本文来自微信公众号：中国工程院院刊 （ID：CAE-Engineering），选自中国工程院院刊《Engineering》2022年第6期，作者：刘俊国（深圳科技大学）等，原文标题：《澜沧江-湄公河流域气候和水资源变化的过去和将来丨Engineering》，题图来自：视觉中国
一个高可信度的共识是，在未来30~50年里，整个澜湄流域的年降水量将显著增加，该流域的年降水变异性也将增加。预测的增湿趋势具有如此高的可信度，主要是由于未来全球变暖无可争议，这可能会加强从印度洋和西太平洋到澜湄流域的水汽输送，导致流域降水更多。
根据排放情景，澜湄流域年降水的这种预估湿润趋势范围为2.5%~8.6%（A1b）至1.2%~5.8%（B1）。在2 ℃变暖情景下，预计到2050年，湄公河上空的年降水量将增加35~365 mm（3%~14%），澜沧江流域上空的年降水量将增加约10%。在2~6 ℃升温情景下，预计澜沧江流域几乎所有月降水量将增加20%~60%，仅4月降水量呈下降趋势，预计将减少16%~40%。在中等信度的情况下，预计到2050年湄公河上空的雨季（5~10月）降水将增加，但旱季（11月至次年4月）降水将减少。
此外，降水量变化呈现从高海拔到低海拔的空间抬升，例如，历史上在海拔约280 m观测到的1500 mm降水未来将可能出现在海拔约80 m的地区。
三、澜湄流域的水资源——历史变化和未来预测
（一）地表水
1960—2010年期间，澜湄流域年径流量总体呈下降趋势（可信度较低），但在2010年之后年径流量没有明显的变化趋势。由于各研究采用的数据和方法不同，多数研究发现澜湄流域的历史径流量呈下降趋势，少数研究显示径流量呈增加趋势。历史径流变化的详细研究综述如表S2所示。
径流变化是气候变化和人类活动共同影响的结果，各自的贡献在不同地区和不同时期有所不同。2010年前，气候变化是澜湄流域径流变化的主要驱动因素，而2010年后，以大坝建设为主的人类活动对澜湄流域径流变化的影响更大。
实地观测和模型模拟结果均证实了这一点。在1992—2009年过渡期，气候变化对年径流变化的贡献率为82.3%，在2010—2014年后，人类活动对年径流变化的贡献率为61.9%。在年径流和年水位变化方面，与湄公河相比，澜沧江流域的水文过程对气候因素较人类活动更为敏感。这一差异表明近年来密集的人类活动对水文过程变化的剧烈影响，尤其是在湄公河流域。
澜沧江和湄公河之间的径流变化差异是由于水文系统受不同气候过程影响所导致。澜沧江流域径流主要受降水和融雪的影响，湄公河径流主要受强季风期降水影响。1960—2014年年气候变化和人类活动共同作用下，澜沧江流域区域的径流量呈增加趋势，而湄公河大部分区域的径流量呈轻微减少趋势。在澜沧江流域中，1961—2001年汛期洪水的强度和频率呈上升趋势，并预计在21世纪（2011—2095年）持续上升。然而，澜沧江流域大坝的流量调节可能会降低气候变化引起的洪水事件的这种积极趋势。
澜沧江-湄公河干流径流量具有较强的季节性。而在大坝投入运行后，干流的季节性变化明显减弱。水库在雨季蓄水，在旱季泄洪，从而改变径流过程。一般在大坝建设之前，汛期径流量都是增大的，而在上游大坝建成后，洪峰流量呈减小的趋势。流域内的大坝运行使汛期径流量减少，而非汛期流量增加，从而减弱了径流的季节性。
观测研究发现，1985—2010年澜沧江Chiang Saen站的水库使得非汛期径流增加了34%~155%，汛期径流减少了29%~36%。澜湄流域中最重要的支流3S（Srepok， Sesan， and Sekong）盆地，在所有支流中对径流量贡献最大。历史观测记录表明，大坝建设导致1986—2005年间的汛期（非汛期）径流减少（增加）了63%~88%（22%~24.7%）。预计21世纪30年代、60年代和90年代，在RCP4.5的排放情景下，3S流域的年径流量较2000—2005年的基准期分别增加10.7%、14.8%和13.9%。
