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城市是水资源和化石能源集中消费的地域。快速城市化导致人口急剧增长和经济发展,引起水能消费量大幅增加,并造成碳排放快速增长,这不仅造成了巨大的碳减排压力,而且严重制约了经济社会的可持续发展。在城市经济社会发展过程中,水、能、碳要素密切关联、相互交织,构成了相互耦合的系统,该系统的耦合协调水平不仅是城市资源利用水平和生产效率的直接体现,而且反映了城市经济社会活动的环境影响。因此,揭示城市“水-能-碳”耦合的内在机理、匹配格局及耦合协调水平,分析快速城市化对“水-能-碳”耦合系统的影响及演化态势,不仅有助于揭示资源耦合格局及其与碳排放的相互关系、深化城市尺度多要素耦合的理论研究,而且可以为面向水能资源协同节约和碳减排多重目标的城市发展模式的选择提供实践指导。在对城市“水-能-碳”耦合机理分析的基础上,本文基于夜间灯光数据、土地利用栅格数据与统计年鉴等多源数据,以郑州市为例,基于土地利用视角对城市水能消费与碳排放的时空特征进行了分析,并探讨了不同土地利用方式的“水-能-碳”组合格局和匹配特征;在城市“水-能-碳”系统耦合协调水平评价的基础上,揭示了快速城市化对“水-能-碳”耦合系统的影响;采用系统动力学模型对不同情景下城市“水-能-碳”耦合系统进行了仿真模拟,对比分析了不同情景的碳减排潜力,并提出了城市水能资源节约与碳减排的政策建议。主要结论如下:（1）郑州市水能资源消费和碳排放均呈明显增长态势,但不同土地利用方式的水能消费和碳排放及其强度时空特征差异明显。2020年,郑州市用水量达到19.35×10~8 m~3,其中城镇建设用地的用水量最大,约占用水总量的64.44%;郑州市能源消费量达到5940×10~4 tce,城镇建设用地、农村居民点和交通用地的能源消费量较大,约为能源消费总量的87-96%,农用地的能源消费量仅占4-13%。2000年以来,郑州市碳排放量总体呈快速上升趋势。其中,由于城镇建设用地承载了大量生产及能源消费活动,其碳排放占郑州市总量的68.82%（2020年）,远大于其他用地类型。从空间格局来看,碳排放呈现出“东部高、西部低”及中心城镇集聚的分布特征。（2）不同土地利用方式的“水-能-碳”组合特征和匹配关系存在较大差异。总体而言,“水-能-碳”组合特征与土地利用类型密切相关,承载高水耗、低能耗活动的土地利用方式主要表现出“高-低-低”的“水-能-碳”组合格局（如耕地）;而承载高水耗、高能耗活动的土地主要表现出“高-高-高”的“水-能-碳”组合格局（如城镇建设用地）。此外,“水-能-碳”强度组合格局在农用地表现为“低-低-低”模式,在建设用地（除交通用地外）表现为“高-高-高”模式。且两要素匹配程度较高时,组合特征为“高-高”或“低-低”模式;要素匹配程度较低时,要素组合特征一般为“高-低”或“低-高”模式。（3）郑州市“水-能-碳”系统耦合协调度呈上升趋势,这表明城市水能资源利用效率得到明显提升,碳减排取得了积极成效。总体而言,“水-能-碳”要素之间存在明显相关关系,“水-能”、“水-碳”、“能-碳”之间的相关性系数分别为0.75、0.87、0.95,这表明“水-能-碳”系统的耦合程度较高;但由于水能消费和碳排放的增长速度存在差异,“水-能-碳”系统的协调水平相对较差。在快速城市化进程中,水能资源消费和碳排放的增速减缓,系统耦合协调程度得到优化。2020年郑州市“水-能-碳”系统耦合度达到0.9975,协调度达到0.8427,耦合协调度达到0.9169,处于优质协调水平。（4）快速城市化是影响“水-能-碳”系统耦合协调水平的重要因素,特别是城市土地利用变化造成的水能消费强度变化在很大程度上决定了“水-能-碳”系统的耦合协调水平。郑州市城市化水平不断提升,2020年达到80.60%。城市化水平与“水-能-碳”系统耦合协调度存在明显相关关系（R~2=0.97）,这表明,快速城市化是影响“水-能-碳”系统耦合协调水平的重要因素,其中人口、GDP、水能消费及碳排放强度的变化直接影响了“水-能-碳”系统耦合协调度。另外,城市土地利用变化带来的水能消费强度变化决定了城市资源利用效率和碳排放水平,特别是农用地转化为建设用地的过程不仅导致水能消费和碳排放的增长,还通过改变“水-能-碳”组合格局和匹配关系等影响“水-能-碳”系统耦合协调水平。（5）仿真模拟结果表明,土地城市化对城市“水-能-碳”耦合系统的影响程度大于经济城市化和人口城市化,基于节水、节能、减碳多目标的综合情景更有助于“水-能-碳”耦合系统优化目标的实现。不同城市化情景均造成水能消费和碳排放的持续增长,其中土地城市化情景下的增长速度略低于经济城市化和人口城市化。基准情景下,碳排放于2035年达到7106.28×10~4 t。节水情景、节能情景、减碳情景下碳排放到2035年分别达到7097.98×10~4 t、4969.19×10~4 t、5915.90×10~4 t。综合情景下城市用水量、能源消费量和碳排放量比基准情景减少30.37%、35.76%、44.52%（2035年）,达峰时间分别在2034年、2031年、2029年,峰值为23.00×10~8 m~3、7801.46×10~4 tce、4177.04×10~4 t。（6）基于以上结论,对未来城市发展提出以下建议:（1）开展基于“水-能-碳”耦合视角的资源协同开发利用规划;（2）优化城市系统水能消费过程,推动资源高效利用;（3）构建水能资源协调发展体系,引导城市低碳发展;（4）健全面向资源节约和碳减排目标的城市碳排放评价体系。