第三節 人類活動和氣候變化對水資源的影響

水資源的形成和轉化是地球上最基本的物質大循環和最活躍的自然現象，它影響著水文氣象變化，影響著生態平衡，影響著水資源的開發利用。反過來，人類活動（如水資源開發利用）和自然條件變化（如氣候變化）直接影響到水資源的形成和轉化，又間接影響水資源條件和開發利用。

一、人類活動對水資源的影響

1.興建水庫、大壩等水利工程，改變水資源形成和轉化關系

在世界水利發展史上，修建了許許多多座水庫、大壩等水利工程，為國民經濟建設做出了巨大貢獻，也是人類“除水害、興水利”的重要工程舉措。然而，由于興建水庫、大壩等水利工程，改變了水資源形成和轉化關系，對下游水資源系統和濱河居民的生產、生活造成一定的負面影響，這些影響涉及洪泛平原上的農牧業、漁業以及依賴天然河水直接或間接補給的生態系統。

比如，在河流上修建攔河水庫大壩，把上游來水暫時攔蓄下來，可供灌溉、工業、生活、發電之用。這樣，就會按照人的意愿來控制下泄水量，且下泄總水量也有所減小。與天然徑流過程相比，人為調控后的徑流過程減少了洪水發生的次數和強度，對防洪具有重要意義。但同時由于改變了下游水沙運移規律，必然對河道沖沙、泛洪區洪水補給地下水、某些依靠洪水繁衍的植物（如胡楊林）生長帶來一定影響。

2.人工引用水，增加水循環的復雜性，加劇水資源消耗和供需矛盾

天然條件下的水循環經歷了蒸發、水汽輸送、凝結降水、下滲以及徑流等環節，進行著周而復始的復雜循環運動。由于人類生活、生產的需要，從地表、地下取水，其中一部分水分被消耗，一部分水分在使用后又排入到河道、渠道或其他水體，改變了自然水循環過程，使原本復雜的水循環過程更加復雜。

另外，由于人工引用水，導致部分水分消耗，可能會加劇水資源的供需矛盾。因為自然界中的水資源是有限的，水資源的開發利用必須要保證在一定時間內水資源能得到補充、恢復和更新。

3.城市建設，形成以“社會水循環”為主導的“自然-社會”水循環模式

城市是一個國家、一個地區政治、經濟、文化、科技、交通的中心，也是人類活動集中區域，屬于高強度人類活動區。城市道路、廣場、房屋、各種管網及其他建筑物密布，水循環過程較天然流域更為復雜，更具有特殊性。城市水循環是以“社會水循環”為主導的“自然-社會”水循環模式。城市建設前后水循環過程變化如圖3-3所示。

圖3-3 城市建設前后水循環過程變化示意圖^［4］

（a）城市建設前；（b）城市建設后

首先，從蒸發過程來看，由于城市建設，使原來的自然陸面（包括土壤、植被、水面）蒸發變成城市區建筑物廣布的人工陸面（包括道路、廣場、房屋建筑等）蒸發。原來可能是土壤或植被覆蓋的地面變成了不透水的道路、廣場或房屋，蒸發量集中但總量減少；原來的自然河流變成了寬度較窄的人工渠道，蒸發量也相對減小。另外，由于城市人口和建筑物集中，平均氣溫較城市建設前略高，也影響著蒸發量大小。

從降水過程來看，自然條件下的降水直接降落到陸面，包括水面、陸地、植物冠層；而城市覆蓋區，降水多直接降落到硬化的路面、廣場地面、房屋屋頂，接受降水的覆蓋條件發生了變化。

從下滲過程來看，由于原來透水的地面變成了不透水或弱透水的地面，使降水下滲的可能性和下滲量大大降低。也正是這些因素導致了降水形成的城市洪水比較集中（峰高、量大），地下水補給量減小，即表現為“地表徑流大、地下徑流小”。

