環(huán)境變化對人水系統(tǒng)影響的關鍵問題探討

劉靜　左其亭

摘要：由氣候變化和人類活動引起的環(huán)境變化對人水系統(tǒng)產生的巨大影響已經受到了全世界的關注。在分析氣候變化、人類活動以及由兩者共同引起的環(huán)境變化對人水系統(tǒng)影響研究現狀的基礎上，對目前研究進展進行了綜述和總結，從影響作用機理、環(huán)境變化因子、對人文系統(tǒng)的影響、人水綜合系統(tǒng)的研究、影響作用的量化共5個方面提出了目前研究面臨的關鍵性問題，并分別進行深入探討和分析，進而討論了未來研究的趨勢和重點，引入初步的研究思路，為以后相關方面的研究工作提供參考。

關鍵詞：氣候變化；人類活動；環(huán)境變化；人水系統(tǒng)；關鍵問題

中圖分類號：TV213 文獻標志碼：A 文章編號：1672-1683（2015）06-1218-07

Abstract：Environmental change caused by climate change and human activities has great influence on the human water system，which has also been a major concern all over the world.In this paper，the research status of the impacts of climate change，human activities，and the combined action on the human water system was analyzed and summarized，and the key problems regarding the current study were proposed from five aspects including impact mechanism，environmental change factors，impact of environment change on human system，comprehensive study on human-water system，and quantitative method for the impact on "integrated system".In order to solve the key problems，future research focus for the study was proposed.In addition，the preliminary research ideas were put forward in order to provide reference for future work.

Key words：climate change；human activity；environmental change；human water system；key issue

由氣候變化和人類活動引起的環(huán)境變化使得人類賴以生存的環(huán)境在不斷地變化，最終導致水問題日趨嚴峻，人水矛盾愈加突出，人水關系倍加緊張。2002年聯(lián)合國環(huán)境署發(fā)布的《全球環(huán)境展望》中指出，“目前全球一半的河流水量大幅減少或被嚴重污染，世界上80個國家或占全球40%的人口嚴重缺水。如果這一趨勢得不到遏制，今后30年內全球55%以上的人口將面臨水荒”[1]。2012年美國聯(lián)邦情報機構發(fā)布的一份聯(lián)合評估報告顯示，“發(fā)展中國家人口呈爆炸式增長、氣候變化影響加劇，再加上干旱、洪水以及缺少淡水等因素，水將成為未來幾十年內導致全球動蕩和戰(zhàn)爭的導火索”[2]。人們越來越清楚地發(fā)現，環(huán)境變化對人水關系的影響已經威脅到了人類的生存，阻礙了社會經濟的可持續(xù)健康發(fā)展。

面對這些危機，現代人類社會開始反思自己的發(fā)展歷程，強調水資源的可持續(xù)利用以及人水和諧相處[3]。由于環(huán)境變化對人水系統(tǒng)的影響主要由氣候變化和人類活動引起，因此，本文把氣候變化和人類活動作為研究的重點，著重分析了氣候變化、人類活動以及由兩者共同引起的環(huán)境變化對人水系統(tǒng)影響的國內外研究現狀，綜述目前研究現狀，探討研究面臨的幾個關鍵性問題。

1 國內外研究進展

1.1 國內研究進展

（1）氣候變化對人水系統(tǒng)的影響。目前，國內在氣候變化對人水系統(tǒng)影響方面的研究較多，主要集中于對人文系統(tǒng)和水系統(tǒng)的影響，對人水綜合系統(tǒng)影響方面的研究較少。在人文系統(tǒng)影響方面，張慶陽[4]、魏靜[5]等研究了氣候變暖對人類生存與健康的影響，并提出了相應的對策建議。譚靈芝[6]、魏柱燈[7]從不同視角分析了氣候變化與社會歷史的聯(lián)系。我國在氣候變化對水系統(tǒng)影響方面的研究起步較早，已經取得了豐富的成果。其中，陳桂亞[8]、劉昌明[9]等研究了氣候變化下流域的水文響應以及氣候變化對流域水文要素（水質、水量等）的影響。夏軍[10]在分析氣候變化研究現狀與現實需要差距的基礎上，研究了氣候變化對水質和水生態(tài)的潛在影響；曹建廷[11]梳理了氣候變化對水資源管理的影響，并從水資源綜合管理、適應性管理等方面提出了應對氣候變化的對策。

