导语
摄影：GlennOstle/TNCPhotoContest
当下，全球有40%的水源流域出现了高到中等程度的退化（TNC，），这将对水安全构成严重威胁。来自农业和其他产业的营养物质和沉积物导致水质下降。自然植被的丧失和土地退化改变整个景观的水流模式，导致供水不可靠。全球8.44亿人口仍缺乏饮用水基本服务，至少20亿人缺乏家用安全饮用水。获取清洁的水资源变得越来越困难，水资源短缺、用水安全问题日益突出。本期解锁自然的力量系列长文将重点解读：基于自然的解决方案（Nature-basedSolutions,NbS）在保障饮用水安全方面的作用。
饮用水安全：人类发展和福祉的根本
饮用水安全是人类发展和福祉的根本所在，水质对人类健康至关重要，受污染的水源会传播各种疾病，如腹泻、霍乱、痢疾、伤寒和肠胃炎等，因此提供安全饮用水是促进健康和减少疾病与贫困的最有效手段之一。然而，当前全球仍有近30%的人口缺乏干净的饮用水，近80%的废水未经处理直接被排入江河湖海。普遍和平等地获得安全和负担得起的饮用水成为联合国可持续发展目标中的一项，获得安全的饮用水对于确保实现可持续发展目标至关重要。
摄影：NickHall
人类活动和气候变化严重威胁水质
人口增长和城市化、工业化、农业扩张和集约化以及气候变化驱动下的水污染和水质恶化，正严重威胁着人类和生态系统健康。森林砍伐、地表植被破坏和湿地退化加剧了水土流失，导致河水水质下降；不合理的农业生产方式造成氮、磷等营养物质以面源污染的形式进入河流，导致水体富营养化；不透水的城市地面无法吸收、储存雨水，导致污染物扩散；生活污水和工业废水未经合理处理通过管道直接排入水体，造成点源污染；气候变化进一步推波助澜，可利用水量减少及水温升高将进一步加剧水质恶化，更频繁和更猛烈的洪水会使污染物急剧扩散（IPCC，）。
自20世纪90年代以来，非洲、亚洲和拉丁美洲几乎所有河流的水污染情况均出现恶化（UNEP，a）。研究报告指出，未来几十年内水质恶化还将进一步加剧，从而增加对人类健康、环境和可持续发展的威胁（Veolia/IFPRI，），使得水资源供需矛盾进一步加剧。
-年基本周期与年主要流域的水质风险指数
对照图
资料来源：UNESCO，《联合国世界水发展报告：》
我国的水污染现状
自年我国开始实施“水十条”（水污染防治行动计划）以来，中国水环境质量大幅改善。监测数据显示，年，全国地表水国控断面水质优良（Ⅰ—Ⅲ类）、丧失使用功能（劣Ⅴ类）比例分别为74.9%、3.4%，分别比年提高8.9个百分点、降低6.3个百分点；大江大河干流水质稳步改善。但水污染防治形势依然严峻，以太湖、巢湖、滇池为代表的部分湖泊（水库）仍然呈轻度富营养状态（占所有监测湖泊的22.4%）至中度富营养状态（占所有监测湖泊的5.6%），农业面源污染防治压力较大（生态环境部，）。因此我们必须加大重点流域、水源地的治理与保护，加强农业农村污染治理，实现可持续发展，方能确保饮用水安全。
基于自然的水安全解决方案（NbS-WS）
提升水质，保障饮用水安全
长期以来，我们首先希望借助“灰色”基础设施（如输水渡槽、水库和污水处理厂等）以改善水资源管理，而将自然撇在一边。但是，即使是最坚固的混凝土解决方案在充满了气候不确定性的时代也显示出严重的缺陷：它们是刚性的，并且其设计和建造规范无法适应未来外部条件变化。全球水质的污染、需水量的迅速增加以及不合理利用的问题，导致水资源进一步短缺，水环境愈加恶化，水安全问题迫在眉睫，仅靠墨守成规已经力有不逮，我们需要与自然协作，以新的解决方案来管理水资源。
基于自然的水安全解决方案（NbS-WaterSecurity,WS）是指通过保护、可持续管理、恢复生态系统，有效和适应性地应对水安全挑战，同时为人类福祉和生物多样性带来益处。NbS-WS利用保护生态系统（森林、草地、河流等）、对绿色基础设施进行投资（如再造林和恢复湿地等）、可持续管理（如减少肥料或杀虫剂使用的智慧农业）等措施，从源头到城市为水安全提供解决方案。
基于自然的水安全解决方案（NbS-WS）——从源头到城市
资料来源：TNC
NbS-WS，从源头解决问题
摄影：IanShive
清洁的好水离不开好的水源。开展水源地保护，能够有效提高水质，恢复河流的自净能力，同时为上下游带来多重收益。研究发现，在中国大约万公顷的水源地集水区实施NbS水源保护项目即可以减少至少10％的水污染，仅此一项就可以改善1.5亿人口的饮用水水质（TNC，）。
通过恰当的管理，森林、湿地和草地以及土壤和作物均可成为保护水源的“绿色基础设施”。它们通过减少泥沙负荷、防止土壤侵蚀、截留污染物及回收养分，在调节水流量和维持水质方面发挥着重要作用（TNC，）。森林保护、造林或恢复天然林等可以帮助保持土壤并减少侵蚀，过滤来自地表径流的污染物，加强水土涵养；湿地保护、退耕还湿、人工湿地等湿地保护和恢复措施能够有效处理并过滤水中多余的营养物质和沉积物，并提供多样化的动植物栖息地和其他多种生态系统服务和效益；健康的河岸带是重要的地面覆盖物和生物过滤器，修复河岸带帮助恢复其生态系统服务功能，使其成为防止污染物流入河流的最后一道防线。
