粤港澳大湾区灰色水足迹时空格局、驱动机制及可持续管理策略研究

为解决粤港澳大湾区(GBA)经济快速增长与水污染的双重挑战，研究人员系统分析了2008-2021年灰色水足迹(GWF)的时空分布特征，结合随机森林(RF)模型和SHAP方法揭示了GDP(贡献度18.78%)、人口(17.72%)等关键驱动因子的阈值效应，提出水产养殖技术升级等精准治污策略，为区域水资源可持续管理提供科学依据。

　　

在中国经济最活跃的粤港澳大湾区，每年创造着占全国GDP总量10%以上的经济奇迹，但这片仅占国土面积0.6%的区域正面临严峻的水资源危机。数据显示，珠三角广东段在2006-2016年间废水排放量突破千亿吨，人均水资源量仅61.1亿m³
，远低于国际缺水警戒线。更棘手的是，密集的工业活动、快速城市化带来的生活污水，以及长期被忽视的高密度水产养殖污染，使得区域水环境承载力持续亮起红灯。这种"水少质差"的困境，严重制约着建设世界级湾区的战略目标。

为破解这一困局，水利部粤港澳大湾区水安全保障重点实验室的研究团队在《Journal of Environmental Management》发表了一项历时14年的系统研究。通过构建灰色水足迹(Grey Water Footprint, GWF)评估体系，结合机器学习技术，首次完整揭示了大湾区水污染的时空演变规律及其深层驱动机制。

研究采用三项关键技术：首先运用Hoekstra的GWF理论量化污染物稀释所需淡水量；其次采用随机森林(Random Forest, RF)算法解析16个社会经济指标的贡献度；最后引入SHAP(SHapley Additive exPlanations)值分析和偏依赖图(Partial Dependence Plot)技术，动态追踪各因素在不同阈值下的非线性影响。数据涵盖大湾区11个城市2008-2021年的多源环境监测数据。

灰色水足迹测量结果显示：大湾区总GWF在2011年达到峰值1031.5亿m³
后显著下降至2021年的401.4亿m³
(Mann-Kendall检验p=0.037)。空间上呈现"东工西农"的鲜明格局：广深等东部城市工业GWF占比超60%，而肇庆等西部区域农业GWF高达75%。值得注意的是，水产养殖贡献的氨氮负荷较传统种植业高出2.3倍，揭示了这个长期被低估的污染源。

驱动机制分析通过RF模型锁定关键因素：GDP每增长1000亿元对应GWF增加2.21亿m³
，人口每增加百万则带来1.8亿m³
负荷。SHAP值分解显示GDP(18.78%)和人口(17.72%)的贡献度显著高于其他因子。偏依赖图进一步揭示非线性规律：当GDP突破7300亿元、人口超过894万时，环境压力呈现指数级增长。

结论与讨论部分指出：研究首次将机器学习与传统环境评估方法结合，突破了过去线性回归分析的局限。动态阈值效应的发现，为差异化管控提供了精确"临界点"参考。例如对广深等超大城市应重点控制第三产业排水，而西部城市需推广循环水养殖技术。这些发现不仅填补了大湾区GWF研究的空白，更创新性地将环境承载力的抽象概念转化为可量化的决策参数，为编制《粤港澳大湾区水安全保障规划》提供了关键科学支撑。

该研究的现实意义在于：一方面证实产业结构调整政策已显成效(GWF下降61%)，另一方面警示随着大湾区经济总量迈向2万亿美元，必须建立更精细的水环境预警系统。团队建议将机器学习驱动的GWF评估纳入地方政府绩效考核，这或将成为平衡经济发展与生态保护的新范式。