中国国际河流水文地理研究进展_罗贤.pdf
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1、地 理 学 报ACTA GEOGRAPHICA SINICA第78卷 第7期2023年7月Vol.78,No.7July,2023中国国际河流水文地理研究进展罗 贤,李运刚,季 漩,何大明(云南大学国际河流与生态安全研究院 云南省国际河流与跨境生态安全重点实验室,昆明 650500)摘要:中国发育了亚洲主要的国际河流,丰富的跨境水资源在区域“水能源粮食生态”安全维持中发挥着重要作用。近几十年来,受全球气候变化特别是大规模水利水电工程建设驱动,国际河流区水文及生态过程变化与跨境影响等问题备受关注。国内对这些问题的研究,重点聚焦于水文及生态过程变化规律与变化归因、跨境影响与安全风险调控,探讨跨境流
2、域“水能源粮食生态”纽带关系,构建适应全球变化的跨境水资源协调机制等方面,取得了突出的研发成效。面对全球变化影响下日益突出的跨境水安全与生态安全风险问题,国际河流的水文地理研究,更需要借助空天地一体化精准监测技术、现代空间地理信息技术和智能技术等,通过提供可量化、可参与、可公开的研发成果,更好地为国家对国际河流的合理利用与地缘合作、健康维持与风险管控、跨境水外交与环境外交等提供科学依据和决策支持。关键词:国际河流;气候变化;人类活动;水文过程变化;水安全DOI:10.11821/dlxb2023070111 引言国际河流包含两种基本类型,一种为流经两个或两个以上国家的河流,另一种作为国家边界一
3、部分,分隔两个或两个以上国家的河流(湖泊)1。全球310个国际河流流域占据了陆地面积的47.1%,居住着全世界52%的人口2。因发育亚洲大陆主要的国际河流,中国是全世界最为重要的上游水道国3,境内国际河流流域水量约占全国水资源总量的1/44。中国国际河流直接关系到边疆稳定、社会经济发展及国家安全,同时为周边邻国可持续发展做出了很大贡献4。当前中国国际河流存在着洪水灾害、水权分配、水污染及水生态等复杂水问题5。随着中国及周边国家越来越重视国际河流的开发利用及地缘合作,国际河流研究已成为水文地理重点关注领域之一6。中国国际河流众多,最为重要的有18条,除内流河外,分别流向太平洋、印度洋及北冰洋。其
4、中,西南地区9条(包括狮泉河印度河、雅鲁藏布江布拉马普特拉河恒河梅格纳河、独龙江伊洛瓦底江、怒江萨尔温江、澜沧江湄公河、元江红河、珠江、披劳河及北仑河),西北地区5条(包括塔里木河、伊犁河、额敏河、额尔齐斯河鄂毕河及乌伦古河),东北地区4条(包括黑龙江阿穆尔河、绥芬河、图们江及收稿日期:2023-03-01;修订日期:2023-07-13基金项目:国家重点研发计划(2016YFA0601600);云南省科学家工作室项目(KXJGZS-2019-005);云南省科技厅科技计 划 项 目(202101AT070075)Foundation:National Key R&D Program of C
5、hina,No.2016YFA0601600;Scientist Workstation of Yunnan Province,China,No.KXJGZS-2019-005;The Science and TechnologyPlanning Project of Yunnan Province,China,No.202101AT070075作者简介:罗贤(1985-),男,云南玉溪人,副研究员,主要从事水文水资源研究。E-mail:通讯作者:何大明(1958-),男,四川南充人,特聘教授,主要从事国际河流与跨境水资源及生态安全研究。E-mail:1703-1717页地 理 学 报78卷鸭
6、绿江)。这些国际河流,涉及中国周边的阿富汗、印度、巴基斯坦、尼泊尔、不丹、孟加拉国、缅甸、老挝、泰国、柬埔寨、越南、塔吉克斯坦、吉尔吉斯斯坦、哈萨克斯坦、蒙古、俄罗斯及朝鲜等国家,在维系和协调国家及区域“水能源粮食生态”安全格局中发挥着重要作用。中国西藏和南亚地区的洪水及干旱灾害、中国西南地区和东南亚的水文变化及其跨境影响、中国西北地区和中亚的跨境水及生态安全、中国东北地区和东北亚的防洪及水污染等国际河流相关问题受到越来越多的关注3。气候变化及人类活动影响下水文过程的变化规律及其机制是当前水文地理研究的热点和难点,这些科学问题的解析有助于未来水文过程变化的准确预估7-8。全球变化背景下,国际河
