蓄水反而失水：西班牙水库蒸发损失的历史归因与未来预估揭示水资源管理中被忽视的侧面

本文深入探讨了西班牙水库蒸发损失的长期趋势、驱动因素及未来预估，指出水库建设（贡献率22倍于气候）和水面可用面积变化（贡献率7倍于气候）是蒸发增加的主因，远超气候变暖的影响；研究强调，在高排放情景（SSP5-8.5）下，至2100年蒸发损失将增加35%，警示水资源管理需重视水库蒸发这一隐性水耗（AED, EWF, hm3等关键指标）。

　　

1 引言

水库在水资源管理中扮演关键角色，尤其在温暖缺水地区，大气蒸发需求（AED）强烈，人工水库对保障农业供水、水电和休闲用水至关重要。然而，水库也显著影响区域淡水收支，因为它们扩大了直接暴露于大气的水面面积，从而促进蒸发。全球尺度上，假设满库容，人工水库的年蒸发损失估计达845,000 hm³，凸显了在水管理策略中考虑这一因素的重要性。

全球变暖可能通过增加AED而加剧水体蒸发，但水库蒸发与气候变暖之间并非简单对应关系，因为长期水调节政策和水面面积动态可能掩盖气候趋势的作用。目前，水库蒸发驱动因素的归因研究尚属空白，现有文献多关注筑坝后的下游径流改变、地貌和生态变化，仅有少数研究部分涉及此问题，且常假设水库始终满库容，导致估算可能与实际情况不符。使用模拟或观测水面面积逐时计算蒸发损失的研究相对罕见，且多依赖遥感数据，限制历史覆盖至1980年代。未来蒸发损失的预估已在全球湖泊和美国水库有所开展，但区域尺度如西班牙或欧洲仍未见报道。

本研究旨在填补这些空白，通过分析西班牙362座水库（占全国库容94%）的长期蒸发演变，首次量化各驱动因素的相对权重，并在高温室气体排放情景下预估未来蒸发。尽管研究以西班牙为重点，其结论可能适用于其他类似区域，如加州，并为欧洲未来灌溉基础设施扩展提供预见。

2 材料与方法

2.1 气候数据

西班牙国家气象局（AEMET）提供了1961-2018年每日最高最低气温、风速、平均露点温度和日照时长的完整记录，数据经过严格质量控制和均一化处理，插值至1 km²分辨率，并借助高程作为辅助变量。

2.2 CMIP6模型

为评估未来水库开放水面蒸发，使用CMIP6实验中18个模型的模拟数据，包括历史实验（1850-2014）和ssp585实验（2015-2100）。为避免模式偏差和粗分辨率影响，对模拟序列进行校正以匹配1961-2018观测均值。

2.3 水库可用水面计算

水库蒸发与水面面积密切相关，后者受存储水位和地形影响。通过标准化水位与蓄水量数据建立多项式回归模型，推估1961-2019年每周水面面积，依据满库容水面面积和高度-存储关系计算不同水位下的每周水面面积。

2.4 历史蒸发损失计算

使用Penman方程计算单位面积蒸发，进而结合模拟水面面积得水库总蒸发。方程关键变量包括太阳辐射、饱和水汽压差、风速和气温，应用每周网格气象变量均值于各水库表面。

2.5 蒸发损失贡献归因

区域总蒸发演变受三因素影响：气候强迫（AED）、新水库建设（增加可用水面）和存储水位（决定实际蒸发水面）。通过假设固定水库数满库容仅变蒸发率分离气候贡献；固定气候因子乘最大区域蒸发水面得建设贡献；实际蒸发值减前两者得水位变化贡献。此法揭示气候变迁、水库基础设施发展和水资源管理在蒸发动态中的交互作用。

2.6 预估蒸发损失计算

基于三种假设存储情景估算未来蒸发损失：历史平均填充64%、半填充50%、历史平均减1标准差46%。相应水面面积用于聚合蒸发体积。

3 结果

3.1 西班牙水库蒸发损失的增长

1961-2018年，西班牙水库蒸发损失总量达113,971.7 hm³，年均1,965 hm³，并以27.7 hm³每年速率递增，从1961年约1,000 hm³每年增至2018年近2,500 hm³每年。2018年，蒸发占潜在存储4.7%，实际存储8.3%。各流域差异显著，半干旱的Júcar和Segura盆地蒸发水分数（EWF）最高，分别达11.0%和10.8%，全国平均EWF为8.3%。

水库建设激增导致蒸发量扩大，近二十年尤其明显，Tagus和Guadiana流域众多水库年损失超100 hm³，全国达2,600 hm³每年。高EWF主要在近年增加。

