Nature Communications | 复旦大学李博团队为优化中国水资源分配提供了新的研究维度和重要数据支撑

生态学者 2022-07-27

收录于合集 #水循环 16个

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中国陆地面积广阔，气候类型多样，水资源总量丰富但空间分布极不均匀，总体呈现南多北少。北方人口密集、耕地面积大、工农业用水多且利用率低，快速城市化导致水质呈恶化趋势，进而加剧了水资源短缺危机。因此，全面准确地获得中国水体时空特征与动态并探究其驱动机制对缓解水资源危机尤为关键。

本研究基于谷歌地球引擎（GEE）云计算平台，结合1989-2016年陆地卫星（Landsat）影像，获得了中国近30年的30-米季节性水体和年永久水体数据集，并分析了地表水、陆地水储量（GRACE卫星数据）的时空分布特征及相关性，探讨了气候变化（气温、降水）和人类活动（水库修建、跨流域调水、地下水开采等）对水资源的影响。

图1. 中国地表水1989-2016年时空分布特征

图2. 中国地表水和陆地水储量2002-2016年时空分布特征及相关性

研究发现，中国地表水资源和陆地水储量存在明显的空间分布差异，呈现南多北少的分布。南方的地表水资源呈明显增加趋势，而北方则明显减少，内蒙古和北京降幅最为显著。局部如中国西部青藏高原地区，地表水显著增多且增幅最大（图1）。我国北方地区的陆地水储量显著减少，而东南和西南部分地区的水储量显著增加。但由于冰川融雪的加速，我国西部山区的陆地水储量正在逐年减少。将地表水和陆地水储量做相关分析发现，在北方地区二者存在显著的负相关（图2），明确反映出北方地下水过度开采的现状。

此外，该研究还针对6个典型省份的情况分析了三峡大坝、生态调水及气候变化对地表水资源和陆地水储量的影响（图3）。三峡大坝的修建显著提高了上游地区（重庆市）的地表水和陆地水储量（图3a），但却导致下游地区（江西）地表水和陆地水储量的减少（图3c）。不同的是，三峡大坝导致湖北省（大坝所在省份）地表水面积的减少和陆地水储量的增加（图3b）。2002-2003年间，山东省从长江到南四湖进行生态调水，导致地表水体显著扩张，但陆地水储量的持续下降侧面印证了山东地下水被严重开采。而自2012年后青藏高原陆地水储量逐年下降，则是全球气候变暖加速了青藏高原冰川融化的结果。

图3. 重庆、湖北、江西、山东、西藏和青海省水资源动态变化

图4. 基于多元回归模型的驱动力分析

研究进一步采用多元回归模型推演到全国尺度，发现我国近30年的水坝水库修建，与我国10个省份的水资源变化呈显著正相关，表明新建水坝水库可以显著增加相应省份地表水面积。降水对我国东部10个省份具有显著影响，尤其是黑龙江、安徽和江西省，而气温波动则仅与辽宁省的水资源变化呈显著负相关。北部和西部部分省份存在显著的水体继承性，即受到上一年水体面积的显著影响。研究结合世界人口网格数据集（Gridded Population of the World），发现我国共有5.7亿人口生活在地表水或陆地水储量显著下降的地区，人水矛盾突出。研究同时也指出了相关的应对措施：在国家层面，应优化水资源配置，增强区域联动；在区域层面，应合理优化产业机构，控制地下水开采；在城市层面，应协调好经济发展和生态保护关系；这样，才能缓解水资源危机。

该项研究成果以“Gainers and losers of surface and terrestrial water resources in China during 1989-2016”《1989-2016年中国地表水和陆地水资源的赢家和输家》为题发表于Nature Communications。该研究系统分析了中国水资源时空分布特征及驱动力，为优化水资源分配提供了新的研究维度和重要的数据支撑。该文第一作者为复旦大学生命科学学院博士研究生王新新，共同通讯作者为美国俄克拉荷马大学萧向明教授和复旦大学生命科学学院李博教授；合作单位还包括美国马里兰大学、中国科学院地理科学与资源研究所、美国领英公司和中国热带农业科学院。该研究得到了国家自然科学基金和国家留学基金委等的资助。