（2）人類活動對人水系統(tǒng)的影響。頻繁的人類活動極大地干擾了人水系統(tǒng)健康。因此，緩解人類發(fā)展與水資源保護之間的矛盾，促進人水和諧發(fā)展，成了人類面臨的一大難題。我國很多專家和學者在人類活動對人水系統(tǒng)影響方面做了大量的研究工作。人類活動對水系統(tǒng)影響方面：曹明亮[12]、徐麗娟[13]等研究了人類活動對徑流造成的影響；薛志春[14]研究了人類活動對水文效應和水文過程的影響，并將人類活動影響下的水文模型應用于洪水預報；俞樹毅[15]、顧延生[16]等分別以不同的湖泊河流為研究對象，分析了人類活動與研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境的演變關系；馬歡[17]分析了人類活動下海河流域水文要素和水質狀況的變化特征。在對人水綜合系統(tǒng)的影響研究方面，鄧建明[18]以分析人類文明進程中的人水關系特征為基礎，對生態(tài)文明時代的人水關系進行了展望；林平[19]、左其亭[20]等研究了人水系統(tǒng)的和諧關系，為實現人水和諧提供了方法和理論的支撐。魏建兵等[21]結合經濟社會發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，研究了人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響。endprint

（3）氣候變化和人類活動綜合驅動下對人水系統(tǒng)的影響。氣候變化和人類活動都是影響人水關系的關鍵因素，兩者往往同時發(fā)生且共同對人水系統(tǒng)產生影響。國內很多學者就此展開了大量的研究，研究熱點主要集中于對水文、水資源的影響，其中包括：王國慶[22]、左德鵬等[23]基于水文模擬，定量評估了氣候變化和人類活動對流域徑流量的影響。宋曉猛[24]回顧和探討了變化環(huán)境下水循環(huán)要素變化的檢測與歸因研究結果和方法，總結目前研究存在的主要問題和不足，提出了未來的研究重點和方向；董磊華[25]綜述了氣候變化和人類活動對水文影響的研究進展，提出了該領域研究尚未解決的一些問題；劉可群[26]針對洪湖地區(qū)頻繁發(fā)生的干旱事件，研究了人類活動和氣候變化對洪湖春季干旱的影響；段建軍[27]、張彧瑞[28]等研究了人類活動與氣候變化對水資源的影響。在對人文系統(tǒng)的影響方面，林海等[29]指出了全球環(huán)境變化對社會經濟發(fā)展的影響，提出了我國應對全球變化的戰(zhàn)略目標和重點；程楊[30]總結了全球氣候變化和各種人類活動給人類健康帶來的影響。對于人水綜合系統(tǒng)的影響研究，陶潔[31]從人水關系的概念內涵著手，開展氣候變化和人類活動共同影響下的人水關系研究。

1.2 國外研究進展

（1）氣候變化對人水系統(tǒng)的影響。氣候變化對人水系統(tǒng)的影響受到了國際高度的關注，大量的研究工作也因此廣泛開展。研究的重點主要在氣候變化對水文水資源的影響方面，其中包括：Gleick和Chalecki[32]指出氣候變化與流域徑流量有著緊密的聯(lián)系；Gleick[33]、Chiew[34]等采用水量平衡模型研究了氣候變化對徑流的影響；Wilby[35]通過歷史徑流量數據資料的數值模擬，發(fā)現氣候變暖會導致洪澇災害的頻發(fā)，加速全球水循環(huán)的進程；Xu[36]采用全球氣候模型（GCMs）模擬氣候因子變化，結合水文模型來模擬氣候變化對水文產生的影響；Park[37]分析了氣候變化對山區(qū)生物地理化學進程以及地表水質的影響；Walter[38]利用高分辨率的冰凍圈水文模型研究了喜馬拉雅山脈冰川覆蓋流域對氣候變化的水文響應；Rehana[39]構建水文-氣候綜合模型來評價氣候因子對河流水質影響的未來風險。

