不平等的水域景观：追踪中国的城市虚拟水资源流动与城市间不平等现象

《Journal of Cleaner Production》：Unequal waterscapes: Tracing urban virtual water flows and intercity inequality in China

虚拟水资源流动重塑中国城市系统水资源短缺与区域公平关系研究采用EE-MRIO与SPA方法，揭示高科技城市依赖农业区嵌入式水资源进口加剧区域不平等，农业城市低附加值出口导致经济补偿缺失，提出差异化治理策略。

　　随着城市化进程的加速和城市间贸易的不断深化，理解虚拟水流动如何影响城市水资源短缺以及区域间的公平性变得愈发重要。本研究开发了一个综合分析框架，结合了水资源可利用性建模、环境扩展的多区域投入产出（EE-MRIO）分析和结构路径分析，以探讨虚拟水贸易如何重塑中国309个城市中的水压力和增加值流动。研究结果揭示了高科技城市（如北京、上海和深圳）严重依赖来自欠发达农业和轻工业城市的嵌入式水进口，这加剧了水源地的水资源压力，同时为这些城市带来了经济收益。相反，农业城市则通过低附加值产品大量出口虚拟水，但未能获得相应的经济补偿，导致水资源供给与经济收益之间出现空间错配。尽管城市间贸易减少了总体水资源使用不平等（W-Gini指数从0.50下降至0.33），但行业和地理模式中的结构性不对称仍然存在。超过80%的关键水资源压力传递路径源于农业部门，而增加值流动则集中在下游服务和高科技产业，这揭示了生态贡献与经济回报之间的显著脱钩。这些发现挑战了传统以效率为中心的水资源治理观念，呼吁制定差异化的、针对不同城市类型的政策策略，包括生态补偿、供应链再平衡以及在规划系统中引入虚拟水核算。本研究不仅为具有网络意识和公平导向的水资源政策提供了新的实证证据和方法论进展，也为其他面临资源不平衡的快速城市化地区可持续城市发展提供了借鉴。

水资源短缺是指水资源需求超过可用性，这一现象直接影响多个可持续发展目标（SDGs）的实现，包括零饥饿（SDG2）、清洁饮水和卫生设施（SDG6）、减少不平等（SDG10）以及可持续城市和社区（SDG11）。全球范围内，约有30%的人口面临严重的水资源短缺，这种短缺主要由不断增长的水资源需求以及水资源在时空上的显著不匹配所驱动。在中国，这一不平衡尤为明显，全国63.5%的土地面积（主要位于长江以北）仅占全国水资源的19%。为了解决这种内部差异，中国实施了大规模的跨流域调水工程，例如南水北调项目，将水资源从较不发达、水资源丰富的地区调往主要城市以满足工业和生活需求。然而，这些调水工程主要惠及已发展的地区，实际上将水资源从较贫困的地区转移到较富裕的地区，这种动态被视为极其不公平。水资源接收城市能够享受农业和城市发展的红利，而水源地则常常面临自身发展的限制。除了物理上的水资源转移，经济贸易也可以进一步加剧这种差异：富裕但水资源紧张的城市从较贫困的地区进口高耗水、低附加值的商品，同时向这些地区出口高附加值的产品。这种由贸易驱动的虚拟水流动加剧了水生产力（单位水资源带来的经济价值）的不平等，凸显了水资源短缺与区域间不平等之间的根本联系。

