应对气候变化的生态水利方略初探

2019-12-25谢遵党

西部学刊 2019年15期

谢遵党

摘要：以中國为典型，从生态文明建设角度探索通过发展生态水利来应对气候变化对人类和生态系统的不利影响。认为储水于陆是减少海平面上升的有效途径。从北方平原地下水可增储水量、西北荒漠湖盆可储水量两个方面分析了中国陆地的储水潜力，分析了储水于陆的水源，提出我国应对气候变化的生态水利方略是：树立强化生态水利的理念，科学规划生态水利工程布局。其主要内容是构建连通中国南北方水系的大水网，发挥黄河的纽带作用，对干旱、半干旱地区进行生态补水;在华北、东北地区恢复超采的地下水，在西北地区恢复古湖泊，大量储水于陆地，从而减少海平面上升，降低南方和沿海地区的洪涝损失，大尺度修复和改善北方和西北地区的生态环境，同时为经济发展开拓新的空间。

关键词：气候变化;生态水利;引渤入疆;南水北调;西部调水

中图分类号：X16 文献标识码：A文章编号：CN61-1487-（2019）15-0017-04

工业化温室气体排放引起的全球变暖，已经成为威胁人类安全、引起生态系统崩溃的潜在危机，减缓和应对气候变化是本世纪最重要的全球性任务之一[1]。根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）预测，即使到2100年通过减排将全球温度上升的幅度控制在1.5℃，海平面仍将上升0.26-0.77m，造成海岛国家和沿海地区洪水淹没、海水入侵等灾害[2]。根据目前的人口分布情况分析，海平面每升高0.1m，全球受淹没影响的人口约1000万人。气候变暖的不利影响还包括极端气象事件频发、水资源严重短缺、水旱灾害加剧，损害粮食安全，引起生态系统退化，显著提高所有大陆和海洋生态系统以及人类社会的脆弱性和风险[3]。

全球气候变暖引起的不利影响，核心在水，实质是海洋中的水量剧增、淹没海岛和沿海低地，湿润地区降水更多、更集中，从而引起洪涝，干旱地区降水更少，造成极度干旱。从储存水的角度来看，湖泊、水库和海洋一样都是可以装水的盆，陆地也是盛满土石的盆，同样可以吸收存储很多水分。利用水利工程来把更多的水留在陆地上，特别是储水于干旱地区的地下和湖泊、盆地，可以避免海平面过快上升、修复和改善干旱地区生态环境，从而有效地缓解气候变暖带来的不利影响、增加碳汇，拓展经济发展空间。

一、储水于陆是减少海平面上升的有效途径

全球海洋面积约为3.61亿km2，海平面上升每减少0.1m，需要在陆地多储存约36.1万亿m3的水。全球陆地面积约为1.49亿km2，其中3600万km2为荒漠化土地。通过输水工程，仅考虑向荒漠地区的湖盆、洼地、地层补水，平均储存1m深的水，就可以降低海平面上升0.1m。世界各地还有许多巨大的内陆湖盆，储水潜力巨大。比如里海面积为38.6万km2[4]，湖面高程低于海平面29m，湖面每升高1m，至少可多储存3680亿m3的水。

全球变暖不可避免，要避免海平面过快上升，唯有将冰川、冻土融化增加的海水量存诸在陆地上。全世界各国应当协同努力，按陆地面积比例分摊气候变化而增加的入海水量。我国陆地面积为960万km2，占全球陆地面积的6.44%。按比例分摊减少海平面上升0.1m的水量为36.1万亿m3，需在中国陆地上储存的水量为2.32万亿m3。中国北方有70多万km2广阔的平原，由于干旱和过度开发，很多地区地下水位很低;西部干旱少雨，有267万km2的荒漠戈壁，历史上曾经存在的巨型湖泊多数已经萎缩或干涸。通过补充地下水和恢复古湖泊，只要能在干旱地区平均存储0.7m深的水就能完成我国应担的储水份额。

