在社会经济路径下，城市水资源需求的结构性阈值与代谢异质性：来自长江三角洲的证据

《Sustainable Cities and Society》：Structural thresholds and metabolic heterogeneity in urban water demand under socioeconomic pathways: Evidence from the Yangtze River Delta

　　**东营孙|倪晨玲|法蒂玛·扎赫拉·克赫拉齐**
**江苏大学管理学院，中国江苏省镇江市**

**摘要**
城市用水需求日益受到气候变化和快速社会经济转型的共同影响，但这两者在城市尺度上的相对重要性仍不明确。本研究利用多城市面板数据集（1998–2023年）和到2040年的共享社会经济路径（SSP）预测，分析了长江三角洲八个城市的长期经济驱动的用水需求。通过整合环境库兹涅茨曲线（EKC）理论、城市代谢模型和基于情景的建模方法，研究发现经济结构是水与经济脱钩的关键驱动因素。汉森型阈值回归分析显示，在服务行业占比达到44.7%时（95%置信区间：42.7–47.7%，p < 0.001），水与经济的关系发生显著转变。服务行业占比超过60%的城市，其用水强度比占比低于60%的城市低3.44倍，表明存在一个两阶段的结构转变：在早期转型阶段用水强度迅速下降，随后随着服务行业主导地位的确立而趋于稳定。城市间的交互效应进一步揭示了向高效用水模式的异质性路径。情景预测表明，在所采用的建模框架下，社会经济路径可以解释约87%的用水需求差异，而气候因素仅占13%，这是在简化气候假设下的保守下限。尽管2020年后服务行业扩张放缓，但由于数据时间跨度较短，无法得出长期变化趋势的结论。这些发现强调了发展路径在调节未来城市用水需求和指导快速转型城市系统的适应性基础设施规划中的关键作用。

**引言**
城市水系统正面临来自气候变化和快速社会经济转型的多重压力，这对快速增长地区的可持续城市发展构成了重大挑战（Borah, 2025; Fl?rke et al., 2018）。预计到2050年全球城市人口将增加约25亿，其中近90%的增长将发生在亚洲和非洲（联合国，2019; Liu et al., 2018）。同时，预计气温上升1.5–4.0°C将加剧水文变率和极端事件，增加城市供水-需求平衡的不确定性（IPCC, 2021）。为此，许多城市优先采取供应侧适应策略，如海水淡化、跨流域调水和水库扩建，2020至2030年间全球相关投资超过5000亿美元（Lakhiar et al., 2025; 世界银行, 2023）。尽管投资规模巨大，但仍存在不确定性：供应侧扩张是否能够解决主要由社会经济转型引发的经济驱动的用水需求问题，而气候因素可能起次要作用。

一个核心未解决的问题是，长期经济驱动的城市用水需求轨迹主要是受气候因素还是社会经济发展路径的影响。传统评估侧重于气候驱动机制，如温度引起的蒸散量增加、降水变率和干旱频率，将城市水资源安全主要视为环境适应挑战（Tian et al., 2024; Karimi Alavijeh et al., 2021）。然而，越来越多的证据表明，城市化模式、经济结构和消费行为等社会经济因素对用水需求的影响比单一气候变量更为显著和持久（Li et al., 2025; Nawab et al., 2019）。如果社会经济发展路径占主导地位，那么未来的城市用水需求可以通过发展选择进行部分控制，这对基础设施规划、治理策略以及供需侧干预措施的选择具有重要意义。这种不确定性在结构经济转型、人口增长和气候变化同时发生的快速发展中地区尤为明显。中国就是这一现象的典型例子：1990至2020年间，中国城市人口增加了5亿多人，人均GDP增长了15倍以上（世界银行, 2021; 国际货币基金组织, 2021）。同期，由于人口增长和用水压力增加，人均水资源可用量减少了约35%（水利部, 2022）。长江三角洲是中国最具活力的城市经济区域之一，该地区拥有约2.35亿居民，贡献了全国GDP的近四分之一（长江三角洲区域办公室, 2023），同时面临密集的城市化、快速的产业结构调整和日益严重的气候影响。这些城市是走向节水型后工业体系还是继续依赖高耗水发展模式，对区域可持续性和更广泛的城市发展路径都有重要影响（Bell, 2020）。

