1.2　国内外研究进展

1.2.1　气候变化对水文过程影响的相关研究

2008年4月8日，政府间气候变化委员会在布达佩斯正式通过气候变化和水（Climate Change and Water）的技术报告。该报告由来自20个国家的27名主要作者和9名主要贡献作者共同撰写完成，建立在2007年出版的IPCC 3个工作组第四次评估报告的基础上，吸纳2007年发表的最新研究成果。该报告基于系统、可靠的观测以及运用包括模式和模型等多种技术手段进行计算与深入分析，重点评估目前和未来与水有关的气候变化影响，包括重点部门和区域差异、减缓气候变化和水问题、政策和维持发展的潜在联系、认识的差距以及对未来研究的建议。从这个报告和其他一系列的研究可以看出，气候变化对水文过程的降水分布、局地暴雨、河川径流、冰川冻土、土壤含水量、地下水位、陆面蒸发等多个方面都产生了深刻的影响，并且在不同的区域有着全然不同的结果。

1.2.1.1　降水量

从全球的宏观范围来看，降水有空间的和年际的变化，20世纪降水在北半球高纬度大部分陆地区域增加，而在10°S～30°N自20世纪70年代以来降水减少。有些地区1900—2005年的降水存在长期趋势，在北美和南美东部、欧洲北部、亚洲北部和中部，降水量显著增加；在萨赫勒、地中海、非洲南部、亚洲南部部分地区降水量减少。亚洲一些地区在年降水增加的背景下降雨强度增加，干旱的日数增加。

从局部区域来看，我国西北地区夏季降水自20世纪80年代以来，除沙漠盆地外，均呈较明显的增加趋势。由于初夏青藏高原地面加热场异常偏强，使6月西北大部地区降水偏多，7—8月黄河上游、渭水流域降水偏多，西北地区的西部、北部少雨。从1998年开始，河西走廊的祁连山脉西侧降水有明显增加的趋势。我国西南区域强降水事件增加，21世纪以来发生了两次大范围的冰冻雨雪天气，是20世纪后半叶没有发生过的；东南地区降水偏少事件也频频发生；西部一些草地类型消失，夏季更为干旱，增加了作物灌溉压力。北欧冬季降水增加，地中海地区降水减少。

可能强降水事件的发生频率在大部分陆地区域已经增加，这可能与大气中的水汽增加有关，并且与观测到的全球变暖是一致的。1961—2003年，全球海平面上升的平均速率为1.8mm/a，1993—2003年，该平均速率增加，约为3.1mm/a。全球海水的增暖引起海水膨胀，造成海平面上升，当然也与冰川和冰盖的大范围减少使海平面上升有关。

1.2.1.2　河川径流

河川径流随着气候的变化而变化，其与降水的关系最为密切。气候变化引起河川径流变化的因素除了降水外，气温变化也是重要因素。研究表明，北半球雪盖和山地冰川更多地融化，致使其水储藏量明显减少。在许多由冰川和积雪供水的河流中，径流量和早春最大溢流量增加。山区的人居环境遭受因冰川融化所致的冰湖溃决洪水的风险加大。在多年冻土区，土地的不稳定状态增大，山区出现岩崩。总体上来说，冰冻圈的变化是对气候变暖、冰雪物质减少的响应。

山地冰川和冰帽等融化加强，融化季节延长，导致江河径流和流量峰值增加。随着几个陡峭山脉（包括喜马拉雅山脉、安第斯山脉和阿尔卑斯山脉）的冰川从突出的小冰期冰碛退缩而形成冰川湖，这些湖泊很有可能引起冰川湖洪水的暴发，因为埋藏冰的解冻威胁着小冰期冰碛的稳定。由于积雪范围在时空上均有减少，过去65年间北美洲和欧亚大陆北部地区春季江河流量高峰发生时间提前了1～2周。高可信度证据表明，许多地区的湖泊和河流变暖，对其热力结构和水质产生影响，藻类和浮游生物增加。

南北半球的多年冻土减少，山地冰川和积雪总体都已退缩。自1900年以来，北半球冬季冻土的最大面积减少了约7%，春季减少高达15%。观测证据表明，20世纪70年代以来，一些海洋上强热带气旋活动增加。河川径流减少、极端缺水年份增多的地区有非洲北部，地中海地区，中东，近东南亚，中国北部，澳大利亚、美国、墨西哥三国的部分地区，巴西东北部，以及南美西海岸。这与降水减少、干旱增加、冰川收缩、水污染等有密切联系。

拉丁美洲地区在过去30年受到了与气候相关的影响，一些与恩索（ENSO，厄尔尼诺与南方涛动的合称）事件相联系，如极端气候造成洪涝、干旱、滑坡等，可用水资源紧张，降水在南部增加明显，海平面平均每年上升2～3mm，热带地区的高山冰川减少等。在亚洲一些地区年降水增加的背景下降雨强度增加，干旱的日数增加，冰川快速退缩，冻土融化。过去几十年许多地方水稻、玉米和小麦减产，草场退化。预计气候变化将使河流系统的流量在季节上和总量上都减少，致使海水入侵。

