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攝影：Karine Aigner

當你打開一罐“快樂水”時，可能很少會去想里面的水是從哪里來的：實際上，印度的可樂含有經(jīng)過處理的雨水，而馬爾代夫的可樂中可能含有淡化海水。這些水之所以來源各異是因為全球正面臨水資源短缺。在全球500個大中型城市中，約10億人口面臨水資源短缺。缺水，其實離我們很近！本期解鎖自然的力量系列長文將重點解讀：基于自然的解決方案（Nature-based Solutions, NbS）在應對水資源危機方面的作用。

水資源是可供人類直接利用，能不斷更新的天然淡水（主要指陸地上的地表水和地下水）。盡管地球上水的總儲量多達13.86億立方千米，但淡水儲量只占2.5%。而目前直接可利用的地表淡水只占地球總水量的0.3%左右。

對水資源的開發(fā)利用幾個條件制約（HELP，2015）：

可供水量：特定地區(qū)通過降水、徑流和含水層實際可獲得的水量；

質(zhì)量：用于不同用途時可被接受的水質(zhì)；

可得性：水資源的可得性很大程度上取決于分配機制、使用許可和相關基礎設置的完備程度；

穩(wěn)定性：隨時間變化，可供水量、獲取和水質(zhì)的穩(wěn)定程度，水資源回流模式的改變及生態(tài)系統(tǒng)退化影響水資源的穩(wěn)定性。

水資源短缺引發(fā)嚴重水危機

2020年，聯(lián)合國發(fā)布的《世界水發(fā)展報告》指出，在過去100年中，全球用水量增長了六倍。并且由于人口增加、經(jīng)濟發(fā)展和消費方式轉(zhuǎn)變等因素，全球用水量仍以每年約1%的速度增長。氣候變化以及風暴、洪水和干旱等極端事件的頻率和強度日益增加將使目前已經(jīng)面臨“水資源緊張”國家的處境更加惡化，并將目前尚未受到嚴重影響的地區(qū)置于類似境地。

攝影：Nick Hall

人口增長、生活方式變化、肉類消費增加以及農(nóng)業(yè)、采礦業(yè)、能源生產(chǎn)和制造業(yè)等對水資源的需求不斷增加，給有限的可利用水資源帶來了越來越大的壓力。目前，全球的取水量已接近最大可持續(xù)利用極限（Hoekstra et al.，2012）。日益嚴重的水資源短缺是目前可持續(xù)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)之一。當前大多數(shù)基礎設施在設計時并未充分考慮全球氣候變化帶來的不確定影響，從而無法滿足日益變化的需求。而生態(tài)系統(tǒng)退化亦是加重全球水危機的一個重要原因。

水資源短缺是指缺乏足夠的淡水資源來滿足用水需求，其本質(zhì)是對水資源的需求和可用水量之間的時空不匹配（Sandra et al.，1996）。全球有近三分之一的人口——26億人，生活在“高度缺水”的國家，其中17個國家中的17億人生活在“極度缺水”的地區(qū)（https://data.worldbank.org.cn/）。

巴西一家水廠的凈水設施 | 攝影：Scott Warren

水資源短缺威脅著人類生活、生計和社會穩(wěn)定。全球"有數(shù)十億人口無法獲取安全水源，正在掙扎求生"，由于缺乏基本的水和衛(wèi)生設施，全球每年損失2600億美元（WHO，2012）。

由于無法對有限的水資源進行合理分配，許多極度和高度缺水的國家和地區(qū)之間有可能出現(xiàn)因水資源引起的沖突和戰(zhàn)爭，如以色列、利比亞、也門、阿富汗、敘利亞和伊拉克等。長久以來，盡管各國投入大量人力物力興建相關基礎設施，并努力通過水管理計劃和節(jié)水技術提高用水效率，但缺水仍然是很多國家和地區(qū)面臨的主要問題，并被視為未來十年全球最大的風險之一（WEF，2020）。隨著世界人口不斷增加、生活水平提高、飲食結(jié)構(gòu)變化及氣候變化的影響，這一挑戰(zhàn)將更加嚴峻。地球面臨嚴重的水危機已經(jīng)是不爭的事實。

