长江生命力报告③：水文过程对气候变化的响应具有复杂性

9月27日，在“世界河流日”当天，由世界自然基金会、澎湃新闻共同主办的“把脉长江 科学施策”《长江生命力报告2020》（以下简称“报告”）发布会在上海召开。

在本次活动上，世界自然基金会联合中国科学院水生生物研究所、中国科学院地理科学与资源研究所、中国科学院南京地理与湖泊研究所、长江水利委员会长江科学院、生态环境部环境规划院、同济大学长江水环境教育部重点实验室、武汉大学水利水电学院、清华苏州环境创新研究院等八家科研院所共同发布了《长江生命力报告2020》。

世界自然基金会联合上述八家科研院所于2018年启动该项目。目的是通过提供一份系统、客观的长江健康诊断报告，为加强长江流域生态环境保护，落实长江经济带绿色发展战略提供政策咨鉴，为长江生态系统保护和管理提供政策建议，激发和推动不同利益相关方积极参与长江大保护。

中科院院士陈宜瑜在报告的序言中表示，目前我们国家正在号召长江“共抓大保护，不搞大开发”，并医治长江“病症”的关键时刻，相信这份报告能够让包括公众、企业在内的社会各界能更通俗易懂地了解长江生态系统所受到的威胁，为国家有关部门、流域管理机构与地方政府的决策提供科学支撑，为长江永葆生机活力贡献一份力量。

世界自然基金会全球总干事马可.兰博蒂尼说，作为全球第一个完整的流域级指数，长江生命力指数也是一项创新，其概念内涵和评价方法有望在全球范围内进一步推广。毕竟，对于世界主要的大江大河来说，在我们更好地了解其生命力状况之前，我们无法扭转淡水生态系统丧失和生物多样性下降的趋势。

马可.兰博蒂尼所说的全球一个完整的流域级指数即为长江生命力指数，作为报告的核心，该指数将诸多的指标进行了梳理，选取了具有代表性、指示性、简洁性、可追溯、且可持续跟踪的指标，从水文、水环境、水生态三个维度综合反映长江淡水生态系统的健康状态。

澎湃新闻作为该《报告》的战略合作媒体，在报告发布之前，派出记者就长江的水文、水环境、水生态状况专访了课题组相关专家，全面解读长江生命力报告。

作为淡水生态系统的重要特性，水文情势的变化决定河流的水质、生境及生物生活史过程。同时，河流输沙量多少，泥沙冲淤变化，显著影响生物地球化学循环、水质、江湖关系和河口三角洲的发展，对河流生态系统功能的发挥具有重要意义。长江生命力指数中的水文指数表征评估年份水文过程和连通性与近自然状态的偏离程度。

长江各区域的水文情况如何影响着长江的生命力，澎湃新闻就此专访了课题组组长，武汉大学水利水电学院讲座教授陈进和课题组技术负责人之一，中科院地理科学与资源研究所副研究员姜鲁光，新加坡国立大学博士李新。三位专家对长江的水文指数评价结果进行了解读。

水文指数高低需综合评判

澎湃新闻：水文在整个长江生命力报告中是怎样一个角色，它的指数高低意味着什么？

陈进：水文是河流生态系统的基本特征或者说是环境要素，它不仅包含水位、流量和水量，也包含水动力和物质通量输移过程，如洄游性鱼类需要激流环境，四大家鱼等产漂性鱼类需要洪水等涨水过程等。

水文指数高低主要针对比较自然河流而言，也就是与没有大型水库调节的时代（1980年以前）比较，指数越高，越接近自然的水文过程。需要说明的是，由于经济社会发展需要，人类需要开发和利用水资源和水能资源，需要修建梯级水库，目前长江上游干流及主要支流（除赤水河外）已经不是纯自然的河流。所以，水文指数不高，主要针对鱼类等自然生态系统而言，对于人口密集、水资源时空分布不均匀的中国，修建水库是必要，不能简单说水文指数高就越好，低就不好，人类和自然都需要水资源，水文指数高或低体现的是人类和自然在水资源分配上的差别。需要综合考量人类发展和自然保护的需求，进行合理分配。

