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水安全与气候变化:事实与数字

气候变化将影响发展中国家的水安全。Lucinda Mileham探索了这些国家奋力应对的优先事项。

[1] 淡水是一种稀缺资源。地球上的14亿立方千米的水只有2.5%是适合人类使用的淡水,而且其中大部分是无法获得的——将近70%的淡水被固定在冰川、雪和 冰里。我们的最大的淡水资源是800万立方千米的地下水,只有0.3%的淡水(105 000立方千米)见于河流、溪流与湖泊中。[1]

 [2] 关于淡水可获取性的讨论越来越多地把重点放在了水安全上,这是指人们获得足够的安全而不昂贵的水从而满足他们的家用、食品生产和生计的需求。[2]

水安全得不到保证可能是由于物理性的稀缺引起的,这或者是由于气候或地理因素,或者是由于不可持续的使用或过度开采。它还可能由于经济因素,基础设施或能力的不足阻止了人们获取可用的水资源,或者人为污染或天然污染让水资源不可用。

水不安全以及水资源稀缺已经影响着发展中世界的大部分。在过去的一个世纪里,全球水需求已经增长到了原来的6倍。将近30亿人(占世界人口的大约40%)生活在需求超过供应的地区。[2]

Figure 1: Areas of the world already facing water scarcity Enlargefull-size image (131kB)

Adapted from [2]

变化的气候

对水安全的一个额外的威胁来自气候变化。全世界正在遭遇空前的变暖,如今温度比1961-90年的平均温度高了大约0.5摄氏度。

气候变化已经影响了全世界的水资源。例如,它在20世纪的后半叶让全球平均海平面每年上升了1.75毫米,[3]导致了非极地冰川的广泛退缩,减少了旱季河流水量,而且增加了钻孔温度和海洋温度。

大气中的温室气体俘获的太阳能驱动着水文循环,因此温室气体的增加有效地加强了这种循环,改变了降雨模式而且加剧了诸如干旱和洪水等极端事件。

气候变化对水安全的影响已经可见了。在全球范围,被PICC归类为"非常干旱"的陆地区域自从20世纪70年代以来已经翻了一番以上。[4]随之而来的还 有中高纬度地区更大的洪水、亚洲和非洲部分地区更长和更频繁的干旱,以及更频繁和更强烈的厄尔尼诺事件——所有这些改变了水资源的需求与供给的平衡。

发展中国家的水安全特别容易受到气候变化的冲击,这部分是由于它们的位置决定了这些国家首先会被气候变化伤害,这部分是由于它们的低收入和制度能力不良限制了它们应对变化的水供给的能力,也部分是由于它们严重依赖于基于水的产业,诸如农业。

在非洲,高温、蒸发增加以及降雨量减少已经联合起来减少了许多大河的流量达40%,而且导致了非洲之角反复发生干旱(见图2)。[5,6]

图2:非洲的气候变化脆弱性以及影响,其中许多是受到变化的水资源驱动的 Enlargefull-size image (190kB)

来源:Anna Ballance, UNEP/GRID-Arendal, 2002

不确定的未来

很难预测气候变化的未来效应是什么(见 框1)

框1:不确定性

评估气候变化对水安全的未来影响的最大问题在于预测的不确定性。这种不确定性来自气候系统内部的可变性、未来排放的不确定性以及发展情境、模型把这些排放转化成气候变化的方式的不确定性,以及关于水文模型准确性的问题。[7]

气候建模通常使用低分辨率(超过150平方千米)的全球循环模型(GCMs),但是在一些区域,气候模拟的不确定性如此之高,以至于无法得出变化的清晰迹象,导致了对于这些数据能在多大程度上预测区域水文变化的严重质疑。

缺乏实地数据是区域气候建模的一个主要障碍

Wikimedia Commons/Babakathy

更高分辨率(小于50平方千米)的区域气候模型可能为水文模型提供更可靠的输入数据。自从20世纪90年代早期以来,这些模型已经得到了极大的改善,但是为发展中国家开发和应用的模型还相对较少。

