中国国家水网与调水工程中水资源配置的供应链评估

《Engineering》：A Supply-Chain Assessment of Water Resource Allocation in China’s National Water Network and Water-Diversion Projects

　　

中国的国家水网（NWN）旨在解决水资源短缺和分配不均问题。然而，现有关于调水工程（WDPs）的研究主要集中在流域和省级层面，往往通过忽略调水工程的复杂拓扑结构及其与区域间供应链网络的相互作用而过度简化效益计算。在本文中，研究人员收集了截至2022年中国76个已完成的WDPs和11个在建WDPs的详细数据。利用多主体复杂网络模型（multiagent complex network model）结合水资源、用水和NWN数据，研究人员模拟了在不同时间和不同水资源条件下实施NWN和各种WDPs前后因水资源短缺造成的损失，并将水资源短缺损失的减少视为供应链效益（supply-chain benefit）。研究人员发现，在将NWN与中国城市间供应链整合后，水资源严重短缺且调水量大的地区（如上海、兰州、郑州、太原和克拉玛依）获得了高效益。相反，作为多个WDPs水源城市的抚顺和佳木斯则遭受了损失。到2030年，NWN的供应链范围经济效益（supply-chain-wide economic benefits）将从2010–2022年的平均值1532亿元人民币增加到1859（156.6–206.2）亿元人民币。上海和郑州将增加超过50亿元人民币，而天津、咸阳和北京将增加超过10亿元人民币。总体而言，70%已完成的WDPs的投资回收期短于NWN的平均回收期。平均有25%的效益溢出到受水区域以外的地区。11个在建WDPs预计到2025年将产生60亿元人民币的总效益，到2030年将产生100亿元人民币的总效益。研究人员的发现为改进NWN建设和实施以及调整受水区的水资源管理政策提供了途径。

论文解读文章：中国国家水网与调水工程水资源配置的供应链评估

研究背景显示，中国水资源短缺且时空分布不均，人均水资源量仅为全球平均的四分之一。为应对这一挑战，中国提出建设国家水网（National Water Network, NWN），通过调水工程（Water-Diversion Projects, WDPs）重新配置水资源。然而，现有研究多集中于流域和省级尺度，常采用简单的乘数法或投入产出（Input-Output, IO）模型，忽略了调水工程间复杂的拓扑关系及其与区域间供应链网络的相互作用，且难以模拟缺水情境下的适应性行为（如生产者替代投入或技术调整）。因此，需要从供应链全局视角，评估NWN及各WDPs的经济效益，以指导后续建设与政策调整。

研究人员开展了系统性研究，收集了截至2022年中国76个已完成和11个在建WDPs的详细数据（包括设计调水量、受水城市及分配比例、取水点、建设成本和干线长度等）。基于2017年城市级多区域投入产出（Multi-Regional Input-Output, MRIO）表（包含313个区域和42个部门），结合2010–2022年的水资源和用水数据，构建了多主体复杂网络模型（multiagent complex network model）。该模型以周为时间步长，模拟在不同时间（2010–2022年平均、2025年、2030年）和不同水可用性情景（平水、丰水、枯水）下，有无NWN实施时的水资源短缺损失，并将损失减少量定义为供应链效益。主要结论包括：NWN显著缓解了缺水状况，其总供应链效益预计到2030年从2010–2022年平均的1532亿元增至1859亿元；严重缺水且调水量大的城市（如上海、兰州、郑州）获得高效益，而作为水源的城市（如抚顺、佳木斯）遭受净损失；70%已完成的WDPs投资回收期短于NWN平均；平均25%的效益通过上下游供应链溢出到受水区以外。该研究发表在《Engineering》。

关键技术方法（不超过250字）：研究采用的主要技术方法包括：1）数据收集：从官方统计、规划报告、研究论文和在线资源中集成了76个已建成和11个在建WDPs的详细数据（包括设计调水量、受水城市分配比例、取水点、投资等），并获取了2010–2022年市级水资源公报数据和2017年城市级MRIO表（313个区域，42个部门）。2）模型构建：开发了自适应多主体复杂网络模型，以MRIO表定义生产、消费和运输代理，模拟缺水冲击下生产者的适应性行为（如优先保障环境流量和居民用水），在约束生产用水不超过可用量条件下，最大化城市总产出。3）指标定义：采用生产可用水比（Production-Available Water Ratio, PAWR）衡量缺水程度，通过比较有无NWN时各缺水城市造成的供应链总损失差值计算供应链效益。4）情景分析：设置了2025和2030年平水、丰水（水可用性增加25%）、枯水（减少25%）情景，并考虑了产业结构调整和用水效率改进的敏感性情景。

