，但汛期洪水風(fēng)險(xiǎn)和防洪調(diào)度壓力顯著增加[5,61]。

生產(chǎn)清潔水電是大部分水庫的重要功能之一，全球水力發(fā)電量約占總發(fā)電量的1/5，對保障能源安全和碳減排起著關(guān)鍵作用[55]。全球氣候變化可能通過影響河流的徑流資源以及用電需求直接或間接影響水力發(fā)電量。在全球尺度，van Vliet等[62]和Turner等[63]綜合評估了氣候變化對全球大型水電站21世紀(jì)發(fā)電量的影響，盡管預(yù)估未來全球平均發(fā)電量變化不明顯，但在特定區(qū)域呈現(xiàn)顯著的增加或減少趨勢。一些研究也通過更加具體的模型開展了國家和區(qū)域尺度氣候變化對水電生產(chǎn)的影響預(yù)估，如美國[64-65]、加拿大[66]、印度[67]、中國[68-70]和歐洲國家等[71-72]。值得注意的是，氣候變化對水電生產(chǎn)的影響同時(shí)受到流域水庫系統(tǒng)調(diào)節(jié)庫容和調(diào)度管理方式的制約，許多研究揭示了在未來氣候變化情景下由于極端徑流增加，水庫防洪調(diào)度職能加強(qiáng)，導(dǎo)致棄水增加，水資源利用率下降，發(fā)電量對徑流變化的響應(yīng)呈現(xiàn)出非線性的特征（圖2）[5,63,73]。此外，一些學(xué)者同時(shí)研究了氣候變化對用電需求和水電供應(yīng)之間供需平衡的影響，揭示了氣候變化對電力投資、電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性以及溫室氣體排放的潛在影響[16,56,74-76]。

近年來，氣候變化導(dǎo)致的水文情勢變化對水庫運(yùn)行和安全可能造成的影響正逐漸引起學(xué)者和流域管理部門的關(guān)注。Fluixá-Sanmartín等[7]從大壩風(fēng)險(xiǎn)的不同組成部分系統(tǒng)綜述了氣候變化對大壩安全的可能影響，為開展大壩對氣候變化的脆弱性評估提供了技術(shù)導(dǎo)則，并以西班牙托瑪思河上游的一個(gè)大壩為例，定量評估了氣候變化導(dǎo)致的潰壩風(fēng)險(xiǎn)變化，揭示了氣候變化導(dǎo)致入庫徑流改變造成大壩潰壩風(fēng)險(xiǎn)顯著提高的現(xiàn)象[77]。2017年2月位于美國加州北部的奧羅維爾水壩，在經(jīng)歷了持續(xù)5年的嚴(yán)重干旱后因遭遇暴風(fēng)雨和融雪洪水，主溢洪道泄洪時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞引發(fā)潰壩風(fēng)險(xiǎn)，造成了嚴(yán)重的社會經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，該事故為極端氣候影響下大壩的安全管理敲響了警鐘[6]。隨后，Mallakpour等[6,15]系統(tǒng)評估了加州地區(qū)主要大壩和堤防設(shè)施在未來氣候變化情景下面臨的洪水風(fēng)險(xiǎn)和遭受破壞的可能性，結(jié)果表明，當(dāng)前百年一遇的洪水在未來發(fā)生的可能性將增加5倍以上，未來加州地區(qū)水利基礎(chǔ)設(shè)施因極端洪水而遭受破壞的風(fēng)險(xiǎn)顯著，水利設(shè)施的運(yùn)行和維護(hù)成本顯著增加。然而，有關(guān)氣候變化對全球其他地區(qū)水利工程設(shè)施運(yùn)行安全影響的案例研究十分有限。

圖3 長江上游流域水資源系統(tǒng)對氣候變化的響應(yīng) Fig. 3 Responses of water resource systems to climate change