区域气候建模的一个主要障碍是缺乏验证此类模型的高质量实地数据。水平衡模型和预报需要关于局域和区域气象参数的可靠信息,诸如降雨量、蒸发量和温度。

许多发展中地区,实地观测极端稀少或不存在。显著改善用于验证区域气候模型的监测网络是改善我们对于气候系统以及气候变化对水资源影响的理解的迫切需求。

然而,温度几乎可以肯定会上升——对一批排放情境的模型预测提示,到本世纪末全球温度会上升1.1到6.4摄氏度。[4]

而且,根据IPCC,有充足的证据表明淡水资源可能强烈地受到气候变化的影响(见表1)

预测的变化
置信度
对水安全的影响
陆地区域出现更多热浪
非常可能
对灌溉和饮用水的需求增加
藻华等水质量问题
更频繁或更强的洪水
非常可能
破坏储水基础设施
增加水污染
有可能减少一些地区的缺水
水系统的运行成本更高
沿海地区咸水入侵
受干旱影响的区域增加
可能
可用的水减少
地下水资源减少
水质变差
水传播疾病的风险增加
对灌溉的需求增加
更频繁或更强的热带气旋
可能
破坏储水/供水系统
供电中断导致公共供水中断
水污染增加
水传播疾病的风险增加
海平面上升程度高
可能
储水/供水系统破坏
沿海地区咸水入侵
地下水和河口盐化
冰川融化
高置信度
溪流的季节变化
突发洪水的风险更高
对灌溉的需求增加
更高的水温
高置信度
水污染增加
水质问题,诸如藻华和溶解氧含量减少
水系统更高的运行成本
河流径流量的变化
可能
季节性可利用水量发生变化
突发洪水的风险增加
影响地下水的补充
用于水力发电的水量发生变化
降雨量变化增加
非常可能
季节性可利用水量发生变化
水储存的变化
对灌溉用水的需求增加

表1:IPCC预测的气候变化,以及预计它们将如何影响水的可利用度、可获取性和使用(根据参考文献[4]和[7]的数据编纂)。

在2008年,IPCC以高置信度预测气候变化对水资源的负面影响将超出其收益,到21世纪50年代,受到水压力增加影响的区域将是面临水压力减少的地区的2倍以上。[7]

这种水不安全可能对一个国家的经济繁荣及其公民的福利产生破坏性的影响(见框2)。

框2:水不安全对于发展的影响

水安全可能极大地影响一个国家的发展,因为水直接通过水的消费和间接通过农业和工业用水而维持着人类的生活。这对于发展中国家尤其真实,在那里,农村的生计与水的可利用度和使用固有地联系在了一起。

缺水和水安全的不到保障的增加将导致更多人因为干旱、水传播疾病、关于有限资源的政治冲突以及淡水物种的流失而死亡。[4]

极端天气事件和自然灾害的频率和严重程度的增加可能是毁灭性的。发展中国家已经遭受了由自然灾害导致的死亡人数的95%以上。在2009年,这类灾害导致 了10655人死亡,影响了另外超过1.19亿人,而且导致了413亿美元的经济损失,这些主要出现在发展中国家。[8]

例如,在1998年的飓风Mitch过后,尼加拉瓜的洪水导致了霍乱发病率增加到了原来的6倍。[9]在一些热带地区,气旋和洪水为携带疟疾和登革热的蚊子 创造出了繁殖地
洪水也影响农业和牲畜。与1997-98年的厄尔尼诺事件有关的东非洪水导致了牲畜的灾难性损失以及裂谷热,还导致了海湾国家禁止与该地区进行贸易,损失达10亿美元。[9]

农业将是受到气候变化带来的水不安全影响最严重的部门之一。在非洲和亚洲,85%到90%的淡水被用于农业。这些地区变动更大的水供应将破坏农作物、让土地退化并减少粮食产量,导致营养不良和饥荒的增加。

[6]咸水对沿海地区地下水源的入侵也会导致粮食保障的减少,特别是内陆过度开采地下水会让这种情况恶化。这已经在中国的长江三角洲和越南的湄公河三角洲出现了。它们属于全世界最富饶的三角洲。[6]


应对变化

面临这些水质、水量和可获取性的变化,发展中国家如何应对?

