城市水系统碳排放是城市重要的碳源。快速城市化过程伴随着高强度的城市水资源开发利用,导致了城市水系统对水、能资源的需求急剧增加,城市水系统运行过程中的碳排放问题也日益突出。因此,从“水—能—碳”关联视角开展城市水系统碳排放研究,不仅有助于揭示水系统中水资源流动、能源消耗过程与碳排放的内在关系机理,还有利于统筹协调城市水、能资源可持续利用,为城市水系统低碳运行和管理提供理论与实践指导。本文基于“水—能—碳”关联视角构建了城市水系统碳排放研究的理论框架和方法,采用2008～2017年郑州市取水、给水、用水、污水处理等环节的能源消耗数据,评估了郑州市水系统运行全过程的碳排放,探究了影响城市水系统碳排放的因素,并结合情景分析法分析了不同运行情景模式下郑州市水系统的碳减排潜力,最后提出了基于水能协同优化的城市水系统低碳运行的政策建议。主要结论如下:(一)2008～2017年郑州市水系统碳排放总体呈上升趋势,从2008年的583.58×10~4t增长到了2017年的833.16×10~4t,年均增长率为4.04%,这主要归因于快速城市化引致的居民和公共生活用水的不断增加;在郑州市水系统碳排放中,用水系统碳排放占主导地位(碳排放贡献率91.31～92.65%),剩下依次为给水系统、取水系统、排水及污水处理系统。(二)郑州市水系统不同运行环节的能源强度差异较大,其中,能源强度最高和最低的分别是居民生活用水(17.931kWh/m~3)、引黄供水(0.090kWh/m~3),其余环节的能源强度从高到低依次是公共生活用水、工业用水、雨水回用、污水回用、制水过程、农业用水、配水过程、污水处理、地下水供水、蓄水工程、提水工程、南水北调供水,由于能源强度最高的三个环节均属于用水系统,这也是造成用水系统碳排放占据了郑州市水系统总碳排放90%以上的主要原因。(三)2008～2017年,郑州市单位GDP水系统碳排放整体呈下降趋势,从2008年的0.19t/万元下降到了2017年的0.09t/万元;郑州市人均水系统碳排放变化较稳定(0.74～0.86t/人),其年际变化趋势同水系统整体碳排放基本一致;研究期内,郑州市水系统碳排放对全社会能源消费碳排放的贡献率在9.85～14.15%之间波动。(四)从“水—能—碳”关联视角分析郑州市城市水系统碳排放影响因素,实质上是探究水系统中“水”和“能”变化的影响因子,影响城市水系统碳排放的因素主要包括城市的水源类型与条件、水质标准与水处理工艺、用水设备的类型与能效等级、社会经济发展水平、人类用水行为习惯、水能资源利用的相关政策等。(五)通过对2030年郑州市水系统碳排放的情景分析发现,高度低碳情景下的城市水系统运行模式的减排潜力最大,较基准情景可减少629.91×10~4t的碳排放;此外,在城市水系统的内部子系统中,用水系统的碳减排潜力最大,特别是表现在生活用水环节,因此未来应重点考虑该环节的节水节能以推动城市水系统碳减排。(六)综上研究,建议城市水系统低碳运行应重点考虑以下策略:(1)面向节能减碳目标开展城市水系统低碳设计;(2)健全节水体制机制,引导水系统节能减排;(3)优化节水节能过程,推动水系统低碳运行;(4)加强资源综合管理,促进水能协同优化和碳减排。