（2）人類活動對人水系統(tǒng)的影響。隨著人類征服自然、改造自然的意識不斷增強，人類活動對自然界造成破壞的程度和規(guī)模正在逐步擴大，世界水資源緊張地區(qū)正在不斷增加，人水矛盾日益凸顯。因此，眾多國外學者將焦點聚集于關于人類活動對人水系統(tǒng)的影響研究。對水系統(tǒng)的影響研究方面：Yang[40]通過分析在人類活動的影響下水文要素的變化規(guī)律，研究了人類活動對徑流的影響； Brath[41]以意大利的Samoggia為例，分析了人類活動中土地利用變化對洪水產生的影響；Tu[42]研究城市擴張對美國馬薩諸塞州東部流域的水質影響；Alireza[43]基于系統(tǒng)動力學模型，評價了伊朗中部為緩解水資源短缺問題而進行的調水工程，指出該調水工程具有很大的負面影響。對人文系統(tǒng)的影響研究方面：Hellegers[44]指出水質惡化，水資源短缺等對中東和北非地區(qū)的人類健康造成了重大影響。對人水綜合系統(tǒng)的影響研究方面：Falkenmark[45]描述了人與水一體化的水資源管理理論框架，形象地分析了水與自然、人類社會的關系；Lautze[46]特別指出人口增加、人類活動加劇導致人水關系緊張，需要通過宏觀調控，才能保持人與自然和諧相處；Bruce[47]認為人和水間的關系體現的是人類經濟社會與水系統(tǒng)間的相互作用。

（3）氣候變化和人類活動綜合驅動下對人水系統(tǒng)的影響。地球氣候系統(tǒng)正經歷著顯著的變化，加之劇烈的人類活動影響，不同程度地改變了水文循環(huán)過程[48-49]。因此，環(huán)境變化下的水文循環(huán)與水文效應問題成為國外研究的熱點之一。Changnon[50]、Seguis[51]等從定量的角度研究了流域徑流在氣候變化和人類活動干擾下受到的影響；Ie Blanc[52]基于撒哈拉沙漠地區(qū)人口密度與降水量間的關系，評估未來氣候情景和人口變化下，非洲各地區(qū)面臨的水資源壓力；Franczyk[53]基于氣候變化和土地覆蓋情景，采用AVSWAT半分布水文模型，研究了氣候變化和不同土地覆蓋變化對平均年徑流深的影響；Jun[54]基于AVGWLF模型模擬了馬薩諸塞州東部流域在不同氣候變化情景和不同土地利用情景下共同對水質和水量的影響。在對人文系統(tǒng)的影響研究方面：地球系統(tǒng)科學合作伙伴（ESSP）組織的“全球環(huán)境變化與人類健康項目”（GECHH）[55]重點研究全球環(huán)境變化如何影響人類的生存、生活和健康，以確保人類擁有更加健康的未來；世界氣候研究計劃（WCRP）[56]、全球環(huán)境變化人文因素計劃（IHDP）[57]旨在研究對付全球環(huán)境變化，促進可持續(xù)性發(fā)展目標實現的政策方案，為人類可持續(xù)發(fā)展服務。然而，在對人水綜合系統(tǒng)的影響研究方面，研究成果相對匱乏。

2 目前研究總結及面臨的問題

2.1 研究進展總結

綜合分析國內外的研究，對目前關于環(huán)境變化對人水系統(tǒng)影響的研究進展綜述如下。

（1）氣候變化對人水系統(tǒng)的影響研究。氣候變化對人水系統(tǒng)的影響研究主要針對單一系統(tǒng)的研究，即單獨針對人文系統(tǒng)或水系統(tǒng)的研究。在對人文系統(tǒng)的影響研究方面，國內外研究主要從定性的角度對影響進行描述，描述的內容多以氣候變化對人類生存與健康以及社會經濟的影響為主。在對水系統(tǒng)的影響研究方面，重點側重于氣候變化對水文水資源的影響，且大多數研究都致力于氣候變化對單一水循環(huán)要素的影響，如降雨、蒸散發(fā)、徑流量的變化。研究主要是通過由氣候變化引起的區(qū)域水文要素（如蒸發(fā)、降水、徑流等）的改變進而預測對整個區(qū)域水系統(tǒng)的影響以及未來的變化趨勢。研究方法多以定量的方法為主，研究模式主要為“設計氣候情景-創(chuàng)建水文模型-評估要素影響”[58]，即在假設未來氣候變化情景的基礎上耦合水文模型模擬研究區(qū)域水文要素的變化及水循環(huán)過程，根據模擬結果，評估氣候變化對水系統(tǒng)的影響并提出適宜的防護措施。然而，在對人水綜合系統(tǒng)的影響研究方面，研究成果相對匱乏。endprint

