随着社会经济发展,城市化和工业化进程的加快,城市生态系统中污染物代谢问题日趋严重。同时,伴随着能源消费和需求量的激增,产业结构的调整,以及城市扩张带来的资源分配等问题都在一定程度上导致城市生态系统中污染物排放难以量化和解析。如何定量复杂条件下多重污染物排放,解析多层产业级之间互动关系,识别各种排放主体的减排责任以及评估减排效益,优化管理系统产业结构和污染物代谢,将影响着城市生态系统的健康发展以及城市污染物系统管理水平的提升。本文在充分辨识城市污染物代谢系统特征及其复杂性的基础上,旨在构建并推进城市污染物代谢控制系统及其优化管理。通过考虑社会、经济、环境之间的制约关系,构建耦合多重污染物代谢模型,定量反映系统中三者之间的权衡关系,评估污染物代谢问题现状,并在此基础上提供多重污染物协同控制和优化管理方案。具体内容将包括:（1）多视角多层产业级污染物排放基底调查及其动态演化。为定量多重污染物代谢问题,开发了基于投入产出的污染物代谢模型,定量了基于生产、消费和投入角度的废水、COD废水、氨氮废水、多种重金属（Hg、As、Cr、Cd、Pb）、SO2、NOx和烟尘的直接间接排放,构建了全行业多重污染物的排放清单,并识别了重点行业亟待解决的污染物排放问题,为后续污染物减排政策的制定提供支持。另外,为解析各类污染物时间尺度上的动态变化规律,开发了基于结构分解分析的动态网络解构模型,分析了多年份多重污染物的排放规律,并定量了各年份各类污染物直接间接排放,另外利用污染物多年排放规律,动态解构污染物代谢网络,识别并量化了驱动因子对于每类污染物的贡献程度,为后续产业结构升级提供支持。（2）多区域互动影响下排放责任识别及其减排效应评估。多区域之间贸易往来和互相作用在一定程度上加剧了污染物代谢问题,其复杂的交互作用使得排放主体责任的确定不够明确。因此,构建了逐步聚类的多维度两水平模型。在行业水平上,基于多角度污染物排放的核算定量了全行业减排责任,并制定了具有行业特点的减排政策。在区域水平上,通过定量多区域间贸易诱发的污染物排放量,制定了区域减排政策。同时以广东省为例,分析了省际间贸易活动引发的广东省污染物排放问题,量化了由于省际间中间使用、最终使用等经济活动造成的排放,并定量了不同省份和行业的减排责任。另外,构建基于不同收入水平的逐步聚类模型,分析全国范围内的不同收入水平居民引起的污染物排放差异。最终,构建基于析因分析的多因子环境减排政策交互模型,量化不同因子主效应和交互效应对于污染物减排的贡献程度,并耦合社会、经济和环境多方面因素评估各类减排政策。（3）多重污染物排放约束下的系统均衡优化。化石能源的大量使用在一定程度上加剧了污染物的排放,因此,构建了基于能源优化的投入产出模型来规划未来时期（2020-2060年）的能源结构转型,模拟满足双碳目标下的能源转型路线,同时耦合区间参数规划,实现系统成本最小且满足社会、经济、环境约束的能源规划。在此基础上,定量分析能源结构优化后各类污染物排放状况,解构2030-2060年污染物排放规律。总之,本研究基于社会、经济、环境三方面因素,探究了城市生态系统中多重污染物协同控制和优化管理。同时,本研究耦合投入产出、逐步聚类、生态网络、析因分析、能源系统优化等分析方法,实现了对多重污染物代谢的定量研究,并编制了全行业污染物排放清单,解析了多重污染物动态排放规律,识别并评估了减排责任,优化了能源结构以促进污染物协同管理。本文结果将有助于城市相关政策制定以及提高决策效率。