尽管径流的季节性下降，但由于水库调度方案和澜湄流域土地覆被变化的共同作用，枯水期沿河上游的径流量变率增加。因此，整个流域的洪水幅值、持续时间和最大水位均有所降低，导致汛期洪水脉冲的开始、峰值和结束时间明显滞后。
如果湄公河干流上规划建设的大型水坝按计划投入运行，洪水过程变化将会进一步扩大，尤其是在洞里萨湖和湄公河三角洲地区。洪水脉动的变化有助于预防洪涝灾害，但对水生生物多样性可能造成潜在影响。除了大坝建设引起的径流过程变化外，大尺度大气环流过程（如辐射、对流和气溶胶运动）也增加了1924—2000年时期极端洪水和低流量的可能性。
除了气候变化和大坝建设，其他人类活动，如灌溉和耕地扩张也改变了澜湄流域的水资源。研究表明，尽管由于耕地扩张和灌溉引起的流域平均径流变化较小，但在高灌溉区（如湄公河下游地区）的平均径流变化显著。
澜湄流域总取水量约为62 km3，占年平均流量的13%，越南、泰国、中国、老挝、柬埔寨和缅甸的取水量占比分别约为52%、29%、9%、5%、3%和2%。平均地表水采水量占流域总采水量的97%，地下水采水量占总采水量的3%。其中农业用水占总用水量的80%~90%，不到年均总径流的4%。
在不同的气候强迫和模式下，澜湄流域的预测径流量呈增加趋势，且具有高可信度。但由于径流易受水坝建设、灌溉扩张、土地利用变化和气候变化等不同驱动因素的影响，年尺度和季节尺度的径流量都会有较大变化，并呈现增加趋势。水电工程在旱季进行排洪，雨季储流，其对季节径流的影响较其他驱动因素更大，但对年径流流量工程的影响不显著。
一项基于全球气候模型CMIP5统计降尺度数据和分布式水文模型VMod模拟[空间分辨率为0.5°（在赤道约50 km）]的研究表明，气候变化可能使年径流量增加15%，而灌溉扩张将导致2036—2065年的年径流量与1971—2000年相比下降约3%，旱季径流变化率（+70%）高于雨季（-15%）。预测3S流域枯水期径流量增加96%，丰水期径流量减少25%，表明3S流域径流对气候变化和人类活动的敏感性高于澜湄流域的平均水平。
径流变化的空间分布差异较大，尤其是在湄公河。澜湄流域的未来预测径流量呈现增加趋势，但这种趋势的不确定性较大。将11个GCM的预测结果与历史时期（1951—2000年）的实测值比较，预计到21世纪30年代，澜湄流域年径流量将增加21%，增幅在-8%~90%之间。但Västilä等的研究表明，到21世纪40年代，澜湄流域的年径流仅增加4%。
以上研究采用ECHAM4气候模型的动态降尺度水文气象数据驱动分布式水文模型VIC，空间分辨率为25 km。其他基于CMIP5近期（2036—2065年）数据集的研究结果也表明澜湄流域年平均流量变化范围相对较小（3%~10%）。
如仅关注气候变化对径流的影响，研究结果表明极端高流量事件的量级和频率呈现增加趋势，而极低流量事件的发生频率将减少。更加频繁的极端高流量事件将加剧澜湄流域的洪水风险。预计在未来20~30年里，大规模的水电建设对水文的影响将超过气候变化。
此外，澜湄流域各子流域水体变化程度也有所差异。至21世纪末（2080—2099年），预计降水日数将增加，进一步增加干旱期的洪水风险，但有利于干旱期的水资源利用。变化率与地理位置有关。例如，Hoang等的研究表明，与1971—2000年的基准年相比，2036—2065年期间，各子流域的年径流变化根据位置变化范围为+5%~+16%。历史径流和未来径流的具体变化见图2。
（二）地下水