7、流水文过程发生改变,水资源供需矛盾日渐突出,加剧了地缘紧张关系9-10。但在流域尺度上,对跨境水文、生态过程对气候变化及人类活动响应机制等方面的研究,仍然相对较少11。由于河流连通性及流域生态系统完整性,突破了流域国家的边界约束,导致国际河流区的跨境资源环境与水安全及生态安全等问题,极具复杂性与敏感性,增大了全球变化背景下国际河流水文地理的研究难度3。在全球变化及影响的不确定性日益增加、中国大力推进的绿色“一带一路”倡议不断深入等大背景下,国际河流区的跨境水安全与生态安全等问题,在国家及地缘合作区域等多层面广受关注,凸显出中国国际河流水文地理面向国家需求开展多学科综合研究的重要性和时效性。结合
8、领域内的研究需求及研究重点,本文从中国国际河流流域水文过程变化规律、跨境水灾害及水安全调控、水文生态变化归因及跨境影响、水能源粮食生态纽带关系研究、国际合作进展等多个方面,对相关水文地理研究进行综述,为中国国际河流的河流健康维持及流域生态安全维护、跨境水安全及生态安全等风险管控、跨境水合作与水外交提供科学依据及支撑。2 研究进展2.1 研究动态与研究区分布围绕中国国际河流水文地理研究,检索发表时间为19492022年,文献来源为科学引文索引(Science Citation Index,SCI)、工程索引(The Engineering Index,EI)、中文核心期刊要目总览、中文社会科学引
9、文索引(Chinese Social Sciences CitationIndex,CSSCI)、中国科学引文数据库(Chinese Science Citation Database,CSCD)及中国人文社会科学期刊综合评价指标体系(AMI)的期刊论文,最终整理获得946篇有效文献(由于珠江及塔里木河流域大部分位于中国境内,未进行检索)。从有效文献发文数量变化来看,1999年之前,中国国际河流水文地理论文数量相对较少;2000年之后,发文数量有了明显提升;2010年之后,相关论文发文量比较稳定(图1)。有效论文的研究区比较显示,不同国际河流流域水文地理研究具有很大差异(图2)。澜沧江湄公河流
10、域水文地理论文数量远多于其他流域,“澜湄”合作、干旱灾害、水文及生态变化、水电开发使该流域持续受到关注。黑龙江阿穆尔河、雅鲁藏布江布拉马普特拉河恒河梅格纳河论文数量仅次于澜沧江湄公河流域,黑龙江阿穆尔河流域中国境内部分社会经济发展及水资源利用基础相对较好,雅鲁藏布江水资源及水能资源非常丰富,气候变化对水文过程的影响深远,两个流域的水文地理均是研究热点。怒江萨尔温江及元江红河为西南地区另外2条重要的国际河流,具有一定的研究成果,也体现了西南国际河流较受关注。伊犁河及额尔齐斯河鄂毕河水文过程变化及归因复杂,水文地理研究为流域生态系统健康维护提供了科学依据。17047期罗 贤 等:中国国际河流水文地
11、理研究进展2.2 水文过程变化规律中国国际河流流域下游社会经济发展严重依赖上游提供的水资源保障,在气候变化及人类活动影响下,全面认识河流径流量对全球变化的响应机制,是维护沿岸国家水安全和社会经济可持续发展的迫切需要。2.2.1 西南地区国际河流青藏高原发源了多条中国西南地区与南亚、东南亚重要的国际河流。19802018年间青藏高原气温变化率达到0.42/10a,为全球平均水平的两倍,剧烈的增温已经在很大程度上改变了该区域的水循环过程以及下游国家的水资源12。图119492022年6项检索来源期刊发表中国国际河流水文地理研究领域论文数量变化Fig.1 Changes in the number
12、of papers published in the journals of the six retrieval sources in the fieldof hydro-geographical researches on Chinese international rivers图219492022年6项检索来源期刊发表中国国际河流水文地理研究领域论文研究流域分布Fig.2 Spatial distribution of the study areas of the papers published in the journals of the six retrieval sources i
