《Environmental Science and Ecotechnology》：Spatial spillovers and nonlinear drivers of water-supply carbon emissions in China
编辑推荐：
本研究针对水资源安全保障与气候目标间的矛盾，通过构建"量化-分解-归因"三阶段框架，揭示了中国供水系统碳排放(CEWS)在清洁能源转型与高耗水水源扩张博弈下的演变规律。研究发现2022年CEWS达2.28亿吨CO2/年，并首次发现经济发展通过空间溢出效应抑制周边地区电耗强度，但中部地区呈现倒U型高风险锁定特征。成果发表于《Environmental Science and Ecotechnology》，为水-能源-碳协同治理提供重要科学依据。
随着城市化进程加速，水资源安全保障与碳中和目标之间正形成日益突出的矛盾。为应对水资源短缺，越来越多地区转向采用跨流域调水、海水淡化等高耗能水源，这些措施虽然保障了供水安全，却显著增加了电力消费带来的间接碳排放。与此同时，全球能源结构向清洁能源转型又为减排提供了重要路径。这两种相反作用的复杂交织，使得供水系统碳排放(CEWS)的动态变化及其驱动机制难以厘清，给减排策略制定带来巨大挑战。
针对这一科学问题，河海大学水文水资源学院的研究团队在《Environmental Science and Ecotechnology》发表论文，通过构建"量化-分解-归因"三阶段研究框架，系统分析了2010-2022年中国供水系统碳排放的演变规律及驱动机制。研究发现，尽管清洁能源发展初期促使CEWS下降，但随后高耗能水源的扩张导致碳排放回升，2022年达到2.28亿吨CO2/年。从结构上看，淡水取水过程碳排放占比超过70%，但其比重逐年下降，而水资源处理与输送、污水处理及回用等环节的碳排放占比持续上升。
研究团队采用生命周期评价(LCA)方法量化了30个省份的CEWS，运用对数平均迪氏指数(LMDI)分解出六大内部驱动因素，并借助空间杜宾模型(SDM)揭示了经济发展的空间溢出效应。关键技术方法包括：建立涵盖取水、处理、输送、污水处理及回用的全生命周期碳排放核算体系；采用LMDI方法将碳排放变化分解为碳排放结构、碳排放强度、一次能耗强度、电耗强度、水源结构和本地供水量六因素；构建空间计量经济学模型分析经济发展的直接效应、间接效应和总效应。
研究结果揭示了CEWS的三阶段变化特征：2010-2011年缓慢上升期，2011-2014年快速下降期，以及2014-2022年反弹上升期。电耗强度(ECI)是推动CEWS增长的主要因素，2010-2022年间贡献了69.2 Mt CO2/年的增量，而在北京、天津、河北等缺水地区，这一贡献率超过60%。相反，一次能耗强度(PECI)则成为抑制CEWS增长的关键因素，同期贡献了54.9 Mt CO2/年的减量。
空间效应分析发现，经济发展对CEWS的影响存在显著的空间溢出效应。在全国层面，经济发展通过抑制周边地区的电耗强度而产生负向空间溢出，总效应系数为-12.7。这种效应在东部地区尤为明显，表明经济发达地区的技术扩散有助于周边地区降低供水能耗。然而，这种空间效应存在明显的区域异质性：东北地区经济发展主要通过降低本地一次能耗强度来抑制CEWS增长；西部地区则主要通过负向空间溢出效应降低周边电耗强度；而中部地区出现了截然不同的模式，经济发展同时刺激了本地和周边地区的电耗强度，总效应系数达11.4，呈现高碳锁定风险。
研究还发现了经济发展与CEWS之间的非线性关系。在全国层面，二者呈现U型曲线关系，即经济发展初期CEWS随经济增长而下降，但当经济达到一定水平后，CEWS重新上升。这种转变源于随着收入水平提高，对水质要求的提升和高耗能水源依赖度的增加。然而在中部地区，这种关系表现为倒U型，反映出该地区在承接产业转移过程中可能陷入"高碳锁定"的发展困境。
讨论部分指出，中国供水系统存在典型的"碳排放悖论"：一方面，清洁能源占比从2010年的20.3%提升至2022年的33.5%，使电力碳排放强度从0.8 kg CO2e/kWh降至0.6 kg CO2e/kWh；另一方面，高耗能水源的扩张使单位供水电耗从0.4 kWh/m3增至0.6 kWh/m3，抵消了清洁能源的减排效益。这种悖论揭示了部门间割裂治理的风险，水安全战略与气候目标之间存在潜在冲突。
研究结论强调，需要从三方面完善水-能源-碳协同治理策略：持续推动清洁能源发展并优化跨区域输电调度，强化清洁能源的减排效益；建立跨省份协同治理机制，利用经济发展的空间溢出效应促进技术扩散；实施区域差异化政策，在发达地区注重能效提升，在中部地区避免高碳发展路径。这些发现为协调水安全与碳中和目标提供了科学依据，对全球面临类似挑战的地区具有重要参考价值。
