一、综述

淡水是人类社会和经济发展的基石。古代埃及、古代巴比伦、古代印度、中国等世界四大古代文明都发源于靠近自然水源的地方，但也有其他人类文明依赖水库、蓄水池等人工设施繁衍生息，例如吴哥文明（800年至1400年）创造的连接洞里萨湖与人工水库的灌溉系统。如今，全球人类用水量（绿水、蓝水和灰水）约24万亿立方米/年，其中3.8至5万亿立方米是蓝水，18.72万亿立方米为绿水，其余为灰水。全球各种水体的储水量不断变化，气温上升减少了冰盖和冰川的储水量，河湖湿地退化和地下水超采减少了天然水体的储水量，而人造水库、湿地和水稻田增加了人造水体的储水量。

二、储水量

（一）冰盖和冰川

南极冰盖

南极冰盖、格陵兰冰盖、高山冰川等冰态水体储水量约30000万亿立方米，是地球最大的淡水水体。高山冰川的季节性融水，尤其是安第斯山脉、兴都库什山脉和喜马拉雅山脉冰川，维系着下游生态系统的健康和数十亿人口的生计。

冰川融水对河流水量的重要性不言而喻。尽管对伊洛瓦底江、湄公河、恒河、雅鲁藏布江等河流水量的贡献量较小，但冰川融水具有不可替代的缓冲作用，尤其是在旱季和干旱年份，例如一条冰川融水占25%水量的安第斯山脉河流平时仅需满足39.1万户家庭的生活用水、398平方公里农田的灌溉用水和1.1万千瓦水电装机的发电用水，但干旱时期需满足392万户家庭的生活用水、2096平方公里农田的灌溉用水和73.2万千瓦水电装机的发电用水。然而，气候变化导致高山冰川加速融化，削弱了冰川融水对河流水量的缓冲作用。此外，高山冰川加速融化以及融化时间提前延长并改变了水流时间，对人类用水和下游民众生计产生了严重影响。

根据重力恢复和气候实验卫星估算，1993年至2018年全球高山冰川融化量为5.868万亿立方米；1972年至2018年格陵兰岛冰盖融化量为4.947万亿立方米，其中1992年至2018年3.474万亿立方米，占70%；1979年至2017年南极冰盖融化量为5.019万亿立方米，其中1992年至2017年2.708万亿立方米，占53%。由此可见，全球气候变暖趋势愈发明显。

（二）永久冻土

永久冻土深达650米，面积约2100万平方公里，由常年冻结的土壤、透水岩石和地下冰组成，主要分布在欧洲东北部、亚洲北部、加拿大北部和格陵兰岛极地地区。永久冻土既存在于土壤基质的孔隙中，也以巨大冰体的形态呈现，通常宽数米，长数十米。据估算，全球永久冻土储水量约300万亿立方米。

存在永久冻土的地区通常人迹罕至，目前尚无人类直接利用永久冻土满足用水需求的记录，也无永久冻土对地下水和地表水贡献量的数据，研究人员认为其贡献量微不足道。然而，气候变化导致许多地区永久冻土温度的上升速度快于气温上升速度，过去30年永久冻土的平均温度上升了1.5℃至2.5℃。因此，浅层永久冻土正在融化。研究人员预测，未来永久冻土融水将成为重要的人类用水来源。

（三）地下水

除冰盖和冰川之外，地下水是全球储水量最大的淡水水体。据估算，全球地下水储量约15300万亿至22600万亿立方米，其中100万亿至5000万亿立方米为可再生地下水。研究显示，淡水占全球地下水总量的46%，其余为咸水。尽管地下水水量为地表水水量的100多倍，但可再生、易获取、可利用的地下水仅占地下水总量1%至5%，而且地理分布极不均匀。

