長江生命力報告③:水文過程對氣候變化的響應具有複雜性

劉霽

2020-09-27 15:52 來源:澎湃新聞

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9月27日,在“世界河流日”當天,由世界自然基金會、澎湃新聞共同主辦的“把脈長江 科學施策”《長江生命力報告2020》(以下簡稱“報告”)發佈會在上海召開。
在本次活動上,世界自然基金會聯合中國科學院水生生物研究所、中國科學院地理科學與資源研究所、中國科學院南京地理與湖泊研究所、長江水利委員會長江科學院、生態環境部環境規劃院、同濟大學長江水環境教育部重點實驗室、武漢大學水利水電學院、清華蘇州環境創新研究院等八家科研院所共同發佈了《長江生命力報告2020》。
世界自然基金會聯合上述八家科研院所於2018年啓動該項目。目的是通過提供一份系統、客觀的長江健康診斷報告,為加強長江流域生態環境保護,落實長江經濟帶綠色發展戰略提供政策諮鑑,為長江生態系統保護和管理提供政策建議,激發和推動不同利益相關方積極參與長江大保護。
中科院院士陳宜瑜在報告的序言中表示,目前我們國家正在號召長江“共抓大保護,不搞大開發”,並醫治長江“病症”的關鍵時刻,相信這份報告能夠讓包括公眾、企業在內的社會各界能更通俗易懂地瞭解長江生態系統所受到的威脅,為國家有關部門、流域管理機構與地方政府的決策提供科學支撐,為長江永葆生機活力貢獻一份力量。
世界自然基金會全球總幹事馬可.蘭博蒂尼説,作為全球第一個完整的流域級指數,長江生命力指數也是一項創新,其概念內涵和評價方法有望在全球範圍內進一步推廣。畢竟,對於世界主要的大江大河來説,在我們更好地瞭解其生命力狀況之前,我們無法扭轉淡水生態系統喪失和生物多樣性下降的趨勢。
馬可.蘭博蒂尼所説的全球一個完整的流域級指數即為長江生命力指數,作為報告的核心,該指數將諸多的指標進行了梳理,選取了具有代表性、指示性、簡潔性、可追溯、且可持續跟蹤的指標,從水文、水環境、水生態三個維度綜合反映長江淡水生態系統的健康狀態。
澎湃新聞作為該《報告》的戰略合作媒體,在報告發布之前,派出記者就長江的水文、水環境、水生態狀況專訪了課題組相關專家,全面解讀長江生命力報告。

