一、概述也门共和国位于干旱和半干旱地区,这从降雨量的缺乏及其数量和分布的不规则性中可以明显看出。它被认为是遭受水资源短缺的十个国家之一,同时,由于缺乏未来的战略计划,该国是中东水资源最枯竭的国家之一。也门存在的不合理使用可用水资源的问题已导致地下水迅速枯竭。农业生产消耗了可用水资源总量的约93%,没有哪个国家的地下含水层枯竭速度像也门一样快。由于该国的政治冲突,数百万也门人无法获得清洁的饮用水,大多数农民失去了农业活动。相关报告显示,超过45%的公共结构处于倒塌状态缺乏满足其需求的资源。城市地区依靠地下水来满足用水需求,而农村地区则依靠水井和小型水坝和池塘等传统的集水方法。早期的研究表明也门可再生地下水15亿m3（1.5 Bm3）,地表水10亿m3（1.0 Bm3）,需水量34亿m3（3.4 Bm3）。相比之下,可再生水量为2.5 Bm3,这意味着有0.9 Bm3的赤字需要通过地下水来补偿。最近,由于当前的需水量达到3.9 Bm3（2020年）,这一缺口已增加到约1.4 Bm3,到2025年将增加到4.4 Bm3。早期的研究表明,也门的可再生水资源从1980年到1997年分别从246m3/人/年减少到130m3/人/年。2018年可再生水资源为73.69 m3/人/年。另一方面,也门水与环境部表明,2019年可再生水资源为85 m3/人/年;到2025年和2026年,这将达到66 m3/人/年。没有准确的统计数据表达人均年用水量,但大约在70-85m3/人/年的范围内。这一下降幅度相当大,表明也门的人均用水量与其他国家相比不超过10%。在中东和北非,可再生水资源平均约为1050-1500 m3/人/年,全球达到7500-8300 m3/人/年。有时水是由妇女从远方带来的,这可能使她们在社会多元化的社会中处于危险之中。萨那（Sana’a）地区是本研究的研究区域,被认为是也门最缺水的地区之一。它受到对国家产生负面或正面影响的因素的影响。因此,鉴于目前的水资源状况,研究人员预计未来几年会发生干旱。随着人口的增加和地下水补给方案的缺乏,自2000年开挖深度达到100多m以来,地下水位持续下降,而2020年,研究区域内部分地区深度达到1000多m。萨那地区的水供应量取决于家庭住地位置和收入比例。最近人口的快速增长增加了农业部门的用水量（尤其是Qat植物种植）,而降雨不足导致地下水的过度使用。由于该地区的气候,研究区域的农作物受到限制,温度在影响作物寿命加快速度方面起着重要作用,也影响作物产量。萨那盆地抽取的地下水量约为补给量的400%,因此研究区大部分地下水井因地下水位下降而干涸,估计每年下降6-8m。缺水人口的增加对国家的经济、社会和政治构成了重大挑战,并威胁到环境的稳定。尽管萨那地区缺水,但也存在雨水排放问题,尤其是在首都。由于人口拥挤和城市扩张,附近的山谷降雨径流流入萨那市中心（阿尔赛拉河道）。此外,萨那地区的内部移民在也门城市中排名第一,城市人口占萨那市总人口的比例已达到7.52%。也门的水危机,特别是在萨那地区,是一个随着时间的推移变得越来越严重的重大问题。政府没有令人满意的解决方案,尤其是该国目前发生的政治冲突事件,这些问题需要对水资源进行最新的综合评估研究。研究区的水资源状况非常危急,必须优先考虑能缓解危机并在未来追求水可持续发展的研究和计划。因此,本研究旨在评估萨那地区的水资源,包括地表水和地下水,以及它们的数量和分布、供水和各种用水需求。本研究的重要性在于作为一项重要的综合研究,它将评估和突出该地区水资源的现状,鼓励决策者实现该地区的可持续发展目标。在此基础上,可以通过一项计划,在萨那地区,尤其是整个也门,实现第六个可持续发展目标,以便到2030年,政府寻求实现人人平等获得安全和负担得起的饮用水目标,并实现其它目标,例如提高所有部门的用水效率,实施各级水资源综合管理,以及与世界各国类似的其他目标。