13、n the fieldof hydro-geographical researches on Chinese international rivers1705地 理 学 报78卷19802016年狮泉河印度河流域的年平均气温呈显著增加的趋势,其变化率为0.30/10a,年降水量则呈少多少多的年代际振荡13,流域洪涝灾害可能将增加14。另一方面,狮泉河印度河流域上游径流补给以冰川融水为主,占径流总量的比例高达40.6%15。预计2050年前冰川径流将持续增加,但未来融水“拐点”到来后,冰川退缩将导致地表径流减少16。雅鲁藏布江流域在 19612014 年期间气温呈现出升高趋势,升温率在 0.20
14、0.60/10a之间17;随气温的增加,流域潜在蒸散发以2.3 mm/10a的速率上升18;降水在19792018年整体上呈增加趋势,年降水量的变化率为2.5 mm/a19;19612015年期间奴下站年径流量表现出先减后增的变化趋势,转折点在1992年20;降水、潜在蒸散发、下垫面及冰川变化对径流量增加的贡献率依次为39.62%、2.74%、32.32%及30.94%17。受气候变化影响,未来雅鲁藏布江流域地下水补给可能将减少,而雨水补给可能将占据主导地位21。怒江流域整体上呈现增温增湿趋势,年平均气温的增幅达到0.36/10a,大部分站点年降水量变化趋势不显著22,19602009年道街坝
15、站冬季及春季流量存在显著的增加趋势23。澜沧江流域19582015年间气温呈显著增加趋势24,且变暖速率高于下游湄公河流域25。澜沧江流域降水及径流则呈减少趋势,其中径流下降趋势显著,年平均气温、降水量及径流深的倾向率分别为0.26/10a、-4.2 mm/10a及-14.9 mm/10a24。未来气候变化将加剧澜沧江湄公河流域水循环,受降水增加的影响,年及季节流量都将增长26,而未来澜沧江湄公河流域境外河段拟建的电站也将对水文过程产生重大的影响27。Lauri等28模拟分析了气候变化及电站运行对澜沧江湄公河流域水文情势的影响,结果表明未来电站运行的影响可能比气候变化更大,尤其是在旱季。196
16、12012年元江流域气温显著增加,其增温率为0.16/10a;流域降水在整体上呈现减少趋势,平均变化率为-14.0 mm/10a。19562013年元江红河干流出境控制站蛮耗站和最大支流李仙江的出境控制站李仙江站年径流量均呈减少趋势,其变化率分别为-3.56亿m3/10a及-4.45 亿m3/10a,其中李仙江站径流减少趋势显著。降水量的减少是元江及李仙江径流量降低的主要原因,而人类活动则在一定程度上改变了径流的年内分配特征29。在升温3.0 的情景下,发源于青藏高原的主要国际河流径流量未来预计都将有所增加,但变化幅度具有较大差异。雅鲁藏布江及恒河的流量增幅比较大,21世纪70年代上述2条河流
17、流出青藏高原的年平均流量预计将分别较历史时期(19852014年)增加(7.311)%及(9.511)%,狮泉河、怒江及澜沧江的变化则相对较小,其增加幅度分别为(1.59)%、(1.95)%及(2.67)%30。2.2.2 西北地区国际河流西北国际河流所处的亚洲中部干旱区为对气候变化的响应最敏感及复杂的区域之一,水文过程变化剧烈、生态环境较为脆弱31。19622013年额尔齐斯河流域富蕴、阿勒泰及哈巴河站年降水量显著上升,且增幅较大,其变化倾向率分别达到17.9 mm/10a、17.5 mm/10a及17.4 mm/10a(3站年平均降水量分别为191.2 mm、197.3 mm及189.8
18、mm)32。伊犁河汇入的巴尔喀什湖为哈萨克斯坦境内的最大湖泊,该湖近年来主要入湖河流水量减少,湖泊水位持续下降,造成湖泊退化、水质恶化及水体盐碱化等生态环境问题,伊犁河中国境内流量变化及其原因广受关注33。19612009年伊犁河流域的年降水量呈增加趋势34,气温上升引起了伊犁河流域冰川的加速消融35,伊犁河最重要支流特17067期罗 贤 等:中国国际河流水文地理研究进展克斯河流域冰川退缩较为严重,与20世纪70年代的1511 km2相比,流域2007年的冰川面积已缩减332 km236。降水增加及冰川加速消融导致了伊犁河流域产水量的增加,伊犁河由中国流入哈萨克斯坦的水量呈现增加趋势37。下游
19、哈萨克斯坦境内部分水文过程受人类活动影响较大,哈萨克斯坦水利工程尤其是普恰盖水库蓄水以及农业用地的增加使伊犁河下游水量减少,并导致巴尔喀什湖水位的下降33,38-39。西北地区国际河流所处的西北干旱区气候变化整体上表现为气温升高及降水增加40-41。由于河流径流成分复杂,水文过程对气候变化的响应敏感,气温及降水量比较小的改变都会引发水文循环过程的变化42-45。虽然降水增加,但由于其对径流的补给较为有限,未必能弥补由于气温上升而增多的蒸散发41;尽管短期内由于冰雪融水增加,径流量有所增加,但是在未来持续的气候变暖条件下,部分流域可能达到冰川消融拐点,冰雪融水将会有减少的趋势43。受气候变暖的影
