Communications Earth & Environment｜跨界河流研究的全球差异对可持续管理具有影响

标题： Global disparities in transboundary river research have implications for sustainable management

作者： Mehebub Sahana[曼彻斯特大学 ]；Md Kutubuddin Dhali[曼彻斯特大学]；Sarah Lindley[曼彻斯特大学]

期刊： Communications earth&environment

类型： Article

时间： 2024.12.24

链接：

https://www.nature.com/articles/s43247-024-01928-0

引用： Sahana, M., Dhali, M.K. & Lindley, S. Global disparities in transboundary river research have implications for sustainable management. Commun Earth Environ 5, 786 (2024).

人类世压力、气候变化和水文政治给可持续的跨界流域管理带来了巨大风险。我们通过机器学习技术查阅了 4237 篇出版物，并对 325 篇出版物进行了深入审查，分析了 286 个流域的 4713 个案例研究。我们的目标是：评估主要观点和关键研究主题；分析它们在流域大小、位置、径流、取水量、排水量和消耗量方面的差异；并思考对流域可持续管理的影响。研究结果表明，与流域人口规模、取水量和耗水量相比，全球南部的研究数量少得不成比例。此外，研究工作主要由全球北部的机构主导，决定了研究主题和地点。全球南部的研究侧重于水文政治和自然灾害，而全球北部则强调景观生态学和治理。这些见解突出表明，需要在全球南部进行更全面的评估，以支持跨界河流流域的可持续管理。

跨界河流流域（transboundary river basins，TRBs）是指跨越国家边界的河流，全球约有286条，覆盖47%的陆地面积、60%的淡水流量和52%的世界人口。这些流域对区域和全球水安全至关重要，但上游的用水、水电建设和引水减少了下游国家的水资源，影响生物多样性和社会经济发展。

目前仅16%的国家有可操作的跨界水合作安排，其中欧洲和北美较为先进，而南美和亚洲则落后。自1948年以来，签署了约300项国际水协议，并成立了多个国际河流组织，特别是1997年后联合国制定了许多相关法律来解决冲突和管理问题。然而，全球南方在可持续水对话、治理和冲突处理方面面临更多挑战。

跨国河流上的大坝建设引发了上下游国家间的水电冲突，超过70%的新建大坝位于跨国河流上，导致了约10,000座水电设施的建立。这些问题集中在水资源治理、流域服务、地下水资源管理和社会生态脆弱性等方面。气候变化、人口增长和经济发展增加了跨国水资源冲突的风险，尤其是在南亚和南非等地区。

跨界含水层的重要性也不容忽视，它们为15亿至28亿人提供饮用水，并占全球灌溉总量的40%左右。过去二十年间，这些含水层在全球多地已严重枯竭，特别是在中东和非洲国家。地表水过度开采也加剧了地下水枯竭，如二十世纪初欧洲的水危机和如今全球南方的城市化带来的污染问题。

为了应对这些挑战，需要加强跨境河流研究，以反映特定地理和环境条件下的挑战，并系统评估现有研究，以改善理论和实证基础，支持可持续管理。

过去十年的跨界河流研究主要关注流域管理和治理中的冲突与合作，包括冲突解决、水治理趋势、数据共享、政策演变和机构能力。这些研究强调了使用一致方法进行系统比较的重要性，以评估不同规模流域的风险和管理挑战。尽管如此，目前缺乏将文献主题与具体流域特征联系起来的研究，特别是在亚洲这样人口压力大、取水率高且跨境水冲突频繁的地区。

为了促进和平、合理和可持续的跨境水资源管理，国际会议和学术研究不断探讨水资源共享问题。然而，现有研究多集中在个别或少数流域，缺乏广泛的、基于证据的评估来指导实现联合国可持续发展目标（SDGs）所需的对话。

我们的审查通过创建一个整合单个流域研究的数据库，旨在填补这一空白，并探讨以下四个关键问题：

1. 当前跨境河流研究的主要观点、主题和模式及其区域差异。

2. 全球北方和南方研究的重点、方法和结果的区别。

3. 流域特征（如大小、位置、径流等）如何反映特定TRB面临的挑战。

4. 现有研究对TRB可持续管理策略的建议及决策者在治理和冲突解决上的潜力。

我们利用机器学习和定性分析审查了4237篇相关文章，按大陆和流域规模组织评估，结合八个总体观点——自然灾害、气候变化、灾害管理、治理与政策、冲突与合作、水文政治、污染和景观生态学——来探索跨界河流研究的不同维度，特别关注南北差异以及与SDGs的一致性。此研究为利益相关者提供了切实可行的建议，促进了跨界河流的综合管理。