（2）人類活動對人水系統(tǒng)的影響研究。人類活動對人水系統(tǒng)的影響主要側重于對水系統(tǒng)的研究。在國內外研究中，常以人類活動中的城市擴張、土地利用類型等影響因子對水系統(tǒng)的水量或水質影響進行研究，特別是對水文要素中的徑流的影響研究最多。在研究方法方面，國內研究所采用的研究方法主要從定性的角度描述人類活動對水系統(tǒng)、人文系統(tǒng)的影響，而國外的研究方法多采用從定量化的角度對產生的影響進行量化和評估。

（3）氣候變化和人類活動綜合驅動下對人水系統(tǒng)的影響研究。環(huán)境變化對人水系統(tǒng)的影響即是氣候變化和人類活動共同作用對人水系統(tǒng)產生的綜合影響。歸納目前的國內外研究可以發(fā)現，研究主要圍繞著兩大主題：a.模擬在不同氣候變化情景和人類活動情景下對水系統(tǒng)的共同影響；b.評估氣候變化和人類活動對水系統(tǒng)的影響及量化分解各自產生影響的比重。模擬的方法多采用大氣環(huán)流模型、GIS流域模擬模型等方法進行研究，而對于影響的評估，主要采用水和能量收支分析法進行影響評估的經驗判定，以水文模型法、水文敏感性分析法、氣候彈性系數法等為主要定量方法進行影響評估的量化。

2.2 研究面臨的問題

通過國內外研究進展綜述，總結目前研究面臨的問題。大致分為如下幾類。（1）單系統(tǒng)影響機理研究豐富，綜合系統(tǒng)影響機理研究欠缺。研究環(huán)境變化對人水系統(tǒng)的影響，首要任務是從根本上認識環(huán)境變化因子與人水系統(tǒng)之間的相互作用與關系，然而，目前的機理研究側重于對人文系統(tǒng)或水系統(tǒng)的單方面影響作用，缺乏從人文系統(tǒng)、水系統(tǒng)、人水綜合系統(tǒng)的多層面、多角度對影響機理進行系統(tǒng)性分析。（2）缺乏因子識別的綜合性研究。目前，對于影響人水系統(tǒng)的環(huán)境變化因子還沒有較全面、系統(tǒng)的歸納總結，以至于大多數研究都圍繞少數的幾個因子在展開，因子的識別缺乏綜合性。（3）對人文系統(tǒng)的影響研究匱乏。目前，研究側重于環(huán)境變化對水系統(tǒng)的影響，對人文系統(tǒng)的影響研究較少。（4）理論研究多偏重于定性分析，定量研究較少。目前，影響作用的量化研究主要側重于氣候變化對水系統(tǒng)、人類活動對水系統(tǒng)的定性或半定量分析，而對“人水綜合系統(tǒng)”影響作用的量化方法及應用研究成果較少。

3 關鍵問題探討及展望

針對目前研究存在的問題，從影響作用機理、環(huán)境變化因子、對人文系統(tǒng)的影響、人水綜合系統(tǒng)的研究、影響作用的量化共5個方面探討目前研究面臨的關鍵性問題，展望未來研究的趨勢和重點。

3.1 影響作用機理

環(huán)境變化因子對人水系統(tǒng)的影響作用關系錯綜復雜，理清環(huán)境變化對人水系統(tǒng)的影響作用機理對未來的研究具有至關重要的作用。影響人水系統(tǒng)的環(huán)境變化因子有很多，那么，環(huán)境變化因子到底包括哪些？如何對其進行系統(tǒng)性的識別和分類，進而建立清晰的影響因子框架？環(huán)境變化因子對人文系統(tǒng)、水系統(tǒng)、人水綜合系統(tǒng)的影響作用是怎樣的？這些問題都是未來研究急需解決的關鍵問題。本文在大量查閱國內外研究成果的基礎上，系統(tǒng)識別環(huán)境變化因子，并詳細分析環(huán)境變化對人水系統(tǒng)的影響作用，構建了環(huán)境變化對人水系統(tǒng)的影響作用機理框架圖，如圖1所示。根據構建的影響作用機理框架圖，結合目前研究綜述，為分析未來研究的方向以及解決研究面臨的關鍵問題奠定了基礎。