地下水是澜湄流域重要的水资源，为流域内农业系统、湿地生态系统和湄公河三角洲450多万以地下水为主要饮用水源的居民生活提供用水。同时，地下水在预防海水入侵中也发挥着重要作用。总体来看，澜湄流域的地下水及其变化在以往研究中没有得到充分的分析和重视。现阶段关于湄公河地区地下水资源利用规模及地下水质仍缺乏深入研究。
湄公河三角洲从柬埔寨中部一直延伸到越南东海，覆盖了50 000 km2的肥沃冲积平原。在三角洲地区，建造了100多万口水井，为农业、家庭和工业用水提供水源。相较于20世纪60年代，近年来，三角洲地区的水井数量急剧增加。
国际地下水资源评估中心（IGRAC）的全球地下水数据显示，2000年，澜湄流域（以湄公河流域为主）提取了约0.55 km3的地下水。然而这一数字明显低于以国家为口径的统计数字。造成差异的原因可能是，流域内居民生活使用的地下水没有反映在IGRAC的全球数据库中。
澜湄流域的地下水系统主要受水文系统变化和人类活动的影响，改变了地下水的补给和提取平衡。根据湄公河三角洲30年的监测数据，发现该地区地下水位显著下降。特别是在越南的Ca Mau省，自1995年以来地下水位下降了10 m。根据嵌套监测井的观测数据，越南的地下水位以大约0.3 m∙a-1的速度持续下降，导致该地区的地面沉降平均速度约为1.6 cm∙a-1。
地下水位下降的主要驱动因素是需水增加和供水减少。人口增长和农业发展对淡水供应提出了更高需求，由此加剧了地下水开采，而该地区的净水供应则较低。土地利用变化，如森林的减少和耕地的增加，导致了地下水回灌减少。
研究表明，人类活动，如修建水库大坝等，可能导致的较高旱季水位将对地下水系统产生积极作用。由于大坝蓄水，地下水系统受到陆地蓄水动态的影响，抵消海平面上升，从而限制海水入侵。此外，由于大坝拦蓄的作用，旱季水位偏高，对应时期的地下水位偏高，从而降低了灌溉系统耗能。
除对地下水量的影响，该地区地下水水质还受到海平面引起的海水入侵、农用化学品的使用以及砷污染等因素的影响。地下水的过度开采加剧了湄公河三角洲地下水砷污染，而气候变化可能进一步加剧这一情况。
气候变化引起的下游洪水脉动和地下水补给模式的变化也将对未来澜湄流域的地下水系统产生影响。然而，与观测到的地下水变化类似，澜湄流域中预测的地下水信息也很有限。
Shrestha等对湄公河三角洲进行了一项研究，他们分析了不同RCP情景下的地下水变化。结果表明：到21世纪末，与2010年相比，RCP8.5和RCP4.5下的地下水补给将分别以3 mm∙a-1和1.3 mm∙a-1的速度减少；此外，预计到21世纪末，地下水位将下降1.5~41 m（取决于观测站点），这将直接影响地区的地下水储量。但最近的一项全球模拟研究表明，在未来不同的变暖水平下，地下水补给将增加，尤其在湄公河流域的部分地区。
（三）水资源变化对环境和社会的潜在影响
澜湄流域水资源的重大变化将对可持续水管理产生重大影响。首先，径流状态的显著变化将改变植被分布、本地物种自然栖息地和鱼类迁徙，从而对水生生态系统造成干扰。大坝引起的径流变化也将深刻改变湄公河海拔较低地区的鱼类数量和捕获量，并影响膳食蛋白质的消耗。雨季径流量的减少将会减少地表径流，从而减少地表漫流的自然沉积过程，影响洪水退耕农业。泥沙减少的同时，泛洪期沉积物携带的营养物质也将减少，从而影响作物产量。
据估计，由于社会经济发展和人口增长，澜湄流域的用水量将显著增加，且相较地区可利用水资源的增加速率更快。这将导致在不久的将来，水安全挑战越来越大，遭受水资源胁迫的人口数量增加。而受水坝调蓄影响的下游地区将逐渐成为水资源短缺的关键地区。
在气候变化背景下，澜湄流域对地下水的需求预计将大幅增加，地表水由此变得更加难以获取，进而加剧地区的地下水开采。剧烈的地下水开采可能导致大面积的地面沉降，引起地下水深部砷通过垂向迁移的方式释放。这将导致作物减产，甚至为人类健康带来严重风险。