研究结果：

3.1 国家水网建设概述：通过收集的WDPs数据，展示了76个已建成工程和11个在建工程的分布、设计调水能力（Designed Water-Diversion Capacity, DWDC）、建设历程及投资。结论：已完成工程总DWDC为668亿立方米，14个大型工程（>10亿立方米）占总能力的74.5%；在建工程总DWDC为145亿立方米。截至2022年，NWN已建成16700公里干线，投资7500亿元。

3.2 无国家水网时的水资源短缺供应链损失评估：通过2010–2022年对无NWN情景的模拟，发现84个城市面临缺水（PAWR<1），总缺水量439亿立方米。直接损失228亿元，间接损失2150亿元（47.4%发生在缺水城市内）。结论：间接损失远大于直接损失，且通过供应链扩散，农业、服务业和重工业受冲击最大。10个关键缺水城市贡献了72%的总损失。

3.3 国家水网实施后的水资源短缺供应链损失评估：通过模拟NWN实施后情景，发现62个城市缺水状况改善，31个城市摆脱缺水，但仍有58个城市持续缺水，总缺水量256亿立方米。结论：NWN缓解了204亿立方米缺水（占调水量的41.2%），但抚顺和鹤岗因调水成为新缺水城市。到2025年和2030年，缺水城市数量预计分别增至63和75个。

3.4 国家水网和各调水工程的供应链效益：通过计算实施NWN前后损失的差值，得到各区域和WDPs的供应链效益。结论：上海效益最高（280亿元），兰州、郑州、太原各约130亿元，四城占总效益44.7%；抚顺因调水外流损失42亿元。NWN总效益从2010–2022年平均的1540亿元增至2030年的1880亿元。70%已完成WDPs投资回收期短于NWN平均；南水北调中线工程和引黄入晋工程效益均超300亿元。

3.5 与既往研究比较：通过对比基于GDP乘数和边际价值方法的文献，发现本研究的评估结果介于过度估计和低估之间。结论：多主体复杂网络模型能捕获供应链间接效应，提供更现实合理的评估。

总结讨论部分：讨论从政策启示和局限性两方面展开。政策启示方面，研究人员指出，到2030年NWN仍无法完全缓解部分城市（如上海、太原）的缺水问题，需考虑扩建现有WDPs或建设新工程；对因调水新出现缺水的城市（如抚顺、南阳）应优化水资源分配方案；建议通过财政转移支付平衡上下游利益，省级政府可分配约25%的效益用于后续建设。对表现不佳的工程（如南水北调东线实际调水量仅为设计能力的12%），需完善水价机制、提升实际调水量。局限性方面，研究未考虑污染导致的水质性缺水、NWN的生态及防洪效益，也未纳入气候变化对水资源可用性的影响；经济结构数据基于2017年MRIO表，可能无法完全反映2025和2030年的变化。

研究结论部分翻译：研究人员发现，国家水网（NWN）显著缓解了水资源短缺及其相关的供应链中断。其总经济效益预计到2030年从1540亿元增至1880亿元。经历严重缺水和大量调水的城市（如上海、郑州和兰州）获得最大收益，而上游水源城市（如抚顺和佳木斯）因调水外流遭受净损失。省级层面，甘肃、上海、河南各获益约300亿元，而辽宁净损失。70%已完成的调水工程（WDPs）投资回收期短于NWN平均。南水北调中线工程和引黄入晋工程各产生超300亿元供应链效益，约74%集中在受水区。然而，部分工程因调水量利用率低或与需求不匹配表现不佳。到2030年，在建工程预计新增101亿元效益。为优化未来NWN发展，研究人员建议优先投资于部分缓解缺水的城市，改进区域内和区域间水资源分配机制，并建立财政转移支付以平衡上下游利益。这些策略对于最大化中国水资源基础设施投资的长期社会经济和环境回报至关重要。