应对全球水危机：加拿大全球水未来计划（GWF）的跨学科实践与冷区水资源管理创新

本综述系统回顾了加拿大全球水未来计划（Global Water Futures, GWF）的创建、架构与运行机制。面对气候变化引发的洪涝、干旱及水质恶化等水安全威胁，GWF通过整合18所高校与500余家机构的跨学科力量，开发了新一代监测系统、国家水文模型与灾害预警工具，推动冷区（cold regions）水科学的范式创新。该计划深度融合原住民传统知识，构建了用户导向的协同研究框架（如Pillar 3用户解决方案），为全球水风险管理提供了可复制的跨部门协作范本。

　　

摘要

世界正面临前所未有的水相关威胁：洪水、干旱等极端事件频发，水质退化与水生生态系统压力加剧，淡水需求持续增长，水文情势与水资源可用性发生重大转变。这要求水科学领域发展新理论、新建模工具与监测系统，以及更有效的科学知识转化机制。加拿大全球水未来计划（Global Water Futures, GWF）于2015年构想，2016年正式启动，由加拿大首届研究卓越基金（Canada First Research Excellence Fund, CFREF）资助，联合18所加拿大高校及500余家合作机构，成为加拿大乃至全球同类规模最大的水研究计划。本文回顾了GWF的构想与发展过程、管理运营模式、科学议程实施路径、原住民参与及知识交流机制，并总结了其演进过程中的经验教训。

引言

近二十年来，气候变化、人口增长与社会经济发展（包括工业化与资源开采）显著提升了淡水需求，加剧极端事件并改变景观与生态系统。加拿大作为“冷区”（指以冰雪、冻土、相变和能量驱动的水循环过程为主导的区域）代表国家，面临尤为严峻的挑战，这些区域为全球过半人口供水。历史水文模式已无法可靠指导未来，适应变化需发展新的地球系统科学、建模工具、监测系统及知识转化机制。GWF应运而生，旨在通过跨学科合作应对“如何在高风险时代管理水未来”这一重大挑战。

构想与目标

GWF源于加拿大冷区水文学长期研究基础，包括1990年代以来马更些河流域、草原干旱及山区水文模型等项目，以及2010年萨斯喀彻温大学成立的全球水安全研究所（Global Institute for Water Security, GIWS）。GWF以用户需求为核心，聚焦三大目标：

1. 1.

   发展灾害预警能力，包括加拿大首个国家洪水预报与季节性径流预报系统、干旱预警及水质风险模型；

2. 2.

   诊断并预测水未来，提供面向用户的气候与水文情景预测；

3. 3.

   开发风险管理新工具，整合自然科学、工程学、社会科学与健康科学，实现跨部门决策支持。

   计划聚焦加拿大五大典型区域：大湖区与圣劳伦斯河流域、草原区、 boreal森林带、西部科迪勒拉山区及亚北极苔原带。

方法

计划架构与用户咨询

GWF围绕三大支柱构建：

• •

  支柱1：诊断与预测冷区变化，涵盖水文气象、水生态、水质、人水系统及水与健康等主题；

• •

  支柱2：决策支持系统，开发传感技术、流域观测站及数据可视化平台；

• •

  支柱3：用户解决方案，通过研究者与用户合作研发定制化工具。

  初期通过156家合作伙伴的需求评估，明确六大优先方向：环境监测、气候变化影响模型、风险分析工具、复杂系统建模、知识动员及原住民知识整合。

项目开发

通过多轮提案征集、国际科学顾问组（International Science Advisory Panel, ISAP）评审，分阶段启动11项用户导向项目（Pillar 3）和21项变革性科学项目（Pillars 1–2）。项目采用“自下而上”模式促进创新合作，但传统评审机制对原住民社区提案的适用性不足，后续通过专项评审流程调整弥补。

原住民参与

GWF通过社区走访、原住民评审咨询组及专题研讨会，推动原住民主导研究。例如“Grand河六部落水质工具共创项目”融合传统知识与健康科学。2018年起，年度科学会议增设原住民文化交流环节，2023年Mistawasis Nêhiyawak水集会发布《共同未来水宣言》，成为计划重要遗产。

用户参与

要求研究团队与非学术用户（政府、社区、行业等）全程协作，共同构建知识、分析数据并传播成果。知识动员核心团队提供策略支持，挑战包括资源投入与跨群体沟通，但优势体现在优先议题设定、本地知识获取及资金协同。

运营管理

通过战略管理委员会（Strategic Management Committee, SMC）、运营团队及用户咨询委员会实现多层协调。年度科学会议促进全网络交流，年度报告机制跟踪进展。数据管理采用分布式架构（GWFNet目录系统），遵循FAIR原则（可查找、可访问、可互操作、可重用）。

管理、运营与科学重点的适应性调整

GWF在运行中应对多项挑战：

1. 1.

   规模扩张后通过专题分组与培训提升协作效率；

2. 2.

   原住民参与机制从评审改革到文化沉浸深度整合；

3. 3.

   数据管理从集中式转向分布式目录系统（GWFNet）；

4. 4.

   COVID-19疫情期间全面转向虚拟运营，但部分野外工作与社区互动受阻；

5. 5.

   突发事件响应（如eDNA项目转向 wastewater 新冠病毒监测）；

6. 6.

   极端事件（热浪、野火等）的应急研究与政策支持；

7. 7.

   计划收尾阶段的知识遗产整合（合成报告、工具汇编及数据归档）。

结论：成果、影响与经验教训

GWF发表2644篇论文（23%为全球高被引），完成3123次学术报告，主要成果包括：

• •

  开发加拿大国家水文模型及新一代模型族（如MESH、CRHM）；

• •

  与原住民社区共创科学解决方案；

• •

  厘清气候变化风险及水未来预测；

• •

  示范跨学科研究突破领域壁垒；

• •

  贡献于世界气象组织（WMO）等国际机构；

• •

  推动2025国际冰川保护年及UN冰冻圈科学十年行动；

• •

  影响加拿大水机构（Canada Water Agency）与国家淡水行动计划；

• •

  培养逾2000名水科学人才。

  数据资源通过GWFNet平台（https://gwfnet.net/）开放共享。计划遗产由全球水未来观测站（Global Water Futures Observatories, GWFO）延续，获加拿大创新基金会1525万加元支持，运营64个研究流域、15套移动监测系统及18所水实验室。

  核心经验表明：倾听多元群体（尤其是原住民“七代视角”）并灵活调整方向是应对复杂水挑战的关键。GWF的开放协作模式为全球水研究提供了实践范本。