变化的水资源系统除带来负面影响外，同时也带来了一些积极作用。例如，旱季流量的增加可以有效地缓解农业水资源胁迫，而相对较高的旱季水位，可以防止海水入侵下游，尤其是湄公河三角洲。此外，大坝通过降低雨季水位，减少沿河洪水风险，尤其是湄公河三角洲的洪泛区。
四、研究不足和未来的研究方向
（一）大坝对径流量和当地居民生活的影响
大坝及其影响已成为科学研究和公众媒体频繁讨论的热点话题，时常引起多方争议。在澜湄流域，大坝可以为当地居民生活提供多种服务，如灌溉、水电和导航设施，其中水电是最受关注的可再生能源。河流系统的巨大水电潜力迄今为止仍未被充分开发。
湄公河流域国家正在计划实施大型水电开发项目。水电有助于满足河岸国家日益增长的能源需求，促进经济发展。但同时也会对环境和当地居民生活产生负面影响。这种负面影响来自于对下游河川流态、淹没模式和泥沙过程的直接而深刻的改变。
此外，许多水电开发活动侧重能源效益，忽略了对当地居民生活和生态系统服务的长期影响。下游已经受到了数量相对较少的主干坝的影响，因此，有必要进一步对规划中的大坝将对下游社会和生态系统可能产生的影响进行研究。洞里萨湖地区的生态系统和居民生计在很大程度上依赖于由湄公河干流的洪水脉冲造成的洞里萨河独特的逆流。而一旦大坝建成将会中止这种独特的逆流。然而，当前还缺乏有关气候变化和上游大坝对下游地区的复合影响的定量研究。
（二）水-能源-粮食-生态耦合系统
近年来，在众多促进可持续发展框架或范式中，水-能源-粮食（WEF）耦合关系研究以一种跨学科的方式，帮助理解资源各要素间的协同和权衡关系，因此引起了人们的关注。许多研究采用了水-能源-粮食耦合的方法，以提高对自然资源、经济流量和社会结构的理解和量化，这些资源、经济流量和社会结构影响着澜湄流域的水、能源和粮食安全。
人口迅速增长，伴随着社会经济快速增长，导致对水、能源和食物的需求激增，为未来的流域可持续发展带来额外的挑战。水-能源-粮食耦合将是解决这些挑战的一个很有希望的范例。然而，实现世界水-能源-粮食资源安全，要解决的不仅仅是供需动态平衡的问题。如何维持和恢复支持自然资源供应的生态系统，以保持社会弹性和生态福祉，是目前需要更加关注的问题。
水-能-粮耦合的主要目标是整合水、能源和粮食安全，这取决于人类社会自我组织管理自然资源的能力。而保证水、能源和粮食安全可能会与生物多样性和生态系统服务等其他环境因素产生负面相互作用，威胁自然资源的长期可持续供应。
此外，生态福祉对于保护健康的景观至关重要，这些景观提供了支持可持续资源供给的功能平衡。因此，生态是改善水、能源和粮食安全的一个重要的因素，因此构成了新型水-能源-粮食-生态耦合（WEFE）框架的第四个基本维度。这种新模式的关键原则是将生态学的作用整合到基于自然的解决方案中，并将其融入当地社区的思考中。
（三）地下水评估与人类健康
提供饮用水、工业用水和灌溉用水的地下水是湄公河流域的重要水资源，尤其是在湄公河三角洲地区，地下水是地表水资源的重要补充。在柬埔寨和泰国，地下水是主要的饮用水源。此外，由于工业和农业用水的增加，地下水的开采也在增加。然而，与地表水系统相比，地下水资源评价研究受到的重视远远不够。关于湄公河三角洲含水层范围和厚度的信息也非常有限。
近年来，随着社会经济的快速发展，以及由于气候变化和人类活动导致的地表水资源减少，澜湄流域对地下水的需求大幅增加。在局部地区，地下水的过度开采，加上气候变化，已经造成了广泛的环境问题，如水质恶化、咸水入侵和含水层储存枯竭。诸多因素对地下水系统的综合影响可能还要复杂得多。
