如何看待全球水資源危機（解鎖自然的力量）

2023-05-26 04:01:16 1

攝影：Karine Aigner

當你打開一罐「快樂水」時，可能很少會去想裡面的水是從哪裡來的：實際上，印度的可樂含有經過處理的雨水，而馬爾地夫的可樂中可能含有淡化海水。這些水之所以來源各異是因為全球正面臨水資源短缺。在全球500個大中型城市中，約10億人口面臨水資源短缺。缺水，其實離我們很近！本期解鎖自然的力量系列長文將重點解讀：基於自然的解決方案（Nature-based Solutions, NbS）在應對水資源危機方面的作用。

水資源是可供人類直接利用、能不斷更新的天然淡水（主要指陸地上的地表水和地下水）。儘管地球上水的總儲量多達13.86億立方千米，但淡水儲量只佔2.5%。而目前直接可利用的地表淡水只佔地球總水量的0.3%左右。

對水資源的開發利用幾個條件制約（HELP，2015）：

可供水量：特定地區通過降水、徑流和含水層實際可獲得的水量；質量：用於不同用途時可被接受的水質；可得性：水資源的可得性很大程度上取決於分配機制、使用許可和相關基礎設置的完備程度；穩定性：隨時間變化，可供水量、獲取和水質的穩定程度，水資源回流模式的改變及生態系統退化影響水資源的穩定性。水資源短缺引發嚴重水危機

2020年，聯合國發布的《世界水發展報告》指出，在過去100年中，全球用水量增長了六倍。並且由於人口增加、經濟發展和消費方式轉變等因素，全球用水量仍以每年約1%的速度增長。氣候變化以及風暴、洪水和乾旱等極端事件的頻率和強度日益增加將使目前已經面臨「水資源緊張」國家的處境更加惡化，並將目前尚未受到嚴重影響的地區置於類似境地。

攝影：Nick Hall

人口增長、生活方式變化、肉類消費增加以及農業、採礦業、能源生產和製造業等對水資源的需求不斷增加，給有限的可利用水資源帶來了越來越大的壓力。目前，全球的取水量已接近最大可持續利用極限（Hoekstra et al.，2012）。日益嚴重的水資源短缺是目前可持續發展面臨的重大挑戰之一。當前大多數基礎設施在設計時並未充分考慮全球氣候變化帶來的不確定影響，從而無法滿足日益變化的需求。而生態系統退化亦是加重全球水危機的一個重要原因。

水資源短缺是指缺乏足夠的淡水資源來滿足用水需求，其本質是對水資源的需求和可用水量之間的時空不匹配（Sandra et al.，1996）。全球有近三分之一的人口——26億人，生活在「高度缺水」的國家，其中17個國家中的17億人生活在「極度缺水」的地區（https://data.worldbank.org.cn/）。

巴西一家水廠的淨水設施 | 攝影：Scott Warren

水資源短缺威脅著人類生活、生計和社會穩定。全球"有數十億人口無法獲取安全水源，正在掙扎求生"，由於缺乏基本的水和衛生設施，全球每年損失2600億美元（WHO，2012）。

由於無法對有限的水資源進行合理分配，許多極度和高度缺水的國家和地區之間有可能出現因水資源引起的衝突和戰爭，如以色列、利比亞、葉門、阿富汗、敘利亞和伊拉克等。長久以來，儘管各國投入大量人力物力興建相關基礎設施，並努力通過水管理計劃和節水技術提高用水效率，但缺水仍然是很多國家和地區面臨的主要問題，並被視為未來十年全球最大的風險之一（WEF，2020）。隨著世界人口不斷增加、生活水平提高、飲食結構變化及氣候變化的影響，這一挑戰將更加嚴峻。地球面臨嚴重的水危機已經是不爭的事實。

中國水資源現狀

水資源已經成為我國嚴重短缺的產品，是制約環境質量的主要因素以及經濟社會發展面臨的嚴重安全問題（陳雷，2014）。我國水資源問題主要表現在以下幾個方面：

人多水少：我國水資源總量約為2.8萬億m3，人均佔有量僅為2100m3，約為世界平均水平的1/4，是世界13個人均水資源佔有量最匱乏的國家之一（圖1）（國家統計局，2020）。

圖1 人均可再生內陸淡水資源（m3）| 來源：https://data.worldbank.org.cn/

時空分布不均：我國水資源時空分布極不均勻，與耕地資源和其他經濟要素匹配性差，加上工程設施體系的不完善，華北、西北、西南以及沿海城市等地區水資源供需矛盾突出。正常年份全國缺水達500億m3，枯水年份缺口更大，全國每年乾旱缺水造成經濟損失超過2000億元（王浩等，2012）。