通过减少大气中的温室气体浓度从而缓解气候变化的行动在长期是至关重要的。但是气候变化已经在发生了,而且即便缓解气候变化的举措立即把碳排放量减少到零,水供应也已经受到了影响。

脚踏泵抽出地下水用于小规模灌溉

Flickr/Mukul Soni

非常需要适应策略。在实践中,这就意味着把重点更多地放在更有效和可持续的水管理上。

如今,许多国家只利用了它们的可用淡水资源的一小部分。利用这些资源,特别是如果再加上更有效地利用资源,可能减轻许多发展中国家预计面临的水压力。

幸运的是,这并不必然需要新技术,水管理者使用一批工具应对水供应的可变性,从高技术、高成本的咸水淡化厂(它把海水变成饮用水)到传统的、低成本的脚踏泵,它把地下水抽出来供小规模灌溉使用(见表2)

策略

它如何改善水安全

一些可用的技术

范例

开采地下水

短期增加水的可利用度,但是如果地下蓄水层没有得到补充,可能在更长的时期导致它减少。过度开采可能导致水质和可获取性的减少。

手压泵、脚踏泵、井、钻孔、开放式水渠、坎儿井

脚踏泵是一种用脚操作的抽水泵,它可以把水从地下几米的地方抽出。非政府组织国际发展企业(IDE)已经让脚踏泵的使用在印度发生了彻底的变革。在2009年,该国有75万台脚踏泵在工作,每年还卖出另外5万台。

采集水

通过提供替代水源从而增加水的可利用度和可获取性。

等高线堤、谷坊坝、谷塞、堰屋顶、蓄水池、地表水池集雾

"Johads"是小型土制谷坊坝,可以俘获并保存雨水。从1984年到2000年,在印度拉贾斯坦邦的650多个村庄恢复了大约3000个谷坊坝。这增加了地下水水位将近6米。5条在季风过后通常会干涸的河流如今变成了四季不断流的河。

废水处理和回收

处理废水改善了水质并可以重复利用,特别是用于灌溉,因此也就改善了水的可利用度。

筛选、沉淀池、过滤器、消毒、化学处理、稳定池、湿地

突尼斯的国家水再生项目于20世纪80年代启动,它把回收的水用于工业、地下水补充、灌溉和湿地发展。到2020年,回收的水量预计将达到每年2.9亿立方米,而该国打算把用回收的水灌溉的区域扩大到2万到3万公顷(该国灌溉面积的7%10%)。[10]

脱盐

改善水的可利用度,但是高成本意味着它并不会同样改善可获取性。

沙和其他过滤器;逆渗透

今年7月在印度马德拉斯启用的一座海水淡化厂使用逆渗透技术净化海水,预计将以每天每1000升饮用水1美元的价格供水。[11]

水储存

通过在旱季提供替代水源从而提高水的可利用度

水坝和水库、湿地、地下蓄水层、池塘和水池

在布基纳法索,建立了数以千计的小蓄水池用于提供家庭、牲畜和小规模灌溉用水。许多这样的蓄水池已经帮助了社区适应干旱地区的生活

输水

通过把资源从水资源丰富的地区输送到需求超过了供给的地区从而增加水的可获取性。

柱塞泵、"白龙"(长的输水软管)

柱塞泵利用水流下数米的落差的力量把其中一少部分水提升到更高的高度。从2010年起,AID基金会已经安装了160台柱塞泵,为5万多人供水。在全球范围,估计有数千台柱塞泵正在使用中。

