发布时间：2022-01-15所属分类：农业论文浏览：1次
摘 要： 摘要: 气候变化下的水资源脆弱性和适应性管理研究成为全球和国家应对气候变化和保障水资源安全重点关注的问题，也是中国可持续发展面对的重大战略问题。介绍了水资源脆弱性和适应性管理的国内外最新研究进展; 针对国家重大需求和国际科学前沿问题，综述了气候变化下水
摘要: 气候变化下的水资源脆弱性和适应性管理研究成为全球和国家应对气候变化和保障水资源安全重点关注的问题，也是中国可持续发展面对的重大战略问题。介绍了水资源脆弱性和适应性管理的国内外最新研究进展; 针对国家重大需求和国际科学前沿问题，综述了气候变化下水资源脆弱性和适应性管理存在的问题与挑战。提出了气候变化下水资源脆弱性与适应性管理理论与方法研究以应对气候变化的无悔为准则，与社会经济可持续发展、成本效益分析、利益相关者的多信息源的分析与综合决策相结合为原则，对适应性管理与脆弱性组成的互联互动系统及其风险与不确定性进行分析的新认识。
关键词: 气候变化; 水资源; 脆弱性; 适应性管理; 新认识
气候变化对水资源安全影响与适应对策是国际上普遍关注的全球性问题，也是中国可持续发展面临的重大战略问题[1-4]。自从工业革命以来，大气中不断增加的温室气体引起了以全球变暖为主要特征的气候变化。观测资料表明: 全球平均气温在 20 世纪约升高 0. 6℃，预计未来气温将进一步升高[5]。全球气温变暖将通过影响降雨、蒸发、径流和土壤湿度等改变全球水文循环的现状，引起水资源在时间和空间上的重新分配，加剧某些地区的洪涝和干旱灾害，引起可利用水资源的改变，进一步影响地球的生态环境和人类社会的经济发展。联合国政府间气候变化专门委员会( IPCC) 主席 Pachauri 在 2008 年出版的 IPCC 技术报告 《气候变化与水》中指出: “气候、淡水和各社会经济系统以错综复杂的方式相互影响。因而，其中某个系统的变化可引发另一个系统的变化。在判定关键的区域和行业脆弱性的过程中，与水资源有关的问题至关重要。因此，气候变化与水资源的关系是人类社会关切的首要问题[2]。”
21 世纪以来，气候变化影响的水资源脆弱性和适应性研究成为全球和国家应对气候变化的重要需求和研究的热点问题。脆弱性指气候变化对水资源( 供需关系与配置等) 造成不利影响的程度; 适应性指变化环境下所采取不断学习与调整的系统过程，改进水资源的规划与管理对策[6-7]。气候变化对水资源脆弱性和适应性管理对策，要求在合理评估气候变化对水循环影响的基础上，提出人类响应策略。IPCC《气候变化与水》的技术报告、国际气候和水对话组织( DWC-Dialogue on Water and Climate) 研讨会报告、联合国环境规划署( UNEP-United Nations Environment Program) 组织编写的《全球国际水资源评估》报告等都提出了以加强区域和流域尺度的气候变化对水资源影响的适应性管理对策研究，指导国家和国际适应与减缓全球及区域气候变化的影响。通过气候变化下水资源脆弱性和适应性系统研究，可以揭示变化环境下水资源脆弱性以及气候变化影响与社会经济相互耦合关系，建立气候变化下水资源影响的适应性管理对策体系，提高应对气候变化下水资源安全保障适应能力。但是，迄今为止，在气候变化分析和气候政策制定过程中尚未充分对待水资源中存在的不确定性问题。同样，在大多数情况下，尚未利用水资源分析、水资源管理和制定政策的方式充分处理各种气候变化问题。因此，气候变化下水资源脆弱性将是 “气候变化与水”的重要研究方面，是科学应对未来气候变化影响的重要工作。