水資源過度開發，地下水超採嚴重：黃河流域開發利用程度已經達到76%，淮河流域也達到了53%，海河流域更是超過了100%，超過其承載能力。北方地區地下水普遍嚴重超採，全國年均超採200多億m3，現已形成160多個地下水超採區，超採區面積達19萬km2，引發了地面沉降和海水入侵等環境地質問題（王浩等，2012）。

用水效率低：與水資源管理先進國家相比，我國用水效率還有很大提升空間。其中，我國灌溉水利用率僅有46%，而美國已達54%，以色列更是達到87%（圖2）。考慮到我國農業用水佔比超過六成，未來農業用水節水潛力還很大。

圖2 國際用水效率對比圖 | 劉晶等，2019

NbS應對水資源管理危機

健康的生態系統可提供供水和調節水文的生態系統服務，調節降水，減緩徑流，自然地過濾和儲存水，而後穩定釋放（Grizzetti et al.，2016）。這些生態系統服務不需要或者只需要很低的成本，而且易於維護。不幸的是，全球生態系統已經嚴重退化。人口增長、土地利用變化、工農業過度取水、汙染、過度捕撈等人類活動帶來的壓力導致生態系統及其服務功能嚴重退化。生態系統退化導致蒸發速度加快、土壤蓄水能力降低、地表徑流增多、土壤侵蝕加劇，都給水循環帶來嚴重的負面影響，致使水資源可供水量減少、穩定性變差、獲取難度增加。通過對生態系統的保護、可持續管理和修復等NbS措施，可以改善生態系統服務功能，從調節、增加可供水量和提高水的使用效率兩方面助力水資源管理。

圖片來源：TNC

NbS應用於水資源管理將帶來廣泛的協同效益，包括改善人類健康、生物多樣性、改善生計以及減緩和適應氣候變化。通過結合NbS，社會保障和公共工程項目也可以更好地支持疫情後的經濟復甦。NbS為水資源管理提供了全新的選擇。當前，水資源管理開始從基於水利工程技術的流域水資源分配調度的管理，轉向基於水利工程技術的方案與NbS相結合的管理，以更符合自然規律的方式來應對水危機，實現從對抗自然到順應自然的轉變。水資源管理範式的改變既是保障用水安全的必要手段，也是實現可持續發展目標的必然選擇。

NbS調節和增加可供水量

NbS可以通過影響徑流、滲透等水文過程，發揮調節或增強供水的作用：①提升溼地/土壤的滲透和蓄水能力、增加含水層水量，從而增加/維持（清潔）供水；②在乾旱期間通過自然儲水「設施」（包括土壤和地下水、地表水和含水層）穩定釋放水分緩解乾旱；③減少沉積物從而增加水庫的容積；④改善水質從而增加可供水量。

攝影：Mark Godfrey

可用於供水調節的NbS包括但不限於：

森林保護、造林：森林有助於攔截降水、涵養水源，林地中的土壤儲存和釋放水分的能力有助於調節流域的供水。森林保護和造林有助於減少土壤侵蝕和泥沙輸送，增加土壤入滲，減少地表快速徑流和下遊洪水風險。在流域上遊造林可顯著減少進入水庫的沉積物，從而增加水庫容量。需要注意的是，造林需要選擇適合本地氣候和水文條件的樹種，否則可能會因過度消耗地下水而加劇水資源短缺（Cao et al.，2009）。溼地保護、修復、修建功能性人工溼地：溼地在水資源管理方面能提供巨大的調節和供給服務。溼地能夠儲存大量的雨水徑流，在乾旱時期通過緩慢釋放儲存的水來提供水分，有助於調節水量。溼地也有助於地下水的補給，據估計，人工溼地可以通過滲透和蒸發減少5-10%的徑流量(CWP，2007)。溼地保護有助於消除導致其退化的因素，從而避免其生態系統服務功能下降或喪失。科學的溼地修復可有效修復退化溼地的生態系統服務功能，研究顯示，修復退化的溼地可使溼地的供給、調節和支持功能提高36%（Meli et al.，2014）。連通河流和河漫灘溼地：河漫灘溼地對區域水量平衡有重要影響，它可以接納並儲存過量洪水，既削減洪峰，又有助於減緩下遊河流流速並補充地下水（Opperman，2014）。連通河流和河漫灘溼地，能夠在一定程度上修復自然的、周期性的旱澇過程，發揮其生態系統服務功能。雨水收集：由於缺乏適當的工程和可持續生態系統管理，在一些乾旱地區每年通過徑流損失以及由裸露的地表蒸發的雨水就達數百億m3，雨水收集可將這部分徑流收集和儲存在地表儲水區、土壤剖面或補給含水層。雨水收集有助於減少、減緩降雨帶來的徑流，增加入滲，更好地補給地下水。此外，雨水收集有利於減輕土壤侵蝕，提高土壤肥力。城市綠色基礎設施：包括綠色屋頂、綠色空間（雨水花園、生物滯留池）等。城市綠色基礎設施可以和其他灰色基礎設施一起，為城市水量、水質調節提供服務。城市綠色基礎設施有助於減少暴雨徑流，減輕雨洪對城市下水道系統的影響；同時增強雨水下滲，改善地下水補給。例如，以草本植物為主的滯留池，可減少多達86%的徑流量（Sabourin et al.，2008）。