中國水資源現(xiàn)狀

水資源已經(jīng)成為我國嚴重短缺的產(chǎn)品，是制約環(huán)境質(zhì)量的主要因素以及經(jīng)濟社會發(fā)展面臨的嚴重安全問題（陳雷，2014）。我國水資源問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

人多水少：我國水資源總量約為2.8萬億m3，人均占有量僅為2100m3，約為世界平均水平的1/4，是世界13個人均水資源占有量最匱乏的國家之一（圖1）（國家統(tǒng)計局，2020）。

圖1 人均可再生內(nèi)陸淡水資源（m3）

| 來源：https://data.worldbank.org.cn/

時空分布不均：我國水資源時空分布極不均勻，與耕地資源和其他經(jīng)濟要素匹配性差，加上工程設施體系的不完善，華北、西北、西南以及沿海城市等地區(qū)水資源供需矛盾突出。正常年份全國缺水達500億m3，枯水年份缺口更大，全國每年干旱缺水造成經(jīng)濟損失超過2000億元（王浩等，2012）。

水資源過度開發(fā)，地下水超采嚴重：黃河流域開發(fā)利用程度已經(jīng)達到76%，淮河流域也達到了53%，海河流域更是超過了100%，超過其承載能力。北方地區(qū)地下水普遍嚴重超采，全國年均超采200多億m3，現(xiàn)已形成160多個地下水超采區(qū)，超采區(qū)面積達19萬km2，引發(fā)了地面沉降和海水入侵等環(huán)境地質(zhì)問題（王浩等，2012）。

用水效率低：與水資源管理先進國家相比，我國用水效率還有很大提升空間。其中，我國灌溉水利用率僅有46%，而美國已達54%，以色列更是達到87%（圖2）?？紤]到我國農(nóng)業(yè)用水占比超過六成，未來農(nóng)業(yè)用水節(jié)水潛力還很大。

圖2 國際用水效率對比圖 | 劉晶等，2019

NbS應對水資源管理危機

健康的生態(tài)系統(tǒng)可提供供水和調(diào)節(jié)水文的生態(tài)系統(tǒng)服務，調(diào)節(jié)降水，減緩徑流，自然地過濾和儲存水，而后穩(wěn)定釋放（Grizzetti et al.，2016）。這些生態(tài)系統(tǒng)服務不需要或者只需要很低的成本，而且易于維護。不幸的是，全球生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)嚴重退化。人口增長、土地利用變化、工農(nóng)業(yè)過度取水、污染、過度捕撈等人類活動帶來的壓力導致生態(tài)系統(tǒng)及其服務功能嚴重退化。生態(tài)系統(tǒng)退化導致蒸發(fā)速度加快、土壤蓄水能力降低、地表徑流增多、土壤侵蝕加劇，都給水循環(huán)帶來嚴重的負面影響，致使水資源可供水量減少、穩(wěn)定性變差、獲取難度增加。通過對生態(tài)系統(tǒng)的保護、可持續(xù)管理和修復等NbS措施，可以改善生態(tài)系統(tǒng)服務功能，從調(diào)節(jié)、增加可供水量和提高水的使用效率兩方面助力水資源管理。

圖片來源：TNC

NbS應用于水資源管理將帶來廣泛的協(xié)同效益，包括改善人類健康、生物多樣性、改善生計以及減緩和適應氣候變化。通過結(jié)合NbS，社會保障和公共工程項目也可以更好地支持疫情后的經(jīng)濟復蘇。NbS為水資源管理提供了全新的選擇。當前，水資源管理開始從基于水利工程技術的流域水資源分配調(diào)度的管理，轉(zhuǎn)向基于水利工程技術的方案與NbS相結(jié)合的管理，以更符合自然規(guī)律的方式來應對水危機，實現(xiàn)從對抗自然到順應自然的轉(zhuǎn)變。水資源管理范式的改變既是保障用水安全的必要手段，也是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標的必然選擇。