土壤保水

通过更有效和更好地平衡供应和需求,从而改善水的使用。

零耕法、作物残余管理、轮作、堆肥、绿肥、护根、粘土

 [12]零耕技术可以让农民在对土壤干扰最小的情况下种植种子。它消除了犁地的必要性,而且让种植所需的耕作最小化。在19912008年间,阿根廷的零耕地区从30万公顷增加到了2200万公顷,改善了土壤肥力、创造了估计约20万农场工作,并确保了作物供应,这帮助稳定了全球粮价。[12]

有效灌溉

减少总体水需求,改善水的使用

滴灌、"都市菜园"、改变灌溉的时间安排

The installation of seven efficient irrigation systems in a pilot project in Pintadas, Brazil, boosted farmers' incomes by up to US$80 per month. [13]在巴西Pintadas安装的几个高校灌溉系统让农民每月的收入提高了至多80美元。

农业实践

减少减少总体水需求,改善水的使用

新的种植模式、改变作物、新的作物或牲畜品种、轮作或牧场轮换

ICRISAT在印度已经开发并释放了高粱、珍珠粟、鹰嘴豆、木豆和花生的新品种,它们比现有品种更耐旱。

表2:可以改善水资源管理的现有技术策略。

决策者还可以使用法律、经济和传播策略去改善水效率(见表3)。诸如计量等经济激励措施可以帮助节水,而教育项目可以改善人们对于气候变化对水供应可能产生的影响的了解。

策略

它如何改善水安全

水权利

明确获取水资源的法律资格

水市场

把水重新分配给高价值的用途

虚拟水进口

从水效率高的国家进口食品——也就是"虚拟的水"——可以减少对本国灌溉用水的需求。

水计量和定价

减少水的使用,鼓励节水

减少针对水效率技术的税率

促进高效水管理技术的采用,减少水的使用。

局部流域管理

平衡局部集水区各部门的需求和供应。

提供信息

增加对于气候变化对水的影响的理解,促进更好的规划以及水管理策略的使用

季节预报

促进可持续农业以及更有效的水使用,让更好的规划成为可能

教育

增加对于气候变化对水的影响的理解,让更好的规划和资源利用成为可能

表3:改善水安全的经济、法律和传播策略。

上面提出的选项并非万灵药。选择哪个工具将取决于当地环境,适应策略需要一套跨多个尺度的整合工具。

框3:改善水安全的整合策略

高成本案例研究:沙特阿拉伯

沙特阿拉伯完全依赖于降雨、地下水和海水淡化以满足水需求,在2000年,它的水需求是17320兆立方米(MCM)。

沙特阿拉伯的海水淡化厂的成本估计是100亿美元

Flickr/Waleed Alzuhair

该国地下水资源丰富——超过2万亿立方米——但是它们的补充非常缓慢,仅为每年2763 MCM。对这些资源的大量开采和低效率的管理已经导致地下水水位下降和水质变差。

在20世纪90年代,沙特阿拉伯政府意识到了它需要保护和保存水资源。它开始鼓励现代和高效的灌溉系统,改变作物种植的补贴,实施水税,控制漏水,建设水坝和海水淡化厂,回收处理过的污水。

这些举措限制了化石地下水的过度使用,减少了环境退化,鼓励了节水,并且建立了应对水压力的一个强有力的框架。

但是这些举措并不便宜——仅该国的35座海水淡化厂的成本估计就有100亿美元。

低成本案例研究:加纳

 
形成对照的是,加纳把重点放在了传统的低成本方法上,从而应对气候变化引起的水不安全。如今,加纳比40年前获得的降雨量少了20%到30%。在Offin盆地,小农也面临着变化更大的降雨,最多减少45%的河流量,以及水井干涸,导致产量下降和作物绝产。

为了应对这个问题,家庭开始重新使用污水用于灌溉、采用了传统的屋顶雨水收集技术,并把传统的耗水多的作物(如可可)换成了耐旱作物,诸如木薯。当地政府也分发廉价的过滤器从而改善水质,而且开始对砍伐河边与溪流边的植被的人课以罚款,从而防止淤积和水量减少。

