气候变化对运城水资源脆弱性的评估及应用

2017-03-02卢琼

黑龙江水利科技 2017年4期

关键词：脆弱性气候变化水资源

卢琼

(临汾市水文水资源勘测分局，山西临汾 041000)

气候变化对运城水资源脆弱性的评估及应用

卢琼

(临汾市水文水资源勘测分局，山西临汾 041000)

水资源是国际基础性资源，同样具有重要的战略意义。气候的变化对水资源脆弱性的影响，主要从气候的不利因素来探讨水资源适应性问题。文章以水资源供需安全为基础，利用温度、降雨等参数来构建水资源关键性指标体系，并从气候变化来展开水资源脆弱性评价。结合运城水资源现状，从气候变化来优化水资源评估脆弱性，并提出积极的改进建议和思路。

气候变化；水资源脆弱性；评估模型；运城；适应性对策

水资源是构建地域生态环境的重要基础。地球上的水资源是有限的，随着社会经济的发展，对水资源的需求也越来越大，而更多的地区陷入了水资源紧张的被动局势。如中东、中亚地区水资源危机带来的地区安全问题更加突出。气候变化是导致水资源问题的重要因素，特别是全球变暖而带来的地表径流、蒸发、降雨、土壤湿度等水文环境的变化，使得水资源在时空领域重新分配，导致部分地区洪涝、干旱等灾害的发生。我国水资源短缺问题十分突出，据统计，近50年来气候变化带来的降水量、气温升高等问题，也给人民生活带来更多难题。东北、华北地区雨量减少，华南、西北雨量增加。这些极端气候带来的水环境恶化问题，加剧了地域水资源的脆弱性。为此，结合气候变化和人类活动来探讨地域水资源脆弱性研究，从完善地域性水资源规划与管理上，提出适应性对策就显得尤为关键和迫切。

1 气候变化对水资源脆弱性的研究综述

水资源是一个国家的基础性自然资源，对水资源脆弱性评估与研究历来已久。法国于20世纪60年代就着手地下水资源脆弱性研究，而随着全球水资源短缺问题的加剧，气候变化越来越成为水资源脆弱性研究的重要因素。Brouwer等人通过人类活动与水资源的关系来探讨区域水资源供需平衡问题；[1]IPCC则利用气候变化与水资源的脆弱性研究，提出气候变化是导致地域性水资源恶化的重要干扰因素；[2]Charles等人通过水资源开发利用率来评价水资源脆弱性，并提出气候情景与水量平衡模型；国内对水资源脆弱性评估研究始于20世纪90年代，主要是针对北方缺水问题展开流域性水资源脆弱性评估工作。刘绿柳通过对水资源脆弱性概念的明确，提出定量评价指标体系和评价方法；唐国平从水资源供需关系来探讨宏观上的水资源脆弱性；王国庆首次将气候变化作为水资源脆弱性研究的重点因素，并提出气温升高背景下水资源敏感性、脆弱性关系；董四方等人运用系统理论，通过构建水资源复杂系统模型来探讨脆弱性评价指标。综合来看，对于水资源脆弱性研究，主要集中在3点：①评价指标的选取，要么过于复杂、要么过于单一，不具有较强的适用性；②对于水资源脆弱性评价方法中，定量评价多采用加权平均的多指标方法，如水资源承载力、水资源开发利用率、人均用水量等，指标具有随意性、人为性；③评价方法多以概念和框架为主，未能从系统机制上来提出综合性评价模型。

2 水资源脆弱性评价方法研究

2.1 水资源脆弱性评价一般方法

根据IPCC对脆弱性的界定，结合水资源系统与气候变化的关系，主要从脆弱性理论框架来探讨水资源脆弱性因子、敏感性因子、适应性因子的关系。气候变化背景下的水资源脆弱性研究，首先要明确脆弱性概念及其函数，利用综合方法来提出水资源脆弱性与气候变化的影响关系。其公式表示为：

(1)

式中：V为水资源脆弱性；α为关联系数，对于S(t)表为敏感性函数，对于C(t)为适应性函数或者抗压力性函数。从水资源系统关系入手，来探讨人类活动、自然禀赋，以及气候等变化的影响，并从水资源时空分异、干旱、洪流等自然灾害的可能性危害等方面来探究其关系。对于某一区域水资源来说，由于气候变化背景下是综合作用的结果，在对脆弱性评估理论应用中，需要提出一般性函数公式：

