第三节 人类活动和气候变化对水资源的影响

水资源的形成和转化是地球上最基本的物质大循环和最活跃的自然现象，它影响着水文气象变化，影响着生态平衡，影响着水资源的开发利用。反过来，人类活动（如水资源开发利用）和自然条件变化（如气候变化）直接影响到水资源的形成和转化，又间接影响水资源条件和开发利用。

一、人类活动对水资源的影响

1.兴建水库、大坝等水利工程，改变水资源形成和转化关系

在世界水利发展史上，修建了许许多多座水库、大坝等水利工程，为国民经济建设做出了巨大贡献，也是人类“除水害、兴水利”的重要工程举措。然而，由于兴建水库、大坝等水利工程，改变了水资源形成和转化关系，对下游水资源系统和滨河居民的生产、生活造成一定的负面影响，这些影响涉及洪泛平原上的农牧业、渔业以及依赖天然河水直接或间接补给的生态系统。

比如，在河流上修建拦河水库大坝，把上游来水暂时拦蓄下来，可供灌溉、工业、生活、发电之用。这样，就会按照人的意愿来控制下泄水量，且下泄总水量也有所减小。与天然径流过程相比，人为调控后的径流过程减少了洪水发生的次数和强度，对防洪具有重要意义。但同时由于改变了下游水沙运移规律，必然对河道冲沙、泛洪区洪水补给地下水、某些依靠洪水繁衍的植物（如胡杨林）生长带来一定影响。

2.人工引用水，增加水循环的复杂性，加剧水资源消耗和供需矛盾

天然条件下的水循环经历了蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，进行着周而复始的复杂循环运动。由于人类生活、生产的需要，从地表、地下取水，其中一部分水分被消耗，一部分水分在使用后又排入到河道、渠道或其他水体，改变了自然水循环过程，使原本复杂的水循环过程更加复杂。

另外，由于人工引用水，导致部分水分消耗，可能会加剧水资源的供需矛盾。因为自然界中的水资源是有限的，水资源的开发利用必须要保证在一定时间内水资源能得到补充、恢复和更新。

3.城市建设，形成以“社会水循环”为主导的“自然-社会”水循环模式

城市是一个国家、一个地区政治、经济、文化、科技、交通的中心，也是人类活动集中区域，属于高强度人类活动区。城市道路、广场、房屋、各种管网及其他建筑物密布，水循环过程较天然流域更为复杂，更具有特殊性。城市水循环是以“社会水循环”为主导的“自然-社会”水循环模式。城市建设前后水循环过程变化如图3-3所示。

图3-3 城市建设前后水循环过程变化示意图^［4］

（a）城市建设前；（b）城市建设后

首先，从蒸发过程来看，由于城市建设，使原来的自然陆面（包括土壤、植被、水面）蒸发变成城市区建筑物广布的人工陆面（包括道路、广场、房屋建筑等）蒸发。原来可能是土壤或植被覆盖的地面变成了不透水的道路、广场或房屋，蒸发量集中但总量减少；原来的自然河流变成了宽度较窄的人工渠道，蒸发量也相对减小。另外，由于城市人口和建筑物集中，平均气温较城市建设前略高，也影响着蒸发量大小。

从降水过程来看，自然条件下的降水直接降落到陆面，包括水面、陆地、植物冠层；而城市覆盖区，降水多直接降落到硬化的路面、广场地面、房屋屋顶，接受降水的覆盖条件发生了变化。

从下渗过程来看，由于原来透水的地面变成了不透水或弱透水的地面，使降水下渗的可能性和下渗量大大降低。也正是这些因素导致了降水形成的城市洪水比较集中（峰高、量大），地下水补给量减小，即表现为“地表径流大、地下径流小”。

从径流过程来看，天然流域的径流形成过程主要表现为：降落到地面的降水，在蒸发、下渗、低洼蓄水条件下，多余的水分形成地表径流；渗入地下的水分逐渐形成地下径流。在城市建设后，大气降水降落到地面，很快流入地下管道或排水渠，形成地表径流的时间缩短，流速增大；而地下径流则由于下渗量减小，地下径流过程更加滞后，流速也随之减小。

根据加拿大环境监测调查分析，城市化后的地表径流由10%增加到30%，蒸发量由40%减少到25%，地下径流由50%减少到32%^［5］。

二、气候变化对水资源的影响

气候变化是当今科学界、各国政府、社会公众普遍关注的环境问题之一。引起气候变化的因素很多，既有自然因素，也有人为因素。在人为因素中，主要是由于工业革命以来人类活动特别是发达国家工业化过程的经济活动（如化石燃料燃烧和毁林、土地利用变化等）引起的。多数科学家研究认为，由于人类活动排放大量温室气体引起全球变暖将是未来全球气候变化的主流趋势。

气候变化必然会引起水循环的变化，特别是降水变化直接决定着水循环的强弱，引起水资源在时空上的重新分配和水资源数量的改变，进而影响生态系统格局和经济社会发展布局。20 世纪80 年代至21 世纪初，中国地面气温呈现明显变暖趋势，东部出现“北旱南涝”的变化特点。缺水的海河、黄河等流域降水持续偏少，而丰水的长江中下游和东南沿海地区降水趋于增加，强降水事件频率增高，水资源空间分布更加不均，加剧了北方水资源的供需矛盾和南方防洪抗灾的压力。

气候变化对水文水资源的影响不仅仅体现在对水资源系统自身的影响，由于水资源、经济社会和生态环境之间的紧密联系，也会引起其他系统的改变。气候变化对水循环过程及水资源系统可能产生的影响主要包括以下几点：第一，气候变化可能会加速或减缓水汽的输送，从而增强或减弱降雨强度和降雨历时，进而影响到地表径流的形成过程，有可能扩大极端洪涝灾害和极端干旱事件发生的强度与频率；第二，气候变化可能会加快或减弱水面蒸发、植物蒸腾和土壤水分蒸发的强度，改变土壤含水量和土壤水的渗透过程，进而影响到农业生产的产量和品质，也有可能影响到陆地生态系统的稳定；第三，气候变化可能会影响到海平面的上升、水资源的供求关系以及水力发电的变化，从而影响到有关水资源规划、经济社会发展规划和人口的迁移等等。因此，研究和了解气候变化对水资源的影响，对于有效开发利用和保护水资源，为国民经济可持续发展提供水资源保障具有重要意义。

水文水资源系统对气候变化的响应研究是当前气候变化影响评估（评价）工作的重要组成部分，也是气候变化研究的热点和难点问题。气候变化对陆面系统的影响既包括陆面水资源系统，也包括陆面生态系统，还包括经济社会系统，切切实实会影响到的人类的生存与发展。随着大气科学和水文科学的不断发展，水文过程变化和时空分布特征的归因和预测逐渐成为学科前沿和热点。近期，不少水文学家和气象学家联合采用陆地水文模型与气候模型耦合的方法，研究气候变化对水文水资源的影响。但是到目前为止，还不能对未来全球和区域气候变化做出准确预测。因此，当前研究一般利用不同方法间接得到未来的区域气候变化情景，即假定气候发生某种变化情景，将其作为流域水文模型的输入，模拟分析该气候变化情景下水循环要素的响应情势。影响评价过程主要包括以下四个步骤：首先，要定义气候变化情景，即确定未来气候变化的可能性方案；其次，要建立、验证流域水文模型，即确定合理的水文模型，能够近似地模拟流域的水文过程；再次，要将气候变化情景的预测结果，嵌套流域水文模型模拟水文要素的变化过程；最后，对比分析未来期与基准期模拟结果的相对变化，评价气候变化对水文水资源的影响。