已经建立了数以千计的小水库和水塘,用于为家庭使用、牲畜和小规模灌溉供水。政府积极地推广水资源的社区所有权和管理,提供训练和财政援助、并鼓励使用传统传播技巧教育社区关于使用水、节水和发展的内容。


各国适应不断增长的水不安全的程度受到几个因素的影响。首先,适应可能面临一个物理限制——例如,当河流彻底干涸的时候,适应就是不可能的。

第二,可能存在经济限制——在物理上有可能适应,但是代价可能无法承担。

第三,适应可能存在政治限制。例如,建设新的大型水坝可能在政治上很敏感。

最后,水管理机构的能力可能面临制度限制。许多发展中国家面临缺乏机构和部门之间的协调、效率低下的水治理,以及技能基础不良。

政策优先事项

尽管存在这些问题,如果发展中国家要在一个变化的气候中应对水不安全问题,存在几个明确的政策优先事项。

第一个是需要优先进行水资源管理。这可能是显而易见的,但是许多国家没有长期水政策。政策需要把依赖水的所有部门纳入到其中,包括从农业到渔业再到制造业和城市的水使用。

改善流域和资源管理是至关重要的。IPCC提倡把整合的水资源管理作为在社会经济、环境和管理系统中适应气候变化的一个框架。

让当地的利益攸关方参与和促进基于社区的方法对于确保采取适应选项并实现长效目标具有关键作用。这需要更好地理解发展中国家基于水的生计、它们对于气候相关风险的脆弱性以及水安全对粮食和生计安全的影响。

解决我们的关于气候变化和水的知识鸿沟也是一个优先事项。实地数据稀缺,而且在许多情况下,观测网正在减少。IPCC强调了"需要在与决策有关的尺度上改善与水文循环有关的气候变化的理解和建模。"[7]它还说与气候变化的影响有关的水信息不足。

如果没有对数据收集和知识积累的进一步投资,预测的变化的不确定性将仍然很高,而且对水文变化的估计将仍然不准确。只有更好地预测变化,我们才能更好地为未来制定计划。

References

[1] UNEP Vital Water Graphics: An Overview of the State of the World's Fresh and Marine Waters (2002)

[2] Molden, D. (ed.) Water for Food, Water for Life: A Comprehensive Assessment of Water Management in Agriculture. London: Earthscan, and Colombo: International Water Management Institute (2007)

[3] Church, J. A. and White, N. J. A 20th century acceleration in global sea-level rise. Geophysical Research Letters 33 (2006)

[4] Parry. M. L. et al (eds) Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.Cambridge University Press (2007)

[5] Arnell, N. W. Climate change and global water resources. Global Environmental Change 9, s31 (1999)

[6] Cabot, C. Climate change and water resources[286kB]. WaterAid (2007)

[7] Bates, B. C. et al (eds) Climate Change and Water: Technical Paper of the Intergovernmental Panel on Climate Change[7.11MB]. IPCC Secretariat: Geneva (2008)

[8] Vos, F. et al. Annual Disaster Statistical Review 2009: The Numbers and Trends[2.45MB]. Centre for Research on the Epidemiology of Disasters (2010)

[9] DFID The Impact of Climate Change on the Health of the Poor[386kB] DFID Key Sheet (2004)

[10] Carriger, S. Managing the Other Side of the Water Cycle: Making Wastewater an Asset. Global Water Partnership[335kB] (2009)

[11] Natarajan, S. Innovative India water plant opens in Madras. BBC News South Asia (2010)

[12] Trigo, E. et al. The case of zero-tillage technology in Argentina[562kB]. IFPRI Discussion Paper 00915 (2009) 

[13] Obermaier, M. et al. Adaptation to climate change in Brazil: The Pintadas pilot project and multiplication of best practice examples through dissemination and communication networks[56kB]. Proceedings of RIO 9 World Climate Event (2009)