现有的理论框架为这些动态提供了有价值但不完整的解释。环境库兹涅茨曲线（EKC）分析表明经济发展与环境强度之间存在非线性关系（Agozie et al., 2022; Grossman & Krueger, 1995; H. Zhang et al., 2023），但大多数研究仅以收入作为发展的代理指标，可能无法充分反映水与经济脱钩背后的结构变化。城市代谢研究强调了不同发展阶段资源使用的系统变化（Fan et al., 2019; Kennedy et al., 2007），但具有相似经济结构的城市之间存在显著差异，表明仅基于发展阶段的解释是不够的。基于共享社会经济路径（SSP）的情景分析表明，社会经济假设是未来需求不确定性的主要驱动因素（Morris et al., 2022; O’Neill et al., 2016）。然而，大多数研究将社会经济因素和气候因素视为独立变量，很少探讨发展路径是否也会影响城市水系统的敏感性。

在此背景下，仍有三个研究空白：首先，很少有研究直接使用经济结构而非收入来操作化EKC的组成效应，从而难以确定水与经济脱钩的稳定和政策相关阈值；其次，城市代谢研究尚未系统地考察相同发展水平城市之间的代谢异质性；第三，在不同SSP情景下，社会经济路径与气候因素在塑造未来经济驱动的城市用水需求中的相对作用仍不明确。本研究通过1998–2023年的面板数据集，分析了长江三角洲八个城市的经济驱动的用水需求动态，结合了阈值回归（Hansen, 1999）、基于滞后的内生性检验、比较EKC模型评估和到2040年的SSP预测，明确了发展路径对用水强度和气候敏感性的影响。

**研究方法**
本研究整合了EKC理论、城市代谢模型和基于情景的建模方法，通过服务行业占比来具体操作化经济结构，并测试了气候与结构之间的相互作用。研究结果有助于三个研究领域：首先，提供了城市层面的证据，证明EKC的组成效应通过行业重新分配与收入增长共同作用，揭示了与水与经济脱钩相关的内生结构转变区；其次，扩展了城市代谢研究，实证表明处于相似发展阶段的城市之间存在显著的代谢异质性；第三，表明社会经济发展路径在塑造未来城市用水需求轨迹中起主导作用。这些结果为决策者提供了通过发展路径调节未来经济驱动的城市用水需求以及指导快速转型城市地区风险敏感型基础设施规划的依据。

**结构经济变化与水-经济脱钩**
基于第1节的讨论，EKC理论认为环境强度与经济发展之间存在非线性关系，这种关系受规模效应、组成效应和技术变革的影响（Katz, 2015; Orubu & Omotor, 2011）。在水资源利用方面，组成效应尤为重要，因为从制造业向服务主导经济的结构转变通常会降低用水强度。尽管有这一理论支持，但大多数研究仍侧重于气候因素。

**研究区域、背景和数据收集**
长江三角洲经济区为研究快速城市和经济转型背景下的经济驱动城市用水需求提供了合适的实证环境。研究重点关注八个地级市：上海、苏州、无锡、常州、镇江、嘉兴、湖州和杭州（图1）。这些城市合计占中国国内生产总值的约24.5%和人口的16.1%。

**历史用水需求轨迹**
图2展示了2005–2023年间长江三角洲八个城市的用水需求变化趋势，其中上海的数据从1998年开始。各城市的用水需求变化方向和幅度存在显著差异：苏州和无锡的需求持续增长，而湖州和杭州的需求则明显下降；上海的年际变化较大。这种异质性表明，单一的汇总关系无法充分解释城市用水需求的复杂变化。

**结构阈值与水-经济脱钩**
研究结果表明，在长江三角洲，经济结构是比收入水平更强的水-经济脱钩指标。当在城市-年份层面动态评估结构组成时，服务行业占比超过60%的城市用水强度明显低于占比低于60%的城市，平均用水强度从每万元97.59立方米降至28.37立方米，差异达3.44倍。

**正式结论**
本研究利用1998–2023年的历史数据和2024–2040年的SSP预测，分析了长江三角洲长期经济驱动的城市用水需求动态。通过整合EKC理论、城市代谢模型和基于情景的建模，研究发现发展路径对水需求轨迹有重要影响。主要结论如下：经济结构是比收入更强的水-经济脱钩指标；社会经济发展路径在塑造未来用水需求轨迹中起主导作用。

**作者贡献声明**
作者声明同意发表该论文。

**资金支持**
中国国家社会科学基金（24BGL209; 20BGL191）、国家自然科学基金（72204099）以及江苏省哲学与社会科学重点研究基地“绿色发展与环境治理研究中心”的财政支持对本研究具有重要意义。本文的观点和意见仅代表作者本人，并不一定反映其他机构的立场。

**参考文献**
Wang et al., 2022; Zhang et al., 2020

**致谢**
作者感谢国家社会科学基金、国家自然科学基金和江苏省哲学与社会科学重点研究基地的支持。