從徑流過程來看，天然流域的徑流形成過程主要表現為：降落到地面的降水，在蒸發、下滲、低洼蓄水條件下，多余的水分形成地表徑流；滲入地下的水分逐漸形成地下徑流。在城市建設后，大氣降水降落到地面，很快流入地下管道或排水渠，形成地表徑流的時間縮短，流速增大；而地下徑流則由于下滲量減小，地下徑流過程更加滯后，流速也隨之減小。

根據加拿大環境監測調查分析，城市化后的地表徑流由10%增加到30%，蒸發量由40%減少到25%，地下徑流由50%減少到32%^［5］。

二、氣候變化對水資源的影響

氣候變化是當今科學界、各國政府、社會公眾普遍關注的環境問題之一。引起氣候變化的因素很多，既有自然因素，也有人為因素。在人為因素中，主要是由于工業革命以來人類活動特別是發達國家工業化過程的經濟活動（如化石燃料燃燒和毀林、土地利用變化等）引起的。多數科學家研究認為，由于人類活動排放大量溫室氣體引起全球變暖將是未來全球氣候變化的主流趨勢。

氣候變化必然會引起水循環的變化，特別是降水變化直接決定著水循環的強弱，引起水資源在時空上的重新分配和水資源數量的改變，進而影響生態系統格局和經濟社會發展布局。20 世紀80 年代至21 世紀初，中國地面氣溫呈現明顯變暖趨勢，東部出現“北旱南澇”的變化特點。缺水的海河、黃河等流域降水持續偏少，而豐水的長江中下游和東南沿海地區降水趨于增加，強降水事件頻率增高，水資源空間分布更加不均，加劇了北方水資源的供需矛盾和南方防洪抗災的壓力。

氣候變化對水文水資源的影響不僅僅體現在對水資源系統自身的影響，由于水資源、經濟社會和生態環境之間的緊密聯系，也會引起其他系統的改變。氣候變化對水循環過程及水資源系統可能產生的影響主要包括以下幾點：第一，氣候變化可能會加速或減緩水汽的輸送，從而增強或減弱降雨強度和降雨歷時，進而影響到地表徑流的形成過程，有可能擴大極端洪澇災害和極端干旱事件發生的強度與頻率；第二，氣候變化可能會加快或減弱水面蒸發、植物蒸騰和土壤水分蒸發的強度，改變土壤含水量和土壤水的滲透過程，進而影響到農業生產的產量和品質，也有可能影響到陸地生態系統的穩定；第三，氣候變化可能會影響到海平面的上升、水資源的供求關系以及水力發電的變化，從而影響到有關水資源規劃、經濟社會發展規劃和人口的遷移等等。因此，研究和了解氣候變化對水資源的影響，對于有效開發利用和保護水資源，為國民經濟可持續發展提供水資源保障具有重要意義。

水文水資源系統對氣候變化的響應研究是當前氣候變化影響評估（評價）工作的重要組成部分，也是氣候變化研究的熱點和難點問題。氣候變化對陸面系統的影響既包括陸面水資源系統，也包括陸面生態系統，還包括經濟社會系統，切切實實會影響到的人類的生存與發展。隨著大氣科學和水文科學的不斷發展，水文過程變化和時空分布特征的歸因和預測逐漸成為學科前沿和熱點。近期，不少水文學家和氣象學家聯合采用陸地水文模型與氣候模型耦合的方法，研究氣候變化對水文水資源的影響。但是到目前為止，還不能對未來全球和區域氣候變化做出準確預測。因此，當前研究一般利用不同方法間接得到未來的區域氣候變化情景，即假定氣候發生某種變化情景，將其作為流域水文模型的輸入，模擬分析該氣候變化情景下水循環要素的響應情勢。影響評價過程主要包括以下四個步驟：首先，要定義氣候變化情景，即確定未來氣候變化的可能性方案；其次，要建立、驗證流域水文模型，即確定合理的水文模型，能夠近似地模擬流域的水文過程；再次，要將氣候變化情景的預測結果，嵌套流域水文模型模擬水文要素的變化過程；最后，對比分析未來期與基準期模擬結果的相對變化，評價氣候變化對水文水資源的影響。