为了解决我国西部缺水的问题，许多专家学者提出了通过调水改变西部干旱面貌的设想，比较有代表性的有引渤入疆、淡化海水西调、河口东水西调等。霍有光等提出的引渤入疆、恢复罗布泊生态环境的方案，从天津附近的渤海取50亿m3海水，通过管道分级提升，利用渠道长距离自流1900km，引至疏勒河后自流入罗布泊[5]。张恒旭等提出大力开发荒漠可再生能源，淡化海水西调，估算出淡化并输送相当于黄河平均流量1774.5m3/s（合每年560亿m3）的淡水到新疆需电功率1亿kw，并可利用海水淡化西调系统抑制可再生能源的功率波动[6]。赵定烽则提出，从长江、珠江、闽江等入海口取水，通过4000km隧洞每年引淡水13255亿m3到新疆[7]。这些设想从原理上说明，每年千亿甚至万亿立方米规模调水的水源问题并非不可解决，抽水的能源供应能力也已经不是制约因素。

由于调水工程是影响巨大的战略性工程，涉及多地区多领域，在学术界争议激烈，各地方和行业部门的观点也很难统一。大规模引水改变干旱地区的地理面貌从科学原理上是成立的，争议主要在于引水的经济与环境代价是否值得付出、是否可以通过节水等其它手段替代[7][8]。

从减小海平面上升的角度看，储水于陆无可替代。在目前以化石燃料为主的能源结构下，大规模抽水西调与节能减排的应对气候变化基本手段相悖，还不宜实施。事实上我国江河平均每年有超过2万亿m3的淡水流入海洋或流出境外，其中相当大一部分产于海拔较高的阶梯和山区，合理调配可以在满足民生、环境、经济需要的前提下提供充足的生态补水水源。根据江河水资源的时空分布特点，发展以应对气候变化、修复和改善生态环境的为主要目的的生态水利，应当能够以较小的经济和环境代价逐步实现大量储水于陆地、显著降低海平面上升速度的目标。

二、中国陆地的储水潜力

（一）北方平原地下水可增储水量

我国北方平原地区土质一般为粘土、粉土和沙土，干容重为13-18kN/m3，饱和容重为18-23kN/m3。如表1，根据水利部水资源司发布的《2018年10月地下水动态月报》中的平均地下水位，初步分析统一按地下水位提升到地表以下3m、含水量增加5kN/m3计算，则北方主要平原地区可在地下增加储水量1.9万亿m3。

（二）西北荒漠湖盆可储水量

我国北方干旱内流区大小湖盆不计其数，可为储水于陆提供天然的水库。如表2，根据卫星地图地形数据，仅在最干旱的柴达木盆地中心的达布逊湖、腾格里沙漠腹地的古白亭海、巴丹吉林沙漠边缘的居延海、塔里木盆地中的罗布泊、哈密盆地、吐鲁番盆地等湖盆储水，按照对现有的居民、基础设施产生影响较小的原则确定蓄水位，估算就可储水超过3.7万亿m3。

根据以上分析，仅在中国北方主要平原补充地下水和恢复西北地区几个古湖泊，就可储水超过5.6万亿m3。加上全国范围采取退耕还湖、新建水库、水土保持等措施保留在陆地上的水量，相对于降低海平面10cm中国的份额2.3万亿m3，有足够大的容量容纳气候变化增加的海水水量。

三、储水于陆的水源

根据水利部发布的2017年中国水资源公报，当年属平水年，我国地表水资源量2.8万亿m3，其中1.7万亿m3流入了海洋，0.7万亿m3流出境外或流入界河。全国供水总量6043亿m3，总耗水量3207亿m3 [11]。

根据我国国家海洋局公布的《2014年中国海平面公报》，1980—2013年我国沿海海平面上升速率为3mm/年。IPCC第四次评估报告的结果基本相同，1993-2003年海平面每年上升3.1mm。按抵消海平面上升3mm计算，则每年中国分担的储水于陆的份额为696亿m3。对照2017年水资源情况，新增陆地储水量相当于入海流量的4.1%、总供水量的11.5%。调配抵消海平面上升量级的淡水资源留在陆地进行生态补水是有空间的。

