mini综述 | 气候变化对流域水环境的影响以及联合风险分析

气候变化会改变流域水文循环现状，影响流域污染物的物理化学过程和迁移转化过程，具体影响在不同地区和不同类型的水体中会表现不同，许多学者从不同角度进行了分析：

【1】研究量化了不同情景下气候和土地利用对长江流域营养物质流失的影响，通过定量方法计算了这两个驱动因素的权重。气候变化和土地利用变化对营养盐输出具有明显的协同效应，降水变化是影响长江流域非点源养分流失的主导因素，且受区域气候条件、城市化进程和地形差异影响 。 

Li Y, Wang H, Deng Y, et al. How climate change and land-use evolution relates to the non-point source pollution in a typical watershed of China[J]. Science of The Total Environment, 2022: 156375. DOI:10.1016/j.scitotenv.2022.156375.

Molina-Navarro E, Trolle D, Martínez-Pérez S, et al. Hydrological and water quality impact assessment of a Mediterranean limno-reservoir under climate change and land use management scenarios[J]. Journal of hydrology, 2014, 509: 354-366. DOI:10.1016/j.jhydrol.2013.11.053.

【2】研究使用了降尺度的气候情景，分析了未来气候变化对径流和氮流失的可能影响，发现降水量和径流之间、径流和氮流失之间存在着密切的关系，作物生长季节之外氮流失是非常明显的，不同季节的极端降水事件均会导致较高的径流和氮流失。

Øygarden L, Deelstra J, Lagzdins A, et al. Climate change and the potential effects on runoff and nitrogen losses in the Nordic–Baltic region[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2014, 198: 114-126. DOI:10.1016/j.agee.2014.06.025.

【3】研究结果显示，气温变暖、降水增加和二氧化碳浓度升高将导致的径流、沉积物和营养盐增加，在大气中二氧化碳浓度升高的情况下，蒸腾会明显减少，气候变化引起的植物生理变化可能会明显影响水循环和相关的沉积物和营养盐的输出。

Yang Q, Zhang X, Almendinger J E, et al. Climate change will pose challenges to water quality management in the st. Croix River basin[J]. Environmental Pollution, 2019, 251: 302-311.  DOI:10.1016/j.envpol.2019.04.129.

【4】研究探讨了流域的氮负荷对不同降水强度的潜在反应，区分了未来气候情景下的强降水、非强降水和无降水日在影响氮淋失方面的作用，在两种气候情景下（RCP4.5和RCP8.5），预计到21世纪末，墨西哥湾的氮负荷将增加30%，其中一半可能是由强降水驱动。

Zhang J, Lu C, Crumpton W, et al. Heavy Precipitation Impacts on Nitrogen Loading to the Gulf of Mexico in the 21st Century: Model projections under future climate scenarios[J]. Earth’s future, 2022, 10(4): e2021EF002141. DOI:10.1029/2021EF002141.

【5】研究讨论了暴雨事件的发生季节对泥沙输移的影响，表明一个具有特定规模和风速的暴雨事件在不同时间可能会产生不同的泥沙产量，预期的高泥沙输移将对未来受纳水体的水质管理产生重大影响，研究采用风暴阈值的方法来确定泥沙流失较严重的关键时期，有助于识别关键时期并适当制定BMP。

Shrestha N K, Allataifeh N, Rudra R, et al. Identifying threshold storm events and quantifying potential impacts of climate change on sediment yield in a small upland agricultural watershed of Ontario[J]. Hydrological Processes, 2019, 33(6): 920-931. DOI:10.1002/hyp.13374.

【6】研究采用PCSWMM模型来预测气候变化对城市范围内雨水管理相关问题的影响，结果表明，气候变化将导致城市洪涝风险增加，非点源污染和混合下水管道溢流污染加剧，并导致水质恶化。在海绵城市建设后，非点源污染将成为主要污染源。

Hou X, Guo H, Wang F, et al. Is the sponge city construction sufficiently adaptable for the future stormwater management under climate change?[J]. Journal of Hydrology, 2020, 588: 125055. DOI:10.1016/j.jhydrol.2020.125055.

