《城市水治理模式探索与实践：城市水管家》立足中国三峡集团开展长江大保护的实践经验，系统提出“城市水管家”模式，探索以企业为主体推动城市水治理的创新路径。《城市水治理模式探索与实践：城市水管家》以钱学森系统论为指导，融合还原论与整体论的辩证统一思想，阐述城市水治理的理论框架、目标构建、技术突破与智慧决策方案，并推动制度机制及市场化改革，结合多地实践案例，呈现面向系统治理的城市水治理典型做法与经验。《城市水治理模式探索与实践：城市水管家》注重理论与实践互动，突出系统性、可操作性与地方适应性，为当前城市水治理提供新思路。

目录
第1章 绪论 1
1.1 城市水系统概述 2
1.1.1 城市水系统的结构与功能 3
1.1.2 城市水系统的演进历程与发展 8
1.2 城市水治理面临的挑战和机遇 13
1.2.1 问题与挑战 13
1.2.2 需求与机遇 16
第2章 城市水管家理念与理论基础 23
2.1 城市水管家理念 24
2.1.1 城市水管家概念 24
2.1.2 城市水管家可持续发展内涵 25
2.2 城市水管家系统论 27
2.2.1 理论基础 29
2.2.2 理论框架 33
第3章 城市水管家目标体系 45
3.1 水管家绿色发展导向 46
3.2 国内外城市水治理目标 48
3.2.1 问题驱动型 49
3.2.2 管理牵引型 50
3.2.3 多维协同型 52
3.3 水管家目标体系构建 58
3.3.1 目标体系思路 58
3.3.2 目标体系构建方法 59
3.3.3 目标体系构建实践 72
第4章 城市水管家还原解析 81
4.1 要素的还原解析：排水管网 82
4.1.1 模型体系 82
4.1.2 管网单元的模型构建 83
4.2 物质的还原解析：沉积物 87
4.2.1 沉积物来源与分类 88
4.2.2 沉积物运动 89
4.2.3 沉积物截留与去除 93
4.2.4 沉积水生态影响 96
4.3 状态的还原解析：风险 97
4.3.1 多源监测数据采集 97
4.3.2 基于无监督学习的状态诊断与风险识别 99
4.3.3 基于有监督学习的状态诊断与风险识别 101
4.4 系统的还原解析：成效 105
4.4.1 系统结构还原解析 106
4.4.2 关联机制还原解析与量化 107
4.4.3 参数率定 109
4.4.4 治理方案成效定量评估 109
4.4.5 湖南某市成效定量评估的实践案例 111
第5章 城市水管家智慧决策 115
5.1 水管家智慧决策方法及应用 116
5.1.1 水管家多目标优化决策方法 116
5.1.2 多目标优化决策模型开发 117
5.1.3 多目标优化决策模型实践案例 130
5.2 水管家智慧调度方法及应用 139
5.2.1 智慧调度方法与目标 140
5.2.2 智慧调度模型构建 145
5.2.3 智慧调度模型实践案例 151
第6章 城市水管家模式变革 157
6.1 城市水治理生产关系的变革需求与方向 158
6.1.1 生产关系不适应生产力发展 158
6.1.2 推动城市水治理生产关系变革 159
6.2 构建统筹高效的政企合作治水新形式 160
6.2.1 政企合作治水模式 160
6.2.2 企业：创新专业化公司统筹实施 162
6.2.3 政府：做好水治理保障监管 165
6.3 绩效评价专题研究 166
6.3.1 企业水管家后评价方法及应用 166
6.3.2 污水厂网按效付费管理创新 181
6.4 拓展城市水治理价值实现机制 190
6.4.1 城市水治理资金来源与收益路径 190
6.4.2 长江经济带典型城市水价分析 192
6.4.3 污水管网价格机制探索 202
参考文献 208

第1章 绪论