我们收集了1973年至2022年间来自Scopus（3366篇）、Web of Science（2789篇）和Google Scholar（325篇）的跨界河流文献，在去除重复项后，审查了4237篇文章，并创建了一个包含4713个案例研究的TRB研究清单（图1）。通过主题和地理区域分析，我们确定了五大洲和286条跨界河流中的研究分布。此过程包括初步筛选和深入审查两个阶段。我们还汇编了各流域的参考数据，如面积、总人口、平均径流量、取水量、耗水量和排水量，这些数据来源于UNEP-DHI和UNEP (2016)的TRB数据库，用作评估TRB压力（如水资源短缺和洪水）的客观指标，以对比现有的学术研究成果。

跨界河流流域（TRB）根据面积分为三类：小型 (< 50,000 平方公里，n=187)，中型 (50,001-500,000 平方公里，n=69)，和大型 (> 500,000 平方公里，n=30)。在4713个案例研究中，大型流域的研究最多，占65.61%；小型次之，占17.31%；中型最少，占17.08%。大型流域主要位于非洲（30.46%）和亚洲（28.36%），其次是南美洲、北美洲和欧洲。中型流域以亚洲和非洲为主，而小型流域则以非洲占比最高。总计4237篇研究论文覆盖了286个流域，但仍有85个流域未被研究，其中非洲和南美洲分别有24个和27个未研究的流域，尤其是73个小流域和12个中型流域尚未得到关注。

全球大多数跨境河流系统位于北半球，约90%的人口居住于此。大型流域研究集中在东亚的湄公河（18.80%）、南亚的印度河（15.49%）和非洲的尼罗河（11.93%）。中型流域研究以欧洲的莱茵河（14.16%）和亚洲的松洪河（13.79%）为主。对于小型流域，亚洲的约旦河研究最多（13.11%），随后是北美的科罗拉多河（12.50%）和格兰德河（11.64%）。

跨境河流研究的地理分布主要集中在亚洲（43.96%），其次是非洲（18.69%）、北美洲（18.37%）、欧洲（14.60%）和南美洲（4.37%）。美国、英国、中国和俄罗斯的机构贡献最大。大型河流研究中，亚洲占49.58%，非洲和北美洲分别占20.34%和19.47%；中型河流方面，亚洲领先（39.01%），其次是欧洲（36.89%）和非洲（19.63%）；小型河流研究中，北美最高（28.31%），其次是亚洲（27.57%）。

这些分布反映了区域研究重点的差异，强调了需要更平衡的方法来管理不同规模和背景下的跨境河流系统。例如，亚洲在大型TRB中拥有全球人口的最大份额（55.86%），而南美洲对全球大型TRB总径流的贡献最大（51.33%）。亚洲在取水率和消耗率上也显著高于其他地区，特别是在大型TRB中（65.69%和68.21%）。南美洲的大型河流排放量最高（49.08%），而非洲的小型河流排放量最高（32.96%）。此外，研究还显示了全球南北之间的不平衡。亚洲的研究更多地关注人口密集和冲突频发的大型河流，而欧洲则更注重气候变化和政策响应。北美在小型河流的气候变化和自然灾害研究方面表现突出。这些差异揭示了跨境河流特征、冲突、治理、气候变化和可持续管理议程之间的复杂关系。

跨界河流问题的普遍性要求从地方到全球范围实施整体和可持续的解决方案。这些问题在全球南北表现各异，受流域规模、地理位置、地貌和气候区域的影响。通过对325篇文章的分析，我们发现研究类型、领域、作者所属关系和流域大小方面存在模式，但未发现研究方法或模型的明显模式。因此，我们使用基于机器学习的定量评估来探索与这些因素相关的模式。

在4713个案例研究中，我们确定了64个主要主题，并将其归类为8个总体视角：景观生态学、污染、水文政治研究、冲突与合作、治理与政策、灾害与水管理、气候变化及其影响、自然灾害。各主题的研究比例分别为：水文政治研究（15.66%）、自然灾害（14.45%）、治理与政策（14.36%）、灾害与水资源管理（14.32%）、气候变化及其影响（13.83%）、冲突与合作（11.37%）、景观生态学（8.70%）和污染（7.30%）（图3、4）。

亚洲的跨境河流研究（n=2072）主要集中在水政治（21.62%）、自然灾害（15.20%）和冲突与合作（14.96%）。非洲的研究更多关注全球水政治、自然灾害和灾害与水管理。南美洲则在冲突与合作和水政治方面有较多案例研究。欧洲和北美的研究主题分布较为均匀，且较少关注水政治、冲突与合作和污染，这可能与其较低的跨境河流冲突率和相对较低的人口压力有关。相比之下，亚洲和非洲的研究更侧重于水文政治问题，而对景观生态学、灾害与水管理、污染以及治理和政策的关注较少，显示出知识差距，可能影响这些地区跨境河流的可持续管理。这种差异表明，地缘政治考虑可能掩盖了关键环境和社会问题，阻碍了全面有效的管理策略。为了改善全球南部地区的可持续管理，需要整合跨学科方法并优先考虑跨境合作，以确保自然环境在解决方案中得到充分重视，并推动更全面和可持续的管理实践。我们还评估了八个主要研究视角下的具体主题案例研究百分比（图5）。