3.2 氣候變化對中國水利工程的影響

中國水資源豐富，但時(shí)空分布極不均勻，且與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展格局不相適應(yīng)[4]，水利工程建設(shè)規(guī)模和數(shù)量位居世界前列，擁有南水北調(diào)、黃河小浪底、長江三峽、溪洛渡與白鶴灘等世界級水利水電工程，在水資源管理和防洪減災(zāi)中發(fā)揮了重要作用，同時(shí)，水力發(fā)電量占全世界水電總量的1/4[78]。在氣候變化情景下，中國水利工程設(shè)施運(yùn)行的水文條件將發(fā)生顯著變化，勢必對其運(yùn)行管理和效益的發(fā)揮造成一定影響。

南水北調(diào)工程是我國南北方水資源優(yōu)化配置的戰(zhàn)略性工程，東線從長江下游調(diào)水至天津和膠東半島，中線從長江中游調(diào)水至河南、河北、北京、天津，西線計(jì)劃從長江上游調(diào)水至黃河上游。由于水源區(qū)和受水區(qū)地理空間上跨度大，且處于不同的氣候區(qū)，工程效益與南北區(qū)域氣候條件及其年際間的波動密切相關(guān)，并可能受到氣候變化的潛在影響[79]。研究顯示，20世紀(jì)以來，中線工程水源區(qū)與受水區(qū)同枯概率處于近500年來高位[80]，東線和中線工程運(yùn)行以來，可調(diào)出水量與需求量處于緊平衡狀態(tài)。在未來氣候變化情景下，南水北調(diào)工程水源區(qū)和受水區(qū)降水均不同程度增加，約80%的年份對調(diào)水有正面的影響。但未來降水變率增加，干旱和暴雨洪澇事件增多，徑流季節(jié)分布的不均勻性和年際間變化加劇，導(dǎo)致汛期洪水風(fēng)險(xiǎn)和枯水季節(jié)斷流風(fēng)險(xiǎn)增加，水資源有效性下降。尤其是21世紀(jì)中期以前，東線和中線水源區(qū)降水增加幅度較小，但年際間變異顯著增加，水源區(qū)干旱事件將明顯增加，部分年份極端缺水的程度和持續(xù)時(shí)間可能加劇，從而對供水安全造成嚴(yán)重的負(fù)面影響[81]。21世紀(jì)中后期降水增幅較大，水源區(qū)和受水區(qū)存在同澇的風(fēng)險(xiǎn)，這可能增加工程的防洪壓力以及地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

長江上游以三峽水庫為核心的大型控制性水庫群，是開發(fā)和治理長江的關(guān)鍵性骨干工程，具有防洪、發(fā)電、船運(yùn)和供水等巨大的綜合效益[82-84]。氣候變化對長江上游水利工程設(shè)施的運(yùn)行安全及其效益的潛在影響已經(jīng)受到了相關(guān)學(xué)者和流域管理部門的廣泛關(guān)注。已有的多數(shù)研究表明[61,85-86]，未來氣候變化對長江上游水庫供水和發(fā)電總體有正面的影響，預(yù)估的未來長江上游年徑流量及各月平均徑流均有增加趨勢，21世紀(jì)中期約增加2.0%～4.7%，21世紀(jì)末約增加10.7%～16.0%，但流域內(nèi)氣候變化存在明顯空間差異，金沙江和岷沱江子流域徑流增加幅度均大于流域平均值，烏江流域在21世紀(jì)中期以前徑流呈減少趨勢。流域內(nèi)大部分水庫來水增加，尤其是汛前期和汛后期，與此同時(shí)，洪水發(fā)生頻率和洪量明顯增加，當(dāng)前百年一遇的洪水在未來的發(fā)生頻率可能增加2～5倍，超標(biāo)準(zhǔn)洪水出現(xiàn)的概率也顯著增加。受來水增加影響，未來大部分水庫的發(fā)電量增加，21世紀(jì)中期約增加4.0%～8.4%，21世紀(jì)末約增加6.0%～13.2%，發(fā)電保證率有所提高，但棄水率顯著增加，在21世紀(jì)末期發(fā)電量年際變化略有增加。在未來氣候變化情景下，水庫的季節(jié)調(diào)節(jié)功能在汛期增強(qiáng)，在枯水季節(jié)減弱，水庫在汛期防洪中的作用將更加突出，而在枯水季節(jié)對下游河段自然流量和生態(tài)平衡的影響減弱[61]。這些結(jié)果表明，流域內(nèi)的水資源和發(fā)電潛力在未來氣候情景下將有所增加，這將有助于提高水庫在維持供水、生態(tài)平衡和可再生能源生產(chǎn)方面的效率。與此同時(shí)，氣候變化情景下不斷增加的洪水風(fēng)險(xiǎn)將增加水庫調(diào)度的難度，為應(yīng)對極端洪水可能需要新增額外的庫容，現(xiàn)行水庫運(yùn)行規(guī)則，特別是水庫汛期維持防洪庫容和其他服務(wù)之間的平衡需要重新設(shè)計(jì)。