摄影：AdamStoltman
管理来自农业的面源污染是目前提升水质面临的最大挑战，因面源污染更难控制、影响范围更广、使用传统工程技术较难清除，这恰恰是基于自然的解决方案（NbS）最能发挥作用的领域。采取保护性耕作等措施能够改善土壤养分管理，从而降低对化肥的需求，并减少养分流失或渗入地下水；增加、保持土壤表层保护性的有机覆盖物，利用作物、覆盖作物或作物残留物来保护土壤表层，留住水分与养分，提高土壤生物活性，利于综合控制杂草与害虫，从而减少除草剂和杀虫剂的使用。Stagnari等（）研究发现，与传统耕作农业相比，保护性农业能“改善土壤结构和稳定性；增加排水和持水能力；减少降雨径流的风险并减少高达%农药和70%化肥造成的地表水污染；降低20%-50%的能耗，同时降低二氧化碳排放量”。
基于自然的水安全解决方案（NbS-WS）不仅有效，而且和净水厂等灰色基础设施相比，也更具成本有效性。建设足够大的净水工厂的费用估计60-亿美元，每年还要有额外的1.1亿美元用于运营和维护。这可不是一笔小数目。尽管建设绿色基础设施的总开支很难量化，但据估算它每年消耗的资金不到1亿美元（TNC，）。
案例1
厄瓜多尔基多水基金
CondorBioreserve生态保护区位于安第斯山脉地区，与基多集水区是重合的。它为基多市及其周边万居民提供了清洁的水资源。然而，不可持续的自由放牧和农业实践、基础设施建设、非法盗猎和采伐等破坏了保护区涵养水源的生态服务功能，直接影响到基多地区的水供应量和水质。
摄影：ErikaNortemann/TNC
为了保护水源地生态系统的健康，以改善基多的水质和水量，TNC在年联合基多城市公共饮用水和卫生设施公司（EPMAPS）成立了FONAG水基金。FONAG水基金是一个预期80年的信托基金，它利用下游水厂和用水户的资金，来补偿和保护上游水源地的生态系统及其服务功能，以保障下游的水量和水质。简而言之，水基金的实质是下游用水户购买上游的生态系统服务功能。
水基金整体概念示意图
资料来源：TNC
为了实现FONAG水基金的三个目标，即保持稳定和安全的水供应、改善和保持流域生物多样性和提升下游群体的生活品质，有效的资金模式、科学的流域保护规划和合理的组织治理架构被设计建立，保证FONAG水基金运作的可持续性。
FONAG水基金通过良好运营，可持续的资金不断被用于改善流域生态环境和加强社区可持续农业生产实践中，在流域生态和社会经济两方面取得了显著成效。
生态：到年，水基金支持保护的流域面积达50万公顷，重新造林公顷，种植超过万棵树木。长期监测数据显示，高山草甸恢复效果显著、植物种类数量提升，另外所管理河段的土壤流失指数、河流栖息地指数和河岸植被质量指数也明显改善，当地水质更加健康。社会经济：水基金的受益人超过万，不仅包括了下游城市的用水户，而且为水源附近的社区居民带来了可持续的生产方式和经济收入，例如到年，名儿童受益于环境教育项目、流域内户家庭参与社区发展项目，获得新的就业机会。
厄瓜多尔桑戈尔基的在校学生参与环境教学活动
摄影：ErikaNortemann/TNC
NbS-WS，改善人类居住区的水质
目前全球绝大部分人口居住在城市，对于将绿色基础设施纳入城市规划和设计，管理和减少城市内涝及径流污染，人们的兴趣日益增加（UNEP-DHI/IUCN/TNC，）。绿色屋顶、雨水花园、生态树池等覆有植被的下渗区或排水区，帮助处理废水和减少暴雨径流，净化水质之余还可为周边居民提供休憩场所。恢复湿地或人工湿地有助于处理生活污水和新兴污染物，研究显示，湿地在降解或固定新兴污染物（包括药物）方面比常规废水处理方式更为有效（Vystavnaetal.，）。
覆有植被的下渗区或排水区，帮助处理废水和减少暴雨径流，
净化水质
图片来源：TNC
当然，基于自然的解决方案（NbS）也并非万能的灵丹妙药。在处理污染物浓度较高的工业和采矿业废水时，灰色基础设施仍是不可或缺的处理方式。
案例2
深圳海绵城市建设--岗厦
地点：深圳福田区岗厦村
海绵设施：绿色屋顶、雨水收集桶
岗厦的绿色屋顶位于深圳福田CBD的城中村，桃花源生态保护基金会、大自然保护协会以立体轻钢结构搭载余个种植箱，培育华南本土植物，于握手楼丛中开拓出前所未见的绿化空间。在绿色屋顶改造后，并搭配上升容量的雨水收集桶，通过屋顶的种植与蓄水设备可以实现65%的雨水年径流总量控制率。同时，也有效提升了城中村的环境宜居性，并成为了一个为社区服务的多功能活动空间。
城中村岗厦绿色屋顶
图片来源：TNC
基于自然的水安全解决方案（NbS-WS）
势在必行
摄影：KevinArnold
长期以来，灰色基础设施解决方案在水资源管理方面占压倒性优势。尽管针对基于自然的解决方案（NbS）的投资日益增长，但这部分投资占水资源管理基础设施总投资的比例还不到1%（UNESCO，）。这是由于人们对NbS-WS仍缺乏足够的认识、有效的沟通和知识储备，没有充分认识到NbS能够真正降低水的易变性风险、改善水质和可用水。例如，年以来，欧盟委员会积极推动应用NbS以保证水安全，但由于缺乏证据、方法和指导，其实际应用受到阻碍。
近年来，对基于自然的解决方案（NbS）的