几千年来，远离河流的人类通过打井获取地下水，地下水历来是维持人类生产生活的重要水源。目前，全球20多亿人口依赖地下水生活，44%的灌溉用水来自地下水。受低价水泵、便利钻井技术、农业补贴政策等因素的影响，全球地下水开采量从1950年的1000亿至1500亿立方米增至2000年的9500亿至10000亿立方米，其中90%用于农业灌溉。孟加拉国、中国、印度、伊朗、巴基斯坦、美国等国家的地下水开采量占全球地下水开采总量的80%以上。相比之下，在撒哈拉以南非洲地区，50%至75%的人口依赖浅层地下水满足生活用水需求，深层地下水尚未开发利用，并且地下水开采量仅占可再生地下水水量的5%。

在亚洲、中东、北非和北美的许多地区，地下水开采量远超可再生地下水水量，导致含水层枯竭。据测算，全球约20%的含水层被超采。尽管含水层枯竭意味着水量损失，但含水层仍然存在，如果人类停止开采，含水层会被重新填充，因此含水层枯竭并不表示储水能力的丧失。然而，在开采量较大的地方，例如印度、中国和美国部分地区，含水层枯竭带来了地面沉降、河流基流减少、地下水水质恶化、海水入侵加剧等一系列严重后果。

地下水储量减少是全球许多地区面临的严峻问题。根据地下水模型、水井现场监测以及重力恢复和气候实验卫星数据估算，全球地下水减少量从1900年的72.2亿立方米增至2000年的975亿立方米，2022年攀升至1410亿立方米，凸显了人类超采对地下水储量的严重影响。

（四）湖泊

湖泊是地球陆地表面最大的液态水体，是全球数百万人口的生活水源，也是农业灌溉、工业生产和火力发电厂冷却用水的重要来源。全球自然湖泊面积约267万平方公里（不含人工水库），占全球陆地面积的1.9%，储水总量约182.9万亿立方米，其中咸水占44%。

人类出于农业灌溉、生活用水等目的取水活动导致湖泊水量持续减少，里海、咸海、乌鲁米耶湖、大盐湖等湖泊逐渐萎缩干涸，导致渔获量减少和生态系统受损。此外，裸露的湖床产生大量灰尘，危害人类健康和农业生产。

受气候、地质、人类活动等因素的影响，里海是全球水量减少最多的湖泊。1900年至2014年里海水量累计减少了12350亿立方米，包括地表水和地下水。此外，由于上游国家大量取水用于农业灌溉，1960年至1990年咸海水量以年均640亿立方米的速度减少，1951年至2000年咸海水量累计减少了5000亿立方米。近年来，由于沿岸国家努力改善咸海北部生态环境，咸海水量减少速度逐渐放缓，面积也在逐渐恢复。据测算，1971年至2020年全球湖泊水量累计减少了19750亿立方米（400亿立方米/年），其中2002年至2015年减少了7040至11260亿立方米。

（五）水库

水库具有灌溉、水力发电、供水、防洪、通航、娱乐等多种综合效益。自1950年以来，人类累计建造了坝高超过15米的5.7万多座水坝，人造水库面积达26万平方公里，占全球陆地面积的0.2%。全球水库和水坝数据库（Global Reservoir and Dam database）收录了7320座水库数据，总库容约61160亿立方米。世界大坝委员会数据显示，第二次世界大战后全球掀起水坝建设热潮，20世纪80年代达到顶峰，然后大幅下降。虽然全球水坝建设高潮落幕，但目前全球仍有许多大型水坝处于不同建设阶段，例如埃塞俄比亚复兴大坝，库容达740亿立方米。除大型水库外，人类还修建了大量小型水库、池塘、蓄水池、水箱和其他微型蓄水设施，主要用于小规模农业灌溉、生活用水、牲畜饮水和其他用途。研究发现，通过应用雨水收集等小规模集水技术，乌干达、布隆迪、坦桑尼亚和印度部分地区提高了60%至100%的农作物产量。

