用于全球城市用水短缺评估的城市边界

为何城市用水界线与每个人息息相关

随着城市膨胀、媒体不断警示水龙头可能在“零日”干涸，一个基本问题却出奇难以回答：就用水而言，城市究竟从哪里开始、在哪里结束？本文介绍了HydroUrbanMap（HUM），一张新的全球地图，它以人群与管网为依据勾勒城市边界，而非仅凭夜光或高楼。通过围绕实际由城市供水系统服务的人口重新定义城市边缘，HUM 为城市供水究竟多么安全或脆弱提供了更清晰的图景。

从人口增长到“口渴”的城市

超过一半的人类已居住在城市，并且这一比例预计到本世纪中叶将上升到约三分之二。随着人们迁入城市，用水需求呈集中态，城市成为全球用水压力的焦点。以往的全球研究主要用三种方式衡量城市用水短缺：逐网格比较供需、按整个流域求和，或汇编已有的水务系统个案研究。每种方法都有盲点。网格模型可能夸大短缺，因为它们忽略了城市从周边地区获取水的事实；流域视角模糊了许多城市取水自多条河流的情况；而个案图则仅限于那部分记录完善、经常是更富裕或更大的城市。

勾勒随管道延伸的城市线

HUM 通过重新定义何为城市用水研究的“城市部分”来应对这一问题。作者不是依赖简单的人口密度阈值或卫星影像中的建成区，而是从联合国的官方城市人口估算出发，这些数据反映了各国为规划和服务提供而界定的城市居民。接着他们使用全球栅格化人口地图，从最密集的核心向外扩展“城市掩膜”，直到掩膜内的人口与官方城市总数一致。此程序自然而然地包括了许多接受自来水和污水管网服务但在只识别紧密建成中心的方法中会被忽视的郊区和半城市化地区。

将城市与近处和远处的河流连接起来

一旦绘出这些受水务服务的城市掩膜，HUM 就将其叠加到详尽的全球河流网络和高程图上。对每个城市，作者识别穿过城市区域的主要河道，然后标记一个上游“取水点”，即最有可能取水的位置，以及一个下游“排水点”，即用水返回河流的位置。鉴于许多城市依赖来自其直接占地之外的外来水源，研究团队还在周边地形中搜索可能真实引来水渠的河段，搜索范围约为 100 公里且位于更高海拔处。这些点称为引水起点，它们并非断言现有的管道所在，而是指物理上现实可行的外部水源，能够提升城市的可用水量。

用现实检验这张新地图

为验证 HUM 所描绘的城市及其水源是否可信，作者进行了多项检验。他们展示了对大多数城市来说，新掩膜内的人口与官方数据极为接近，仅有少数差异源于栅格分辨率粗糙。与基于卫星的建成区地图相比，HUM 的城市面积通常更大，尤其是在水务和服务延伸至低密度郊区的区域。与一种广泛使用的密度阈值方法相比，HUM 持续地为每座城市捕捉到多达数十万名更可能连入自来水系统但会被忽略的人口。团队还将 HUM 标定的河流取水点与全球真实水务设施数据库进行了比较。尽管估算位置并不精确到公里量级，但它们通常位于相同的河流支流上，并捕捉到对水务规划重要的主要上游–下游关系。

这对未来水安全意味着什么

简而言之，这项工作为一个简单但关键的问题提供了更好的答案：在考虑用水时，谁与什么实际上处于城市之内？通过按照受水人口及其关联河流来绘制城市边界，HUM 使科学家、规划者和决策者能够估算城市可从何处汲取多少水、在干旱或增长情形下如何变化。它还强调一座城市的选择如何通过共享河流和潜在调水工程影响邻近地区。对公众而言，信息是：城市供水的安全不仅取决于城边的水库，更取决于一张更广泛的河流、山丘与社区网络。HUM 将这张隐蔽的网络变成可共享的地图，帮助社会更现实地为一个更“口渴”的城市未来做准备。

引用: Kajiyama, K., Hanasaki, N. & Kanae, S. City boundaries for global urban water scarcity assessment. Sci Data 13, 657 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06933-w

关键词: 城市用水短缺, 城市边界, 水资源, 河流网络, 全球水文