1.2.1.3　蒸发量

从理论上讲，降水增多是蒸发量增加的响应。全球气温升高可能增加了海面的水汽蒸发，当然也增大了陆面蒸发和冰雪蒸发的动量。目前还看不到专项的研究报告证明全球气温升高对蒸发影响的具体成果。从北方干旱半干旱地区的监测数据来看，气温与蒸发有着较好的相关关系，这主要是因为降水日数减少、气温升高必然引起蒸发的增加。

蒸发能力增强迫使一些干旱、半干旱和半湿润地区，如澳大利亚、美国西部和加拿大南部以及萨赫勒地区更多地发生了历时多年、更大的干旱。20世纪50年代中期以来，欧亚大陆大部、非洲北部、加拿大和阿拉斯加干旱明显。20世纪70年代以来全球很干旱（干旱指数PDSI小于-3.0）的陆地区域从占全球的12%增加到30%。干旱已变得更为常见，尤其是在热带和副热带，观测到强度更强、持续时间更长的干旱。一些地区温度增加、降水减少，干旱化更为严重。

20世纪后期，我国北方干旱有逐渐加重的趋势，缺水矛盾日益突出，干旱范围逐步扩大，持续时间也由单年、单季、单月向连年、连季、连月增长，农作物受灾面积和粮食产量损失加大。华北地区发生干旱的频次与范围加大。华东地区最严重的干旱年份大都与梅雨期特别短、梅雨量特别少有关，导致高温干旱加重。西北地区自小冰期的19世纪至20世纪80年代中后期，气候期上处于向暖干化发展的趋势。

1.2.2　水电梯级开发对水文效应研究进展

水电开发主要是对河流形态环境条件的改变，环境条件改变引起的水文变化最初只具定性概念。1863年，G.P.马什发表的《人与自然》一书，记述了森林对水文变化的影响。国际水文十年（IHD，1965—1974年）期间，将人类活动对水循环影响和代表性、实验性流域研究列为主要研究任务之一。1975年，联合国教科文组织（UNESCO）在国际水文计划（IHP）中制定了一系列研究课题和活动，并于1980年6月在赫尔辛基举行了人类活动对水情影响与代表性、实验性流域学术会议。1991年，美国水文科学国家委员会提出水文科学研究的五大问题中最受关注的是人类活动对水文效应的影响。在国际水文计划Ⅲ（1984—1989年）和Ⅳ（1990—1994年）期间，水文效应的研究与水利工程环境影响评价结合得更紧密，水文形势的改变对于生态环境的影响是大坝建设对生态环境的重要影响，任何地区水资源系统的合理开发、利用规划和管理，水文效应均是很重要的问题。与国际水文计划交叉的计划环境、生命和政策水文学（HELP）计划、国际实验和网络数据水流情势（FRIEND）计划以及与国际水文计划有联系的相关计划国际洪水行动计划（IFI）、国际泥沙行动计划（ISI）在水资源系统研究中，人类活动对水文情势的影响已成为主要的研究课题。目前，基于流域水文模型分析人类活动对流域水资源和洪水的影响是近代水文学发展的一个重要成就，随着分布式流域水文模型的不断成熟和普遍使用，这种分析研究人类活动对水资源和洪水影响的方法，将会越来越受到重视。

河流不仅具有供水发电、航运等经济功能，而且具有调节气候、改善生态环境等生态功能，对人类生存和发展意义重大。目前研究最多的是人类活动对河流健康的影响问题，维持河流健康生命的理念行动，在我国水利界得到了广泛的响应和认同，并引入水资源管理的实践。黄河水利委员会提出了“维持黄河健康生命”的目标，长江水利委员会提出了“维持健康长江，促进人水和谐”的治江新方略等，美国、澳大利亚、英国、南非等国家从20世纪90年代起已经展开了相关研究，并提出了对应的管理计划，对河流健康进行监测和评价。开发水电实际上相当于直接从水流中提取能量，过多开发利用水电必将导致其下游水流的动能降低，对冲积性河床来说，可能使水流冲刷河床和输送泥沙的能力降低，进而导致泥沙淤积、河床萎缩。水电站建设通过闸坝调度对河流实行径流调节，造成水文过程的均一化，也会降低洪水脉冲效应。维持河流健康生命的理念已经对中国江河治理的健康发展起到积极的促进作用，而且已在“十一五”水利发展规划中得到全面体现。2006年我国启动了财政部专项项目“全球江河泥沙信息管理数据库”，由中国水利水电科学研究院、长江科学院、黄河水利科学研究院、清华大学及武汉大学等多家科研单位和大专院校组成专项课题组，开展国家自然科学基金重大项目课题“长江水沙变化趋势与水利工程建设对河流健康的影响”“黄河水沙变化趋势与水利工程建设对黄河健康生命的影响”“国外典型河流水沙变化趋势的研究”“国外典型水利工程建设对河流健康影响的研究”等的研究，主要目标是通过研究全球水沙变化趋势与水利工程对河流的影响，促进世界水文学科研究的发展，更好地处理人类活动与自然的和谐相处，为合理开发水能资源和保护生态环境提供技术支撑。