水庫是筑壩蓄水后形成的人工水體,亦稱人工湖泊。它通過對地表徑流的攔蓄調節(jié),發(fā)揮灌溉、發(fā)電、防洪、供水、養(yǎng)殖、航運、旅游等多種功能,服務人類社會已超過5000年。目前,在全球范圍內分布著超過1000萬座水庫、堰塘等人工水體,其中大型水庫數(shù)量已超過5萬座。各種水庫所形成的總庫容約為1.55萬億m3,約是全球河流年徑流總量的27.3%,形成的水面面積約占全球陸地天然水域總面積的19.2%。中國是世界上水庫數(shù)量最多的國家。目前,中國已建成各類型水庫9萬余座,總庫容達7063.7億m3,是中國天然湖泊儲水量的兩倍多,占中國河流年徑流總量的25.2%,總面積6萬~7萬krr12,同自然湖泊水域面積相當。
筑壩蓄水將可能顯著改變流域碳的生物地球化學過程,使碳在地表與大氣間的源匯關系發(fā)生變化。一方面,筑壩蓄水將不可避免地淹沒一定土地,部分改變原有區(qū)域的土地利用特征,水庫受淹區(qū)內土壤與植被中的有機物在成庫后逐漸降解并向大氣釋放二氧化碳(C02)和甲烷(CH4)等溫室氣體;另一方面,水庫建成與運行迫使水庫生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)“河相一湖相”的過渡或交替,形成獨特的水庫初級生產格局和碳匯、碳埋藏等特點。20世紀90年代以來,在熱帶水庫的一些調查發(fā)現(xiàn),筑壩蓄水將可能導致水庫釋放大量C02、CH4等溫室氣體,產生顯著的溫室氣體效應。但在北美寒溫帶水庫的研究分析則認為,水庫溫室氣體源匯關系變化與水庫所在的氣候帶、水庫庫齡、淹沒有機質豐度等生態(tài)環(huán)境因素密切相關,具有復雜性和不確定性。近年來國際學界形成的普遍共識是,科學評估水庫溫室氣體通量的凈增減(即水庫溫室氣體的凈通量),是明晰水庫溫室氣體源匯關系的關鍵,也是揭示筑壩蓄水溫室氣體效應、客觀闡釋水電清潔能源屬性的重要基礎。
國際能源署(International Energy Association,IEA)水電技術合作計劃(Technology Cooperation Programon Hydropower,IEA-Hydro)旨在促進和服務全球水電行業(yè)發(fā)展,圍繞水電行業(yè)發(fā)展中的難點與熱點問題,組織國際相關領域專家開展研究、評估與分析工作。IEA-Hydro的水電與環(huán)境工作組(Annex XII:Hydropower & the Environment)于2007年啟動淡水水庫碳平衡管理(Managing the Carbon Balance in Freshwater Reservoirs)研究工作。該工作形成的重要技術報告《水庫溫室氣體凈通量定量分析技術導則》(第1卷:監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析)于2012年出版;《水庫溫室氣體凈通量定量分析技術導則》(第Ⅱ卷:建模)也在2015年底正式出版。兩部導則著重梳理了當前水庫碳循環(huán)和溫室氣體源匯過程的科學認知和前沿動態(tài),頒布標準化的水庫碳通量監(jiān)測與溫室氣體源匯建模評估方法,提出水庫碳平衡研究的最優(yōu)實踐指南,以指導國際水電行業(yè)開展水庫溫室氣體凈通量監(jiān)測評估的分析工作。
中國長江三峽集團公司(以下簡稱“三峽集團”)自2005年開始跟蹤、關注國際上發(fā)電水庫溫室氣體源匯問題,在國內率先開展水庫溫室氣體源匯研究的總體設計構思與布局,圍繞水庫溫室氣體監(jiān)測方法、預測評估模型等問題陸續(xù)開展了大量調研與探索性研究工作。2010年,三峽集團牽頭承擔了國家重點基礎研究發(fā)展計劃(“973”計劃)課題,后在2012年、2014年分別啟動了對金沙江下游梯級水電站和三峽水庫溫室氣體源匯觀測的分析研究。盡管初步結論認為中國西南峽谷河道型水庫通常具有淹沒面積小、混合程度好、單位能量密度高等特點,加之成庫前系統(tǒng)的清庫工作,成庫后這些水庫中C():、CH4等溫室氣體的凈增量應顯著低于熱帶水庫,但同國際上相對完整的長周期性監(jiān)測序列和相對系統(tǒng)的預測評估研究相比,中國對水庫溫室氣體研究的廣度和深度仍十分有限,還不足以有力回應國際社會對中國水庫溫室氣體效應的質疑。
為進一步緊跟國際前沿動態(tài),積極參與國際水庫溫室氣體研究,引導國際社會科學審視中國水庫碳循環(huán)與溫室氣體源匯特征,2014年年底三峽集團應邀參加了IEA在倫敦舉辦的水庫溫室氣體研究工作會議。會后,在三峽集團的支持下,本書譯者李哲有幸加入了IEA-Hydro專家團隊,參與了《水庫溫室氣體凈通量定量分析技術導則》(第Ⅱ卷:建模)的討論與編寫工作,并在技術導則中融入了中國典型峽谷河道型水庫碳循環(huán)與溫室氣體源匯研究成果,以期能夠更好地指導目前正在開展的中國水庫溫室氣體源匯的監(jiān)測與分析工作。在上述背景下,IEA-Hydro授權中國長江三峽集團公司和中國科學院重慶綠色智能技術研究院將《水庫溫室氣體凈通量定量分析技術導則》(第1卷:監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析;第Ⅱ卷:建模)翻譯成中文版。相信該技術導則的中譯版將指導并推動中國水庫溫室氣體的研究工作,為科學闡明中國水庫碳循環(huán)機制與溫室氣體源匯提供重要參考。
本書分為i個部分。第一部分和第二部分分別為IEA-Hydro技術導則的中譯本;第j部分初步探討中國西南河道型水庫生態(tài)系統(tǒng)、水庫碳循環(huán)與溫室氣體源匯的總體特征,結合IEA-Hydro技術導則的監(jiān)測評估框架,提出在中國西南河道型水庫開展碳循環(huán)與溫室氣體源匯建模研究的總體思路、模型框架與實施的技術路徑,并對未來的研究工作提出展望。
本書內容廣泛,又與多學科交叉,且IEA-Hydro技術導則專家團隊母語背景復雜,在語言上可能有不少理解不透徹的地方;加之譯者的知識和經(jīng)驗水平有限,翻譯的表達誤差在所難免,懇請廣大讀者不吝指正。