中国网/中国发展门户网讯 随着气候变化、土地利用/覆盖变化、人类用水活动等因素加剧，陆地水循环系统正在发生快速变化，水文过程呈现非稳态特征，给水资源可持续利用带来重大挑战。当前，全球水资源利用领域科技前沿正从地球系统的整体视角，研究气候变化和人类活动对水资源系统的影响，探索变化环境下水资源可持续利用与全球变化应对的长效解决方案，提出区域水安全保障策略。

水资源是西部生态屏障建设的关键要素，高效的水资源供给和有效的水资源保护是西部经济社会发展和生态屏障建设的重要保障。西部地区是中国和周边国家大江大河的发源地，也是我国“南水北调”“西水东引”等跨流域调水工程的水源地，以及我国重要的水电能源基地。因此，深入研究变化环境下西部生态屏障区水资源及其利用变化规律，提出支撑生态屏障建设的水资源科技保障举措，具有重要的战略意义。本文对西部生态屏障区水资源变化的基本认识和存在的问题进行了分析和总结，并在此基础上提出科技支撑西部生态屏障区水资源可持续利用的措施建议。

气候变化和人类活动使西部地区水循环和水资源发生巨大变化

西部地区冰雪融化加剧，固体水储量大幅减少，液态水增加，水资源稳定性下降，水文系统呈现非稳态特征。西部生态屏障区域水循环和水资源在过去几十年发生了不同程度的变化。全球气候变化使西部地区气温升温速率明显高于全球平均升温速率，年均气温显著上升。由此，致使近50年来青藏高原的冰川整体上处于亏损状态，冰川储量减少约20%，面积减少约18%；该区域大部分地区年雪深减小，冰川面积退缩，冰雪物质出现负平衡；固体水储量大幅减少，冰雪平衡线升高，冰川的固体均衡器作用大幅减弱。同时，西部降水模式也发生了改变，青藏高原和西北地区年降水量呈增加趋势，蒙古高原、黄土高原和西南地区降水呈减少趋势，极端降水和极端干旱事件增多，暴雨、洪涝、大旱等灾害频发。气温升高也加剧了潜在蒸发和实际蒸散发量的增加，西部地区供水压力增大，还导致部分区域湖泊萎缩和干涸、草原荒漠化、风蚀沙化和水土流失加剧；加之城镇化和采矿经济等迅速发展，地下水超采和污染现象严重。因此，近几十年来的气候变化和人类活动导致西部地区水循环系统发生了巨大变化，使水资源稳定性下降，水文系统呈现非稳态特征，加剧了地下水开采量和地下水位的持续下降，对西部经济社会发展和生态屏障建设水资源供给保障产生重大影响。

气候变化使西部地区降水时空分布规律发生很大变化，大旱和洪灾频发。近年来，西部地区的降水时空分布特征显著变化，极端气候事件频发。全球气候变暖加剧了水循环的不稳定性，使得极端降水事件日益增多。受印度洋季风和西风环流变化的影响，青藏高原地区降水的季节分布变得更加极端，干湿季分界更加明显，导致洪水和干旱灾害交替发生。气候变化评估显示，青藏高原地区1961—2023年平均降水量呈显著增多趋势，平均每10年增加6.9 mm；西南地区年降水量总体呈减少趋势，平均每10年减少10.7 mm。黄土高原地区的降水模式也发生了显著变化。研究显示，该区域总体上降水呈减少趋势，但37%的区域在降水总量减少的同时存在降水强度增加的情况，增加了暴雨洪水风险。在黄河流域上游，极端降雨占总降水量的比例从20世纪60年代的48%上升到2000年后的53%，极端降水的空间分布呈现东南—西北梯度变化的特征。这种降水模式的变化加剧了土壤侵蚀、滑坡、洪水等地质灾害的风险，给农业生产、防洪抗旱等方面带来严峻挑战。

气候变化和人类活动使水资源配置风险增大，水资源保障难度成倍增加。气候变化和人类活动的影响加剧了水循环的不稳定性，使得水资源配置风险增加，进而影响农业灌溉、工业生产和生态环境的可持续发展。例如，青藏高原冰川融水的短期增多虽然暂时补充了部分河流径流，但长期来看，冰川储量的减少将削弱河流的稳定供水能力，使得下游水资源更加紧张。地下水超采问题进一步加剧了新疆等地区的水资源短缺风险，导致湖泊萎缩、河流断流、湿地退化等生态环境问题，恶化流域上下游矛盾和冲突。水资源的不稳定供应影响跨流域水资源管理和水利工程运行。研究表明，在全球变暖的背景下，大型水利工程的运行面临新的挑战，极端干旱和暴雨事件频发，使得水库调度更加困难。跨境水资源利用的矛盾日益突出。西部地区多条国际河流均受到气候变化和人类活动的影响，水资源时空分布的不均衡性增加了国际水资源管理的复杂性。如何在变化环境下实现水资源的公平分配、生态保护与经济发展并重，已成为西部生态屏障建设的重要议题。

