水資源可持續(xù)利用與氣候變化

[美國]　G.W. 安納達(dá)爾

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水資源可持續(xù)利用與氣候變化

[美國]G.W. 安納達(dá)爾

摘要：河流是地球上最主要的可再生淡水水源，這已得到世界的公認(rèn)?？梢詫恿鬟M(jìn)行大規(guī)模開發(fā)，以使其為人類提供可靠的、可持續(xù)利用的淡水。據(jù)預(yù)測，氣候變化會加劇水文變異，這就使修建大壩攔蓄水流、供應(yīng)淡水具有非常重要的意義和必要性，特別是對于常年干旱地區(qū)而言。為此，展開了大規(guī)模的研究分析工作。研究結(jié)果表明，在氣候變化影響下，未來對大壩和可持續(xù)水庫管理的需求會更加迫切。對目前的庫容需求，水資源可持續(xù)利用與氣候變化、氣候變化與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)之間關(guān)系的研究等情況作了簡單介紹。

關(guān)鍵詞：水資源；可持續(xù)利用；氣候變化

1概述

全球淡水利用危機(jī)是人們面臨的一大問題，這主要是由于水資源的不可持續(xù)性開發(fā)利用以及未來氣候變化所產(chǎn)生的威脅。

地下水和河水是2種重要的、可利用程度最高的淡水資源。從水文循環(huán)角度來看，兩者都可被看作是可再生資源。但要實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)開發(fā)利用，就必須保證用水量要小于補(bǔ)給量。眾所周知，全球地下水(循環(huán)周期大約為1 400 a)的補(bǔ)給速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于日用水速率。格里森等人的研究發(fā)現(xiàn)，全球地下水的用水量比補(bǔ)給量多 3.5 倍?？颇菘裳芯堪l(fā)現(xiàn)，從1900年至今，全球平均消耗的地下水大約為4 500 km3，約為全球大型水庫的凈庫容。

相比之下，西克洛曼諾夫和羅達(dá)估算，全球河水(循環(huán)周期大約為16~18d)補(bǔ)給速率與日水資源開采速率接近。這也就表明，河水具有更大的可持續(xù)開發(fā)潛力。

2庫容需求

既然河水被看作是可持續(xù)供水系統(tǒng)中比較優(yōu)質(zhì)的水源，那么供應(yīng)淡水的水庫必不可少。水庫可以調(diào)節(jié)河水的季節(jié)性波動或年際波動。為提高多年干旱期供水的可靠性，年際水文波動越顯著的地區(qū)，需要的庫容就越大。利用Gould-Dincer方法，可以計(jì)算出不同來水條件下所需要的水庫庫容。可以看出，在99%保證率的條件下，隨著年際水文變異(即年徑流變差系數(shù))性的增強(qiáng)，所需庫容(用年平均流量表示，記為MAF)也會發(fā)生變化(年變差系數(shù)為河流的年徑流量標(biāo)準(zhǔn)差除以年平均流量)。

3氣候變化與基礎(chǔ)建設(shè)

氣候變化加劇了全球水文變異的強(qiáng)度(極端天氣出現(xiàn)的更加頻繁)，降低了供水的可靠性。盡管水文變異加劇程度難以確定，但其影響程度可利用多年干旱地區(qū)擴(kuò)張程度來表征。對于正常年份的世界多年干旱區(qū)分布以及水文變異加劇25%時、世界多年干旱區(qū)擴(kuò)張范圍的假設(shè)條件開展了分析，分析結(jié)果表明，現(xiàn)在依靠泄水工程供水的地區(qū)，未來將需要更大的庫容。

當(dāng)年徑流量的變差系數(shù)由 0.4 增加到 0.5 時，對于庫容為年平均流量25%的水庫，根據(jù)Gould-Dincer方法，產(chǎn)流將從年平均流量的60%下降到35%(用MAF表示年平均流量)；而當(dāng)庫容等于其年平均流量時，產(chǎn)流將從年平均流量的90%下降到85%。因此，水庫的庫容越大，產(chǎn)流對水文變異加劇程度的敏感性也就越低。

4可持續(xù)發(fā)展

可持續(xù)發(fā)展是由布倫特蘭委員會提出的，要求實(shí)現(xiàn)代際公平。從供水角度來看，在氣候變化影響下，要實(shí)現(xiàn)代際公平，就必須保證后代有足夠的可利用庫容。但是不斷減少的凈庫容又說明這一目標(biāo)很難實(shí)現(xiàn)。閘壩修建數(shù)量不斷下降以及水庫泥沙的不斷淤積，共同導(dǎo)致對全球凈庫容的損失。此外，適宜修建水庫的壩址十分有限，這就更加突出了實(shí)施水庫泥沙淤積管理技術(shù)對保護(hù)現(xiàn)有庫容和新建水庫的重要性。