通过这项研究,将了解研究区的水状况,并与以前的情况进行比较,了解政府制定的计划和方案的受益程度、有效性以及阻碍其实施的原因。本研究的具体目标是:该研究的目的是评估萨那的水资源。为实现该研究目标,设定了以下研究内容:○ 了解研究区域当前的水资源状况并确定最紧迫的水资源问题。○ 尽可能充分地利用水资源的措施。○ 了解缺水对人口的影响。○ 提出解决水相关问题的解决方案和建议。二、研究技术方法1)研究区特征萨那地区位于也门中北部,海拔2300米,纬度14° 450～16° 50,经度43°300～45° 50。它由两个主要地区组成,即萨那省和萨那市,萨那省从四面包围着萨那市。萨那市也被称为Amanat Alasimah,是也门的政治和历史首都,全区总面积12259 km2,其中萨那省11869 km2,萨那市390 km2。根据联合国人道主义事务协调厅的数据,2004年之前的官方人口普查显示,萨那省和萨那市的人口约为1,469,960和3,406,643人,增长率分别为3.2%和4.5%,而2004年分别为918,727和1,747,834人。萨那省由16个区组成,萨那市分为10个区。研究区的地形由高地和河谷组成,其中包含许多平原（Qa’s）、山脉、高峰和高原;其中高地的山脉高度介于1817和3666m之间,高地决定了山谷的方向。萨那地区的地质由几层组成,可分为几组,它们是侏罗纪,白垩纪和第三纪,第三白垩纪火山岩,第四纪火山岩,第四纪,河流和前寒武纪未分化。根据1979年联合国教科文组织的分类,萨那地区被认为是干旱地区,平均气温在12-25℃之间。相比之下,通过分析1972年至2015年期间获得的所有数据,年平均最高气温在23至30℃之间,平均为26℃。年平均最低气温在0至17℃之间,平均为9℃。一般来说,萨那地区的山区高度被认为是也门冬季最冷的地区之一,夏季最温和的地区之一。月平均相对湿度38-58%,风速2-3.1m/s,日照7-11h/d（根据1972-2014年数据统计）。2)数据和方法收集数据本研究使用了多种数据集,这些数据集是从各种来源收集的。气候和降雨观测数据来自也门民航气象局、国家水利局、农灌部、水环境部等多个来源;这些数据用于分析过去几十年研究区降雨的变化,研究中强调了气象站和雨量站的过去和现在的类型、分布和位置。大坝和水库等雨水收集工程及其类型、分布和蓄水量的数据来自农业和灌溉部、水与环境部。数字高程模型与地理信息系统本研究使用数字高程模型（DEM）和地理信息系统（GIS）以及Arc Hydro来创建标准化的河流网络。排水管网是使用从数字高程模型（DEM）收集的数据创建的,例如流向、流量累积和河流网络,ASTER L1A创建了 ASTER 全球数字高程模型 V002（ASTER GDEM）。NASA Land Processes Distributed Active Archive Center（LP DAAC）、USGS/Earth Resources Observation and Science（EROS）Center（DAAC,2015）提供了数字高程模型V002（ASTER GDEM）数据产品,该产品是从在线数据库中检索到的。美国国家航空航天局（NASA）和日本经济、贸易和工业部（METI）对此进行了合作,其分辨率为30m（DAAC 2015）。雨量站和雨量计站除了之前一些研究的结果外,还从上述来源收集了数据和信息。已知降雨的时间和空间变化,以及研究区域内的降雨量,以及通过显示每十年降雨变化的数字了解降雨行为的空间和时间变化。可用数据显示了从70年代初到现在在研究区域内建立的雨量站总数,以及目前可用和运行的雨量站数量。流量通过GIS和Arc Hydro程序,创建了一个标准化的河流网络,其中包括分水岭的识别,以及由于该地区的地理和导致降雨超出研究区域的倾斜度而识别出研究区域之外的水流经过的点。