西部水循环与水资源变化的主要原因和主要科技问题

西部水循环变化受到自然和人为因素双重驱动

西部水循环系统正经历着自然和人为因素双重驱动下的显著变化。自然因素，主要表现为全球气候变暖引发的大气环流模式调整、降水时空分布改变，以及冰川消融、冻土退化、湖泊扩张等冰冻圈响应过程。人为因素，包括土地利用/土地覆盖变化（如耕地扩张）、水资源过度开发（如地下水超采），以及大规模水利工程建设等。这些因素相互叠加，使得西部生态屏障区的水循环要素相互作用更加复杂，并导致区域水循环过程、强度与时空分布特征发生深刻变化，极端水文事件频发。

变化环境下水循环和水资源基础研究薄弱

在气候变化与人类活动的共同影响下，西部水循环系统呈现出显著的非稳态演变特征，水文气象序列的非稳态性加剧，使得传统基于稳态假设的水文模型难以准确描述冰川消融—冻土退化—湖泊扩张的链式响应，以及地表水-地下水-生态系统的互馈过程。全球变暖背景下，水循环系统的脆弱性与不确定性加剧，水资源时空分布失衡问题日益凸显。因此，急需发展能够反映多圈层耦合过程、考虑气候变化和人类活动复合影响的非稳态循环理论与方法，以提升对极端水文事件和水资源变化的预测与管理能力。

现有水文监测网络过度依赖地面站点观测，对雷达、卫星、无人机和人工智能等高新技术的应用严重滞后，尤其是对冰川冻土等高寒区水文过程监测数据获取能力不足，难以满足气候变化背景下对极端水文事件的动态监测预报需求。多源异构水文气象数据融合技术尚未成熟，“空天地”一体化监测网络亟待完善。一方面，西部寒区旱区流域产汇流机制、地表水-地下水-生态系统互馈机制等基础理论研究薄弱；另一方面，关于水-经济社会-生态系统相互作用机制、水-能源-粮食-生态耦合机制等影响区域可持续发展的关键科学问题的研究仍处于探索阶段。

此外，跨界国际河流的水资源保护与可持续利用研究严重滞后，涉及水权分配机制、跨境输移过程对下游生态的影响评估等领域缺乏系统性成果。当前，研究尚未构建起支撑跨境河流水资源研究的科学工具链，生态环境效应评估多局限于单国尺度，缺乏覆盖全流域的协同观测网络与数据共享机制，导致跨境水资源开发的环境风险难以精准预判。

新的治水理念下的理论与核心技术突破不足，系统解决方案欠缺

西部生态屏障区建设是在“山水林田湖草沙冰”统筹治理和“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路指导下的绿色发展和高质量发展。如何构建人水和谐的生态系统和高质量发展的经济社会系统，对水安全保障与水生态文明建设提出了系统解决方案需求，需要在基础理论上实现零的突破和关键核心技术的创新。

传统的水-能源-粮食资源配置理论与方法已难以适应西部生态屏障建设中生态系统安全保障的需求。西部地区作为我国能源富集区和重要粮食产区，近几十年来用水量急剧增长，高耗能产业转移加剧了水-能源-粮食系统的矛盾。例如，农业用水挤占生态用水导致塔里木河、黑河等内陆河下游断流，生态系统退化反向制约区域经济发展。同时，气候变化与人类活动叠加，水资源系统演变过程趋于复杂，使得平衡生态保护与社会经济发展冲突更加困难。只有通过创新水-经济社会-生态系统综合管理理论与核心技术，培育和发展符合新发展理念的新质生产力，才能为水安全保障与水生态文明建设提出科学可行的系统解决方案。

科技支撑西部生态屏障建设的水资源可持续利用领域战略布局

面向水资源可持续利用领域科技支撑西部生态屏障建设重大需求，急需重点关注5个方面的科学问题并开展研究。

青藏高原—“泛第三极”水循环变化及其水资源效应

在青藏高原失衡、总水量不稳定和不确定性增强的背景下，急需开展“泛第三极”水循环变化和水资源预测研究，构建全新的地面多元传感器、卫星遥感、无人机遥测等“空天地”一体化高时空分辨率的水文水资源监测网络体系，以实现对全域水文水资源全要素观测和智能化大数据处理；研发非稳态水文过程和水资源模拟方法与模型，预测水文与水资源变化趋势；阐明青藏高原水循环变化及其水资源效应对中国、东南亚、中亚和南亚的影响，提出减缓水资源变化影响和洪旱灾害的应对策略，全面提升绿色丝绸之路建设能力。