面对气候变化的影响，加强适应性管理，趋利避害，是国家应对气候变化适应性对策与管理的重大战略需求。水资源脆弱性和适应性水资源管理已成为应对气候变化、保障水资源安全重点关注的问题。它不仅是国家十分关注的重大需求问题，也是国际上水科学与水资源领域应对气候变化影响面临的重要应用基础科学前沿问题。
1 水资源脆弱性与适应性管理国内外研究进展
1. 1 水资源脆弱性国内外研究进展
政府间气候变化专门委员会( IPCC) 已于 1990 年、1995 年、2001 年、2007 年、2012 年和 2013 年相继发布了 5 次评估报告，成为国际社会认识和了解气候变化问题的主要科学依据。其中，在 1995 年的第 2 次评图 1 IPCC-AR5 气候变化与社会经济联系的风险、脆弱性、暴露度之间关系的示意[11] Fig. 1 Framework of risk，hazards，vulnerability & exposure under climate and socio-economic processes[11]估报告中首次提出了自然和人类系统对气候变化的脆弱性[8]; 2001 年的第 3 次评估报告进一步对脆弱性做了较完整的定义，认为系统对气候变化的脆弱性是气候变化、系统敏感性与适应性的组合[9]; 2007 年在第 4 次评估报告中又深入阐述了系统的脆弱性及适应性能力方面的科学认识[1]; 2012 年 IPCC 特别报告指出气候变化事件、脆弱性、风险与暴露存在内在关系[10]; 2013 年 IPCC 第 5 次评估报告中，第二工作组报告从科学、技术、环境、经济和社会等各方面对气候变化脆弱性、敏感性和适应性进行全面评估，形成 《气候变化———影响、适应和脆弱性》研究报告，强调了气候变化导致灾害、社会经济发展联系的暴露度的综合风险与脆弱性和适应性的联系，如图 1 所示[11]。此外，如何采用更广泛的适应性措施降低对气候变化的脆弱性已成为该研究领域的重点问题。
目前国内外一些学者从概念、定性或一些定量方面对水资源脆弱性开展了研究。Brouwer 和 Falkenmark[12]利用人类对水资源的依赖性以及区域水资源的供需平衡状况，并根据各因子的阈值分析了水资源的脆弱程度; Feng 和 He[13]从水量变化、水安全、生态安全、管理机制等方面探讨了中国跨境水资源脆弱性及影响因子; Farley 等[14]探讨了气候变化对俄勒冈山脉地区水资源脆弱性的影响，初步分析了气候变化引起的敏感性与用水部门的适应性与对策; Kelkar 等[15]分析了印度 Uttarakhand 地区的气候变化和水资源压力的适应性和脆弱性; Wu 等[16]通过建立模拟水资源供需过程的系统动力模型，对巴音郭楞水资源脆弱性进行了评价; Chang 等[17]利用水资源供需关系和水质指标，对哥伦比亚河流域水资源脆弱性进行了评价。国内邓慧平和赵明华[18]分析了气候变化对山东省莱州湾地区水资源脆弱性的影响; 唐国平等[19]探讨了气候变化的水资源脆弱性及其评估方法; 张建云和王国庆[6]采用供需关系的指标体系，评估了水资源脆弱性问题; 姜海波等[20]和李玉芳等[21]分别就塔里木河流域脆弱性的趋势进行分析和评价; Xia 等[7]2012 年提出水资源脆弱性与系统的敏感性成正比，而与水资源系统的抗压性成反比，构建水资源脆弱性函数公式。
1. 2 水资源适应性管理国内外研究进展
世界银行、IWMI 以及 FAO 的研究报告指出: 导致水资源短缺的重要原因是水资源管理不善。如果继续采用目前的水资源管理方法，将会加剧全球水危机[22-23]。