　　城市是人类文明的标志，水作为城市的生命线，亦是文明的镜像，也是经济社会高质量发展的核心载体。从古罗马的输水道到江南水乡的河街相依，从工业革命时期泰晤士河的黑臭危机到今日新加坡“新生水”的科技奇迹，城市的发展史始终与水系统的演进紧密交织。城市水系统不仅支撑着居民生活、产业运转与生态健康，更深刻塑造着城市的形态与未来。科学认知并系统治理城市水问题，从来不只是工程技术议题，更是关乎城市文明存续与可持续发展的根本性命题。
　　现代城市水系统远非单纯的供水与排水工程集合，而是一个集水资源供给、污水收集处理、雨水管理、再生利用、河湖生态维护、防洪排涝乃至能源回收与气候适应于一体的复杂巨系统。它既承载着保障居民基本用水安全、维系公共卫生的刚性功能，也日益成为塑造城市韧性、提升人居环境、实现可持续发展的关键载体。然而，快速城镇化、气候变化加剧与基础设施历史欠账叠加，使城市面临水资源短缺、内涝频发、水体黑臭、管网老化、能源消耗高等多重压力。传统以“末端治理”“工程主导”“部门分割”为特征的治理模式，已难以应对日益复杂的水系统挑战。在此背景下，如何重新理解城市水系统的结构、功能与发展逻辑，如何超越传统“工程至上”的碎片化思维，构建一个系统的、可持续的城市水治理体系，已成为推动城市高质量发展与生态文明建设的关键任务。
　　本章作为全书起点，旨在系统梳理城市水系统的基本结构与功能，回溯其从古代依托自然水系、近代工业化集中供排，到现代追求循环与韧性的历史发展脉络，并在此基础上辨识当前治理所面临的技术性瓶颈、制度性障碍和结构性短板等，同时指出绿色低碳转型、数字智能赋能、多元协同治理等新机遇，以期为后续章节深入探讨城市水治理的理论框架、目标体系、技术升级、模式与制度创新等奠定认知基础。
　　1.1 城市水系统概述
　　学界对“城市水系统”的认识不断深化。早期研究多聚焦于城市水系统的物理载体与设施网络，认为城市水系统是指城市中与水相关的各个组成部分所构成的水物质流、水设施和水活动（陈吉宁等，2007），凸显的是其物质基础属性。随着治理复杂性上升，城市水系统的研究视角逐步扩展至过程与功能维度，相关研究将其界定为以水循环为基础、水通量为介质、水设施为载体、水安全为目标、水管理为手段的综合系统，是城市大系统的重要组成部分，涉及城市水资源开发、利用、保护和管理的全过程（邵益生，2015）。进一步将目标导向与管理机制纳入城市水系统的概念框架。与此同时，也有研究从时空动态性切入，认为城市水系统是在一定地域内，以城市水资源为主题，以水资源的开发利用和保护为过程，与自然和社会环境密切相关，且随时空变化的动态过程（李树平，2015），强调的是城市水系统非静态、非封闭的特性。
　　近年来，伴随生态文明与系统治理理念的深化，对城市水系统的理解进一步走向耦合与集成。相关研究指出城市水系统是“社会、经济和环境要素共生发展的产物”，本质是“自然循环和社会循环的耦合载体”，并且具体涵盖地表水和地下水以及城市供水、排水、再生水、内涝防治、河湖水体等系统单元（任南琪等，2023），将涉水单一要素或过程认知逐步上升至城市水系统中多个子系统的协同认知。同时，从水文过程机理出发，也有研究将城市水系统与城市下垫面、人工干预和自然影响结合，提出城市水系统是城区复杂下垫面和人工调控影响下自然（如降水、蒸散发、下渗、产汇流和调蓄等）和社会经济侧支（如取、用、耗、排等）水循环过程，并且伴随面源、点源污染相关的水环境和水生态等过程，认为城市水系统是综合的水循环多过程系统（夏军等，2024b）。图1-1展示了现代城市水系统的基本组成。
　　综观这些代表性论述，虽视角各异、侧重不同，却共同勾勒出一个日益清晰的图景，即城市水系统并非要素或工程设施的组合，而是一个具有多重属性的复杂巨系统。它以自然水循环与社会水循环的深度耦合为基础，回应城市在水资源、水环境、水生态与水安全等多个维度的需求。同时，城市水系统在与城市其他子系统持续进行物质、能量和信息交换过程中，展现显著的开放性，其运行既受工程技术驱动，又深嵌于政策、经济与文化等多重社会规则之中，呈现出高度的复杂性。