有關(guān)氣候變化對中國其他區(qū)域水利設(shè)施影響的研究相對較少，Liu等[68]基于CMIP5預(yù)估結(jié)果，評估了氣候變化對21世紀(jì)中國水能理論蘊(yùn)藏量和已開發(fā)水電的影響，表明21世紀(jì)前半葉和后半葉中國水能理論蘊(yùn)藏量較當(dāng)前分別變化?1.7%～2%和3%～6%，已開發(fā)水電發(fā)電量分別變化?5.4%～?2.2%和?4%～?1.3%，其中中國北部水能理論蘊(yùn)藏量未來呈增加趨勢，南部地區(qū)呈下降趨勢，而中國當(dāng)前已開發(fā)水電主要集中在南方地區(qū)，因此已開發(fā)水電受氣候變化的影響以不利為主。Wang等[87]基于5個(gè)CMIP5模式預(yù)估表明，西南地區(qū)南流江流域水能理論蘊(yùn)藏量在未來30年呈增加趨勢。由于上述研究使用的氣候模式預(yù)估結(jié)果與最新的CMIP6預(yù)估結(jié)果在部分區(qū)域存在較大差異，對水能影響的預(yù)估結(jié)果存在較大的不確定性。然而，對中國其他流域如黃河、珠江、淮河和松遼流域以及長江中下游地區(qū)的水庫、堤防和蓄滯洪區(qū)等水利設(shè)施可能受到氣候變化影響的認(rèn)識仍十分有限。此外，中小河流堤防和中小型水庫由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低、距人口聚居區(qū)近，對氣候變化可能更脆弱，近年來我國中小河流洪水及其次生災(zāi)害占比越來越高，亟需對其開展系統(tǒng)的評估[88]。

4 研究不足與展望

4.1 極端水文事件及其影響的研究有待加強(qiáng)

縱觀國內(nèi)外已有的研究，對水資源總量及發(fā)電潛力影響的研究較多，取得的結(jié)論一致性較高，對極端水文事件變化規(guī)律及其影響的研究相對較少，認(rèn)知的不確定性更大，且以定性結(jié)論為主。然而，多數(shù)氣候模式預(yù)估未來中國地區(qū)和全球極端降水、干旱事件的頻率和強(qiáng)度均呈增加趨勢[3,89]，而水資源系統(tǒng)對徑流季節(jié)分布的變化及洪水、干旱等極端水文事件尤其敏感。深入開展未來極端水文事件發(fā)生頻率和強(qiáng)度變化及其對水資源系統(tǒng)的影響研究，對未來水資源管理和水利工程設(shè)施的安全運(yùn)營極其重要。為此，未來需進(jìn)一步提高氣候模式對極端氣候事件的模擬能力及水文模型對極端徑流的模擬能力，增強(qiáng)極端水文事件氣候變化預(yù)估能力及其不確定性的認(rèn)識；另外，需深化極端徑流對水資源系統(tǒng)和防洪體系影響的研究，尤其是典型流域超標(biāo)準(zhǔn)洪水風(fēng)險(xiǎn)變化及中小河流洪水對水利基礎(chǔ)設(shè)施和防洪安全的影響評估；最后，還需關(guān)注極端水文事件尤其是復(fù)合型災(zāi)害事件（如高溫和干旱并發(fā)）對電力能源系統(tǒng)可能造成的影響，為“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供科學(xué)支撐。