虚拟水指的是商品和服务生产过程中所隐含的水资源（Allan, 1997），这一概念被广泛用于量化通过供应链进行的水资源再分配。研究人员已将虚拟水核算应用于多个领域，包括食品（Tian et al., 2023）、能源（Wang et al., 2021）、工业产品（Ji et al., 2023）、家庭消费（Wahba, 2025）等。这些研究的尺度从全球和洲际贸易（Deng et al., 2025; Graham et al., 2020; Qian et al., 2019）到国家和流域级别（An et al., 2021; Chen et al., 2017; Wang and Ma, 2024），再到最近的城市尺度（Wang et al., 2025），通常评估贸易带来的净水资源“节约”或损失。通过整合水资源供应和需求数据，研究显示虚拟水流可以显著改变区域的水资源压力。最近的研究越来越多地关注虚拟水贸易如何影响水资源短缺，强调其在区域资源管理中的重要性（Li et al., 2025; Shen et al., 2025）。在此基础上，Fu et al. (2024) 通过采用基于收入的核算方法，扩展了EE-MRIO框架，以评估由于本地水资源输入减少而可能产生的供应链内的潜在经济风险。She et al. (2024) 则将基于代理的复杂网络模型与EE-MRIO结合，以模拟经济主体对水资源约束的适应性经济反应。Wang et al. (2025) 将MRIO与复杂网络理论结合，以探索城市间虚拟水网络的拓扑结构和系统特性。然而，标准的MRIO分析只能揭示生产者与消费者之间的总体联系，而无法识别间接水资源消耗的具体上游路径（Ding et al., 2022; Shi et al., 2020）。换句话说，驱动水资源使用的复杂、多层次的供应链机制仍然隐藏在研究之下。我们通过应用结构路径分析（SPA），来揭示导致贸易引发的水资源压力和不平等变化的关键供应链路径（Pomponi and Stephan, 2021; Wang et al., 2024）。值得注意的是，目前尚无研究将SPA与虚拟水核算结合，以在城市尺度上调查水资源短缺和不平等的关键传递路径。这使得贸易引发的水资源压力和不平等的细粒度路径仍处于未被探索的状态，阻碍了有针对性的资源治理政策的设计。鉴于中国城市快速的经济增长和产业转型（Wang et al., 2023），填补这一研究空白显得尤为迫切。

为了定量追踪贸易如何重新分配水资源，我们采用了一个环境扩展的多区域投入产出（EE-MRIO）框架。EE-MRIO模型能够捕捉经济网络中不同地区和行业之间的虚拟水流动（Cao et al., 2023; Zhang et al., 2021），使我们能够将水资源使用归因于最终消费，并分析远距离耦合的相互依赖关系（Chen et al., 2019）。最近的研究在虚拟水研究中显著推进了EE-MRIO建模的应用。然而，标准的MRIO分析仅能揭示生产者与消费者之间的总体联系，而无法识别间接水资源消耗的具体上游路径（Ding et al., 2022; Shi et al., 2020）。换句话说，驱动水资源使用的复杂、多层次的供应链机制仍然隐藏在研究之下。我们通过应用结构路径分析（SPA），来揭示导致贸易引发的水资源压力和不平等变化的关键供应链路径（Pomponi and Stephan, 2021; Wang et al., 2024）。值得注意的是，目前尚无研究将SPA与虚拟水核算结合，以在城市尺度上调查水资源短缺和不平等的关键传递路径。这使得贸易引发的水资源压力和不平等的细粒度路径仍处于未被探索的状态，阻碍了有针对性的资源治理政策的设计。鉴于中国城市快速的经济增长和产业转型（Wang et al., 2023），填补这一研究空白显得尤为迫切。

我们开发了一个综合分析框架，该框架考虑了城市层面的水资源可利用性、取水量、最终需求和增加值，以全面评估城市间贸易中所包含的水资源短缺和不平等。同时，我们追踪了这些变化的关键影响路径（见图1）。在我们的方法中，首先使用水产量模型结合环境流量需求（EFR）数据来估算每个城市可利用的水资源量，以确保水生生态系统健康。随后，我们基于行业取水数据构建了一个城市层面的EE-MRIO模型，以量化城市间的虚拟水转移以及由最终需求驱动的增加值流动（仅限于中国国内贸易）。接下来，我们比较了在生产基础核算与消费基础核算下每个城市水资源短缺指数的变化，并采用改进的基尼系数来评估城市间贸易如何改变水资源不平等。最后，我们采用SPA来识别导致贸易引发的水资源短缺和不平等变化的关键供应链路径和行业。通过揭示这些隐藏的路径，我们的研究结果为实现经济增长与水资源短缺的脱钩提供了可行的见解，并为城市间更加公平的水资源治理提供了指导。

水资源可利用性，定义为某一区域内特定时间内的可获取淡水量（Stewart-Koster et al., 2024），是衡量地区水资源供应能力的基本指标（Gu et al., 2024; Ma et al., 2020）。尽管以往研究常使用平均水产量来估算供应（Qiu et al., 2025; Su et al., 2024），但我们的研究明确纳入了环境流量需求（EFR）数据，以保障水生生态系统的健康（Ma et al., 2020）。遵循最近的最佳实践（Huang et al., 2024），我们将水产量模型与环境流量需求数据结合，以更准确地评估各城市的水资源可利用性。这一方法不仅考虑了自然水资源的供给，还考虑了维持生态可持续性所需的最小水流量。通过这种方式，我们能够更全面地理解水资源的可用性及其在城市间贸易中的动态变化。

