中国贸易网络中的水资源短缺及其连锁经济效应：一种传导分析

《Water Research》：Water Scarcity and Its Cascading Economic Effects in China's Trade Network: A Transmission Analysis

水稀缺风险（WSR）及其在贸易网络中的级联效应研究，采用多区域投入产出模型与结构路径分析，量化分析了中国2017-2020年水稀缺风险的经济损失演变，揭示风险通过供应链网络逐层扩散的关键路径与核心节点，发现东部地区及制造业、服务业和农业的水资源密集型行业风险集中度高，提出优化区域间水资源配置、加强高耗水行业节水技术及完善风险预警机制的政策建议。

　　

王成龙|王颖|隋晨阳|陈曦|赵布|曲申|徐明

重庆大学管理科学与房地产学院，中国重庆

摘要

水资源短缺对各个行业的可持续用水带来了严峻挑战，尤其是在中国，水资源分布不均且常常面临严重压力。多项研究表明，水资源短缺会导致重大经济损失，这种现象被称为水资源短缺风险（WSR）。这些影响既发生在局部地区，称为局部水资源短缺风险（LWSR），也可能通过贸易网络传播到其他地区和行业，称为虚拟水资源短缺风险（VWSR）。许多关于水资源短缺风险的研究主要集中在从起点到终点的风险传递结果上，而忽视了风险传递的中间过程。本研究探讨了中国贸易网络中WSR的连锁经济影响，分析了各省和行业之间的LWSR和VWSR。通过使用多区域投入产出模型结合结构路径分析，我们量化了WSR在中国经济网络中的传播情况，确定了受水资源短缺影响的关键传递路径和节点。结果显示，WSR从2017年的3.5万亿美元下降到2020年的2.8万亿美元。WSR主要集中在东部地区以及服务业、制造业和农业等用水密集型行业。研究最后提出了政策建议，以减少对用水密集型本地产品的依赖，促进高风险行业的节水，并推动跨区域水资源转移，从而实现可持续的水资源管理。

引言

水是人类生产和日常生活的重要资源。然而，不断增长的需求和不同行业及地区之间的水资源分布不均使得水资源短缺成为一个日益紧迫的问题。目前，全球约一半的人口在一年中的某个时候会面临严重的水资源短缺（Mekonnen和Hoekstra，2016年）。2023年发布的IPCC第六次评估报告确认，人为引起的全球变暖1.1摄氏度在近几个世纪到几千年间引发了前所未有的气候变化（Lee等人，2023年）。温度上升扰乱了降水模式和水文循环，加剧了水资源短缺和水相关灾害，如洪水和干旱（Han等人，2023年；Wang等人，2024b年）。中国面临着水资源空间和时间分布不均、供需矛盾、水资源利用效率低以及严重的水污染等问题（Zhang等人，2024年）。例如，根据2022年的《中国水资源公报》，中国西南部省份的人均水资源超过12万立方米，而北部省份的人均水资源不足4000立方米（中国水利部，2022年）。

水资源短缺减少了本地生产活动的水资源可用性，限制了经济产出。这些本地生产限制可能会通过贸易网络进一步传播，对其他地区的生产行业产生连锁影响（Qu等人，2018年）。现有研究将水资源短缺造成的经济损失定义为水资源短缺风险（WSR）（Qu等人，2018年）。水资源短缺风险（WSR）不仅包括每个省份和行业可能面临的局部水资源短缺风险（LWSR），还包括通过贸易系统传播到其他省份和行业的虚拟水资源短缺风险（VWSR）。在中国贸易系统中，供应链中的每个环节都紧密相连，形成了一个复杂的网络。WSR的传播沿着这条供应链进行，在每个阶段扩散并加深其影响。例如，水资源短缺可能导致河北上游的农业、林业、畜牧业和渔业行业遭受经济损失。随后，通过中国的贸易网络，这种影响会波及山东下游的食品和烟草行业，再通过贸易网络影响上海的住宿和餐饮行业。在这个过程中，WSR的传播呈现出连锁反应，每个环节的损失累积并传递给下一个环节。在WSR传播的中间阶段，一些关键节点可能在放大风险方面起重要作用，但它们可能与最终承受WSR的核心行业并不完全一致。因此，分析WSR在贸易系统中逐层传播的过程，并识别具有多层影响的关键节点至关重要。