作為淡水生態系統的重要特性,水文情勢的變化決定河流的水質、生境及生物生活史過程。同時,河流輸沙量多少,泥沙衝淤變化,顯著影響生物地球化學循環、水質、江湖關係和河口三角洲的發展,對河流生態系統功能的發揮具有重要意義。長江生命力指數中的水文指數表徵評估年份水文過程和連通性與近自然狀態的偏離程度。
長江各區域的水文情況如何影響着長江的生命力,澎湃新聞就此專訪了課題組組長,武漢大學水利水電學院講座教授陳進和課題組技術負責人之一,中科院地理科學與資源研究所副研究員姜魯光,新加坡國立大學博士李新。三位專家對長江的水文指數評價結果進行了解讀。
水文指數高低需綜合評判
澎湃新聞:水文在整個長江生命力報告中是怎樣一個角色,它的指數高低意味着什麼?
陳進:水文是河流生態系統的基本特徵或者説是環境要素,它不僅包含水位、流量和水量,也包含水動力和物質通量輸移過程,如洄游性魚類需要激流環境,四大家魚等產漂性魚類需要洪水等漲水過程等。
水文指數高低主要針對比較自然河流而言,也就是與沒有大型水庫調節的時代(1980年以前)比較,指數越高,越接近自然的水文過程。需要説明的是,由於經濟社會發展需要,人類需要開發和利用水資源和水能資源,需要修建梯級水庫,目前長江上游幹流及主要支流(除赤水河外)已經不是純自然的河流。所以,水文指數不高,主要針對魚類等自然生態系統而言,對於人口密集、水資源時空分佈不均勻的中國,修建水庫是必要,不能簡單説水文指數高就越好,低就不好,人類和自然都需要水資源,水文指數高或低體現的是人類和自然在水資源分配上的差別。需要綜合考量人類發展和自然保護的需求,進行合理分配。澎湃新聞:報告中水文指數評估包括水文過程指標和連通性指標,長江的水文指數整體處於怎樣一個水平。
陳進:長江源區、金沙江上游、赤水河和長江下游等江段水文指數比較高,而大型梯級水庫下游水文指數低一些;通江湖泊水文指數高一些。而河流連通性包括縱向(上下游方向)、橫向(左右岸方向方向)和垂直(地表與地下之間),縱向連通性問題主要在上游(由於梯級水庫),橫向連通性問題主要在中下游(由於有堤防),垂直連通性沒有問題,目前狀態比較好。
水文過程對氣候變化的響應很複雜
澎湃新聞:根據報告,長江生命力指數受六大壓力因素影響。其中,氣候變化對水文指數的影響較為明顯。具體影響有哪些?這對我們有什麼啓示?
李新:氣候變化既包括自然變率導致的氣候系統改變,也包括人為因素(二氧化碳等温室氣體排放)引起的改變。《報告》主要分析了兩類氣候變化壓力對水文指數的影響,一是厄爾尼諾/拉尼娜(ENSO:El Niño-Southern Oscillation,厄爾尼諾與南方濤動的合稱)事件(表徵氣候系統的內部振盪),二是全球變暖(表徵人為因素引起的氣候變化)。ENSO是熱帶太平洋海氣耦合的最強年際信號,通常表現為熱帶太平洋海表温度每隔2-7年大範圍變暖或變冷的現象,其中暖的ENSO事件稱為厄爾尼諾(El Niño)事件,冷的ENSO事件稱為拉尼娜(La Niña)事件。
已有研究表明,ENSO事件對太平洋副熱帶高壓和東亞季風環流都有顯著影響,對長江流域的降水和洪、旱災害也有一定的影響。就全球變暖而言,政府間氣候變化委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)第五次評估報告指出,全球平均地表温度在過去130多年(1880—2012)升高了0.85℃。全球變暖增加了大氣持水能力,可能導致暴雨和洪水等極端水文事件出現的頻率和強度發生改變。長江源頭姜根迪如冰川 攝影:馬生錄

長江源頭姜根迪如冰川 攝影:馬生錄

《報告》採用相關分析法分析了ENSO事件和全球變暖對極端降水指數和水文核心指數的影響。結果表明,ENSO事件對長江流域源區、上游、中游的極端降水指標均影響顯著。具體而言,ENSO事件中的拉尼娜事件一般會造成長江流域源區、上游和中游極端降水的強度和頻率增大,有可能導致長江流域洪水風險增加。全球變暖對長江流域中、下游地區極端降水指標影響顯著,一般會造成長江中下游年降水量及極端降水事件的強度和頻率增加,也有可能導致長江流域洪水風險增加。
全球變暖及ENSO事件對長江上游、中游、下游的水文核心指數均影響顯著。例如,全球變暖與長江上游的岷沱江、烏江,中游的漢江、宜昌至湖口段,以及下游的湖口以下流域的某些水文核心指數均有顯著相關關係。同樣地,ENSO事件也與長江上游的岷沱江、嘉陵江、宜賓至宜昌段,中游的漢江、宜昌至湖口段,以及下游的湖口以下流域的某些水文核心指數有顯著相關關係。
值得注意的是,全球變暖及ENSO事件對不同水資源區水文核心指數的影響表現出空間差異性,體現了水文過程對全球氣候變化響應的複雜性。這就要求我們要進一步加強氣候變化對區域水文循環過程的影響評估,在“長江大保護”的大背景下,不斷提升長江流域科學應對氣候變化的能力。
澎湃新聞:報告指出,在全球變暖的背景下,大氣持水能力增加,導致暴雨等極端水文事件出現的頻率和強度發生變化,使得一些地區的洪水和乾旱風險增加。研究氣候變化對長江流域極端降水的影響,對定量評估長江流域洪旱風險及水文核心指數變化歸因有重要意義。具體是哪些重要意義?
陳進:全球氣候變暖已經是一個確定性事件,氣候變暖不僅使極端暴雨、大洪水或者嚴重乾旱出現機率增加,而且會深刻影響長江生態系統穩定,其影響程度在不同區域表現不一樣。在長江源區,冰川和凍土融化,固態水會減少,液體水會增加,也使無效蒸發增加,將深刻影響本來就脆弱的江源生態系統,而在長江口,特大風暴潮(颱風)發生機率增加,長時間這樣,會使海平面上升會影響沿海地區人類生產生活安全和河口生態系統穩定,所以,必須要科學制定適應氣候變化的對策。
澎湃新聞:真如報告所説,全球變暖對長江源區水文核心指數的影響不太明顯嗎?
李新:《報告》發現,全球變暖對水文過程核心指數相關性不太明顯。其原因可能是:在全球變暖大背景下,長江源區呈變暖趨勢;對總徑流而言,融雪徑流的增長貢獻可能會被實際蒸散發量的增長削弱或抵消,導致徑流對全球變暖的響應存在很大的不確定性。但這並非意味着全球變暖對長江源區的影響小。實際上,已有研究表明:長江源區近幾十年來平均氣温顯著增加,導致姜古迪如南冰川出現顯著退縮現象。長江源區氣温升高導致的冰川后退和凍土退化問題不容忽視。長江源頭 攝影:王忠武

