山区水资源安全评估：整合水质与生态系统服务流的新框架

《Agricultural Water Management》：Water security assessment in mountainous regions: A new framework for integrating water quality and ecosystem service flows

该研究通过整合GRACE卫星数据、水文学平衡框架及本地统计数据，量化了2003-2020年 Mu Us 沙地（中国毛乌素沙地）陆地水储量（TWS）和地下水储量（GWS）的变化，发现TWS和GWS年均下降5.5mm和3.9mm。忽略煤矿质量损失会导致TWS和GWS下降率被高估37.2%和44.3%。生态恢复和灌溉占水损失量的80%，其中煤矿区（如陕西）的矿井排水贡献率达4.1mm/yr，超过灌溉影响。未来情景模拟表明，在SSP1-2.6等可持续发展路径下，地下水补给增长（12.8%-17.1%）可支持生态恢复面积扩大13.8%-18.6%，但需结合区域水文差异制定管理策略。

　　这篇研究聚焦于中国毛乌素沙地（MUS）地区的水资源变化，特别是其地表水储量（TWS）和地下水储量（GWS）的变化趋势及其驱动因素。毛乌素沙地位于中国西北部，横跨陕西（SX）、内蒙古（IM）和宁夏（NX）三省，是重要的能源和化工基地，同时也面临着严峻的水资源压力。研究结合了GRACE卫星数据、再分析数据和本地统计数据，建立了一个水平衡框架，用于量化2003年至2020年间TWS和GWS的变化，以及这些变化背后的自然和人为因素。

研究结果显示，TWS和GWS在研究期间分别以每年5.5毫米和3.9毫米的速度下降。然而，如果忽略煤炭开采带来的质量损失，TWS和GWS的下降幅度将被高估37.2%和44.3%。这表明，在基于GRACE的水资源评估中，必须将煤炭开采的影响纳入考虑，以获得更准确的水资源变化趋势。进一步的归因分析表明，生态恢复和灌溉共同导致了大约80%的水资源流失，其中农田扩张是由土地征用补偿政策驱动的，这些政策增加了灌溉需求。在能源密集型区域，煤矿排水是地下水储量下降的重要人为因素，其影响超过了灌溉。

未来情景分析显示，尽管区域地下水补给预计将增长12.8%至17.1%，但需求的增长则相对较低，为2.2%至7.6%。这意味着在整体区域尺度上，地下水补给的增长可以支持生态恢复的进一步扩展，增加13.8%至18.6%。然而，由于空间异质性，一些子区域可能因供需冲突而需要减少生态恢复的规模，比例在2.8%至13.7%之间，而另一些区域则可以扩大生态恢复的规模，最高可达19.1%。这些发现为生态恢复与农业用水之间的协调提供了具体的管理建议，并强调了在干旱地区进行综合土地和水资源规划的必要性，以支持可持续发展。

研究还指出，生态恢复和农业灌溉是毛乌素沙地地下水减少的主要人为因素，其中生态恢复的影响更为显著。生态恢复通过植被的蒸散发作用加剧了地下水的消耗，尤其是在干旱季节，地下水可能满足高达80%的蒸散发需求。此外，煤矿排水虽然在整体上对地下水的影响相对较小，但在某些特定区域，如陕西，其影响显著，甚至超过了灌溉。这表明，在制定水资源管理策略时，应充分考虑煤矿开采对地下水的影响，并在生态恢复和农业扩展之间寻求平衡。

同时，研究也指出了一些局限性和不确定性。例如，GRACE数据主要反映浅层含水层的补给情况，而深层含水层的更新周期可能较长，这使得其变化趋势难以准确捕捉。此外，研究假设煤矿排水系数在整个研究期间保持不变，但这一假设可能忽略了年际间的波动。研究还提到，未来地下水补给与需求之间的平衡可能受到多种因素的影响，包括气候变化和经济社会发展路径。因此，在未来水资源管理中，需要综合考虑这些因素，以制定更加科学和可行的策略。

研究进一步提出了一些适应性管理措施，包括提高灌溉效率、推广节水技术以及调整作物结构等。这些措施可以有效缓解水资源压力，促进可持续发展。此外，研究还强调了政策制定的重要性，特别是在土地和能源领域，政策应与水资源反馈机制相结合，以避免加剧水资源紧张和影响长期资源可持续性。研究还提到，跨流域调水工程在缓解地下水枯竭方面具有重要作用，特别是在北方地区，这些工程已被证明是有效的。因此，在未来的情景分析中，应将这些工程与气候反馈结合起来，以更全面地评估区域水资源的变化。

总的来说，这项研究为毛乌素沙地的水资源管理提供了重要的科学依据和政策建议。它不仅揭示了水资源变化的主要驱动因素，还强调了在生态恢复和农业扩展之间进行协调的重要性。研究结果表明，尽管未来地下水补给可能有所增加，但不同区域的水资源状况存在显著差异，因此需要采取差异化的管理策略。此外，研究还指出，提高水资源利用效率和合理规划煤炭开采活动是实现水资源可持续利用的关键。这些发现对于其他面临类似水资源竞争问题的地区也具有重要的参考价值。