3.2 蒸发损失趋势归因

27.7 hm³每年蒸发增长中，气候（AED）贡献1.8 hm³每年，新水库建设贡献39.1 hm³每年，是主要因素。可用水面面积则因水资源可用性降低趋势而产生反向作用，减少蒸发13.2 hm³每年。建设贡献（22倍于气候）和水面变化贡献（7倍于气候）远超过AED趋势影响。

3.3 未来几十年预期蒸发损失

在高排放情景（SSP5-8.5）下，未来蒸发损失显著增加，2019-2100年期间，64%水面情景损失235,703 hm³，46%情景170,839 hm³。2000-2018年平均年损失2,613 hm³，预计2020-2050年升至2,707 hm³，2070-2100年达2,991 hm³，较1961-2018历史均值增加35%。

空间分布类似过去，中央区域（如Duero、Ebro、Tagus流域）蒸发增加最大（>20%）。未来蒸发差异主要受水面面积驱动， end世纪蒸发在64%水面情景下较50%和46%情景大1.3和1.4倍。新水库建设影响微弱（+1.1%），小于气候模式不确定性（3.5%）。气候变暖作用增强，预计2018至2100蒸发增加15.9%，但仍次于可用水量。

所有填充情景下EWF均呈上升趋势，2040年后所有情景EWF超19%（历史期8.3%的两倍多），表明蒸发损失水分占比增长，水资源管理挑战加剧。空间分布显示，中南部EWF增加最高，反映温度和蒸发水面扩大联合效应。

蒸发损失持续增加对水资源管理构成重大挑战，Guadiana和Tagus流域损失最大，64%水面情景下分别达51,000 hm³和37,000 hm³（46%情景）。2070-2100年平均年损失预计674 hm³和657 hm³，远高于历史值。蒸发损失占库容百分比在各情景下均增，46%情景下从2018年3.5%升至2100年4.13%，变化18.18%。

4 讨论

本研究首次对水库蒸发三主因进行归因分析，表明在西班牙，新水库建设和水资源可用性变化的作用远超全球变暖趋势。迄今研究多聚焦气候变化影响，而本结果强调人类干预和水管理策略的深远影响，需审慎考虑，因其影响水资源及中长期可持续性。

历史估算蒸发量不容忽视，年均1,965 hm³相当于2020年全国城市用水量（4,243 hm³）的46%，经济成本约8亿欧元每年。然而，水库蒸发效应未纳入西班牙第三轮水文规划（2022-2027），在评估可用地表水量时是一重大疏忽，尤其储水因径流减少（森林扩张、农业用地弃耕）而下降，灌溉面积却从1961年180万公顷扩至2019年370万公顷。

过去AED趋势对解释观测蒸发趋势作用较小，但未来气候作用将更主导，与全球湖泊蒸发增16%（CMIP5 RCP8.5情景）的预估一致。美国水库蒸发损失预估与本研究相似，空间模式雷同，最大损失出现在大库容流域，EWF比率跨流域变异性大。尽管气候变暖作用渐强，但仍次于蒸发水面扩展，而后者预测极难，因取决于降水和社会经济趋势（人口、灌溉、水电需求等）。从50%至64%存储情景，蒸发变化将远超气候变暖所致增量。

尽管水库是蒸发主要源，本分析未考虑其他人工水体（如灌溉渠道），全国渠道网约3,100 km，假设平均宽1 m，则增加3,100 km²潜在蒸发面，加上2018水库2,500 km²，蒸发源更大，需未来研究严格评估，并纳入水文规划。

本研究主题关联未来水文干旱严重性评估，因全球水库建设预期普遍，包括大型水坝（如埃塞俄比亚复兴大坝，库容74,000 hm³），这些将增加蒸发，评估水资源未来可用性时需考虑，但当前地球系统模型未包含此效应。开放水面蒸发仅受CO₂浓度辐射效应驱动，预计将显著减少灌溉和城市供水可用性，加剧水文干旱严重性。

面对需求增加和气候变化，需创新水路由和管理方法。本研究为此基础，为决策者和水管理者提供驱动水库蒸发因素的相关见解，突出需针对性干预，通过新工程方案、采纳节水农业实践及引入水分配框架中的蒸发信用，激励高效用水。

5 结论

本研究检视水库蒸发在水资源动态中的重要作用，表明人类干预（如水库建设和水面可用性变化）是蒸发主导因子，远超气候趋势影响。但预估显示，变暖未来作用将增强。

蒸发率升高中，脆弱地区水短缺挑战加剧。结果强调将蒸发影响纳入水文规划和水管理框架的重要性，以计及水库隐性水耗。

缓解策略关键，应聚焦优化水库运行、采纳减蒸创新技术和推广节水实践。研究呼吁迫切需转变水管理方法，应对人类干预和气候变化双重压力，确保水资源可持续利用。