贸易驱动的城市层面水资源短缺变化受到自然水资源可用性和人为水资源消耗的共同影响。自然水资源可用性主要取决于地理条件、降水模式和水资源管理措施，而人为水资源消耗则受到城市产业活动、消费模式和贸易结构的深刻影响。在本研究中，我们利用图2对水资源产量、调整后的可用水量和水资源使用在贸易重新分配前后的空间模式进行了综合分析。在1公里×1公里的分辨率下，中国年均水资源产量为296.67毫米，存在显著的区域差异（见图2a）。南方地区的平均年水资源产量为614.98毫米，而北方仅为80.92毫米。这种水资源的显著不均衡，为城市间贸易中虚拟水流动的差异性提供了基础。当考虑贸易对水资源供需的影响时，我们发现水资源的可用水量和实际使用量在不同城市间存在显著差异。一些城市由于产业活动的集中和高附加值产品的生产，成为水资源的主要接收者，而另一些城市则由于农业生产活动而成为水资源的主要供应者。这种水资源供需的不均衡，使得虚拟水流动成为城市间资源分配的重要机制。

在贸易的影响下，城市层面的水资源短缺情况发生了显著变化。一方面，高附加值产品的需求促使水资源接收城市从水资源供应城市进口大量虚拟水，以满足其生产活动和居民消费的水资源需求。这种虚拟水流动在一定程度上缓解了水资源接收城市的短缺问题，但同时也加重了水资源供应城市的负担。另一方面，水资源供应城市由于农业生产的水资源密集性，往往面临水资源的过度消耗和生态系统的退化。这种水资源供需的不平衡，使得城市间贸易在水资源再分配的同时，也加剧了区域间的不平等。一些城市在贸易中获得了经济收益，而另一些城市则承担了更多的水资源负担，这种差异在不同行业和不同地理区域中表现得尤为明显。

虚拟水流动的这种区域不均衡性，不仅影响了水资源的可利用性，也对经济发展的模式产生了深远的影响。一些城市通过进口高耗水、低附加值的产品，降低了自身的水资源消耗，从而获得了经济发展的空间。然而，这种做法往往以牺牲其他城市为代价，导致水资源供应城市在经济上处于不利地位。这种现象在一定程度上反映了虚拟水流动对区域经济发展的“隐性支持”效应，即某些城市通过虚拟水流动获得了经济发展的便利，而另一些城市则承担了更多的水资源负担。这种经济与生态的脱钩，使得虚拟水流动成为城市间资源分配和经济发展模式的重要调节机制。

为了更全面地理解虚拟水流动对城市水资源短缺和不平等的影响，我们采用了一种基于行业取水数据的EE-MRIO模型，以量化城市间的虚拟水转移和相关的增加值流动。该模型不仅考虑了各城市自身的水资源供给和需求，还分析了不同行业在虚拟水流动中的作用。例如，农业行业由于其水资源密集性，往往成为虚拟水流动的主要来源，而高科技行业则成为虚拟水流动的主要接收者。这种行业间的水资源流动，使得某些城市在贸易中获得了经济收益，而另一些城市则承担了更多的水资源负担。通过这种模型，我们能够更清晰地看到虚拟水流动如何在城市间重塑水资源的供需关系，并如何影响经济发展的模式。

此外，我们还采用了结构路径分析（SPA）来识别虚拟水流动对水资源短缺和不平等变化的关键路径。SPA能够揭示导致最终水资源消耗的中间交易序列，从而帮助我们理解虚拟水流动在城市间供应链中的作用。通过这一分析，我们发现超过80%的关键水资源压力传递路径源自农业部门，而增加值流动则集中在下游服务和高科技产业。这种现象表明，尽管虚拟水流动在一定程度上缓解了水资源接收城市的短缺问题，但它并没有改变水资源供应城市在经济上的弱势地位。相反，虚拟水流动加剧了区域间的不平等，使得某些城市在经济上获得了更多的收益，而另一些城市则承担了更多的水资源负担。