澎湃新闻：报告中水文指数评估包括水文过程指标和连通性指标，长江的水文指数整体处于怎样一个水平。

陈进：长江源区、金沙江上游、赤水河和长江下游等江段水文指数比较高，而大型梯级水库下游水文指数低一些；通江湖泊水文指数高一些。而河流连通性包括纵向（上下游方向）、横向（左右岸方向方向）和垂直（地表与地下之间），纵向连通性问题主要在上游（由于梯级水库），横向连通性问题主要在中下游（由于有堤防），垂直连通性没有问题，目前状态比较好。

水文过程对气候变化的响应很复杂

澎湃新闻：根据报告，长江生命力指数受六大压力因素影响。其中，气候变化对水文指数的影响较为明显。具体影响有哪些？这对我们有什么启示？

李新：气候变化既包括自然变率导致的气候系统改变，也包括人为因素（二氧化碳等温室气体排放）引起的改变。《报告》主要分析了两类气候变化压力对水文指数的影响，一是厄尔尼诺/拉尼娜（ENSO：El Niño-Southern Oscillation，厄尔尼诺与南方涛动的合称）事件（表征气候系统的内部振荡），二是全球变暖（表征人为因素引起的气候变化）。ENSO是热带太平洋海气耦合的最强年际信号，通常表现为热带太平洋海表温度每隔2-7年大范围变暖或变冷的现象，其中暖的ENSO事件称为厄尔尼诺（El Niño）事件，冷的ENSO事件称为拉尼娜（La Niña）事件。

已有研究表明，ENSO事件对太平洋副热带高压和东亚季风环流都有显著影响，对长江流域的降水和洪、旱灾害也有一定的影响。就全球变暖而言，政府间气候变化委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）第五次评估报告指出，全球平均地表温度在过去130多年（1880—2012）升高了0.85℃。全球变暖增加了大气持水能力，可能导致暴雨和洪水等极端水文事件出现的频率和强度发生改变。

长江源头姜根迪如冰川 摄影：马生录

《报告》采用相关分析法分析了ENSO事件和全球变暖对极端降水指数和水文核心指数的影响。结果表明，ENSO事件对长江流域源区、上游、中游的极端降水指标均影响显著。具体而言，ENSO事件中的拉尼娜事件一般会造成长江流域源区、上游和中游极端降水的强度和频率增大，有可能导致长江流域洪水风险增加。全球变暖对长江流域中、下游地区极端降水指标影响显著，一般会造成长江中下游年降水量及极端降水事件的强度和频率增加，也有可能导致长江流域洪水风险增加。

全球变暖及ENSO事件对长江上游、中游、下游的水文核心指数均影响显著。例如，全球变暖与长江上游的岷沱江、乌江，中游的汉江、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数均有显著相关关系。同样地，ENSO事件也与长江上游的岷沱江、嘉陵江、宜宾至宜昌段，中游的汉江、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数有显著相关关系。

值得注意的是，全球变暖及ENSO事件对不同水资源区水文核心指数的影响表现出空间差异性，体现了水文过程对全球气候变化响应的复杂性。这就要求我们要进一步加强气候变化对区域水文循环过程的影响评估，在“长江大保护”的大背景下，不断提升长江流域科学应对气候变化的能力。

澎湃新闻：报告指出，在全球变暖的背景下，大气持水能力增加，导致暴雨等极端水文事件出现的频率和强度发生变化，使得一些地区的洪水和干旱风险增加。研究气候变化对长江流域极端降水的影响，对定量评估长江流域洪旱风险及水文核心指数变化归因有重要意义。具体是哪些重要意义？

陈进：全球气候变暖已经是一个确定性事件，气候变暖不仅使极端暴雨、大洪水或者严重干旱出现几率增加，而且会深刻影响长江生态系统稳定，其影响程度在不同区域表现不一样。在长江源区，冰川和冻土融化，固态水会减少，液体水会增加，也使无效蒸发增加，将深刻影响本来就脆弱的江源生态系统，而在长江口，特大风暴潮（台风）发生几率增加，长时间这样，会使海平面上升会影响沿海地区人类生产生活安全和河口生态系统稳定，所以，必须要科学制定适应气候变化的对策。