适应性管理最初的名称是 “适应性环境评估与管理”，首次出现并应用于生态系统理论和实践，旨在克服静态评价和环境管理的局限问题，是处理可再生资源管理中不确定性问题的过程。国外开展相关的研究较早，1978 年 Holling[24]认为其是通过适应性管理，促进其学习和自身提高而增强对不确定性的有效适应方式; 1995 年 Geldof[25]认为适应性的水资源管理是水资源一体化管理的整体过程，是一个通过不断的适应变化来调整平衡策略的复杂适应系统; 全球水系统项目( GWSP) 主席 Pahl-Wostl 认为水资源管理面临着气候变化、全球变化及社会经济变化带来的巨大不确定性，水资源适应性管理的主要目的是为了增加水资源系统的适应能力[26]; 加利福尼亚能源署和水资源部对加利福尼亚水资源采用 “无悔”政策进行管理。随后适应性管理在资源管理领域、社会-生态系统研究以及人-自然适应研究中得到广泛应用和发展[27-28]。
国内水资源适应性管理的相关研究较少，佟金萍和王慧敏[29]认为适应性管理为实现系统健康及资源的可持续性管理，围绕系统管理的不确定性展开的一系列设计、规划、监测、管理资源等行动，确保系统整体性和协调性的动态调整过程; 陈俊旭等[30]归纳了流域层面针对关键脆弱性的适应性管理对策。
1. 3 水资源脆弱性与适应性管理存在的问题与挑战
水资源脆弱性与适应性管理研究是国际社会普遍关心的全球性问题，也是中国可持续发展面对的重大战略问题。水资源脆弱性研究关系到水资源合理利用与高效配置，是水资源合理支撑社会经济发展的重要理论基础。
中国在气候变化下水资源脆弱性和适应性基础研究方面比较薄弱。现行水利工程和水资源规划管理中，基本上是基于稳定的水文随机变量，随机序列中只有波动变化而无趋势变化，即以外延历史气候为依据，缺少对气候变化影响的考虑，包括均值、方差及极端气候变化的影响和年代季的变化等，从而可能导致水利工程出现重大不安全问题。气候变化将改变水资源空间格局，导致可利用或可供给水资源量的变化; 气候变化可能影响社会经济发展对水资源需求及耗水量的变化，从而影响区域经济社会发展的水资源供需关系。开展气候变化下水资源脆弱性和适应性的系统研究，揭示气候变化下水资源可供给量与社会经济对水需求量之间的相互作用关系，是应对气候变化不利影响，实施最严格的水资源需求管理的重要科学基础。
水资源脆弱性和适应性管理研究是气候变化和人类活动影响下水资源管理的必经之路，由于目前国内外研究较为分散，水资源适应性管理研究存在以下的问题和挑战:
1. 3. 1 水资源适应性管理与水资源传统管理混淆
传统的水资源管理主要依据水文序列平稳性假定，依据历史水文观测和需求关系规划设计和管理水资源，对变化环境水管理问题和不确定风险的考虑甚少，管理滞后即规划赶不上变化等现象突出。气候变化和人类活动导致加剧了全球水问题，气候变化的影响打破了水文稳态假定，导致现行水资源规划、设计洪水、重大调水工程规划设计和管理存在新的风险，迫切需要采取必要的适应性对策与措施。适应性管理相对于传统的管理具有明显的优越性。适应性管理是从面向不断变化环境的水管理需求出发特别是不确定的影响，通过不断调整一个时期的规划和战略来适应管理需要。
1. 3. 2 水资源适应性管理与水资源脆弱性评价脱节
气候变化下的水资源适应性管理是指对目前和未来气候变化所做出的趋利避害的调整反应，也是指在气候变化条件下的调整和适应能力，其管理目的是减少水资源的脆弱性及其联系的综合风险。因此，水资源脆弱性评价作为水资源适应性管理的基础，是开展水资源适应性管理的必要条件。但目前已开展的水资源适应性管理研究中，很少与水资源脆弱性及其综合风险评价联系，致使水资源脆弱性和适应性研究各行其路、相互脱节，为水资源适应性管理带来较大困难。
1. 3. 3 水资源适应性管理缺乏机理、理论、模型与方法研究
