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为解决全球城市化进程中城市边界与水文信息不匹配的问题，本研究开发了名为HydroUrbanMap (HUM) 的高分辨率全球城市边界数据集。该数据集纳入了水文属性，涵盖了服务于城市供排水系统的人口以及城市内外的可用地表水源。该成果为在全球范围内进行精细化的城市水资源评估提供了关键数据支持，填补了相关领域的数据空白。
在世界的各个角落，城市正以前所未有的速度扩张，如同不断蔓延的“钢铁森林”，但支撑这片森林运转的“命脉”——水资源，却面临着日益紧张的压力。评估一个城市是否缺水，听起来似乎不难，但实际操作中却存在一个基础性的困境：我们到底该如何界定一个“城市”？是它的政治边界，还是它实际用水的范围？传统上，城市常以其行政辖区来定义，但这往往与真实的水资源获取和消耗范围大相径庭。一个大型都市的实际用水，很可能通过长距离的引水工程，来自几十甚至数百公里外的水库或河流。这种不匹配，使得利用高精度的网格化水文模型数据来精确评估城市水资源稀缺性变得异常困难。为了弥合城市边界与水文系统之间的鸿沟，并为全球城市水安全研究提供统一的分析基准，一项名为“HydroUrbanMap”的研究应运而生。
研究人员开展了一项旨在构建全球城市水文边界数据集的研究，相关成果发表在《Scientific Data》期刊上。该工作的核心是创建一个名为HydroUrbanMap (HUM) 的数据集，它以5弧分（约10公里）的分辨率，为全球1604个城市划定了纳入水文属性的边界。这项研究并非简单地在地图上画圈，而是从城市水资源系统的实际运行逻辑出发，其边界划定包含了两个关键维度：一是城市供水和排水系统所服务的人口聚居区范围，二是城市可获取的地表水源地（包括边界内和边界外）。通过将这样定义的边界与全球河流网络叠加，研究人员还识别出了流经每个城市的主要河流的“入口”和“出口”，从而描绘出城市与区域水循环的互动界面。
为了完成这项研究，作者们整合了多种数据源并采用了关键的空间分析技术。首先，他们依据全球人口分布数据（GPWv4）和城市建成区信息，来界定城市供水与排水系统所覆盖的人口聚居区。其次，利用全球水资源数据库（Aquastat）和相关文献资料，确定了城市可获取的地表水源地的位置。在此基础上，运用地理信息系统（GIS）空间分析技术，将上述人口聚居区和水源地范围进行融合与整合，最终生成了统一的城市水文边界。同时，通过叠加全球河流网络数据，自动识别并标注了穿越每个城市边界的河流水文节点（入口与出口）。数据质量的验证通过与各国人口普查数据进行相关性分析来完成。
研究结果
1. 城市边界划定与人口验证
研究成功为全球1604个主要城市生成了基于水文的城市边界。通过将这些边界内的人口估计值与各国官方的人口普查数据进行对比，验证了其高度可靠性。两者呈现出极强的相关性，相关系数高达0.997。这表明HydroUrbanMap所定义的城市边界，能够非常准确地反映城市功能性区域的实际人口规模，为后续的水资源需求评估奠定了可靠的人口基础。
2. 整合水文属性的边界数据集
生成的HydroUrbanMap数据集不仅仅是一个空间范围，它系统地整合了关键的水文属性。其中最重要的，是对每个城市“可达”地表水源的估算。这包括了位于城市边界以内的本地水源，以及位于边界之外、但通过基础设施（如引水渠、管道）可为城市所用的外部水源。这种“内外兼顾”的视角，更真实地反映了城市水资源的实际来源构成。
3. 与河流网络的交互界面识别
通过将城市边界图层与全球河流网络（例如，HydroSHEDS）进行空间叠加分析，研究明确了每个城市与流经其主要河流之间的水文交互点。具体而言，即为河流流入城市边界的位置（水文入口）和流出城市边界的位置（水文出口）。这一信息对于理解城市的“水通量”、评估其对河流水文情势的影响、以及分析面源污染等问题至关重要，为城市尺度的水文模型提供了关键的边界条件。
4. 支持全球水资源评估的潜力
研究将HydroUrbanMap数据集与全球水文模型（例如，WaterGAP, PCR-GLOBWB）的输出结果相结合进行了概念验证。结果表明，该数据集能够有效地支撑全球范围内的、以城市为单元的精细化水资源稀缺性评估。它为解决因城市水服务数据缺失或不完整而无法进行评估的“数据空白”城市提供了可行方案，使得系统性的全球城市水资源压力横向对比成为可能。
研究结论与讨论
本研究成功开发并发布了HydroUrbanMap (HUM)——全球首个将水文属性系统地整合到城市边界定义中的高分辨率网格数据集。它突破了传统行政边界的限制，从城市水系统运行的实际逻辑出发，定义了包含服务人口和可达水源地的功能性城市空间单元。该数据集的两个核心组成部分——人口服务边界和可达水源识别——使其能够更真实地反映城市与水资源之间的供需关系。
这项工作的重要意义在于它填补了全球城市水资源研究中的一个关键数据缺口。过去，由于缺乏统一且符合水文逻辑的城市空间单元，全球尺度的城市水资源评估要么精度不足，要么难以在不同城市间进行公平比较。HydroUrbanMap提供了一个标准化、可复现的分析框架，使得研究人员能够利用日益丰富的全球网格化水文模型数据，对单个城市或城市群进行定制化的水资源评估。它不仅有助于识别当前面临高度水资源压力的城市，也能在预测未来气候变化和城市化情景下的水资源风险方面发挥重要作用。此外，数据集公开可获取，将促进水文学、城市研究、地理学和可持续科学等多个学科的交叉研究，为实现联合国可持续发展目标（SDG）中关于清洁饮水和可持续城市（SDG 6和SDG 11）的相关子目标提供了有力的科学数据工具。尽管在数据来源的时空分辨率、地下水考虑的有限性等方面存在进一步改进的空间，但HydroUrbanMap无疑为在全球层面系统理解并应对城市水安全挑战迈出了坚实的一步。