此外,还确定了地图上的供水设施、它们的位置和蓄水量。通过上述程序,可以清楚地了解该地区的地形、水利设施分布、雨量站和水流方向,进而确定修建大坝和水库的合适地点。供水和需水量本研究的主要目的是评估水资源,了解研究区域的可用水量和所需水量。研究区域内的可用水量（供水量）是通过一系列程序从各种来源计算出来的,这些程序包括几个步骤,例如通过了解雨水和大坝水灌溉的农作物,计算该区域的年降雨量估计值,以及大坝和水库中的水量,同时计算作为水源之一的废水处理厂的处理水量,以及通过了解公共或私人地下水井的抽水情况来估计地下水量。至于所需水量（需水量）,则通过几种方式进行计算,包括通过了解个人每年的用水情况并将其循环给其他人口来计算生活用水需求。以及通过了解和确定研究区域内种植的所有类型的作物,以及每年对每种类型的水的需求来估计农业作物的需水量,以及工业用水需求。对水资源供需量进行了比较,以显示它们之间的巨大差距,因为研究区域的水资源短缺。通过调查结果,解释了水资源短缺的原因、数量和补偿来源。三、主要结果与讨论1)地表水雨量研究区多个雨量站和气象站的降雨数据分析结果表明,降雨数据的记录始于1970年代,以实现萨那盆地、瓦迪西哈姆等地的不同项目。在整个研究区域的不同地方建立了 56个雨量计和气象站,其中12个被认为是气象站,而其他的则是雨量站。目前,这些雨量站大多已停止工作,因为它们是为实现私人项目而设立的。因此,这些站点多年来一直缺少降雨数据。1975年有8个站;1984年和1996年,分别增加到17个和18个。2006年和2020年,雨量站的数量分别再次减少至11个和6个。根据现有和记录的数据,发现2020年有6个运营站（分别是1、4、7、10、36和38站点）,这些站点仅位于萨那市和Sanhan的两个主要地区,而在萨那地区的其他地区则没有运营站点。通过研究获得的数据显示,研究区域的降雨量在时间和地理上都有波动。雨季可分为两季,第一季为三月至五月,第二季为七月至八月。由于地理位置及其影响,红海与热带有交汇之处;因此,萨那地区的年降雨量在160到367mm之间变化,多年平均为264mm/年。水流研究发现,除了季节性降雨造成的径流外,没有永久性地表径流。此外,某些年份由于暴雨型降雨而发生一些洪水,该地区的地形允许大部分雨水通过萨那中部,导致洪水泛滥。由于城市扩张,洪水破坏会随着时间的推移而增加。萨那市被认为是也门受洪水影响最严重的城市之一,因为雨水从高地汇集,然后流入山谷和下水道,形成水流。萨那市受到来自集水区然后流经Alsailah渠道的径流的影响,Alsailah渠道是城市唯一的出口,在雨季输送积聚的溪流和排洪;它长30km,宽15至16m,深度介于1.4至3.6m之间。另一方面,Alsailah通道是车辆的主要通道,因此在雨季和暴雨事件期间,人员和车辆的风险很高。使用GIS 10.3和Arc Hydro模型创建的流域划分图的结果显示了萨那地区集水区的主要和子流流向。有四个主要的河道出口,代表了萨那地区广阔的四个分水岭。它们是wadi Al-kharid、wadi Surdud、wadi Siham和wadi Athanah。一些早期的研究报告了通过这些小河和萨那盆地的水流量的估计。从研究成果可以清楚地发现,Wadi Al-kharid的集水区从萨那市东部开始,到Aljawf结束。水在Alsailah渠道汇集,然后流向萨那地区东北部,到达Aljawf省的wadi Al-kharid。Wadi Al-kharid被认为是萨那的重要分水岭。一些泉水为该地区供水,估计为0.2 m3/s;该地区其他泉水的年流量估计约为1720万m3。在萨那盆地,年流出量约为27 Mm3,而在萨那盆地内,年总流出量估计约为40Mm3。研究区西南部的山谷流向西哈姆河谷,苏尔杜德河谷流向荷台达省。