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(diào)節(jié),發(fā)揮灌溉、發(fā)電、防洪、供水、養(yǎng)殖、航運(yùn)、旅游等多種功能,服務(wù)人類社會已超過5000年。目前,在全球范圍內(nèi)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(dá)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(dāng)。
筑壩蓄水將可能顯著改變流域碳的生物地球化學(xué)過程,使碳在地表與大氣間的源匯關(guān)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(nèi)土壤與植被中的有機(jī)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(yùn)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(dú)特的水庫初級生產(chǎn)格局和碳匯、碳埋藏等特點(diǎn)。20世紀(jì)90年代以來,在熱帶水庫的一些調(diào)查發(fā)現(xiàn),筑壩蓄水將可能導(dǎo)致水庫釋放大量C02、CH4等溫室氣體,產(chǎn)生顯著的溫室氣體效應(yīng)。但在北美寒溫帶水庫的研究分析則認(rèn)為,水庫溫室氣體源匯關(guān)系變化與水庫所在的氣候帶、水庫庫齡、淹沒有機(jī)質(zhì)豐度等生態(tài)環(huán)境因素密切相關(guān),具有復(fù)雜性和不確定性。近年來國際學(xué)界形成的普遍共識是,科學(xué)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(guān)系的關(guān)鍵,也是揭示筑壩蓄水溫室氣體效應(yīng)、客觀闡釋水電清潔能源屬性的重要基礎(chǔ)。
國際能源署(International Energy Association,IEA)水電技術(shù)合作計劃(Technology Cooperation Programon Hydropower,IEA-Hydro)旨在促進(jìn)和服務(wù)全球水電行業(yè)發(fā)展,圍繞水電行業(yè)發(fā)展中的難點(diǎn)與熱點(diǎn)問題,組織國際相關(guān)領(lǐng)域?qū)<议_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(shù)報告《水庫溫室氣體凈通量定量分析技術(shù)導(dǎo)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(shù)導(dǎo)則》(第Ⅱ卷:建模)也在2015年底正式出版。兩部導(dǎo)則著重梳理了當(dāng)前水庫碳循環(huán)和溫室氣體源匯過程的科學(xué)認(rèn)知和前沿動態(tài),頒布標(biāo)準(zhǔn)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(shí)踐指南,以指導(dǎo)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(tuán)公司(以下簡稱“三峽集團(tuán)”)自2005年開始跟蹤、關(guān)注國際上發(fā)電水庫溫室氣體源匯問題,在國內(nèi)率先開展水庫溫室氣體源匯研究的總體設(shè)計構(gòu)思與布局,圍繞水庫溫室氣體監(jiān)測方法、預(yù)測評估模型等問題陸續(xù)開展了大量調(diào)研與探索性研究工作。2010年,三峽集團(tuán)牽頭承擔(dān)了國家重點(diǎn)基礎(chǔ)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(jié)論認(rèn)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(diǎn),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(yīng)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(yù)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(yīng)國際社會對中國水庫溫室氣體效應(yīng)的質(zhì)疑。
為進(jìn)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(dǎo)國際社會科學(xué)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(tuán)應(yīng)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(tuán)的支持下,本書譯者李哲有幸加入了IEA-Hydro專家團(tuán)隊(duì),參與了《水庫溫室氣體凈通量定量分析技術(shù)導(dǎo)則》(第Ⅱ卷:建模)的討論與編寫工作,并在技術(shù)導(dǎo)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(dǎo)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(quán)中國長江三峽集團(tuán)公司和中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院將《水庫溫室氣體凈通量定量分析技術(shù)導(dǎo)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(shù)導(dǎo)則的中譯版將指導(dǎo)并推動中國水庫溫室氣體的研究工作,為科學(xué)闡明中國水庫碳循環(huán)機(jī)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(shù)導(dǎo)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(jié)合IEA-Hydro技術(shù)導(dǎo)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(shí)施的技術(shù)路徑,并對未來的研究工作提出展望。
本書內(nèi)容廣泛,又與多學(xué)科交叉,且IEA-Hydro技術(shù)導(dǎo)則專家團(tuán)隊(duì)母語背景復(fù)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(yàn)水平有限,翻譯的表達(dá)誤差在所難免,懇請廣大讀者不吝指正。