现有的适应性管理措施大都表达得比较宽泛，水资源适应性管理缺乏将水资源管理与气候变化、定量化脆弱性评价、社会经济可持续发展和成本效益有机结合的研究，无法依据定性及定量分析的结果提出具有针对性、便于操作、易于普及的水资源适应性管理对策。而更深入的水资源适应性与社会经济系统之间的耦合关系、水资源适应性管理的经济成本、水资源适应性与水资源脆弱性的互联互动关系等的研究也少有涉及。因此，水资源适应性的理论与方法研究亟待加强。
通过气候变化下水资源脆弱性和适应性系统研究，可以揭示变化环境下水资源脆弱性以及气候变化影响与社会经济相互耦合关系，建立气候变化下水资源影响适应性管理对策体系，提高应对气候变化下水资源安全保障适应能力。
1. 3. 4 气候变化影响的不确定性
由于目前对气候系统的认识有限，气候变化预测结果给出的只是一种可能的变化趋势和方向，加之水文循环过程的复杂性，气候变化的影响评价结果中尚包含有相当大的不确定性。如何处理未来气候变化情景的不确定性及其联系的风险管理问题，将是 “气候变化影响下水资源脆弱性和适应性管理研究”必须面对的难题。
通过提高不同区域气候变化情景下水文水资源变化预估的精度，构建不仅考虑水资源开发利用与供给的对应关系，还从气候影响水文系统角度出发，叠加进气候变化影响，并耦合承载的社会经济要素可能受到的影响程度及风险水平，具有较强物理机制的水资源脆弱性影响评价、适应性管理模型和应对风险的对策来降低气候变化带来的不确定性影响。
2 气候变化下水资源脆弱性的适应性管理新认识
为应对气候变化和人类活动对水资源管理的影响，迫切需要转变水资源管理方式。在这种情况下，联合国以及国际相关组织均做出了应对气候变化水资源管理的变革，中国政府也不遗余力地积极参与应对气候变化水资源管理。气候变化下水资源脆弱性的适应管理主要有以下几点新认识:
2. 1 水资源适应性管理与脆弱性的互联互动系统
水资源脆弱性表现在多个方面，涉及到水资源系统抗压性、气候变化敏感性、暴露度及灾害风险，而针对脆弱区的适应性管理也应综合考虑水资源系统在变化环境下所处的社会经济系统、水资源禀赋、生态环境及各系统耦合关系。水资源适应性管理在区域-流域层面应考虑变化环境下水资源脆弱性、社会经济发展组成的复合系统，探讨水循环作为贯穿整个复合系统的联系纽带的作用，以减小区域水资源脆弱性及社会经济与环境协调发展为目标，运用多学科理论和技术方法，妥善处理各目标在水资源开发利用上的竞争关系，从决策科学、系统科学和多目标规划出发，提出具有针对性的水资源适应性管理对策和优化方案。
因此，气候变化影响下的水资源适应性管理必须要与区域水资源脆弱性评价建立互联互动的管理体系，用以通过适应性调整，评估并减缓气候变化对水资源产生不确定影响，降低气候变化对人类和水资源系统产生的风险程度，筛选有效的水资源适应性策略和途径，减缓水资源应对气候的脆弱性，提高人类的适应和应对能力，如图 2 所示。
2. 2 水资源脆弱性的适应性管理风险与不确定性分析
流域水资源系统是由社会经济、生态环境等组成的复杂大系统，由于气候变化的影响和人类活动的作用，导致未来气候变化引起降水和水资源供需变化的不确定性，必然导致流域水资源管理存在大量的不确定因素。水资源的适应性管理是面向风险与不确定性的适应性管理与对策，由此需要采取识别认识—分析—优化决策—动态监测评价的适应性对策。在管理和决策过程方面，该过程具有以下特点: 半定量到定量化、多目标问题、螺旋式上升的系统综合和优化决策过程，如图 3 所示。
2. 3 应对气候变化的无悔准则