Wadi Siham的平均地表径流为每年82.92 Mm3;Surdud的径流为73 Mm3/年,Wadi Siham和Surdud的降雨量分别在80-597和50-400 mm之间。相比之下,萨那地区东南部的山谷从该地区流出,流向瓦迪阿萨纳,其中马里卜省面积为11,500km2,年降雨量在100至400mm之间,径流估计为5.9 Mm3/年。由于洪水造成了重大的人员和经济损失,因此规划了一系列项目来建造小型水坝和拦水设施,以缓解洪水并补给支持农业的地下水。这些项目是由以MAI为代表的政府,以及也门的一些外部捐助者,如社会基金发展（SFD）、农业和渔业生产促进基金（APPPF）、欧盟和美国国际开发署等投资建设。水坝和拦水设施的想法可以追溯到数千年前,当时人类发明了通过拦水设施和水坝收集水的方法。在过去的几年里,大坝建设中出现了新技术和独特的创新。数据分析结果表明,已建成168座大坝和65座水库,蓄水量分别为64.65 Mm3和0.24 Mm3,其中约32%位于萨那盆地内,大多数水坝和水库作为水源之一用于灌溉和家庭用途。然而,大约80%的大坝达到了建设的目的,而20%的水坝由于各种原因没有达到建设的目的,例如受益人所在的地点偏远,缺乏引水技术或高泄漏率;因此,水不会长时间蓄留,或者在一些大坝中堆积的沉积物上升。雨季时,74%的水坝全部蓄满雨水,其余26%为部分蓄满,这意味着蓄水坝的数量不足以收集雨水。流经这些山谷的大部分雨水都不在研究区域的范围内,没有任何益处。尽管修建了水坝和障碍物,但它们被认为是非常少的,而且储水量很小,不足以容纳雨水。2)地下水研究发现,目前人们主要依靠地下水进行灌溉和生活用水。在一些农村地区,雨水是通过盆地、池塘和小水坝等传统方法收集的。分析表明,萨那市有198口水井用于生活用水。然而,在2019年,由于水位低,许多井停止工作。198 口井中有70 口井左右,井深200m至1000m以上,平均产水量约11.5～14 Mm3/年。萨那市目前有超过300万人口,人们正遭受淡水短缺的困扰,水量不能满足需求,因此人们依赖于从私人来源购买高成本的水。然而,有些人无法获得水,这导致城市人口的人均日均水消费量下降。萨那省的水井数量未知,以前没有研究报告过这些井的确切数量和产水量,这可能归因于政府无法实施法律并减少可能耗尽水资源的随机钻探。此外,也是因为人们认为谁拥有土地,谁就有权处置它,这证明了土地占有者有权挖井。一些研究报告称,萨那地区的水井数量估计超过20,000 口;这些井大多集中在萨那盆地,约有13,000 口井,影响范围约占萨那地区总面积的30%;由于不能满足钻孔要求,因此,人均日消费量减少。最近,人们不再依赖政府供水,因为政府无法向所有人供水,迫使人们从私人水井购买水或挖掘新的私人水井,因为这是节约用水的适当方式。这使得政府的立场令人尴尬,并将地下水置于危险之中。萨那盆地资料和分析表明,萨那盆地面积约3240km2。萨那地区的大部分人口集中在萨那盆地,与其它地区相比,由于水和城市地区的存在,该地区估计占萨那地区总人口的80%。先前的大多数研究表明,由于萨那盆地缺乏其他水资源,地下水位下降。萨那盆地是Alkharid河谷的上部,被认为是萨那以北Al-Jawf河谷的集水区之一;年平均降雨量在 100至350mm之间。该盆地由22个子盆地（子流域）组成,由于季节性降雨,这些子流域的地表径流估计为40 Mm3。本研究分析了萨那盆地的地下水抽取和补给变化过程,1970-2020年期间除1985年外,地下水抽取量与地下水补给量不对应。地下水抽取量从1970年的约25 Mm3大幅增加到2020年的约330 Mm3。然而,从1970年到1984年,地下水补给量超过抽取量,然后在1985年持平,之后到2010年略有下降,到2020年略有增加。