水资源高效利用与节水技术

西部生态屏障区长期面临水资源短缺的严峻挑战，加强水资源节约集约利用、提高水资源利用效率显得尤为迫切。研究应聚焦于高效节水灌溉技术、农业水管理与工业、城镇节水改造的系统集成。技术层面，应推广滴灌、喷灌及膜下滴灌等精准灌溉方式，同时结合水肥一体化、智能传感与大数据分析，实现灌溉精准控制与动态调度；管理层面，需要构建覆盖全流域的智慧水资源监控平台，通过遥感、物联网及数字化技术实时掌握水情动态，优化水资源分配与调度。与此同时，发展再生水、雨水收集等非常规水源技术，并与传统供水系统有机融合，形成西部水资源节水和水资源利用效率提升的系统解决方案，实现节水能力提高10%、节水效益提高15%，为区域可持续发展提供坚实的技术支撑和管理保障。

变化环境下水-能源-粮食-生态纽带与区域可持续发展

在气候变化与人类活动叠加影响下，西部地区的水、能源、粮食与生态系统之间形成了紧密相连的纽带，其错综复杂的协同关系与区域可持续发展密切相关。实现水-能源-粮食-生态协同发展，需要从整体上统筹水资源的优化配置、能源开发、农业高效灌溉和生态保护，实现能源、粮食和生态安全的多重保障。采用尺度自适应技术，构建水循环、人类活动、生态过程耦合模拟框架，解析水、能源、粮食和生态系统之间的相互制约与反馈机制，明确各环节和过程的最优调控参数。提出西部生态屏障区水-能源-粮食-生态协同发展方案，保障经济社会发展用水需求和生态用水需求，全面提升区域可持续发展能力。

地表水-地下水-生态系统互馈机制与安全保障技术

西部地区干旱区地下水超采与地表水减少等问题日益突出，对生态系统稳定性构成严峻挑战。为此，迫切需要揭示地表水、土壤水与地下水之间的耦合关系和互馈作用机制，建立多尺度水文模型，定量分析各水分组分在干旱区生态系统中的动态平衡。评估人工补给、雨洪回灌和河道生态调控等技术手段弥补地下水漏斗效果，确定维持干旱区植被生长所需的最优水分供给。结合退耕还林还草、草原恢复及生态补偿等综合生态修复措施，提升土壤蓄水能力和生态系统自我调节功能，构建地下水与地表水联合调控与生态安全保障技术体系，为干旱区水资源可持续利用和生态环境稳定提供科学支撑。

“空天地”一体化数字孪生流域关键技术和流域模拟器技术

面对西部生态屏障区洪旱灾害频发和复杂的水资源调度问题，构建“空天地”一体化的数字孪生流域成为提升区域防灾减灾能力的重要路径。数字孪生流域技术通过集成卫星遥感、无人机巡检及地面监测网络和人工智能，实现水文、气象、地质等多源数据的实时采集与智能融合，构建高精度流域数字模型。结合人工智能和大数据挖掘技术构建流域模拟器，实时监测和模拟流域水文过程和极端事件发展态势，有效提升洪水、干旱等灾害的预警和响应能力。“空天地”一体化数字孪生流域技术和流域模拟器技术为水资源调度和应急决策提供了有效工具，有助于防洪抗旱预警智慧化和精准化，提高区域防汛抗旱和水资源管理能力，保障西部生态屏障建设和可持续发展目标的实现。

在全球变化背景下，我国西部生态屏障区水循环系统正经历深刻变革。青藏高原冰川显著退缩，多年冻土持续退化，众多湖泊面积不断扩张；而人类活动的加剧，特别是农业灌溉规模的扩大和能源开发活动的增多，进一步加剧了区域内用水矛盾。自然因素与人为因素的交织导致区域水循环发生复杂变化，水资源时空分布格局显著改变，水安全形势日益严峻。为了应对这些多重挑战，未来研究需着重聚焦于青藏高原水循环变化与效应评估，研发适配干旱半干旱地区的水资源高效利用新技术，探索水-能源-粮食-生态协同发展的创新路径，明晰地表水、地下水与生态系统的动态耦合关系，攻克“空天地”一体化数字孪生流域建设的关键技术难题，构建高精度流域模拟器。通过加强相关科技任务的部署，完善区域水资源科学管理体系，为西部生态屏障区筑牢水资源安全防线，助力实现绿色高质量发展目标。

（作者：夏军，武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室；陈曦，浙江工业大学地理信息学院 中国科学院新疆生态与地理研究所；汤秋鸿、卢宏玮、贾绍凤、于静洁、刘星才，中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地水循环及地表过程重点实验室 中国科学院大学资源与环境学院；王根绪，四川大学山区河流保护与治理全国重点实验室；马金珠，兰州大学资源环境学院。《中国科学院院刊》供稿）