長江源頭 攝影:王忠武

中游城市羣快速發展或導致年洪水次數增加
澎湃新聞:根據報告,五大壓力對長江上游區的生命力指數都有較為顯著的影響。從水文指數來看,相關壓力因素對上游的河流連通性與洪災降水帶來哪些影響?
陳進:上游多數河段由於修建了梯級水庫,河流縱向連通性不高,但也由於這些水庫羣的調節,洪旱災害損失明顯減小,而且可再生的水能資源得到應用,如今年的長江大洪水,正是由於有三峽等控制性水庫的調節,沒有造成大的洪水災害,所以,水文指數雖然是一個客觀數字,但不能簡單判斷高低就是好壞,而要看針對什麼,需要綜合經濟社會發展與生態環境保護來評判。
澎湃新聞:根據報告,水庫調節和土地利用類型改變對長江上游和中游的水文核心指數均有比較明顯的影響。具體有哪些影響?
李新:《報告》發現,水庫調節對長江上游的嘉陵江、烏江,中游的漢江和宜昌至湖口流域水文核心指數的影響主要表現為:水庫年蓄水總量變化總體上與年洪水次數、洪水平均歷時、汛期平均流量等呈顯著正相關關係。
這表明,在這些流域,年洪水次數越多、洪水平均歷時越長、汛期平均流量越大,都可能導致水庫因攔蓄洪水的需求,在一定範圍內多蓄水,以達到調節流量的目的。這個關係也充分體現了水庫在攔蓄洪水方面發揮着重要作用。
需要補充説明的是,受數據的限制,《報告》以水庫年蓄水總量變化作為水庫調節的表徵指標,該指標未能反映長江流域季節性調節水庫對流量過程的調節作用,一定程度上弱化了水庫調節對水文指標的影響。但即使採用水庫年蓄水總量變化這個相對“粗糙”的指標,我們也發現了水庫調節對水文核心指數的顯著影響,這説明在長江流域的上游和中游,水庫調節對水文過程的影響是真實存在的。
《報告》以城區面積的變化來表徵土地利用類型的改變對水文核心指數的影響。結果表明,對於長江上游的金沙江石鼓以下流域、嘉陵江流域,以及中游的漢江流域,土地利用類型的變化與水文核心指數均有顯著的相關關係。
長江中游城市羣的快速發展,可能導致年洪水次數和汛期平均流量增加。其原因是:城市化過程將很多透水地面變成不透水地面,造成下滲減少,地表徑流成分增加,城市排洪量峯值增高。此外,城鎮徑流也因沖走道路、停車場、屋頂和綠地上的汽油、機油、重金屬、垃圾、化肥、農藥和其他污染物,成為主要的水污染源之一。
澎湃新聞:根據報告,長江中游區高顯著壓力有河流連通性改變,中顯著有氣候變化。這兩大壓力因素分別對長江中游的水文造成哪些影響?
陳進:主要影響是上游水庫羣蓄水期的9-10月,向中游下泄水量減少,對於中游及洞庭湖、和鄱陽湖有一定影響,主要體現為枯水期提前,但從整個枯水期來看中下游流量和水量還是有所增加的(由於水庫在枯水期放水多於自然情況),目前通過水庫羣聯合優化調度,已經將影響減少到最低程度。長期來看,氣候變化對於流域上中下游都有程度不同的影響,中游的影響主要體系在大洪水、城市極端暴雨和嚴重乾旱出現的機率會增加。
澎湃新聞:針對中游的水文情況,報告尤其指出了漢江的情況,稱其水文過程指標和連通性與長江全流域主要支流相比均處於較低水平。這是為何,能否詳細闡釋一下?
陳進:漢江水資源開發利用程度在長江流域是最高的,梯級水庫羣基本建成,其水文指數不高是正常的。例如漢江最大的丹江口水庫,雖然對於漢江的縱向連通性有顯著影響,但丹江口水庫不僅具有巨大的防洪功能,而且是南水北調中線工程的水源地,目前已經向北方供水5年多了,包括京津冀在內的等北方地區近6千多萬人喝上了長江水,明顯緩解了華北地下水超採現象,改善了華北等受水區的生態環境,作為水源區的漢江中下游是受到一些影響,但從國家全局來看也是值得的,而且在南水北調工程建設中修建的四項補償工程(丹江口水庫加高、興隆水利樞紐、引江濟漢、閘站改造和航道整治等),將影響減小到最低程度。所以,不能拿個別指數看漢江,而要看從全國來看、系統地看。