在自然灾害视角（n=681）下，主要主题包括洪水、盐度、干旱、气旋和飓风、海平面上升、热浪和寒潮、山体滑坡和野火。其中，洪水是最主要的主题，占小型河流流域的71%、中型河流流域的69%和大型河流流域的75%（图5）。干旱是另一个重要主题，与洪水一起构成全球最常见的自然灾害，频繁影响跨界河流流域（TRBs），并与生计脆弱性及跨界水冲突和治理问题密切相关。

在冲突与合作视角（n=536）下，主要主题是国际水法和水坝防洪，其次是城市化、健康问题、灌溉、贫困、消费生产及能源安全。研究显示，全球南方的大型跨界河流如印度河、布拉马普特拉河和尼罗河与邻国共享水资源时更易发生冲突。气候变化视角（n=652）下的关键主题包括气候变化及其适应、可持续发展、天气变化、恢复力、气候建模和预测。其中，气候变化及其适应和可持续发展尤为重要。水利政治研究视角（n=738）中，水利政治、水合作和水安全最为突出。灾害和水资源管理视角（n=675）下，流域管理、水坝管理和洪水风险管理最为重要，特别是小型跨境河流流域的洪水风险管理。污染视角（n=344）中，河流和水污染是最主要的主题。政府和政策视角（n=677）下，环境安全、水治理和社会经济影响是主要关注点，尤其是大河流域的社会经济影响。景观生态学视角（n=410）下，生态稳定性和生态系统服务最为突出，主要贡献来自北美和欧洲，而全球南方的研究较少。

进行了横截面分析，比较跨界河流（TRB）文献中的案例研究与TRB的物理、水文和人为特征。这评估了研究主题是否按比例分布。图6展示了各大洲TRB面积、人口、用水量等数据与已发表案例研究之间的关联。

主要发现包括：

• 小型TRB的研究代表性差异显著，亚洲的小型TRB人口占48.3%，但案例研究仅占27.6%。

• 北美、欧洲和南美的小型TRB相对研究过度。

• 非洲大型TRB在径流研究中代表性过高，而中型和小型TRB则不足。

• 欧洲径流研究比例高，南美TRB则明显不足。

• 亚洲所有规模的TRB在径流研究中代表性过高。

• 取水和消耗是关键研究方面，特别是在跨境水资源共享问题上。

• 亚洲尽管有最高的人口占比、取水率和消耗率，但其研究代表性最低。

• 北美小型TRB在取水和消耗率方面研究特别多。

检查小型河流流域的水排放量揭示了显著差异。非洲尽管拥有全球32.96%的水排放量，但在案例研究中仅占11.52%。对于中型河流，欧洲TRB占全球水排放量的16.32%，但其案例研究却占36.89%。南美洲，尤其是亚马逊河，贡献了49.08%的全球水排放量，但在案例研究中仅占3.20%，显示出大型河流研究严重不足。

为了促进跨境河流治理和可持续水管理，有必要增强非洲和南美洲本地研究人员的能力，以支持可持续发展目标。我们的结果强调，在制定政策时考虑TRB特征（如取水率和消耗率）及研究代表性的重要性，这有助于理解人类活动与水系统间的复杂关系，并应对跨界河流挑战。

我们的审查揭示了跨境河流研究中的区域模式和偏见，对可持续管理至关重要。亚洲研究最多，关注大河流域的水政治冲突；北美和欧洲则重视中小型流域。全球北方侧重景观生态、技术和治理，因其基础设施先进；南方强调水政治冲突和资源竞争，凸显了制定包容性研究议程的必要性，以应对南方的独特挑战，促进当地能力建设和国际合作。

大型河流如亚洲和非洲的地缘政治复杂性吸引较多关注，而小型流域虽人口密集且面临水资源挑战，但未获足够重视。气候变化增加了灾害管理的研究，特别是在南亚、东南亚和非洲等脆弱地区。

跨境河流研究聚焦于解决大坝建设引发的冲突、合作及水资源共享协议的谈判。国际组织如联合国已制定政策指南，推动跨境水资源合作，实现可持续发展目标。然而，全球南方中小型跨境水资源管理机构存在研究空白，需加强科学外交、增加资金和促进南北合作，以确保公平、可持续的TRB管理。

本研究存在以下局限：审查数据库限于Scopus、Web of Science和Google Scholar，忽视了其他平台的文献；搜索仅限英语文章；分析范围仅包括同行评审文献，排除了灰色文献如非政府组织报告等提供的实用信息；未包含子流域名称，假设这些会在主要河流文献中提及；以及未能全面处理TRB的替代名称和拼写，特别是中小型河流。尽管如此，本文仍是对跨境河流研究最全面的回顾，为利益相关者的建议和未来研究奠定了基础。