四、我国应对气候变化的生态水利方略

（一）树立强化生态水利的理念

传统水利工程主要为了防洪、灌溉、供水、发电、航运等目的而修建。随着人类社会从工业文明阶段向生态文明阶段迈进，水土保持、河湖生态补水、地下水恢复、河湖连通等以改善环境、保证生态系统安全为主要目的的生态水利工程逐步增加，已经成为水利工作新的重点。2017年全国人工生态环境补水总量已达161.9亿m3 [11]，加上通過退田还湖、水土保持和新增水库保留于陆地的水量，储水于陆已经初具规模。但从应对气候变化的角度审视，生态水利工作仍处于起步阶段，需要在满足经济、民生、环境等对水资源需求的前提下，探索出符合“创新、协调、绿色、开放、共享”等新发展理念的生态水利新途径。

发展生态水利，要以保障民生、生态环境、经济发展的用水格局现状为前提，水多多用，水少少用，无水不用，缺水回用。水多多用，水少少用，就是在丰水年、丰水期将对民生、环境、经济等益处不大甚至有害的水资源尽可能多地利用起来，存储于干旱地区。无水不用，缺水回用，就是在干旱年份优先保障民生、环境和经济用水，甚至取用已储存的水资源缓解缺水问题。通过生态水利工程的灵活运用，在保障现有的民生、环境、经济利益格局的前提下，充分利用水资源改善生态环境。

发展生态水利，要顺应自然、尊重自然、保护自然。充分利用天然河道、天然湖盆和已有工程，着重于恢复地面和地下历史水体，通过水的自然循环过程改善局部气候，而不是依靠传统的灌溉技术直接发展经济和人造生态系统。从储水于陆的角度看，渗漏水量和蒸发水分只要通过水循环能回归陆地就不算水量损失，深居内陆的生态水利工程可以简化防渗防蒸发处理措施。水资源调配主要通过连通天然河湖的大水网梯次实现、丰枯互补。储水主要利用天然湖泊和地下水的恢复完成，而不是大规模占用生态价值和开发利用程度较高的河谷建设大型水库。

发展生态水利工程，要遵循经济规律，全国水系渐次连通，从南到北梯次调水，高水高用，低水低用。为了减少建设投资和降低对经济、环境的不利影响，不追求一次性将丰水河水资源跨过其他流域直接调到旱区，而是因地制宜，就近渐次连通河湖水系，充分利用天然河湖和现有工程，结成大水网，从南向北梯次调水。我国地表水资源中很大部分是产于海拔较高的阶梯和山地，为了不消耗或少消耗能源，要避免或减少大能耗的抽水工程，通过水量置换，优先使较高阶梯的水资源更多地用于高阶梯或邻近阶梯。可适量利用生态补水增加的土地、渔业、林业、农业、旅游、水电等资源发展经济，提高生态水利工程的效益和可持续性。

（二）科学规划生态水利工程布局

以应对气候变化的尺度在陆地储存的水量是前所未有的，需要在大范围内全面展开，因地制宜地采取不同的措施涵养陆地水源，减少入海水量。在南方及其他湿润地区主要通过水土保持、退耕还湖、保护湿地、新建水库等实现储水于陆，同时为向干旱地区调水提供水源。在北方平原地区对洼地、湖泊补水，兴建平原水库、渗渠、渗井等补充地下水。在西部荒漠地区则通过调水工程利用天然湖盆大规模储水，改善局部气候。

西部调水是近年来热议的话题。邓铭江院士概要评述了年总调水量从170亿m3到3000亿m3不等的南水北调西线方案、大西线调水方案、“红旗河”方案和“四江自流”方案，认为大西线是实施国家战略不可或缺的重大工程，建议相关部门尽快组织开展前期工作，争取早日纳入国家战略决策日程[12]。

生态水利规模宏大、影响巨大，需要用几十年时间来完成。为了减少不利影响，调水工程布局应立足于自然和经济社会发展现状循序推进。近期以已建或纳入国家规划的东、中、西线南水北调工程为主干，从长江流域每年调水448亿m3。为了向更多地向北方调水而不进一步减少长江水资源量，第二步连通长江与珠江、东南诸河、西南诸河，调水500亿m3以上入长江，这样共同支撑每年向北方千亿m3以上规模的调水。从南方调来的水量，除了一部分水质较好的直接通过中线南水北调一期工程送往受水区，其余水量主要以穿过干旱地区的黄河为纽带，向西部和黄河两岸配水。为了减少能源消耗，避免大规模抽水，按照“高水高用，低水低用”的原则，在水量最丰沛、地形和地质条件有利、调水代价相对较低的近海平原地区尽可能多地从南方调水到北方，代替部分原来用北方河流灌溉供水的水量，置换出的这部分水量用于水资源量较少、调水代价更高的上游地区。