案例：肯亞塔納河流域水資源綜合治理

肯亞首都奈洛比95%的日常用水來源於塔納河（Tana river）。塔納河全長約1014km，是肯亞最長的河流，流經肯亞最富饒農業區的約一百萬個農場，與肯亞的糧食安全息息相關。它為四百萬奈洛比居民以及五百萬流域內的居民提供了95%的水源，並提供了該國一半的水電輸出。然而，自20世紀70年代開始，流域內大面積的陡坡森林和溼地被開墾為農田，由此導致的土壤侵蝕和水庫泥沙淤積成為了極其嚴重的問題。一方面，土壤隨雨水被衝入河中，導致土壤流失、肥力下降；另一方面，進入水體的過量泥沙堵塞並擾亂了水處理設施，致使水供應中斷。2010年，內畢羅60％的居民無法獲得可靠的供水。

塔納河（Tana river）| 攝影：Ron Geatz

為解決塔納河流域的水土流失和供水不穩定的問題，並確保治理措施真正落地實施，TNC聯合眾多方利益相關方，如縣政府、水資源管理局、森林服務部門、區域理事會、奈洛比水務公司以及多家企業成立了上塔納—奈洛比水基金（Upper Tana－Nairobi Water Fund，UTNWF）。UTNWF水基金是一個公私合作制實體進行運作的慈善信託基金，它利用下遊水廠和水用戶的資金，來補償和保護上遊水源地的生態系統及其服務功能，以保障下遊奈洛比的水量和水質。簡而言之，水基金的實質是下遊水用戶購買上遊的生態系統服務功能（圖3）。

圖3 水基金概念示意圖 | 來源：https://waterfundstoolbox.org/getting-started/what-is-a-water-fund

通過科學規劃，UTNWF在塔納河流域採取了一系列的生態系統修復和可持續農業管理措施，包括：

造林：在流域的高海拔地區採用本地樹種進行植樹造林，這些地區此前曾被開墾為農業用地，但目前不是生產性農田；修復河岸帶：沿河流及溪流種植本地植物品種的緩衝區，以減輕徑流輸送；改變當地農民的耕作和用水方式：使用覆蓋作物保護土壤免受衝刷，推廣集雨池儲存雨水用於灌溉，減少從河中抽水；推廣滴灌技術，減少灌溉用水。

以集雨池為例，利用集雨池將雨季產生的多餘地表水通過田間集流儲存起來，在旱季土壤缺水時分批次回灌於農田土壤。既提高了農田降雨利用率，同時減少雨水徑流造成的土壤侵蝕和農田水澇災害。此外，這些水也可作為牲畜飲水和家庭用水，一舉多得。這些措施將大大改善塔納河的健康狀況，為奈洛比提供更可靠的供水：泥沙沉積導致的輸水中斷將可減少30%，旱季流量增加15%，流域內的50多萬人的飲用水水質也將得到改善。在不同的地區，不同的自然條件和水資源利用狀況下，水基金可以通過綜合利用多種NbS方案因地制宜地解決「水資源問題」。

更多工具和案例，請訪問：https://waterfundstoolbox.org/

攝影：Nicolai Brügger /TNC Photo Contest 2019

隨著研究和實踐的增加，人們越來越認識到生態系統在水資源開發利用和管理中的重要作用。雖然水庫、汙水處理廠和供水系統等灰色基礎設施不可或缺，但是，健康的生態系統才是穩定、可持續供水的基礎。通過對生態系統的保護、可持續管理和修復等NbS措施，可以改善生態系統服務功能，從調節、增加可供水量和提高水的使用效率兩方面助力水資源管理。科學運用自然的力量，通過更有針對性的措施，為供水安全保駕護航，更好地應對水資源危機。

參考文獻

Cao S, Chen L, Yu X, 2009. Impact of China's Grain for Green Project on the landscape of vulnerable arid and semi‐arid agricultural regions: A case study in northern Shaanxi Province. Journal of Applied Ecology, 46(3): 536－543.

Grizzetti B, Lanzanova D, Liquete C, et al., 2016. Assessing water ecosystem services for water resource management. Environmental Science & Policy, 61: 194－203.

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