5庫容的雙重屬性

現(xiàn)有的各種水庫泥沙淤積管理技術(shù)，能使水庫泥沙淤積的影響最小化。主要包括流域管理技術(shù)、水庫防淤技術(shù)以及水庫清淤技術(shù)三大類(見表1)。

表1　三類水庫泥沙淤積管理技術(shù)

雖然有這么多技術(shù)，但水庫仍會淤積泥沙，這主要是由于工程設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)分析技術(shù)存在問題?，F(xiàn)有工程設(shè)計(jì)不能有效防止泥沙淤積對庫容造成的損失；而經(jīng)濟(jì)分析技術(shù)主要是用于評價大壩、水庫的經(jīng)濟(jì)效益，也不能促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。傳統(tǒng)折現(xiàn)技術(shù)僅僅是當(dāng)代文化價值的體現(xiàn)，且重視現(xiàn)在、輕視未來，與可持續(xù)發(fā)展原則相背離。

不管庫容是否是一種可再生資源，改善工程設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)分析模式，進(jìn)一步促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，考慮庫容的本質(zhì)特征是必然要求。上述已提到的水庫可選壩址是有限的，有鑒于此，可將水庫看作是一種不可再生的資源。但是，經(jīng)過進(jìn)一步論證，這種認(rèn)識在嚴(yán)格意義上是不合理的。最大庫容具有雙重屬性：其是否是一種可再生資源，主要取決于工程設(shè)計(jì)和經(jīng)營決策。

如果大壩設(shè)計(jì)者或管理者認(rèn)為泥沙淤積對庫容的損失難以避免，不實(shí)施可持續(xù)性的設(shè)計(jì)方案，不采取能有效消除或使泥沙淤積引起庫容損失最小化的經(jīng)營管理方式，那么庫容就只能被看作是不可再生的資源。反之，如果大壩設(shè)計(jì)者采取了有利于實(shí)施水庫泥沙淤積管理的工程設(shè)計(jì)方案，經(jīng)營者也采取了能消除或者能使水庫泥沙淤積影響最小化的管理策略，那么庫容就可被看作是可再生的資源。

深思熟慮的水庫設(shè)計(jì)、運(yùn)行決策，決定了水庫是否是可再生的資源；分析大壩、水庫的經(jīng)濟(jì)效益具有相當(dāng)重要的意義，是決定實(shí)施水庫泥沙管理是否經(jīng)濟(jì)可行的因素。

6經(jīng)濟(jì)性

傳統(tǒng)的工程經(jīng)濟(jì)效益評價方法，需要量化其凈現(xiàn)值。工程凈現(xiàn)值是未來的效益總現(xiàn)值與成本總現(xiàn)值的差值。如果求得的凈現(xiàn)值為正，則說明該工程經(jīng)濟(jì)可行。反之，經(jīng)濟(jì)不可行。

對這種方法進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)分析中的折現(xiàn)法只是當(dāng)代文化態(tài)度的表征，即重視現(xiàn)在、輕視未來。對于6%折現(xiàn)率下的1 000美元現(xiàn)值隨時間的變化過程進(jìn)行了分析研究。該方法可以用于大壩、水庫工程的經(jīng)濟(jì)分析，但其分析忽略了與水庫泥沙淤積相關(guān)的成本因素。在利用該方法對大壩、水庫工程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析時，對于后代失去這種自然資源(泥沙淤積導(dǎo)致的庫容損失)的代價從未加以考慮。對此所做的解釋是，經(jīng)過70~100 a以后才可能會發(fā)生資源損失，因此其現(xiàn)值可以忽略不計(jì)。

這種解釋與可持續(xù)發(fā)展理念相悖，不利于實(shí)現(xiàn)代際公平。當(dāng)代在發(fā)展的同時，對未來自然資源造成破壞以及犧牲后代人的利益，從而強(qiáng)迫后代承受這種代價，這與實(shí)現(xiàn)代際公平是相違背的。實(shí)際上，庫容具有可再生和不可再生雙重屬性，其屬于哪種屬性，則取決于大壩設(shè)計(jì)者和管理者的審慎決策，而與經(jīng)濟(jì)分析中的解釋無關(guān)。