已建或在建的南水北调中线、东线和引江济淮等工程除了向沿线供水，加大调水量向交汇的淮河、黄河、海河流域进行补水，通过引黄闸向北京、天津、河北、河南、山东平原地区补充生态用水，置换部分黄河用水量供上中游使用。在青海通过引通济柴工程从长江上游通天河向柴达木盆地调水存储，规模可为每年15-30亿m3。通过大西线南水北调，调西南诸河、长江上游水在甘肃入黄河，除了沿黄向黄土高原配水，在宁夏黄河黑山峡出口处兴建黑山峡生态水利枢纽，蓄水位1300-1400m，向阿拉善高原、鄂尔多斯高原和新疆自流分水，可分配西线南水北调和黄河中下游置换水量100-500亿m3。扩展已开展前期工作或动工兴建的白龙江调水、引汉济渭、小江调水等工程，就近调水供甘肃、陕西使用，满足黄土高原和汾渭平原地下水恢复需要的水量。通过以上生态水利措施，基本靠自流逐步实现年增陆地储水量上千亿立方米的目标，经过几十年努力，可以實现储水几万亿立方米于陆地，有效减缓海平面上升，减少洪涝、干旱灾害，促进生态环境改善和区域经济平衡发展。

五、结论与展望

（一）结论

1.在当前的工程技术水平和经济能力条件下，全球气候变暖引起的海平面上升、水旱灾害加剧可以通过生态水利工程在陆地上大量储水而有效缓解。中国按陆地面积分摊的陆地储水份额可以主要通过在北方恢复地下水、在西北地区恢复古湖泊等生态水利措施来实现，水源可通过构建连通南北方水系的大水网调剂解决，以黄河为纽带向北方、西北地区和两岸调配。

2.生态水利的理念不同于传统水利工程，以修复和改善生态环境为主要目的，以恢复地表和地下历史天然水体为手段，利用水的自然循环过程大尺度影响局部气候，支持生态系统改善和经济社会发展。

3.探索兴建应对气候变化尺度的生态水利工程，需要水利、气象、生态、地理等多学科联合研究攻关、长期积累实践经验，才能逐步实现经济和环境代价最低、生态效益最好。

（二）展望

改变气候是人类少数没有实现的古老梦想之一。温室气体的排放加快气候变暖的事实，从反面证明人类已经有能力改变气候。未来几十年在全球协同控制温室气体排放同时，实施生态水利工程大规模储水于陆，就能够更好地减缓和应对气候变化。干旱内陆形成的成千上万平方千米的水面，必将对气压、湿度、风场、降雨等产生显著影响。水陆比例足够大，就会消灭荒漠。当能源结构发展到以廉价的清洁能源为主时，人类就可以按照设计塑造水陆布局和大气温度场，气象灾害将像瘟疫、饥荒一样消失，干旱荒漠也会变成生物的乐园，那时历史将进入生态文明繁盛的阶段。

参考文献：

[1]袁倩.全球气候治理[M].北京：中央编译出版社，2017.

[2]联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）.全球变暖1.5?政策制定者摘要[DB/OL].

https：//www.ipcc.ch/sr15/chapter/summary-for-policy-makers/.

[3]王伟光，刘雅鸣.气候变化绿皮书应对气候变化报告（2017）[M].北京：社会科学文献出版社，2017.

[4]李淑杰，郭正中.世界地理百科知识[M].长春：吉林人民出版社，2012.

[5]霍有光.实施陆海统筹引渤入疆恢复罗布泊生态环境建设工程的探讨[J].西部学刊，2014（1）.

[6]张恒旭，刘玉田.可再生能源大规模应用在荒漠治理中的作用[J].可再生能源，2014（9）.

[7]赵定烽.“东水西调”或“东水隧调”才是中国实施南水北调的正确新模式[J].中国新通信，2018（17）.

[8]辛华.10余位专家质疑引渤入疆工程[N].西部时报，2010-11-19.

[9]钱逸华.引渤入疆：慎思，慎行[N].中国民族报，2010-11-16.

[10]水利部水资源司.2018年10月地下水动态月报[DB/OL].