此外，过度开采加剧了地下水砷污染，在柬埔寨和越南部分地区造成严重的健康问题。气候变化很可能将进一步加剧砷污染问题。因此，须全面、彻底地分析水资源，将地下水与人类健康结合起来，以便清楚地了解在气候变化、社会经济增长和水管理下可能产生的水文、生态、健康和社会经济影响。
（四）为实现可持续发展目标开展跨境合作
实现持续发展目标对澜湄流域区域合作至关重要。该地区约40%的人口生活在贫困中，湄公河三角洲70%的人口面临安全用水短缺。尽管近年来流域沿岸国在实施可持续发展目标方面做出了诸多努力，包括：
① 2015—2026年水资源管理战略计划，助力实现可持续发展目标6（清洁水和卫生）；
② 20年综合能源计划，助力实现可持续发展目标7（可负担清洁能源）；
③ 2015—2036年气候变化总体规划，助力实现可持续发展目标13（气候行动）。
澜湄流域仍远未实现大多数可持续发展目标，特别是可持续发展目标3（良好的健康和福祉）、可持续发展目标9（工业、创新和基础设施）、可持续发展目标2（零饥饿）和可持续发展目标1（消除贫困）。
在澜湄流域中，水资源与大多数可持续发展目标联系在一起，并在可持续发展目标之间的相互作用（权衡和协同）中发挥核心作用，如能源、食品和健康。然而，由于沿河国家之间的水供需差异，流域管理和基础设施发展（如大型水电大坝的建设）的侧重不同，流域面临着区域可持续发展的众多挑战。
这使得澜湄流域成为世界上最具争议的国际河流流域之一，同时凸显了建立有效合作机制和水资源开发计划，以避免利益相关者在水资源方面的争议的必要性。至今，这可能是澜湄流域实现可持续发展目标的最大障碍。因此，亟待开展不同部委政策干预的跨界合作，加强利益攸关方之间的协同作用，以实现流域可持续发展目标。
五、结论
本文全面总结了全球变暖的背景下澜湄流域气候和水资源历史及未来变化方面的研究。主要结论是，我们迫切需要更深入地了解澜湄流域不断变化的气候和水文系统，以及实现可持续发展目标的社会经济和生态后果，其中包括高密度的人类活动、脆弱的基础设施以及较差的土地使用管理和实践。尽管在澜湄流域的气候和水文特征研究方面取得了巨大进展，但科学界、社会和政府仍需要能够帮助缓解区域和（或）全球环境变化，同时改善社会经济和环境可持续性的理论和实践知识。
主要的任务和亟待解决的问题包括以下几点：
①大坝对河川径流和当地社区的影响；
②新型水-能源-粮食-生态耦合关系的实现；
③将地下水和人类健康纳入水资源评估和管理；
④加强跨境合作，共同实现可持续发展目标。
为了应对和克服这些严重的挑战，政府、科学家和公众之间的国际合作至关重要。这种合作需要采用基于跨学科的网状模式而不仅是依赖单一学科的树状模型来生成新知识，以期在澜湄流域实现可持续发展目标方面发挥关键作用。
本文以已发表的文献为基础，评估的结果取决于已公开的研究结果。例如，如果研究允许的话，对天然径流和实际径流分别进行分析是可行的。然而，对澜湄流域的天然径流和实际径流的未来预测的文章数量有限。未来的研究需要专注于分析气候变化和大坝对水资源、生态系统和社会的单一或者复合影响，着重加强对澜湄流域跨界水资源管理和区域可持续发展至关重要的上下游地区联系进行综合分析。
本文来自微信公众号：中国工程院院刊 （ID：CAE-Engineering），作者：刘俊国、陈德亮、冒甘泉、Masoud Irannezhad、Yadu Pokhrel，来源：Past and Future Changes in Climate and Water Resources in the Lancang–Mekong River Basin: Current Understanding and Future Research Directions[J].Engineering，2022，13(6):144-152.