澎湃新闻：真如报告所说，全球变暖对长江源区水文核心指数的影响不太明显吗？

李新：《报告》发现，全球变暖对水文过程核心指数相关性不太明显。其原因可能是：在全球变暖大背景下，长江源区呈变暖趋势；对总径流而言，融雪径流的增长贡献可能会被实际蒸散发量的增长削弱或抵消，导致径流对全球变暖的响应存在很大的不确定性。但这并非意味着全球变暖对长江源区的影响小。实际上，已有研究表明：长江源区近几十年来平均气温显著增加，导致姜古迪如南冰川出现显著退缩现象。长江源区气温升高导致的冰川后退和冻土退化问题不容忽视。

长江源头 摄影：王忠武

中游城市群快速发展或导致年洪水次数增加

澎湃新闻：根据报告，五大压力对长江上游区的生命力指数都有较为显著的影响。从水文指数来看，相关压力因素对上游的河流连通性与洪灾降水带来哪些影响？

陈进：上游多数河段由于修建了梯级水库，河流纵向连通性不高，但也由于这些水库群的调节，洪旱灾害损失明显减小，而且可再生的水能资源得到应用，如今年的长江大洪水，正是由于有三峡等控制性水库的调节，没有造成大的洪水灾害，所以，水文指数虽然是一个客观数字，但不能简单判断高低就是好坏，而要看针对什么，需要综合经济社会发展与生态环境保护来评判。

澎湃新闻：根据报告，水库调节和土地利用类型改变对长江上游和中游的水文核心指数均有比较明显的影响。具体有哪些影响？

李新：《报告》发现，水库调节对长江上游的嘉陵江、乌江，中游的汉江和宜昌至湖口流域水文核心指数的影响主要表现为：水库年蓄水总量变化总体上与年洪水次数、洪水平均历时、汛期平均流量等呈显著正相关关系。

这表明，在这些流域，年洪水次数越多、洪水平均历时越长、汛期平均流量越大，都可能导致水库因拦蓄洪水的需求，在一定范围内多蓄水，以达到调节流量的目的。这个关系也充分体现了水库在拦蓄洪水方面发挥着重要作用。

需要补充说明的是，受数据的限制，《报告》以水库年蓄水总量变化作为水库调节的表征指标，该指标未能反映长江流域季节性调节水库对流量过程的调节作用，一定程度上弱化了水库调节对水文指标的影响。但即使采用水库年蓄水总量变化这个相对“粗糙”的指标，我们也发现了水库调节对水文核心指数的显著影响，这说明在长江流域的上游和中游，水库调节对水文过程的影响是真实存在的。

《报告》以城区面积的变化来表征土地利用类型的改变对水文核心指数的影响。结果表明，对于长江上游的金沙江石鼓以下流域、嘉陵江流域，以及中游的汉江流域，土地利用类型的变化与水文核心指数均有显著的相关关系。

长江中游城市群的快速发展，可能导致年洪水次数和汛期平均流量增加。其原因是：城市化过程将很多透水地面变成不透水地面，造成下渗减少，地表径流成分增加，城市排洪量峰值增高。此外，城镇径流也因冲走道路、停车场、屋顶和绿地上的汽油、机油、重金属、垃圾、化肥、农药和其他污染物，成为主要的水污染源之一。

澎湃新闻：根据报告，长江中游区高显著压力有河流连通性改变，中显著有气候变化。这两大压力因素分别对长江中游的水文造成哪些影响？

陈进：主要影响是上游水库群蓄水期的9-10月，向中游下泄水量减少，对于中游及洞庭湖、和鄱阳湖有一定影响，主要体现为枯水期提前，但从整个枯水期来看中下游流量和水量还是有所增加的（由于水库在枯水期放水多于自然情况），目前通过水库群联合优化调度，已经将影响减少到最低程度。长期来看，气候变化对于流域上中下游都有程度不同的影响，中游的影响主要体系在大洪水、城市极端暴雨和严重干旱出现的几率会增加。