4.2 氣候變化影響評估模型和規(guī)范有待完善

數(shù)值模擬是開展未來氣候變化影響評估和探尋有關(guān)適應(yīng)措施的重要手段。然而，由于地球氣候系統(tǒng)內(nèi)部反饋、水文循環(huán)過程以及流域水資源管理的復(fù)雜性，當(dāng)前在氣候模式、水文模型、水資源管理系統(tǒng)模型構(gòu)建及其耦合方面仍存在一定的不足和局限性[90-92]，致使研究結(jié)果存在較大的不確定性，嚴(yán)重制約了對氣候變化影響的認(rèn)識以及適應(yīng)策略的制訂，未來需進(jìn)一步發(fā)展和完善氣候變化影響評估的模型工具。在氣候模式及其降尺度技術(shù)方面提升對降水時(shí)間分布和極值的模擬效果；在水循環(huán)過程模擬方面，發(fā)展考慮自然和人為因素影響與反饋的水文模型，提高對融雪過程和極端徑流模擬能力及對降水空間分布差異的響應(yīng)能力；在水資源系統(tǒng)模擬方面，提高對工程設(shè)施調(diào)度過程刻畫的精細(xì)程度和模擬的時(shí)間分辨率，增加考慮用水、用電需求約束，并在適應(yīng)策略研究中有效結(jié)合決策支持系統(tǒng)。此外，鑒于開展氣候變化對水資源影響評估的多學(xué)科屬性和廣泛存在的不確定性，亟需從數(shù)據(jù)、模型的選取、不確定性度量及結(jié)果解讀方面建立相關(guān)的技術(shù)流程和規(guī)范，從而促進(jìn)氣候變化影響評估成果在科研、業(yè)務(wù)和決策管理中的規(guī)范化使用。

4.3 適應(yīng)氣候變化的應(yīng)對策略研究有待深化

盡管大量研究已經(jīng)揭示了氣候變化對全球水資源及其管理系統(tǒng)的潛在影響，有關(guān)適應(yīng)氣候變化的水資源管理策略研究仍較薄弱，尤其是受不同地區(qū)氣候變化特點(diǎn)、水利工程設(shè)施水平和社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)對水資源需求差異的影響，決定了適應(yīng)氣候變化的水資源管理策略具有鮮明的地域特色。中國水利工程設(shè)施和水資源管理體系異常復(fù)雜，同時(shí)要面對季風(fēng)氣候影響下艱巨的防洪任務(wù)和日益加劇的洪水風(fēng)險(xiǎn)，適應(yīng)氣候變化的應(yīng)對策略十分必要和迫切[93]。未來需進(jìn)一步深化氣候變化情景下水資源適應(yīng)性管理對策的理論和方法研究，基于水資源系統(tǒng)模擬與優(yōu)化理論，綜合評估現(xiàn)有水利基礎(chǔ)設(shè)施適應(yīng)氣候變化的潛力及其脆弱性，加強(qiáng)部門合作研究，從工程措施和非工程措施多方面探索適應(yīng)未來氣候條件下防洪安全和水資源綜合利用的管理措施，從制度、模式及保障途徑方面提出應(yīng)對氣候變化風(fēng)險(xiǎn)、保障水資源和水利工程運(yùn)行安全的適應(yīng)性政策建議。