2020年,地下水抽取量约为330 Mm3,而地下水补给量约为80 Mm3,缺口约为250Mm3。对比以往情况,1970年地下水抽取量远低于补给量,而2020年则远高于补给量;这意味着萨那盆地地下水抽取量巨大。需水量1)生活用水本研究对萨那研究区的生活用水需求进行了估算。本文对当前和未来的生活用水量估计是基于70-85m3/人/年使用量的假设。结果表明,萨那省的估计需水量在大约106-128、124-151、145-176、170-206、199-241 Mm3 的范围内;而在萨那市,估计的用水量2020年、2025年、2030年、2035年和2040年的需求量分别在249-302、312-378、389-472、486-590、607-737 Mm3的范围内。将这些估算结果与萨那市的现有供水数据进行比较时,结果表明当前供应与估计需求之间存在显著差距。通过预测家庭生活所需的水量,缺水量逐渐增加。2019-2020年,萨那市公共水网生产量约为11.5-14 Mm3,与2020年的估计量249-302Mm3范围存在显著差异;公共水网供水量被认为是微不足道的,不足以满足人们的用水需求,因此人们从私人来源购买水。目前,公共供水网络无法满足萨那市10%人口的需求,这增加了对私人水源的需求,使政府陷入困境。2015年,萨那市受益于公共水网的家庭比例为44%。由于该国的冲突（“针对家庭样本进行的研究”）,这一比例在2017年下降到28%。2020年,公共供水网络仅服务于10%的人口。不幸的是,没有可用数据将估计的需求与萨那省的实际供水进行比较。无论如何,城乡都存在淡水危机。萨那省依赖其他解决方案,例如雨水收集和打井一个人或参与式水井。另一方面,有些人使用汽车和驴子从远离他们所在地的地方收集免费的水。这些解决方案可以满足一定量的用水需求,但仍然是不能令人满意和不足的。这意味着该地区通过私人水井抽取大量地下水。赤字是巨大的,需要通过建造大坝和蓄水池来收集雨水和改善用水量来实现水平衡。2)农业用水需求萨那地区被认为是也门农作物面积最大的地区之一,2011-2018年,占也门农作物总面积的11-13%。萨那地区耕地面积约145321公顷,占总面积的11.9%。农业部门的农业用水需求对于未来规划和可持续水资源管理具有重要意义。值得注意的是,近年来,由于水资源枯竭和稀缺,耕地面积减少,耕地面积从184,217公顷减少到122,583公顷。大多数农作物的耕地面积有所减少,而有些农作物的耕地面积保持不变。唯一面积每年增加的是Qat庄稼,Qat是唯一个面积随时间增加的庄稼。2007年,Qat的面积占总耕地面积的19.4%,而2018年达到总面积的33%。这一增长反映在农业用水需求的增加上。本文对萨那地区从2007年到2018年的每种作物类型耕地的农业需水量进行了估算。估算是基于之前一些研究中报告的作物需水量的值。蔬菜、谷物、水果、豆类和芝麻的作物需水量分别在464-841、380-761、892-956、360-420和401-502mm的范围内,而咖啡需要大约1111mm。饲料作物需水量约为1300-1440mm。Qat庄稼每年需要约6028-12,500 m3/公顷的作物需水量,Qat人工林的平均蒸散量在786.7至412.8 mm之间。计算结果表明,谷物、蔬菜、水果、芝麻、豆类、饲料和卡特植物的年农业需水量约为 162-607、33-58、119-186、0.18-0.2、37-59、分别为 73-108、178-518 Mm3,计算所得的各类作物和Qat植物的年农业需水总量总结于文中表11。除2010年和2012年略有增加外,各种作物的用水量逐年下降。2007年为在1.14和1.53 Bm3之间,而在2018年,它下降到801 Mm3和1.16 Bm3。这种减少归因于人们对农业缺乏兴趣,原因是缺乏水源和寻找水源的替代解决方案。