人造水库增加了陆地水体蓄水量，弥补了冰川、湖泊等其他陆地水体损失的水量。在1950年至2000年全球水坝建设最活跃阶段，全球水库蓄水量累计增加了92000亿立方米，年均1840亿立方米。2000年至2010年，水坝建设放缓，水库蓄水量年均增加150亿立方米。目前，全球许多水坝年久失修，美国80%的水坝服役时间超过50年。随着年限增长，水坝结构完整性下降，风险持续增加，因此近年来拆坝成为全球热门话题。由于水坝建设放缓、泥沙淤积、水坝退役等因素，全球水库蓄水量持续减少。此外，人口增长导致全球水库人均蓄水量也持续下降，从1990年的1000立方米/人降至2010年的850立方米/人。

（六）湿地

几千年来，湿地为人类提供了水资源和其他生态系统服务，也孕育了一些古代人类文明。湿地以积水、土壤水和浅层地下水的形式储蓄水资源，是人类生活用水和农业灌溉的重要水源。然而，全球湿地面积和储水量难以测算。第一，湿地尚无统一定义。《拉姆萨尔湿地公约》对湿地的定义是“天然或人工、长久或暂时的沼泽、湿原、泥炭或水域地带（浅水湖泊、河流、泛洪区等），包括静止或流动的淡水、半咸水或咸水水体，以及海洋和低潮时水深不超过6米的浅海水水域”；而其他国际组织关于湿地的定义是“间歇性被浅水覆盖或土壤饱和的土地或区域（沼泽）”。第二，湿地面积随季节和年际更替而变化，许多干旱地区湿地是间歇性季节性湿地。第三，大多数湿地被森林覆盖，光学遥感技术无法区分湿地与森林。近年来，排水开垦、盐碱化、来水减少等因素导致全球湿地面积和储水量持续减少。

近期，依据《拉姆萨尔湿地公约》关于湿地的定义并使用最新遥感技术，研究人员测算全球湿地面积约为1210万平方公里，其中1120万平方公里为内陆湿地。据统计，全球湿地年均退化率为0.565%，假设全球湿地平均水深1米，自1990年以来湿地储水量累计减少了7260亿立方米。1970年至2022年，全球内陆湿地面积减少了35%，约392万平方公里，尤其自2010年以来，全球湿地面积减少速度明显加快。尽管天然湿地面积减少，但人工湿地面积却逐年扩大，特别是亚洲水稻田面积显著增加，弥补了天然湿地的减少水量。1971年至2020年，全球水稻田面积累计增加了30万平方公里，总面积达167.1万平方公里。假设水稻田平均水深0.2米，全球水稻田新增储水量600亿立方米。

（七）土壤水

土壤水是指土壤孔隙中的水分，通常存在于土壤上部2米范围内。土壤水对植物生长和农业生产具有极其重要的意义。与其他陆地自然水体相比，土壤水储量较小，约为1.65万亿立方米。土壤水通过植物蒸散作用消耗，并通过降水和冰雪融水获得补充。土壤水在土壤中入渗、过滤和储存，满足植物生长需求。此外，土壤水与大气的水交换也对短期天气和长期气候产生重要影响。因此，虽然土壤水仅占全球淡水总量的0.13%，但其是全球水循环的关键组成部分，对生态系统和人类福祉非常重要，尤其在农业生产中发挥着关键作用。

土壤侵蚀是指表土在水力、风力的作用下从陆地表面快速流失的过程。砍伐森林、过度放牧和不合理的农业活动是土壤侵蚀的主要原因。土壤侵蚀影响土壤水的入渗、储存和排出，降低土壤肥力，增加碳排放和河流泥沙量，减少下游水库库容和土壤水储量。联合国粮农组织全球土壤伙伴关系（Global Soil Partnership）报告显示，全球年均土壤侵蚀量达750亿吨。

由于全球气温上升和土壤水蒸散增大，1979年至2017年全球土壤水储量呈持续下降趋势，尤其是中国东部、蒙古、俄罗斯南部、欧洲东部、非洲中北部、美国和巴西东部地区。在全球范围内，1979年至2000年和2001年至2017年全球土壤水储量分别减少1350亿立方米和2680亿立方米。在全球升温和土壤水减少的情况下，土壤与大气之间的水交换增加，导致土壤调节陆地淡水供应的能力减弱，并带来生态系统退化、农业减产、粮食安全等一系列问题，此外，土壤水减少还改变了近地表能量收支平衡，从而导致出现大面积热浪和高温事件。

