长三角城市群虚拟水减少的驱动力：系统建模与多维度解析

《iScience》：The driving forces behind virtual water reduction in the Yangtze river delta urban agglomeration

本研究针对区域一体化背景下水资源协同治理机制缺失的问题，通过构建系统建模框架，追踪了2010-2020年长三角城市群虚拟水转移格局，揭示了总水足迹下降6%的关键在于用水强度降低和生产结构优化，强调了跨区域合作对缓解由最终需求引发的虚拟水流动所导致的水资源压力具有重要政策意义。

　　

随着城市化进程的加速和区域分工的深化，水资源这一基础性自然资源和战略性经济资源，其空间分布不均与区域发展需求间的矛盾日益凸显。虚拟水，作为嵌入在商品和服务中的“隐形”水资源，通过区域间贸易实现空间再分配，为缓解水资源供需矛盾提供了新思路。然而，在高度一体化的区域，如中国的长三角城市群，跨行政区的虚拟水流动规模持续扩大，传统的以行政区划为基础的水资源治理体系已难以应对这一新兴挑战。特别是虚拟水流动呈现出网络化、多中心化的特征，深刻改变了区域水资源的配置格局，使得厘清城市间虚拟水转移的时空特征和驱动机制，对于优化长三角城市群水资源协同治理、支撑区域高质量发展具有重要的理论和现实意义。

为了深入探究这一问题，研究人员在《iScience》上发表了题为“The driving forces behind virtual water reduction in the Yangtze river delta urban agglomeration”的研究论文。本研究旨在提出一个基于系统的建模框架，以追踪虚拟水转移模式，识别城际网络关系，并量化驱动长三角城市群水足迹动态变化的主要社会经济因素。

为开展此项研究，作者主要运用了几个关键技术方法：首先，基于城市级多区域投入产出模型进行水足迹核算，该模型涵盖了长三角城市群26个城市42个经济部门的数据；其次，利用网络控制分析来揭示城市间虚拟水交换的控制与依赖关系；第三，采用结构分解分析量化用水强度、经济生产结构、最终需求结构、人均需求量和人口等社会经济因素对水足迹变化的贡献；此外，研究还评估了各城市的水资源压力指数以反映其水资源稀缺程度。研究所用的水资源使用数据来自各省市的水资源公报，经济投入产出数据来源于中国碳排放数据集，人口与GDP数据来源于中国城市统计年鉴。

水足迹的时空变化

研究结果显示，2010年至2020年间，长三角城市群由最终需求驱动的总水足迹下降了6%（从76 Gm3降至72 Gm3），这主要归功于严格的节水政策，如中国的“三条红线”政策。人均水足迹也从2010年的606 m3/人降至2020年的440 m3/人。上海、苏州、杭州、南京和合肥是水足迹总量最大的五个城市，而上海的水足迹降幅最大，达46%。然而，区域内部差异显著，江苏部分城市（如南京、常州、扬州、泰州）的水足迹呈现增长趋势（14%-44%），而安徽的芜湖、池州、宣城等城市增长率甚至高达91%-172%。农业部门是虚拟水的主要贡献者，约占60%，其次是电力生产（13%-19%）和燃气及水生产（约10%）。

虚拟水流网络

区域内虚拟水转移总量呈下降趋势，从2010年的14 Gm3降至2020年的12 Gm3。苏州、宁波、合肥、南京和无锡是主要的虚拟水净流入城市，而盐城、扬州、泰州（江苏）和南通则是主要的虚拟水净流出地区，贡献了近一半的区域虚拟水出口。主要的虚拟水流动对集中在江苏省内，如盐城-苏州、扬州-苏州和泰州-苏州。

控制与依赖关系

网络分析揭示了城市间虚拟水流动的控制与依赖关系。控制度集中在江苏和安徽的城市，而城际影响在浙江省内更为显著。例如，镇江、池州和宣城对自身的控制度一直很明显。从依赖关系看，杭州和合肥在2015年后对上海的依赖度降低，转而依赖盐城；南京和无锡对苏州的依赖度从2010年的超过70%降至2020年的几乎为零，转而高度依赖盐城。这表明区域产业结构的持续演变导致水资源密集型产品越来越多地集中在盐城生产。

水足迹的社会经济驱动因素

结构分解分析表明，人均需求量和人口增长是2010-2020年间水足迹增加的主要驱动因素，但用水强度的改善、经济生产结构的调整以及最终需求结构的变化有效地抵消了这部分增长。在2010-2015年期间，技术进步（用水强度降低）是水足迹减少的关键因素，尤其在上海、苏州和杭州。而在2015-2020年期间，经济生产结构的优化（特别是在浙江和安徽的城市）对水足迹减少的贡献变得更为显著。一个值得关注的挑战是，最终需求结构的变化导致江苏省多个城市的水足迹在2015-2020年间出现上升，例如南通、扬州和南京，其水足迹因需求结构变化而显著增加。部门分解显示，建筑、水的管理和公共设施管理、医疗卫生和社会工作等部门的水足迹在2010-2015年间增长显著，而2015-2020年间，仪器仪表制造、食品制造、服装制造和造纸等部门的水足迹呈现上升趋势，需要针对性监管。

研究结论与意义

本研究系统评估了长三角城市群虚拟水转移的时空特征和驱动机制，结论指出，尽管区域总水足迹呈下降趋势，但城市间差异扩大，反映出协同发展能力的不均衡和水资源节约责任分配的不公平。从生产角度看，降低用水强度和优化经济生产结构仍是缓解水资源短缺的最有效策略，但技术进步的贡献度呈下降趋势，需要在水资源密集型产业集中的上游和中游城市进行动态调整。从消费角度看，最终需求结构的变化作用复杂，特别是在江苏省城市，对高耗水行业需求的增加导致了水足迹的扩张。

该研究的重要意义在于，为从供应链视角探索缓解区域一体化水资源短缺的路径提供了科学依据。它强调了建立跨城市生态补偿机制的必要性，以经济手段和制度设计解决区域水治理中权责失衡的问题。研究建议，水资源短缺地区（如江苏）应积极推广先进节水技术和闭环水循环系统，而水资源压力相对较小的地区（如浙江和安徽部分城市）可在严格遵守水资源效率标准和生态红线的前提下，发展水资源密集型产业。同时，需根据各城市的产业特点制定差异化的虚拟水转移策略，例如盐城、上海和扬州应重点优化农业结构，上海需优化能源结构以减少热电耗水。对于消费端，应引导低耗水产业发展，并优化供应链管理，以应对居民消费升级带来的水资源压力。

该研究也存在一定局限性，例如主要关注蓝水足迹，未包含绿水和灰水足迹，可能低估农业耗水；使用的多区域投入产出表年份非连续，可能引入不确定性。未来研究可整合蓝、绿、灰水足迹，采用更准确一致的数据集，以提供更全面的人类活动对淡水系统压力的评估，支持制定更有效的水资源协同管理政策。