不确定情况下的决策分析，关键在于根据决策者对风险的态度确定决策准则，通过决策准则，将不确定性问题转化为确定性决策问题。根据气候变化下水资源系统的不确定性分析结果，采用无悔分析方法作为应对气候变化下水资源适应性管理模型决策分析的重要准则之一。无悔分析方法是不确定条件下的一种有效决策方法，此方法只需要一系列可能发生的情景，无需对发生概率或分布做假设，它不遵循价值最大化准则，也不考虑各种可能结果的概率，只是先找出每个方案在各种自然状态中的最大无悔值，然后从最大无悔值中选择无悔值最小的方案作为最优方案。
未来气候变化对水资源供需关系的影响无法预测，只能依据气候模式的情景分析信息与预估。为了避免面临有可能发生的最不利情况，往往需要在适应性管理的对策中应用无悔准则，也就是分析未来气候变化对水资源影响的情景集合，选取有可能发生的最不利情况进行风险决策。
2. 4 与社会经济可持续发展、成本效益分析相结合原则
适应性管理策略的定量分析是选择适应性对策时最为关键依据之一。定量分析目的在于评估适应性管理对策的经济效益。该分析将为决策过程提供充足的信息，为适应性管理工作奠定基础。
水资源的开发利用和规划配置需要大量的经济成本投入，也会产生不同的社会经济效益与环境效益。因此，适应性管理与对策，应充分考虑到水资源的资源价值和社会经济价值，需要核算成本效益，以决策适合的水资源适应性管理的最优决策方案。
2. 5 利益相关者的多信息源的分析与综合决策原则
水资源的服务对象既有经济、资源和能源，也有社会与环境，是一个多元化的水资源利益相关者群体，因此存在冲突和矛盾问题。适应性水资源管理需要平衡和协调不同利益相关者的需求与矛盾，集中若干评价者的意见以提高决策质量，成为多目标决策与协调的特色之一。因此，也需要对应的政策、条例和法规制约。
3 结论与展望
气候变化对水资源影响和中国社会经济的发展需求导致的国家水安全问题和水危机十分紧迫。占中国人口 95% 和国土面积 1 /2 的东部季风区，其中接近 90% 区域的水资源处在较脆弱和脆弱状态，中国北方海河、黄河、淮河流域的脆弱性最高。预计在未来，极端气候事件会变得更频繁，南涝北旱的格局会进一步加重，而水资源短缺也将在全国范围内持续，加剧水资源的脆弱性。所以，研究气候变化和人类活动影响下水资源脆弱性，探明其空间分布并预估未来可能的发展状况，对合理的区域水资源规划管理、开发利用以及提出缓解不利影响的适应性对策具有重要的理论意义和现实意义，可以更紧密地为社会经济可持续发展提供科学依据。
如何落实和实现严格水资源管理制度和生态文明建设的国家战略，是现在和未来 30 年中国水资源可持续利用与管理面临的巨大挑战和非常现实的问题。以水质管理、水灾害管理、提高水资源生产率为特点的全社会节水、水管理体制与制度改革是应对气候变化、实施 “国家—流域—地方—用水户”的适应性管理基本途径，也是破解中国水问题的核心与关键。目前国内外一些专家和学者已从不同角度研究水资源的脆弱性和适应性，有了比较好的基础与进展。但是，二者多半是分离的，水资源的脆弱性侧重在评估，适应性侧重在对策; 气候变化对水资源脆弱性影响也主要在简单加权指标和定性或半定量研究。将气候变化情景与社会经济情况通过水系统模型联系形成水资源脆弱性评估系统的科学基础，同时将水资源脆弱性与适应性的指标体系和调控变量融为一体，形成评估与实用性互动的体系与方法的探索，在国内外几乎还是空白; 基于水资源脆弱性基础的环境变化敏感性和抗压性的复合函数理论研究也较少，这些问题有待今后进一步研究讨论。——论文作者：夏 军1，2 ，石 卫1，3 ，雒新萍2 ，洪 思2 ，宁理科2 ，Christopher J Gippel4
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