【7】研究表明湖泊内部营养负荷是湖泊中营养物质浓度年内变化的原因，而且内部负荷在不同季节的波动比外部营养输入大得多，在提出有效的外部营养物质减少策略应该考虑湖泊内部负荷的潜在影响，需要针对季节制定营养物削减策略。 

Yindong T, Xiwen X, Miao Q, et al. Lake warming intensifies the seasonal pattern of internal nutrient cycling in the eutrophic lake and potential impacts on algal blooms[J]. Water Research, 2021, 188: 116570. DOI:10.1016/j.watres.2020.116570.

【8】研究采用GAM来探索洱海主要流域营养盐和水质变量与气候因素的非线性关系，分析了流域营养物排放和气候变化在洱海的水质中的关键作用，结果表明，流域营养物排放是湖泊中TN和TP变化的主要解释因素，而降水是CODmn和NH4的主要驱动因素。

Zhang J, Zhi M. Effects of basin nutrient discharge variations coupled with climate change on water quality in Lake Erhai, China[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2020, 27(35): 43700-43710. DOI:10.1007/s11356-020-09179-0.

此外，长期气候变化趋势往往会导致温度升高、径流量增加，所以可以建立径流、水位等水文因素与水质之间的联合概率，考虑水环境多因子间的相关性 ，对多变量联合风险进行分析和预警：

【9】研究评估了中国南水北调工程实施后，受纳水库（即密云水库）的富营养化风险。提出了考虑水量和水质指标联合作用的新方法来评估富营养化风险

Zang N, Zhu J, Wang X, et al. Eutrophication risk assessment considering joint effects of water quality and water quantity for a receiving reservoir in the South-to-North Water Transfer Project, China[J]. Journal of Cleaner Production, 2022, 331: 129966. DOI:10.1016/j.jclepro.2021.129966.

【10】在汛期，水库会从上游流域接收大量污染物，导致水质下降，研究将主成分/因子分析-多元线性回归（PCA/FA-MLR）模型与贝叶斯网络（BNs）相结合，对不同降水条件下的水污染源进行识别和水质风险评估。分析了不同降雨条件下的水质风险。

Qin G, Liu J, Xu S, et al. Pollution Source Apportionment and Water Quality Risk Evaluation of a Drinking Water Reservoir during Flood Seasons[J]. International journal of environmental research and public health, 2021, 18(4): 1873. DOI:10.3390/ijerph18041873.

【11】研究分析了汉江中下游水文系统变化和藻类繁殖之间的内在关系，确定了诱发藻类繁殖的水文条件（河流流量与水位）阈值，建立了不同水文条件下copula联合概率分布函数，以量化实际入流情况和不同调水方案下的藻华风险。

S Shen L, Dou M, Xia R, et al. Effects of hydrological change on the risk of riverine algal blooms: case study in the mid-downstream of the Han River in China[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2021, 28(16): 19851-19865. DOI:10.1007/s11356-020-11756-2.

气候变化表现出明显的区域性，不同地区和水体的水质变化表现出明显的差异性，量化气候变化对水质影响，较常见的有两类方法：1）结合模型和气候变化情景进行模拟预测，分析不同气候变化情景对水文、水环境等产生的具体影响。虽然这种基于某些假设的预测结果不可验证，但模型模拟可以提供更全面直观的信息，更好地比较和制定BMP措施；2）基于已有的监测数据或已发生的极端事件，进行相关分析和回归分析等数据分析手段，来量化气候变化对水环境的影响。

Copula等数学方法虽然可以建立不同变量之间的联系，确定关键阈值，但本身不具有水文物理基础，要确保所分析的变量之间确实存有事实上的相关性。

分享人介绍

王维琛， 2022级博士生

研究方向：流域非点源污染与水环境修复

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