“基於自然的解決方案”是應對氣候變化挑戰的重要手段之一
澎湃新聞:氣候變化、流域內土地開發、天然湖泊和濕地空間被侵佔、河道行洪通道束窄,使得長江流域的防洪形勢變得更為複雜嚴峻。報告中提出基於自然的解決方案,這個方案如何有效緩解防洪形勢呢?
姜魯光:世界自然保護聯盟(IUCN)將“基於自然的解決方案”定義為“通過保護、可持續管理和修復自然或人工生態系統,高效和適應性地應對社會挑戰,併為人類福祉和生物多樣性帶來益處的行動”。國際上倡導的“基於自然的解決方案”,與我國尊重自然、順應自然、保護自然的生態文明理念是完全一致的。基於自然的解決方案有很多具體體現,如生態修復、生態系統的適應策略、綠色基礎設施等。舉例説來,長江中下游的湖泊濕地具有重要的蓄洪滯洪作用,因此,我們在討論長江防洪問題時,就要充分運用好湖泊濕地的洪水調蓄功能。同樣,我們還要把整個長江流域作為一個山水林田湖草生命共同體來看待,保護好自然生態系統,充分利用生態系統的各項服務功能,和既有的經濟、社會和工程手段綜合發揮作用,才能更好地應對長江流域面臨的各項挑戰。
在長江生命力報告中,我們結合今年長江中游的洪澇災害,估算了鄱陽湖的洪水調蓄功能。2020年7月11日,五條河流合計入湖流量達到40700立方米/秒,經過鄱陽湖調蓄後,經過湖口注入長江的流量僅為20000立方米/秒。同時,由於鄱陽湖退田還湖工程全面發揮蓄滯洪作用,退田還湖圩堤分蓄洪水約20億立方米,降低汛期湖水位25-30釐米,在很大程度上減緩了重點圩堤(保護城鎮或數萬畝良田)的防洪壓力。
此外,我們國家正在推行的海綿城市建設,也是一個很好的“基於自然的解決方案”。海綿城市倡導在城市開發建設中,優先利用自然排水系統與低影響開發設施,實現雨水的自然積存、自然滲透、自然淨化和可持續水循環,不僅可以充分利用水生態系統的自然修復能力,而且是解決城市內澇問題的重要手段。對於長江流域來説,海綿城市可以減小流域下墊面劇烈變化對流域產匯流的不利影響。
澎湃新聞:今年水利部印發了《關於做好河湖生態流量確定和保障工作的指導意見》。解讀文章中提及了水量調度,生態補水等措施。我們的報告裏也提到了三峽工程的生態調度。生態調度對於保障河湖的生態流量,提高長江的生命力起到哪些作用?現階段有效實施生態調度還需要攻克的難點是什麼?
陳進:《關於做好河湖生態流量確定和保障工作的指導意見》要求各水庫或者水電站將生態調度作為水庫重要調度目標,對於減輕水庫羣對於河流生態影響有十分重要的作用,例如,三峽水庫從2011年開始,針對“四大家魚產卵”要求,每年5月到6月,通過人工下泄洪水過程,開展生態調度,取得了預期成果。生態調度目前存在的主要困難是長江魚類資源豐富,每一種生物都有特定的水文要求,要同時滿足不同生物水文要求仍然比較困難,還有一些物理要素,如水温過程、水流透明度(含沙量)等要求也比較難以模擬,需要今後進一步監測、分析和實施。
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責任編輯:蔣雯琦
澎湃新聞報料:4009-20-4009   澎湃新聞,未經授權不得轉載
關鍵詞 >> 長江生命力報告

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