NbS調(diào)節(jié)和增加可供水量

NbS可以通過影響徑流、滲透等水文過程，發(fā)揮調(diào)節(jié)或增強供水的作用：①提升濕地/土壤的滲透和蓄水能力、增加含水層水量，從而增加/維持（清潔）供水；②在干旱期間通過自然儲水“設施”（包括土壤和地下水、地表水和含水層）穩(wěn)定釋放水分緩解干旱；③減少沉積物從而增加水庫的容積；④改善水質(zhì)從而增加可供水量。

攝影：Mark Godfrey

攝影：Carlton Ward Jr

攝影：Steve Austin

攝影：Pan Ruowei

可用于供水調(diào)節(jié)的NbS包括但不限于：

森林保護、造林：森林有助于攔截降水、涵養(yǎng)水源，林地中的土壤儲存和釋放水分的能力有助于調(diào)節(jié)流域的供水。森林保護和造林有助于減少土壤侵蝕和泥沙輸送，增加土壤入滲，減少地表快速徑流和下游洪水風險。在流域上游造林可顯著減少進入水庫的沉積物，從而增加水庫容量。需要注意的是，造林需要選擇適合本地氣候和水文條件的樹種，否則可能會因過度消耗地下水而加劇水資源短缺（Cao et al.，2009）。

濕地保護、修復、修建功能性人工濕地：濕地在水資源管理方面能提供巨大的調(diào)節(jié)和供給服務。濕地能夠儲存大量的雨水徑流，在干旱時期通過緩慢釋放儲存的水來提供水分，有助于調(diào)節(jié)水量。濕地也有助于地下水的補給，據(jù)估計，人工濕地可以通過滲透和蒸發(fā)減少5-10%的徑流量(CWP，2007)。濕地保護有助于消除導致其退化的因素，從而避免其生態(tài)系統(tǒng)服務功能下降或喪失?？茖W的濕地修復可有效修復退化濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務功能，研究顯示，修復退化的濕地可使?jié)竦氐墓┙o、調(diào)節(jié)和支持功能提高36%（Meli et al.，2014）。

連通河流和河漫灘濕地：河漫灘濕地對區(qū)域水量平衡有重要影響，它可以接納并儲存過量洪水，既削減洪峰，又有助于減緩下游河流流速并補充地下水（Opperman，2014）。連通河流和河漫灘濕地，能夠在一定程度上修復自然的、周期性的旱澇過程，發(fā)揮其生態(tài)系統(tǒng)服務功能。

雨水收集：由于缺乏適當?shù)墓こ毯涂沙掷m(xù)生態(tài)系統(tǒng)管理，在一些干旱地區(qū)每年通過徑流損失以及由裸露的地表蒸發(fā)的雨水就達數(shù)百億m3，雨水收集可將這部分徑流收集和儲存在地表儲水區(qū)、土壤剖面或補給含水層。雨水收集有助于減少、減緩降雨帶來的徑流，增加入滲，更好地補給地下水。此外，雨水收集有利于減輕土壤侵蝕，提高土壤肥力。

城市綠色基礎設施：包括綠色屋頂、綠色空間（雨水花園、生物滯留池）等。城市綠色基礎設施可以和其他灰色基礎設施一起，為城市水量、水質(zhì)調(diào)節(jié)提供服務。城市綠色基礎設施有助于減少暴雨徑流，減輕雨洪對城市下水道系統(tǒng)的影響；同時增強雨水下滲，改善地下水補給。例如，以草本植物為主的滯留池，可減少多達86%的徑流量（Sabourin et al.，2008）。