二、淡水储量和变化

（一）淡水储量

全球冰盖、冰川和其他陆地水体的总储水量为5266.7432万亿立方米，冰态水和地下水占99.5%，湖泊、土壤水、水库、湿地、水田等水体占0.5%，其中淡水储量为4216.9008万亿立方米。

然而，并非所有水体都对保障人类水安全同等重要，一系列生物、物理和社会经济因素决定了人类从何种水体取水。人类可持续地开采并使用的水被称为“可用水”，此外维系自然界各种生态过程且无法被人类使用的水被称为“不可用水”。

（二）储水量变化

1971年至2020年，全球陆地水体储水量累计减少了27.079万亿立方米，其中自然水体储水量减少了33.944万亿立方米，但人造水库、水稻田等人工水体储水量增加了6.865万亿立方米。人类活动对陆地水体既有积极影响，也有消极影响。研究显示，人造水库和水稻田增加的储水量微不足道，但人类其他活动却导致储水量大幅下降，例如地下水枯竭、湿地退化、湖泊萎缩、水土流失等。此外，气候因素导致的降雨、蒸发和径流变化严重影响各种水体储水量，远超人类活动引起的储水量变化。

全球陆地水体储水量变化给全球水资源供应带来了多重压力。对个人和社区而言，除引发海平面上升外，全球陆地水体储水量变化无关紧要。但是，对整个社会而言，储水量变化严重影响工农业生产、水力发电和粮食安全。换言之，储水量变化，以及人口增长和经济发展导致的用水需求增加，导致全球水资源供需缺口持续扩大，对建设气候韧性社会和经济可持续发展造成严重影响。

1971年至2020年陆地各种水体储水量变化

（三）未来趋势

计算机仿真软件分析显示，气候变化将进一步减少陆地各类水体储水量。联合国政府间气候变化专门委员会第六次评估报告指出：

1、全球冰盖和高山冰川将继续加速融化，尤其低纬度地区高山冰川融化速度将达到顶峰。

2、海平面上升将导致更多海水入侵沿海含水层，地下水储量将进一步减少。

3、在降水减少和蒸发增加的地区，内陆湿地面积将持续减少。同时，海平面上升将导致海水入侵沿海湿地，湿地储水量将进一步下降。

4、在降雨和径流减少以及人类从上游大量调水的地区，湖泊蓄水量将减少。此外，在土壤退化和强降雨的地区，泥沙增多将导致湖泊库容下降。

5、未来，人类将继续建设大小型水坝。尽管太阳能、风能等其他可再生能源大幅增加，但由于新兴市场和发展中经济体的电力需求持续增长，未来人类仍将继续大规模开发水电。此外，作为一种应对气候变化的措施，人类也将加大水库建设投资，扩大灌溉面积，降低农作物歉收风险，保障粮食安全。然而，泥沙淤积、老化退役等因素导致世界多地水库的蓄水量持续下降。

三、结论

水是水、粮食和能源安全的关键要素。近几十年来，全球各类陆地水体储水量发生了巨大变化，冰川融化、地下水枯竭和湿地退化是主要原因。尽管人类修建了大量水库和蓄水设施，但这些努力无法抵消人类活动造成的自然水体储水量减少。人口增长，消费方式改变，以及人类对粮食、交通和能源的需求持续增长，导致全球水压力越来越大。此外，由于气候变化，未来极端天气事件将更加频繁和严重。因此，未来储水的重要性将愈发凸显，人类亟需在水资源规划和管理中统筹利用天然水体、人造水体等各种储水方式，探寻更加完善的、基于自然的方式存储和保护水资源，以满足人类经济社会发展和生态系统的用水需求。

资料来源：国际水资源管理研究所，2024年6月。