一些研究使用多区域投入产出（MRIO）模型量化了水资源短缺风险，并从不同角度探讨了这一问题。例如，Qu等人（2018年）提出了一个国家级WSR评估框架，将水资源压力指标与行业经济产出相结合，以量化LWSR及其通过贸易的传播。Chen等人（2022年）通过明确纳入环境流量需求（EFR）进一步推进了WSR的量化，从而提高了LWSR和VWSR测量的精度。Huang等人（2024a）强调了考虑EFR空间异质性的重要性，并比较了基于空间异质性和空间同质性EFR得出的WSR结果。他们的结果表明，基于空间同质性EFR的先前WSR估计值被高估了。Dong等人（2023年）基于MRIO模型和复杂网络理论构建了2001年至2016年的全球VWSR传输网络，并使用时间指数随机图模型进一步探讨了VWSR传输网络形成的决定因素。Zhao等人（2019年）研究了气候变化导致的水资源可用性减少如何在某些地区产生WSR，以及这些风险如何通过贸易传播到下游地区和行业。总体而言，现有研究主要集中在量化贸易系统中WSR传播的起点和终点。虽然这些研究为WSR的整体规模和空间分布提供了有价值的见解，但它们大多忽略了中间传播过程和WSR传播的关键节点。相比之下，本研究专注于WSR的内部传播路径，并识别了贸易网络中的关键节点。

结构路径分析（SPA）是一种成熟的方法，用于揭示行业间的复杂相互依赖关系，并将整个供应链分解为不同的传播路径。该方法最初是在社会会计领域开发的，用于分析和量化复杂经济网络中的因素之间的相互关系（Defourny和Thorbecke，1984年）。其方法论基础在于对Leontief逆矩阵应用泰勒级数展开，从而实现对直接需求矩阵的连续逼近（Waugh，1950年）。与其他方法相比，SPA更明确地捕捉了传播路径：网络分析仅描述节点之间的联系，而系统动态模型需要大量参数，可能无法解析详细的传播路径。因此，SPA经常与投入产出分析（IOA）结合使用，并已在环境研究中得到广泛应用。例如，多项研究应用IOA-SPA框架来识别环境系统中的关键行业和排放路径（Zuo等人，2024年；Wang等人，2023年；Wang等人，2024c年）。SPA也被用于分析水资源利用情况。Yi等人（2024年）通过结合全球扩展的MRIO模型和SPA，识别了印度虚拟水流动网络的关键传输行业。这些应用表明，SPA非常适合追踪贸易系统内的传播过程。然而，尽管SPA具有潜力，但它很少被应用于水资源短缺风险研究，WSR的中间传播过程仍然未被充分探索。

本研究首先通过分析水资源短缺量和各行业的经济产出，评估了中国各省和行业面临的局部水资源短缺风险（LWSR）。随后，利用多区域投入产出（MRIO）模型量化了WSR通过中国贸易网络的传播情况，剖析了这种风险传播的结构路径，指出了关键传播路径以及中国水资源短缺风险传播中的关键地区和行业。本研究的新颖性和贡献是多方面的。首先，它探讨了中国贸易系统中水资源短缺风险的历史动态传播过程，而不仅仅是关注这种风险的最终结果。通过分析中国水资源短缺风险的传播路径，本研究揭示了这一过程中不同组成部分之间的相互作用，并确定了风险加剧的关键点，从而填补了水资源短缺风险路径理论分析的空白。通过分析水资源短缺风险的传播过程，本研究旨在绘制风险的空间分布和强度图，为制定稳健的水资源管理策略和政策提供关键见解。

方法

本研究通过考察四个关键因素来评估中国的水资源短缺风险。首先，它评估了潜在水资源短缺量（PWSV），该指标衡量了各省和行业潜在的水资源短缺情况。其次，它分析了局部水资源短缺风险（LWSR），以确定最易受短缺影响且经济损失较大的地区。第三，它量化了总体水资源短缺风险（WSR），突出了

层次分布

图1显示了2017年和2020年各生产层次的总WSR分布情况。如图1所示，WSR总额从2017年的3.5万亿美元下降到2020年的2.8万亿美元，减少了约20%。WSR的下降主要是由于2020年水资源短缺情况有所缓解。在2017年和2020年，WSR主要集中在前三层

讨论与政策建议

以往关于水资源短缺风险的研究主要集中在从起点到终点的传播结果上，往往忽视了分析传播过程本身的重要性。本研究系统地研究了中国贸易网络中水资源短缺风险从上游到下游的传播过程，识别了风险传播的关键路径和关键节点。它提供了实证证据

结论

本研究通过路径分解方法系统地揭示了中国供应链中WSR的传播机制和时空演变。首先，本研究量化了各生产层次上的WSR分布。结果显示，全国WSR总额从2017年的3.5万亿美元下降到2020年的2.8万亿美元，并预计到2030年将显著增加。这一趋势主要是由水资源短缺的变化所驱动的。其次，通过识别关键

资助信息

隋晨阳感谢国家自然科学基金（52200209 & 52370192）和中央高校基本科研业务费（2023CDSKXYGK011）的支持。陈曦感谢国家自然科学基金（52200221）的支持。曲申感谢国家自然科学基金（52425005）的支持。

作者贡献声明

王成龙：正式分析、软件开发、可视化、初稿撰写。王颖：初稿撰写、可视化、正式分析。隋晨阳：审稿与编辑、监督、概念构思。陈曦：审稿与编辑、资源协调。赵布：审稿与编辑。曲申：监督。徐明：监督。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。