如果認(rèn)為水庫泥沙淤積必然會導(dǎo)致庫容損失，將水庫看作不可再生的資源，那么在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析時就必須遵循霍特林法則。該法則表明，折現(xiàn)率對大壩、水庫工程的經(jīng)濟(jì)分析具有重大影響，不可再生的資源價格會隨折現(xiàn)率上漲；而不可再生的資源價格隨折現(xiàn)率上漲時，資源的現(xiàn)值保持不變。對于采用霍特林法則和傳統(tǒng)現(xiàn)值方法計(jì)算的不可再生資源的現(xiàn)值進(jìn)行了對比分析。分析結(jié)果表明，在霍特林法則下，1 000美元的現(xiàn)值保持不變。

當(dāng)設(shè)計(jì)者和管理者將庫容作為不可再生的資源，又將其作為可再生的資源進(jìn)行開發(fā)管理時，在做出決策的過程中，需要將泥沙淤積導(dǎo)致的資源損失成本考慮到經(jīng)濟(jì)分析中。如果忽略了這部分成本，就會與可持續(xù)發(fā)展觀點(diǎn)相悖。庫容的價值可以根據(jù)自然資源的經(jīng)濟(jì)學(xué)方法來確定。

如果在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析時考慮到了庫容的價值并遵循了霍特林法則，那么維持水庫的價值能補(bǔ)償水庫泥沙淤積管理的成本。但是在傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析中，由于其未考慮水庫庫容損失的影響，因此，通常認(rèn)為水庫泥沙管理不會產(chǎn)生效益。

7結(jié)論

地下水和河水是地球上最豐富的淡水資源，地下水的利用為不可持續(xù)，而河水則為可持續(xù)利用且具有很大的潛力。河水作為較優(yōu)的淡水水源，為保證供水的可靠性，在利用河水時必須進(jìn)行蓄水。在氣候變化影響下，可明顯地預(yù)測到水文變異在不斷加劇。為此，未來需要越來越大的蓄水空間。通過研究產(chǎn)流、庫容、水文變異之間的關(guān)系，可將堅(jiān)固的基礎(chǔ)設(shè)施作為"水文上的大庫容"。水庫庫容越小，產(chǎn)流對氣候變化就越敏感。盡管已預(yù)測到了氣候變化的影響，但是為了維持供水的可靠性，需要越來越大的庫容。

對比歷史數(shù)據(jù)，全球凈庫容總量在不斷下降：現(xiàn)階段泥沙淤積導(dǎo)致的庫容損失要大于新建水庫增加的庫容。這對未來而言不是個好兆頭。自20世紀(jì)80年代起，大壩修建速度已開始變緩，加之泥沙淤積所損失的庫容，使未來供水的可靠性不斷下降。如果想改變這種狀況，那么就需要在以下幾個方面繼續(xù)努力。

(1) 為了保證供水，必須修建更多的大壩以增加水庫庫容；

(2) 必須采取有效管理措施，消除或減緩泥沙淤積對庫容的影響。

這些技術(shù)的實(shí)施需要依靠現(xiàn)有及未來的工程設(shè)施。

對于未來的工程設(shè)施，應(yīng)采取有利于實(shí)施水庫泥沙淤積管理的設(shè)計(jì)方案；而對于現(xiàn)有的工程設(shè)施，則應(yīng)進(jìn)行升級改造以增強(qiáng)對泥沙淤積的管控。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，必須改變現(xiàn)有工程設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)分析模式。認(rèn)為泥沙淤積導(dǎo)致庫容損失必然發(fā)生時，設(shè)計(jì)者和管理者在決策時就人為地將庫容看作為不可再生的資源。這種想法是完全沒有必要的。庫容具有雙重屬性，實(shí)施水庫泥沙淤積管理決策以消除庫容損失或大大減緩庫容損失的速度，就可將庫容看作是可再生的資源。因此，如果設(shè)計(jì)者或管理者認(rèn)為泥沙淤積必然會導(dǎo)致庫容損失，那么在決策時就必須調(diào)整經(jīng)濟(jì)分析思路和方法，即考慮庫容價值，遵循不可再生資源的重要經(jīng)濟(jì)學(xué)法則，亦即霍特林法則，考慮泥沙淤積所導(dǎo)致的庫容損失。再用這項(xiàng)法則來量化實(shí)施水庫泥沙淤積管理的價值。

將庫容作為一種可再生的資源進(jìn)行管理，對實(shí)現(xiàn)代際公平、以及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)極其重要。確定氣候變化相關(guān)的不確定性，按照生命周期管理方法對水庫進(jìn)行設(shè)計(jì)、管理，旨在能夠長期保持水庫庫容，對人類的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

(郭唯白韌編譯)

戰(zhàn)略與規(guī)劃

水文水資源

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：中圖法分類號：TV213.9A

文章編號：1006-0081(2015)11-0001-03

收稿日期：2015-09-12