第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

气候作为人类赖以生存的自然环境的重要组成部分，它的任何变化都会对自然生态系统以及社会经济产生深刻影响。近百年来，气候除了自然的周期性波动以外，越来越多地受到人为因素的影响，其中最显著的是全球大气化学组成的改变，主要表现为臭氧耗减和温室气体的增加，造成全球气候持续呈现以变暖为主要特征的变化。根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第五次评估报告，1880—2012年间，全球海陆表面平均温度升高了0.85℃，并且在过去30年（1983—2012年），每10年地表温度的上升幅度高于1850年以来的任何时期，同时预期21世纪末全球平均气温将比1850—1900年上升1.5～2.0℃。

水文循环是气候系统的重要组成部分，既受气候系统的制约，又对气候系统进行反馈，气候系统通过降水、气温、日照、风、相对湿度等因子直接或间接地影响着水循环过程。在全球变暖的背景下，全球水文循环过程加速，水分蒸发量增加，降水趋势呈显著的年际和年代际振荡，变化和变率进一步加剧，水循环系统中的降雨、蒸发等水文要素发生改变。流域原有的产汇流过程与特性被改变，流域水分储量和流量发生变化，区域水量平衡被打破，引起径流在数量上的改变和在时空上的重新分配。

以我国为例，在过去100年中全国平均气温升高0.5～0.8℃。由地域和时间上来看，年平均气温升高以北方为主，夏季高温热浪增多。全国范围内降水量变化也表现出明显的区域特征，华北及东北南部降水量有减少趋势，而西北和长江流域等南方地区的降水则有所增加，且极端降水和干旱事件也同时表现出增多、增强的趋势。受此影响，我国水资源情势和格局也发生了改变，近50年我国六大江河（长江、黄河、珠江、松花江、海河、淮河）实测径流量均呈下降趋势。其中，1980—2000年水文系列与1956—1979年水文系列相比，北方黄河、淮河、海河和辽河4个流域降水平均减少了6%，地表水资源量和水资源总量的减少幅度分别为17%和25%，南丰北枯的矛盾进一步加剧。

我国人口众多，且水资源先天条件并不优越，气候变化势必将对水资源系统带来一定影响。首先，气象要素的改变将打破流域水文循环平衡，特别是降水总量、强度、形态、历时的变化，融雪时间的变化，蒸发和散发的变化，将直接引起区域水资源量的改变。第二，以极端降水为代表的极端天气事件发生的强度、频率、历时等在全球范围均呈加剧趋势，水旱灾害的年、季交替越来越突出，特别是超常规的洪水和干旱事件，对流域的防洪抗旱安全构成了严峻威胁。第三，农业、工业以及生活需水均发生变化，水资源供需矛盾更加突出，危机进一步加剧。第四，气候系统中气温、降水等因素与水体中营养物和污染物的循环紧密相关，在气候变暖背景下，这些因素的变化也将引起水环境系统的变化，对水质和水生态系统构成影响。

为适应气候变化的影响，未来流域水资源的开发利用面临诸多挑战与变革。首先，水资源开发利用体系亟需得到全面提升和优化。其中，工程体系亟需得到进一步巩固和提升，对于病危老旧的水利工程应及时进行维护、改造和加固，新建水利工程应充分论证，进一步提升和优化其综合效益，一方面满足新形势下水资源开发利用的需求，另一方面适应流域水文规律的变化，同时新时期节能减排的压力也对以水资源为代表清洁能源的利用率和利用方式提出了更高的要求。水资源开发利用非工程措施也亟需得到进一步优化，如水文监测预报、水资源实施优化调度等先进科学技术的应用与推广，水资源管理制度的改革与创新等。同时，当前水利工程调度运行方式多基于历史气象水文资料的分析，其背景是水文序列平稳性的基本假定，而在流域水文循环过程和水资源时空分布规律发生改变后，水文条件变化不确定性也相应增加，传统调度方式如何适应气候的变化，应对其非稳态特性和不确定性风险，在保证流域安全的前提下，充分发挥新形势下水资源的综合效益，这对水资源的科学开发利用提出了更新和更高的要求。

气候变化对水文水资源的影响评估是21世纪水文科学研究的前沿问题之一，也是水文科学发展战略性的高层次问题。该领域不仅着眼于全球性气候系统的变化，而且着眼于区域性和全球性的水文循环和水文过程，不仅涉及全球生态、环境，而且涉及一系列社会经济乃至政治问题。本书深入研究气候变化背景下水文水资源系统的变化规律，揭示气候变化与水文水资源以及生态环境变化之间的关系，分析水循环演变特征，评估未来气候变化对流域水文与水资源的影响，为未来水资源系统的规划设计、开发利用和运行管理提供科学依据，这对于分析流域或区域水文水资源循环和演变规律，科学合理开发利用流域水资源以及保障流域水资源安全等均具有重要的理论和实际意义。