　　1.1.1 城市水系统的结构与功能
　　城市水系统的结构形式，本质上由水源、供水、用水、排水等核心要素及其相互作用关系所决定，每个要素都对城市水系统的循环起着促进或制约的作用（王立秋等，2023）。水源是水系统的基础要素，是维系城市生活、生产和生态用水的根本保障；供水是水系统的生产要素，承担原水收集、净化处理和输配调度的功能，是实现自然水向可用资源转变的途径；用水是水系统的驱动要素，反映城市活动对水资源的利用（消费）过程与服务需求，是水循环的社会侧动力；排水是水系统的反馈要素，不仅承载污废水的收集输送与处理，更通过环境排放、再生回用等过程，影响水源的水量与水质，构成循环闭环。一个结构合理、功能协调的城市水系统，能够有效促进水的高效利用、风险防控与生态维系，从而支撑系统的良性循环与可持续运行。
　　在现实中，城市水系统呈现出清晰的多层级嵌套结构（图1-2）。若将上述四大核心要素视为一级子系统，则每个子系统内部又可进一步分解为若干次级要素。系统、子系统和要素之间便形成了一个由较高层级逐步向较低层级分解的三级谱系结构或三级递阶结构。例如，供水子系统包含取水设施、输水管道、净水设施、输配管道等；排水子系统涵盖污水收集、处理、回用设施等。由此，系统整体形成“系统—子系统—要素”的三级递阶结构。
　　在此结构中，不同层级之间存在自上而下的控制与自下而上的反馈机制，同一层级内的子系统或要素则既相互依存又可能存在运行冲突。例如，城市用水增长，但排水能力不足，易引发一系列的环境问题。因此，维持系统整体性与稳定性，必须依赖上一层级的统筹协调。例如，当排水环节因处理能力不足导致水环境污染时，若短期难以对排水系统整体改造，则需要在城市水系统层面通过优化用水结构、强化再生回用、调整供排平衡等综合手段，实现子系统间的动态协同。尤为关键的是，这一结构框架不仅适用于社会水循环，还需与自然水循环（降水—入渗—径流—蒸发等）在空间与过程上深度耦合，方能完整刻画现代城市水系统的复杂性与开放性。
　　基于城市水系统的多层级结构特征，其功能可划分为子系统局部功能与系统整体功能。局部功能体现为水源、供水、用水、排水等子系统在各自边界内完成取水、输配、消耗、收集与处理等特定任务的能力；而整体功能则超越单一要素，是指在资源环境承载力约束下，城市水系统通过内部协同与外部联动，支撑城市社会经济可持续运行的综合能力。
　　从子系统的局部功能来看，水源子系统作为城市水系统的输入端，其核心功能是通过自然循环与人工调控，为系统提供满足水质、水量要求的“原料水”，并支撑城市生态基流、航运景观等生态服务功能。广义上，水源构成具有多源性，包括河湖水系、地下水、生态湿地等自然水源，以及雨水、污水再生水等非常规水源，形成多元化的水源保障体系。
　　供水子系统属于城市水系统的转化与输配环节，通过取水工程、输水网络、净化工艺及配水系统的协同作用，将“原料水”转化为符合生活饮用、工业生产、公共服务等不同标准的“商品水”，并实现时空尺度上的精准分配，核心目标是保障供水的安全性、可靠性与水质达标率。
　　用水子系统作为水系统的需求端与消耗端，其功能体现为通过居民、工业、农业、市政等用水单元对水资源的取用与转化，驱动城市社会经济活动。该子系统的用水模式深刻影响着水系统整体的规模布局与资源配置效率。传统偏重需求扩张、忽视资源承载能力的管理模式，往往导致水资源过度开发与低效利用，需转向以水资源刚性约束为前提、以用水效率提升为核心、以需求结构优化为导向的调控路径，推动用水系统从粗放消耗向集约高效转型，实现水资源供需在生态阈值内的平衡。