为了进一步分析虚拟水流动对城市水资源短缺和不平等的影响，我们还采用了一个改进的基尼系数来评估城市间贸易如何改变水资源的不平等。基尼系数是一种衡量收入或资源分配不平等程度的常用指标，而我们改进的基尼系数则专门用于衡量水资源的不平等。通过这一指标，我们能够更直观地看到虚拟水流动如何在城市间重新分配水资源，并如何影响不同城市的水资源可利用性。例如，一些城市在贸易中获得了更多的水资源，从而降低了其水资源短缺的风险，而另一些城市则由于虚拟水流动而面临更大的水资源压力。这种水资源分配的不均衡性，使得虚拟水流动成为城市间资源竞争和经济发展的关键因素。

本研究的结果不仅揭示了虚拟水流动对城市水资源短缺和不平等的影响，还为政策制定提供了重要的参考。首先，研究结果表明，城市间贸易虽然在一定程度上缓解了水资源短缺，但它并没有改变水资源供应城市在经济上的弱势地位。相反，虚拟水流动加剧了区域间的不平等，使得某些城市在经济上获得了更多的收益，而另一些城市则承担了更多的水资源负担。因此，政策制定者需要认识到虚拟水流动对区域经济发展的双重影响，并采取相应的措施来平衡水资源的供需关系。例如，可以通过建立生态补偿机制，使水资源供应城市在贸易中获得相应的经济回报，从而缓解其水资源负担。此外，还可以通过优化供应链结构，减少虚拟水流动对水资源供应城市的影响，以实现更加公平的资源分配。

其次，研究结果还表明，虚拟水流动在城市间重塑了水资源的供需关系，并对不同行业的水资源使用产生了深远的影响。例如，农业行业由于其水资源密集性，往往成为虚拟水流动的主要来源，而高科技行业则成为虚拟水流动的主要接收者。这种行业间的水资源流动，使得某些城市在贸易中获得了经济收益，而另一些城市则承担了更多的水资源负担。因此，政策制定者需要认识到虚拟水流动对不同行业的水资源使用模式的影响，并采取相应的措施来优化行业间的水资源分配。例如，可以通过调整产业结构，减少高耗水行业的水资源消耗，以缓解水资源供应城市的压力。同时，还可以通过发展高附加值产业，提高水资源接收城市的经济收益，从而实现更加平衡的经济发展。

最后，本研究的结果还表明，虚拟水流动对城市间水资源短缺和不平等的影响具有显著的时空特征。例如，一些城市在贸易中获得了更多的水资源，从而降低了其水资源短缺的风险，而另一些城市则由于虚拟水流动而面临更大的水资源压力。这种时空特征表明，虚拟水流动对水资源短缺和不平等的影响并非均匀分布，而是受到地理条件、产业活动和贸易结构的深刻影响。因此，政策制定者需要结合地理和产业特征，制定差异化的水资源治理策略。例如，可以通过区域水资源调配，使水资源供应城市在贸易中获得相应的经济回报，从而缓解其水资源负担。同时，还可以通过加强区域间的合作，优化水资源的供需关系，以实现更加公平的资源分配。

本研究的政策意义在于，它为城市间水资源治理提供了新的视角和方法。首先，研究结果表明，虚拟水流动在城市间重塑了水资源的供需关系，并对不同城市的水资源可利用性产生了深远的影响。因此，政策制定者需要认识到虚拟水流动对区域经济发展的双重影响，并采取相应的措施来平衡水资源的供需关系。例如，可以通过建立生态补偿机制，使水资源供应城市在贸易中获得相应的经济回报，从而缓解其水资源负担。此外，还可以通过优化供应链结构，减少虚拟水流动对水资源供应城市的影响，以实现更加公平的资源分配。

其次，研究结果还表明，虚拟水流动对不同行业的水资源使用产生了深远的影响。因此，政策制定者需要认识到虚拟水流动对不同行业的水资源使用模式的影响，并采取相应的措施来优化行业间的水资源分配。例如，可以通过调整产业结构，减少高耗水行业的水资源消耗，以缓解水资源供应城市的压力。同时，还可以通过发展高附加值产业，提高水资源接收城市的经济收益，从而实现更加平衡的经济发展。

最后，本研究的结果还表明，虚拟水流动对城市间水资源短缺和不平等的影响具有显著的时空特征。因此，政策制定者需要结合地理和产业特征，制定差异化的水资源治理策略。例如，可以通过区域水资源调配，使水资源供应城市在贸易中获得相应的经济回报，从而缓解其水资源负担。同时，还可以通过加强区域间的合作，优化水资源的供需关系，以实现更加公平的资源分配。这种差异化的治理策略，不仅有助于缓解水资源短缺和不平等的问题，还能够促进城市间的协调发展和可持续的经济增长。