3.2 環(huán)境變化因子

環(huán)境變化因子多樣，僅在圖1中，關于氣候變化因子和人類活動因子都分別多達6個。然而，在目前研究工作中，大多數文獻都集中于單一或者較少的幾個影響因子對水系統(tǒng)產生的影響進行分析，缺乏從“綜合性”的角度對環(huán)境變化因子進行影響分析。研究選定的影響因子通常以氣候變化中的“降水”“蒸發(fā)”“溫度”影響因子以及人類活動中的“城市化”“水利工程”“防護措施”影響因子研究為主，對于其他影響因子，研究涉及較少。采用單一或較少的因子進行影響作用的研究是片面的，或者說不足以描述整個環(huán)境的變化、不足以代表對人水系統(tǒng)產生的綜合影響。因此，為了使研究更加科學，在未來的研究中，首要的是要全面地分析出環(huán)境變化因子包含的類別與種類，以完整地呈現出影響因子集合。研究中影響因子的選擇除了要考慮常被選擇的影響因子之外，還應融入氣候變化中的“相對濕度”“日照時間”“風速”以及人類活動中的“工業(yè)”“農業(yè)”“生活”等因子，從系統(tǒng)性的、綜合性的角度，深入研究環(huán)境變化對人文系統(tǒng)、水系統(tǒng)、以及人水綜合系統(tǒng)產生的影響，全面、客觀地反映出影響結果。

3.3 環(huán)境變化對人文系統(tǒng)的影響作用

環(huán)境變化對人文系統(tǒng)的影響包括直接影響和間接影響。直接影響主要是影響人類生存與健康以及國民經濟，而間接影響主要包括改變經濟社會發(fā)展結構和影響水能利用等方面。

當前，環(huán)境變化對人文系統(tǒng)的影響研究多集中于氣候變化或人類活動對人類生存、健康以及對社會經濟造成的影響，缺乏從氣候變化與人類活動共同對人文系統(tǒng)的影響研究，且研究主要分析影響因子對人文系統(tǒng)產生的直接影響，缺乏對人文系統(tǒng)的間接影響的研究分析。此外，研究多以定性的方法對影響進行描述，缺乏影響的量化分析。因此，在未來的研究中，應當以氣候變化與人類活動共同對人文系統(tǒng)產生的影響進行研究，采用定量的方法，量化環(huán)境變化對人文系統(tǒng)產生的影響，為減輕和消除不良影響提供科學的參考，為降低影響風險提供可靠的理論依據。

3.4 人水綜合系統(tǒng)研究

環(huán)境變化不僅對人文系統(tǒng)、水系統(tǒng)進行單方面影響，其最終影響的是人水這一綜合系統(tǒng)，即最終影響人水關系的和諧。人水系統(tǒng)相當復雜，基于環(huán)境變化下的人水關系則更加復雜。如何從人水綜合系統(tǒng)的角度分析環(huán)境變化與人水系統(tǒng)之間的相互影響？如何從定量的角度分析環(huán)境變化對人水關系產生的影響？如何在不同環(huán)境變化背景下研究對人水綜合系統(tǒng)的作用水平以及人水關系狀態(tài)？這些都是未來研究的重點和難點。研究環(huán)境變化對人水綜合系統(tǒng)影響的最終目的是要使得人水系統(tǒng)的作用水平及人水關系狀態(tài)在不同的環(huán)境變化背景下達到和諧，以實現人水和諧相處?！叭怂椭C”研究認為人水和諧論是辯證唯物主義哲學思想的具體體現，是人們認識人水關系、解決人水矛盾的根本理論方法[3]。人水和諧理論為解決環(huán)境變化對人水綜合系統(tǒng)造成的不和諧影響提供了新的研究途徑。因此，在以后的研究中，應當結合人文系統(tǒng)與水系統(tǒng)，從“系統(tǒng)綜合”角度，融合“人水和諧”理論，注重多學科交叉，從經濟學、社會學、水文學、生態(tài)學、地理學角度，建立具備人水系統(tǒng)的多系統(tǒng)耦合模型[59]，通過不同環(huán)境變化情景與人水系統(tǒng)耦合模型進行結合，模擬不同環(huán)境變化情景下的人水關系，研究不同的環(huán)境變化情境對人水關系的影響，為進一步量化評估對人水系統(tǒng)的影響和人水關系的優(yōu)化調控奠定基礎。endprint