(2)

式中：S1、S2…Sn为区域水资源系统中各影响因素的敏感性，对于C1、C2…Cn为区域水资源系统中各影响因素的抗压性，β1、β2…βn表示区域水资源系统中各影响因素对应的尺度因子。从水资源供需矛盾来看，由于水资源存在时空分异性，对于不同地区间水资源分布不均衡、导致旱涝灾害，以及水资源短缺等问题。如北方地区的海河流域，因超采严重而带来生态用水不足问题。本研究将着重从水资源供需安全视角，就气候因素等变化带来的水资源脆弱性展开评价。

2.2 水资源敏感性分析

气候变化对水资源的敏感性分析，主要是从气候变化背景下，来探讨水资源的变化率，等同于弹性系数。引入气候变化与敏感性研究，气候变化往往通过降雨与水资源变化形成直接关联，而其弹性系数则是降雨变化与水资源变化的相关性。用公式表示为：

(3)

式中：降水量与地表径流形成直接影响，为了对上述公式进行等价，可以从某地域多年平均降水量与地表径流之间的关系上来近似。当然，在等价转换中，未能将大气蒸发与地表径流纳入影响范围；为此，利用温度变化与地域水文关系的分析，提出基于温度、降雨双参数弹性系数的计算模型，表示为：

(4)

由此可以选取温度、降雨两个参数指标来对地域水资源敏感度进行衡量。对于水资源脆弱性中的抗压力性研究，主要通过水资源供需安全、可利用量、时空变异、承载力等方面来探讨生态需水保障关系。

2.3 水资源抗压力分析

我们通过国际水资源协会公布的指标体系，来推导水资源供需安全的抗压力综合评价函数关系为：

(5)

式中：对于r表示为水资源开发利用率，对于P是地域人口数，对于WD为用水量，对于Q为水资源总量；k表示尺度因子，与抗压系数和水资源开发利用率有关。由于水资源抗压能力与水资源供需安全存在非线性关系，当水资源抗压力降低时，由此带来的水资源敏感度越高，对气候等变化带来的影响也越大。为了实现对各项指标体系的综合，在进行水资源脆弱性描述上，可以根据所包含的指标来探讨水资源脆弱性分布的高值区。当水资源相对丰富时，地域内水资源开发利用率将会较低，而水资源脆弱性则处于低值区，相反，当水资源相对短缺，地域水资源利用率也会提升，而水资源脆弱性则处于高值区，气候等变化对水资源脆弱性的影响较大。

3 以涑水河为例来气候变化对水资源脆弱性的评估研究

涑水河是黄河的一级支流，也是运城市境内的最长河流。源头位于绛县陈村横岭关，在永济市汇入黄河，全长195km，总落差455米，流域面积约占全市面积的一半。在整个流域内，因含沙量较小，雨季对中下游影响较大，因此属于季节性河流。气候变化对涑水流域的水资源影响较大，特别是在雨季降雨期，近50年降水量明显下降，平均总降水量减少了近11%。相比气温变化，则10年内平均气温升高0.29℃，其上升趋势明显。可见，对于气候变暖而带来的涑水河流域水资源减少的问题，其敏感性更强，也更为脆弱。据统计，在涑水河流域，当气温一定条件下，降水量下降10%，引发的地表径流减少30%以上，而降水量不变，则气温每增加1℃，地表径流减少8%，当气温升高1℃，同时降水减少10，则地表径流则减少40%以上。同时需要强调的是，由于人类活动带来的地下水量变化，而产生流域内年径流总量的减少问题也十分突出，其中库区蓄水逐年减少，而城市发展所带来的用水需求增加，使得水资源供需矛盾加剧。根据国家对水资源开发利用率，以及社会经济、行业用水数据，在对涑水河流域内水资源脆弱性分析与评价中，主要从气候变化的敏感度分析入手，对于山区水资源脆弱性指数小于0.1，则属于低脆弱性，而对于脆弱指数介于中度的区域，其山区降水量、产流量与人口密度小有关，则水资源供给矛盾较小；而对于城市区域来说，由于生产、生活用水较大、对水资源开发利用率来说，成为制约水资源脆弱性的关键因素。同样，对于降水量小、蒸发量大的区域，再加之承载面积大、人口密度高，则水资源开发利用率要高于标准值，形成严重的水资源脆弱性状态。