由于取水量增加，亚洲“水塔”地区的水资源短缺问题日益严重

《Journal of Hydro-environment Research》：Intensified water scarcity in the Asian Water Tower driven by increased water withdrawals

水资源压力时空动态与驱动机制研究——基于亚洲水塔的PCR-GLOBWB模型分析

　　亚洲水塔（Asian Water Tower, AWT）是世界上最重要的水源之一，涵盖了青藏高原及其周边的山脉地区，为近20亿人口提供淡水资源。这些水源不仅支持下游国家如中国、印度和巴基斯坦的生态系统，还对农业和经济发展起着关键作用。随着气候变化和人类活动的加剧，水塔地区的水文循环和水资源供应面临前所未有的挑战。本文通过使用PCR-GLOBWB v2.0模型，分析了1980年至2022年间亚洲水塔及其下游区域的水资源可用性和用水量的变化，揭示了水短缺的时空动态及其主要驱动因素。

在亚洲水塔地区，水资源的可用性与用水量呈现出显著的不均衡性。研究发现，长期平均的年水资源可用性为1211立方公里，而用水量则为545立方公里。通过跨流域比较，可以看到水短缺模式存在明显的异质性，其中缺水现象主要集中在流域的下游区域，尤其是印度河和恒河-布拉马普特拉流域。水短缺指数（Water Stress Index, WSI）在过去四十年中有所上升，尤其是在雨季（5月至10月）期间。尽管在1980-2000年与2001-2022年间，下游地区的水资源可用性增加了96立方公里，但用水量却增加了152立方公里，导致水资源持续短缺。研究还指出，下游的灌溉用水是大多数流域水短缺的主要驱动因素，而在某些上游地区，融雪和径流的变化也对水短缺产生了重要影响。

研究区域涵盖了八个主要的亚水资源塔子流域，包括阿姆河、恒河-布拉马普特拉河、印度河、湄公河、萨尔温江、塔里木盆地、长江和黄河。这些子流域在地理位置、降水分布、人口密度以及水资源利用方面存在显著差异。例如，恒河-布拉马普特拉河流域的降水主要集中在下游地区，而印度河和长江流域则由于人口密集，对生活用水和灌溉用水的需求极高。通过采用一致的分析框架，研究揭示了不同子流域中水短缺驱动因素的差异性，突显了下游需求在水塔系统中的结构性主导作用。

在方法上，研究利用了PCR-GLOBWB v2.0模型，该模型能够模拟自然水文过程与人类活动的相互作用。与传统的水文模型相比，PCR-GLOBWB v2.0具有更高的时空分辨率（5弧分和每日时间步长），并且不需要过多的现场校准。这使得该模型在跨流域和多尺度分析中更具优势，尤其适用于水资源短缺评估和人类与气候互动的研究。模型的输入数据包括气象数据、水文数据和人口数据，其中气象数据来自ERA5 Land数据集，水文数据则通过多个水文站和全球水文数据中心（GRDC）获取。此外，模型还结合了不同地区的降水校准数据，以提高模拟的准确性。

研究结果表明，PCR-GLOBWB v2.0模型在多个水文站的模拟中表现出显著的改进，特别是在恒河-布拉马普特拉、黄河和长江流域。通过比较不同时间段的水短缺指数变化，研究发现水短缺在大多数子流域中呈现出上升趋势，尤其是在2001-2022年间。例如，湄公河、长江和恒河-布拉马普特拉河流域的水短缺指数上升幅度较大，而塔里木盆地和印度河下游地区则出现了一定程度的缓解。这些结果进一步揭示了水资源短缺的时空动态，为区域水资源管理提供了重要依据。

此外，研究还采用随机森林（Random Forest, RF）算法，对水短缺的主要驱动因素进行了定量分析。RF算法能够有效处理复杂的非线性关系和高维数据，从而识别出不同子流域和季节中影响水短缺的关键因素。结果显示，下游灌溉用水是水短缺的主要驱动因素，尤其是在干旱季节，其影响尤为显著。然而，在某些上游地区，降水和径流的变化也对水短缺产生了重要作用。这表明，水短缺的驱动因素在不同地区和季节之间存在显著差异，需要因地制宜地进行水资源管理。

研究还指出，尽管水塔地区的降水和径流有所增加，但这些变化不足以满足下游日益增长的用水需求。特别是恒河-布拉马普特拉和印度河流域，由于农业灌溉和人口增长，水资源的供需矛盾更加突出。同时，气候变化导致的冰川融化可能在未来进一步加剧水资源短缺，特别是在依赖冰川融水的上游地区。因此，研究强调了在应对水资源短缺问题时，需要综合考虑自然因素和人为因素，并采取灵活多样的管理措施，以适应不断变化的水文条件和需求模式。

综上所述，本文通过系统的多流域比较分析，揭示了亚洲水塔地区水资源短缺的时空动态及其主要驱动因素。研究不仅提供了关于水资源可用性和用水量变化的详细数据，还指出了不同子流域中水短缺模式的差异性。这些发现对于制定有效的水资源管理策略、应对气候变化和人口增长带来的挑战具有重要意义。同时，研究也指出了当前模型在模拟冰川动态和多季作物系统方面的局限性，建议未来研究中进一步整合这些因素，以提高水资源短缺预测的准确性。