　　排水子系统是城市水系统的输出端与反馈环节，承担着污染消纳与资源再生的双重功能。一方面，通过排水管网、污水处理厂及雨水调蓄设施等基础设施，对生活污水、工业废水和雨水径流进行系统性收集、输送与处理，有效削减污染物排放，降低对受纳水体的环境压力；另一方面，通过深度处理与资源化技术，将污水转化为可回用的再生水，将雨水转化为可调控的补充水源，推动水资源从“单向消耗”向“循环利用”转变。这一过程不仅强化了水环境风险防控能力，更实质性地支撑了取水—用水—排水—回用全链条的闭环运行，显著降低城市对传统水源的依赖，提升水系统的韧性与可持续性。
　　从城市水系统的整体功能来看，这一整体功能并非孤立实现，而是依托其与能源、土地、产业等其他城市系统的深度交互。本书将从物质输移、信息流通、经济平衡与价值衍生四个维度，阐释城市水系统如何作为城市代谢的通道，通过水及相关物质的流动、信息的传递与反馈、资金的投入与循环，以及由此产生的多重社会生态价值嵌入城市系统的关键过程。
　　物质输移、信息流通、经济平衡与价值衍生，共同构成了城市水系统内部运行及其与外部环境交互的基本路径（图1-3）。这些过程不仅遵循物理与生态规律中的质量守恒和能量转化原则，也深刻嵌入系统调控的信息反馈机制与经济运行的可持续逻辑之中。其中，物质输移支撑着城市取水、供水、排水及再生利用等基本功能，是水资源及其伴生要素（如营养物、能源、污染物）在系统中循环与再利用的物理载体；信息流通则通过监测、感知与数据集成，为系统状态诊断、运行优化与管理决策提供支撑，并实现对自然水文过程与社会用水行为的动态耦合判断；经济平衡作为系统建设、运维与更新的经济保障，直接影响基础设施的覆盖水平、技术升级能力与服务公平性；而价值衍生则体现为水系统在保障生态健康、提升人居环境、促进绿色产业发展与增强社会福祉等方面所产生的综合效益，是衡量系统可持续性的核心维度。深入理解并有效协调这四重过程，不仅是提升城市水系统运行效率与韧性的重要前提，更是实现水资源可持续利用、生态环境保护与经济社会高质量协同发展不可或缺的基础。
　　图1-3 城市水系统与外部环境的交互
　　1.物质输移
　　城市水系统作为物质循环的关键枢纽，通过供水网络将水资源输送到城市的各个角落，并收集污水进行处理，*终排放到自然水体中。在这个过程中，物理、化学和生物处理工艺协同作用，去除或转化污染物，实现水系统的净化功能。有效管理城市水系统与物质输移的耦合关系，不仅能提高水资源利用效率、减少污染物排放，还能增强自然环境的受纳与承载能力。
　　从系统角度出发，通过优化关键节点的技术和管理，可以促进水、碳及氮磷等物质循环的闭合，提升城市水系统的物质代谢效率。具体而言，城市水循环系统由自然水循环和社会水循环交织而成，自然水循环包括降水、蒸发和径流等过程，而社会水循环涵盖供水、用水、排水和污水处理回用等环节，二者共同构成城市水循环的基础网络，滋养着城市的各个角落。能量流动贯穿水循环全过程，例如太阳能驱动蒸发，水力发电和污水热能利用实现了能量转化，供水加压和污水处理则消耗能量。在水处理过程中产生的沼气等资源可用于能源生产，为水循环提供动力。此外，城市水系统既产生碳排放（如污水处理中的有机物分解），也实现碳吸收（如水生植物光合作用和湿地系统），碳循环与水循环和能量流动紧密相连，共同影响城市生态平衡。
　　在协同耦合层面，水能协同耦合体现在利用水力、光伏发电为城市供排水系统提供能源，同时水系统通过优化运行调度可以降低能耗，实现能源资源的高效利用。水碳协同耦合则通过湿地系统等手段，在净化水质的同时吸收大气中的二氧化碳，达到水环境改善与碳减排的双重目标。能碳协同耦合强调采用清洁能源支撑污水处理厂运行，减少碳排放，优化城市能源结构，降低碳足迹。这三种协同耦合关系是彼此联系且相互促进的。例如，在污水处理子系统中，已逐步引入光伏等分布式能源用于补给厂站运行，并探索污水厂能量回收，通过集中的污泥处置中心开展沼气利用，充分发挥沼气能源价值，该方式不仅提高了资源利用率，还有效降低了二氧化碳、二氧化硫的排