澎湃新闻：针对中游的水文情况，报告尤其指出了汉江的情况，称其水文过程指标和连通性与长江全流域主要支流相比均处于较低水平。这是为何，能否详细阐释一下？

陈进：汉江水资源开发利用程度在长江流域是最高的，梯级水库群基本建成，其水文指数不高是正常的。例如汉江最大的丹江口水库，虽然对于汉江的纵向连通性有显著影响，但丹江口水库不仅具有巨大的防洪功能，而且是南水北调中线工程的水源地，目前已经向北方供水5年多了，包括京津冀在内的等北方地区近6千多万人喝上了长江水，明显缓解了华北地下水超采现象，改善了华北等受水区的生态环境，作为水源区的汉江中下游是受到一些影响，但从国家全局来看也是值得的，而且在南水北调工程建设中修建的四项补偿工程（丹江口水库加高、兴隆水利枢纽、引江济汉、闸站改造和航道整治等），将影响减小到最低程度。所以，不能拿个别指数看汉江，而要看从全国来看、系统地看。

“基于自然的解决方案”是应对气候变化挑战的重要手段之一

澎湃新闻：气候变化、流域内土地开发、天然湖泊和湿地空间被侵占、河道行洪通道束窄，使得长江流域的防洪形势变得更为复杂严峻。报告中提出基于自然的解决方案，这个方案如何有效缓解防洪形势呢？

姜鲁光：世界自然保护联盟（IUCN）将“基于自然的解决方案”定义为“通过保护、可持续管理和修复自然或人工生态系统，高效和适应性地应对社会挑战，并为人类福祉和生物多样性带来益处的行动”。国际上倡导的“基于自然的解决方案”，与我国尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念是完全一致的。基于自然的解决方案有很多具体体现，如生态修复、生态系统的适应策略、绿色基础设施等。举例说来，长江中下游的湖泊湿地具有重要的蓄洪滞洪作用，因此，我们在讨论长江防洪问题时，就要充分运用好湖泊湿地的洪水调蓄功能。同样，我们还要把整个长江流域作为一个山水林田湖草生命共同体来看待，保护好自然生态系统，充分利用生态系统的各项服务功能，和既有的经济、社会和工程手段综合发挥作用，才能更好地应对长江流域面临的各项挑战。

在长江生命力报告中，我们结合今年长江中游的洪涝灾害，估算了鄱阳湖的洪水调蓄功能。2020年7月11日，五条河流合计入湖流量达到40700立方米/秒，经过鄱阳湖调蓄后，经过湖口注入长江的流量仅为20000立方米/秒。同时，由于鄱阳湖退田还湖工程全面发挥蓄滞洪作用，退田还湖圩堤分蓄洪水约20亿立方米，降低汛期湖水位25-30厘米，在很大程度上减缓了重点圩堤（保护城镇或数万亩良田）的防洪压力。

此外，我们国家正在推行的海绵城市建设，也是一个很好的“基于自然的解决方案”。海绵城市倡导在城市开发建设中，优先利用自然排水系统与低影响开发设施，实现雨水的自然积存、自然渗透、自然净化和可持续水循环，不仅可以充分利用水生态系统的自然修复能力，而且是解决城市内涝问题的重要手段。对于长江流域来说，海绵城市可以减小流域下垫面剧烈变化对流域产汇流的不利影响。

澎湃新闻：今年水利部印发了《关于做好河湖生态流量确定和保障工作的指导意见》。解读文章中提及了水量调度，生态补水等措施。我们的报告里也提到了三峡工程的生态调度。生态调度对于保障河湖的生态流量，提高长江的生命力起到哪些作用？现阶段有效实施生态调度还需要攻克的难点是什么？

陈进：《关于做好河湖生态流量确定和保障工作的指导意见》要求各水库或者水电站将生态调度作为水库重要调度目标，对于减轻水库群对于河流生态影响有十分重要的作用，例如，三峡水库从2011年开始，针对“四大家鱼产卵”要求，每年5月到6月,通过人工下泄洪水过程，开展生态调度，取得了预期成果。生态调度目前存在的主要困难是长江鱼类资源丰富，每一种生物都有特定的水文要求，要同时满足不同生物水文要求仍然比较困难，还有一些物理要素，如水温过程、水流透明度（含沙量）等要求也比较难以模拟，需要今后进一步监测、分析和实施。