20、响,干旱区中依靠降水及冰雪融水补给的水资源系统会更加脆弱,水资源的不确定性将加剧44,并可能导致生态退化和国际河流争端等问题更加突出46。研究西北国际河流水文过程变化规律,进一步协调社会经济发展和生态用水间的矛盾,是亟待解决的问题38。2.2.3 东北地区国际河流19542012年黑龙江流域年平均气温呈显著的增加趋势,增温率达到了0.31/10a47。另一方面,黑龙江阿穆尔河流域降水变化并不大,其线性趋势变化率仅为-0.74%/10a,且大多变化趋势并不显著48,仅下游有显著的变化趋势49。19602009年松花江流域大部分地区年径流量呈下降趋势50;18972005年黑龙江阿穆尔河主要控制站
21、哈巴罗夫斯克站的年径流量呈微弱下降趋势,其变化率为30.68 亿m3/10a(该站多年平均径流量为2604.06 亿m3),各年代径流量经历了减少增加减少的过程51。目前关于黑龙江阿穆尔河流域的研究尚相对不足52。2.3 跨境水灾害及水安全调控气候变化可能将导致部分中国国际河流洪水持续时间、洪峰量级和发生频率增加;此外,流域一些地区极端高温及干旱也在加剧14,53,日益加剧的跨境水灾害需要流域国共同合作应对。同国内河流相比,国际河流防洪及抗旱调度机制构建的难度更大,如何有效利用不同国家水利工程,开展全流域水安全调控,是流域各国较为关注的问题54-55。澜沧江湄公河流域已建、在建及规划的127个
22、库容较大水库总库容已达1339.5亿m3 54。在完全依照防洪目标进行水库调度的情况下,能够将湄公河主要断面200 a一遇的洪水削减至2050 a一遇54。在干旱应对方面,澜沧江梯级水库已多次发挥积极作用。2016年澜沧江湄公河流域枯水季节(2015年12月2016年5月)遭受了严重的旱灾,旱情较为严重的湄公河三角洲水位降到了近90年来最低,社会经济损失巨大。2016年35月,中国增大景洪水库出库流量,对湄公河进行应急补水,累计补水量达到126.5 亿m3,湄公河干流的沿程流量增多6001010 m3/s,水位抬升0.181.53 m55。2019年汛期初期湄公河的水位降低到有记录来的最低。湄
23、公河委员会认为干旱的主要原因在于降水不足及异常高温56。在此次干旱过程中,小湾及糯扎渡水库补水172 亿m3,一定程度上对下游旱情起到了缓解作用57。在未来澜沧江湄公河流域水文地理研究过程中,还需要重点开展流域支流水利工程运行对水文过程的影响研究,以更好地进行全流域洪水及干旱应对55。中国国际河流多发源于冰冻圈,气候变化加剧冰湖溃决等环境灾害问题,影响到下游防洪安全58。冰湖溃决洪水突发性强、洪峰流量大、流量变化快、破坏力强、影响范围广,会导致下游居民生命及财产的巨大损失59。全球约1500万人面临着冰湖溃决洪水的威胁,其中很大一部分集中于中国国际河流及其下游60。受到冰川退缩、冰川融水增17
24、07地 理 学 报78卷加、冰碛湖扩大及潜在溃决风险加大的影响,位于中国国际河流上游的青藏高原及天山等地区,冰湖溃决洪水发生频率增多、影响程度加剧61-62,需加强冰湖监测及溃决灾害预警59。黑龙江阿穆尔河流域是跨境水灾害方面另一个备受关注的国际河流流域。2013年汛期,黑龙江右岸的嫩江及松花江干流均遭遇1998年来的最大洪水,同时,黑龙江左岸的结雅河及布列亚河流域发生持续强降水63。由于干支流洪水的遭遇叠加,洪水量级较大,抚远站出现了重现期超过100 a一遇的大洪水64,其下游哈巴罗夫斯克河段的最大洪水流量为46000 m3/s,重现期达到了200250 a一遇65。在此次洪水过程中,嫩江的
25、尼尔基水库、第二松花江的白山与丰满水库的削峰率达到了40%60%66;位于结雅河总库容达到684.2 亿m3的结雅水库与位于布列亚河的布列亚水库也发挥了重要的拦蓄洪水作用,在很大程度上缓解了黑龙江干流的防洪压力65。黑龙江阿穆尔河流域水环境直接关系到沿岸中俄人民的饮水需求67。流域曾经多次发生跨境水污染事件,加强中俄两国在跨境水污染方面的合作具有现实意义68。2005年松花江水污染事故发生后,中方为保证黑龙江阿穆尔河流域下游俄罗斯远东地区的用水安全,在黑龙江省抚远水道入口处开展筑坝拦截工程,以防止污染水团流向俄罗斯境内69。张波等70构建了系统动力学模型,对2005年松花江水污染事故进行了水质
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