3.5 影響作用量化

在環(huán)境變化背景下，對人水系統(tǒng)影響的量化研究主要目的是為了量化評估影響的程度以及為減小消極影響而進行的優(yōu)化調控提供科學依據。然而，分析環(huán)境變化對人水系統(tǒng)的影響作用機理可知，環(huán)境變化對人水系統(tǒng)的影響最終關系到人水綜合系統(tǒng)的人水關系和諧。因此，影響作用的量化研究最終歸結于在不同環(huán)境變化情境下的人水關系研究。人水關系研究的對象是十分復雜的人文系統(tǒng)和水系統(tǒng)，如何在不同的環(huán)境變化情景下定量描述人水系統(tǒng)的影響水平即人水關系狀態(tài)是未來研究的方向和難點。人水狀態(tài)的量化也就是量化人水關系的和諧程度。左其亭[60]提出的“和諧論”以和諧度方程來定量描述人水關系的和諧程度，從而達到定量化評估人水關系的目的。因此，和諧論為量化不同環(huán)境變化情境下的人水關系提供了一條新的思路。在未來的研究中，可采用基于和諧理論中的和諧度來定量評價不同環(huán)境變化情景對人水綜合系統(tǒng)的作用水平以及人水關系狀態(tài)。

除此之外，為了在不同的環(huán)境變化情境下建立更好的人水關系，實現水資源的可持續(xù)利用與經濟社會的科學發(fā)展，達到人水和諧，應當在量化影響作用的基礎之上，進行人水關系的優(yōu)化調控。然而，在人水關系的調控中，如何針對在環(huán)境變化情景下的不同人水關系進行優(yōu)化調控？在構建調控模型時，如何優(yōu)化其調控目標？如何調整其調控準則？如何定量化選擇調控方案？等等，這些問題都是未來亟需解決的關鍵問題。在和諧論思想的影響下，未來可以構建基于和諧論的人水關系調控模型，以達到優(yōu)化與改善人水關系的目的。

4 結語

隨著經濟社會發(fā)展進程的不斷加快，環(huán)境變化對水資源和經濟社會發(fā)展的影響越來越大，探討環(huán)境變化對人水系統(tǒng)影響的關鍵問題是支撐人水和諧發(fā)展的重要基礎。本文從氣候變化和人類活動出發(fā)，總結兩者各自及共同對人水系統(tǒng)影響的國內外研究進展，分析目前研究存在的關鍵問題，并提出相應的研究思路。研究發(fā)現：（1）缺乏從人文系統(tǒng)、水系統(tǒng)、人水綜合系統(tǒng)的多層面與多角度對影響機理進行系統(tǒng)性分析；（2）尚未較全面、系統(tǒng)的歸納總結影響人水系統(tǒng)的環(huán)境變化因子，以至于選擇單一因子的影響研究缺乏綜合性；（3）對人文系統(tǒng)的影響研究匱乏；（4）理論研究多偏重于定性分析，定量研究較少。未來的研究應當在系統(tǒng)識別環(huán)境變化因子的基礎之上，深入分析環(huán)境變化因子對人水系統(tǒng)的作用機理，從系統(tǒng)性的、綜合性的角度，研究環(huán)境變化對人文系統(tǒng)、水系統(tǒng)、以及人水綜合系統(tǒng)產生的影響，采用定量的方法，量化評估環(huán)境變化對人水系統(tǒng)的影響，構建人水關系模擬與調控模型，以實現優(yōu)化與改善人水關系的目的。

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