案例

肯尼亞塔納河流域水資源綜合治理

肯尼亞首都內(nèi)羅畢95%的日常用水來源于塔納河（Tana river）。塔納河全長約1014km，是肯尼亞最長的河流，流經(jīng)肯尼亞最富饒農(nóng)業(yè)區(qū)的約一百萬個農(nóng)場，與肯尼亞的糧食安全息息相關。它為四百萬內(nèi)羅畢居民以及五百萬流域內(nèi)的居民提供了95%的水源，并提供了該國一半的水電輸出。然而，自20世紀70年代開始，流域內(nèi)大面積的陡坡森林和濕地被開墾為農(nóng)田，由此導致的土壤侵蝕和水庫泥沙淤積成為了極其嚴重的問題。一方面，土壤隨雨水被沖入河中，導致土壤流失、肥力下降；另一方面，進入水體的過量泥沙堵塞并擾亂了水處理設施，致使水供應中斷。2010年，內(nèi)畢羅60％的居民無法獲得可靠的供水。

塔納河（Tana river）| 攝影：Ron Geatz

為解決塔納河流域的水土流失和供水不穩(wěn)定的問題，并確保治理措施真正落地實施，TNC聯(lián)合眾多方利益相關方，如縣政府、水資源管理局、森林服務部門、區(qū)域理事會、內(nèi)羅畢水務公司以及多家企業(yè)成立了上塔納—內(nèi)羅畢水基金（Upper Tana－Nairobi Water Fund，UTNWF）。UTNWF水基金是一個公私合作制實體進行運作的慈善信托基金，它利用下游水廠和水用戶的資金，來補償和保護上游水源地的生態(tài)系統(tǒng)及其服務功能，以保障下游內(nèi)羅畢的水量和水質(zhì)。簡而言之，水基金的實質(zhì)是下游水用戶購買上游的生態(tài)系統(tǒng)服務功能（圖3）。

圖3 水基金概念示意圖 | 來源：

https://waterfundstoolbox.org/getting-started/what-is-a-water-fund

通過科學規(guī)劃，UTNWF在塔納河流域采取了一系列的生態(tài)系統(tǒng)修復和可持續(xù)農(nóng)業(yè)管理措施，包括：

造林：在流域的高海拔地區(qū)采用本地樹種進行植樹造林，這些地區(qū)此前曾被開墾為農(nóng)業(yè)用地，但目前不是生產(chǎn)性農(nóng)田；

修復河岸帶：沿河流及溪流種植本地植物品種的緩沖區(qū)，以減輕徑流輸送；

改變當?shù)剞r(nóng)民的耕作和用水方式：使用覆蓋作物保護土壤免受沖刷，推廣集雨池儲存雨水用于灌溉，減少從河中抽水；

推廣滴灌技術，減少灌溉用水。

以集雨池為例，利用集雨池將雨季產(chǎn)生的多余地表水通過田間集流儲存起來，在旱季土壤缺水時分批次回灌于農(nóng)田土壤。既提高了農(nóng)田降雨利用率，同時減少雨水徑流造成的土壤侵蝕和農(nóng)田水澇災害。此外，這些水也可作為牲畜飲水和家庭用水，一舉多得。這些措施將大大改善塔納河的健康狀況，為內(nèi)羅畢提供更可靠的供水：泥沙沉積導致的輸水中斷將可減少30%，旱季流量增加15%，流域內(nèi)的50多萬人的飲用水水質(zhì)也將得到改善。在不同的地區(qū)，不同的自然條件和水資源利用狀況下，水基金可以通過綜合利用多種NbS方案因地制宜地解決“水資源問題”。

更多工具和案例，請訪問：https://waterfundstoolbox.org/

攝影：Nicolai Brügger /TNC Photo Contest 2019

隨著研究和實踐的增加，人們越來越認識到生態(tài)系統(tǒng)在水資源開發(fā)利用和管理中的重要作用。雖然水庫、污水處理廠和供水系統(tǒng)等灰色基礎設施不可或缺，但是，健康的生態(tài)系統(tǒng)才是穩(wěn)定、可持續(xù)供水的基礎。通過對生態(tài)系統(tǒng)的保護、可持續(xù)管理和修復等NbS措施，可以改善生態(tài)系統(tǒng)服務功能，從調(diào)節(jié)、增加可供水量和提高水的使用效率兩方面助力水資源管理?？茖W運用自然的力量，通過更有針對性的措施，為供水安全保駕護航，更好地應對水資源危機。