人们的处境变得困难,他们无法为农业提供私人用水,迫使农民离开农业而稳定在城市寻找工作。因此,与该地区的总需水量相比,作物需水量是巨大的。Qat植物占总耕地面积的比例从2007年的19%增加到2018年的33%。分析结果表明,研究区有地表水、地下水如井等不同的灌溉水来源。2011年、2013年、2015年和2018年依赖雨水的耕地面积分别占64%、66%、53%和63%,而依赖水井的面积分别为29%、27%、39%和31%。2015年,由于钻井增加和其他来源的缺乏,对井水的依赖增加到39%。2018年,由于地下水枯竭和无法提供燃油泵,这一比例降至31%。Qat植物消耗量最大,通常依赖地下水,而大多数其他作物主要依赖雨水。农作物种植面积的减少和Qat植物的增加意味着大多数人已经用Qat代替了农作物,这是大多数人的主要收入来源。在目前的研究中发现,Qat消耗大量的水,2007年Qat消耗了农业用水总量的15%到29%,并且逐年增加,直到2018年达到农业用水总量的25%到43%。废水回用污水处理厂于2000年在萨那地区建成,位于萨那市北部,旨在为45万人提供服务。该污水处理厂将处理的水用于灌溉,以减少地下水的抽取,并保护地表水和地下水源免受水质恶化的影响。自建成以来,它面临着重大的技术和运营问题。该污水处理厂的设计处理量为50,000 m3/天,经过五年的建设和运营,该厂达到了产能;预计在设计年限15-20年后达到最大容量。2000年,工厂初始处理19,000 m3/天,2011年和2014年,其生产力分别提高到50,000和55,000 m3/天,这意味着2011年它的运行超过了设计产能,这被认为是工厂的问题之一,流出的水质很差。与阿曼和突尼斯等邻国使用相同的处理方法“活性污泥”处理效率达到90%以上相比,处理效率不超过70%。由于处理效率低,建议在萨那地区建立一个新工厂,加拿大公司Tecsult和Hydrosult对新工厂进行了可行性研究。尽管如此,由于难以获得土地面积,该项目仍步履蹒跚。2015年,由于电力和基本服务中断,该工厂完全停止工作。之后,寻找其他资金来源例如联合国儿童基金会和红十字会来运营该工厂,该工厂仍在与50%的运营部门合作。尽管采取了这些措施来缓解污水处理厂的问题,但仍然存在许多行政和技术问题。处理厂的重要性不亚于水工程,因为水处理是一门新科学,有助于大量灌溉农作物并保持地表水和地下水的质量。污水厂处理后的水用于灌溉周边约95%的农田,它用于灌溉各种农作物,包括谷物和Qat。但没有关于萨那污水处理厂灌溉面积和作物类型的准确数据或报告。四、结论本研究对萨那地区的水资源进行了评估。发现年降雨量每年在160-367mm的范围内,研究区共有雨量计和气象站56个,但2020年仅运行6个。此外,共有233个蓄水工程,包括168座大坝和65座水库,蓄水量分别为64.65Mm3和0.24Mm3。2007-2018年间,公共供水网的供水量约为9-18.5Mm3/年,而私人水井的供水量约为502.8-723Mm3/年。萨那市地下水抽取量大幅增加,从1970年的约25Mm3增加到2020年的约330Mm3。与过去情况比较表明,1970年地下水抽取量远低于补给量,而2020年地下水抽取量则远远超过补给量;这意味着萨那盆地存在大量地下水抽取问题。耕地面积从184217公顷减少到122583公顷（减少33%）。Qat植物占总耕地面积的比例从2007年的19%增加到2018年的33%,其2007和2018年需水量分别占农业总用水量的15-29%和25-43%。污水处理厂每年处理约18.25Mm3,效率低于70%。2007年至2018年期间,缺水量在502.8至723Mm3之间,由从不可再生资源（私人水井）中提取水量补充。本研究获得的结果将有助于决策者采取适当措施实现萨那地区的可持续发展目标。