水资源文献主要调查了从水源到最终用户的水资源转移和分配，或者在农作物生产中农场一级的水资源利用。

(相关资料图)

本文提出了一个供应链的观点，将创新的供水和灌溉供应链与完整的作物供水供应链和作物供应链联系起来。这些供应链是共生的。

作物需求、农业技术和水资源知识的变化将改变水利基础设施、灌溉技术、土地使用和作物生产模式，以及水和相关商品的定价。

指导水创新投资和水供应链设计的参数取决于政治、经济和技术因素，这些因素随着时间的推移与水和作物系统共同发展。来自加利福尼亚和其他地方的证据支持了这篇论文的发现。

水的创新供应链

有效利用水资源一直是人类面临的主要挑战之一，受益于并促进了多种学科。ISC的上游是物理学、工程学、农学和经济学的研究发现，主要是基础性的研究发现。

中游是开发不同的水和灌溉项目组件，主要由大学和政府机构以及大公司的专门项目完成，包括工程巨头Bechtel和灌溉公司Netafim。

ISC下游由设计和实施供水项目的工具组成，主要由政府机构和私营公司完成，它们与政治系统有着重要的互动关系，以获得供水供应链规范。

水ISC不断发展。对万有引力、流量计算、摩擦损失以及后来的发电的基本理解(ISC上游)推动了泵的发展，从阿基米德螺旋到现代电泵和输水设备。

自来水公司(ISC中游和下游)根据他们的研究、学术知识和石油部门的知识改进他们的水泵和管道。滴灌和其他低量灌溉的发展是基于从业者的见解，旨在提高灌溉水的持水能力。

他们开发了更可持续的管道和更可靠的发射器，以保持压力和扩大灌溉规模。化学和物理知识的进步带来了脱盐、回收和水再利用的反渗透技术。

这些技术利用了新的科学知识、边做边学和实验，随着时间的推移不断降低了脱盐等活动的成本。

随着时间的推移，用于评估资源分配的基本运筹学和经济学发现导致了程序(成本-收益分析)来评估水项目提案。

水项目评估程序的制定是渐进的，技术专家提出影响水项目设计的程序和限制的建议，决策者做出最终选择，就像陆军工程兵团。

水的ISC与用水经济活动的ISC具有协同关系。“土壤和水”研究将水管理实验与新作物的农艺策略结合起来。

例如，水利工程师和农学家将滴灌应用于苜蓿，农学家开发了番茄种植方法，以实现有效的滴灌。

新的基因改造战略导致了新的耐旱和耐涝品种的开发，扩大了作物种植的范围，并改变了农艺措施。

供水链

供水链有多个组成部分：

例如，加州中央谷项目的上游是从几条河流引水的大坝，这些河流从塞拉山脉输送融雪水。中游由几条运河组成，将水从北加利福尼亚和塞拉山麓的源头输送到中间用水者，如中央山谷和南加州的城市和水区。

下游是运河和管道的内部网络，将水零售给最终用户(农民)。旁边是大坝和水库，提供电力(大坝)和渔业和娱乐(水库)。

底部是大型排水处理系统，包括管道和蒸发池，用于处理一些农业残留水。水供应链的一个有趣特征是，许多交易不是市场交易，而是依赖于不同的制度安排(水权)。

水务机构的出现以及不断变化的水和作物供应链

关于供应链的文献表明，谁控制了创新的实施，谁就设计和管理了供应链。在商品的情况下，它可能是一个公司最大限度地增加利润，受资源的可用性和法律和信用的限制。

这种设计可能导致垂直整合、承包以及特定的交易和营销。供水系统的设计通常由追求国家安全和经济目标的公共机构完成。

它们受到政治和经济因素的影响，并受到公共财政的约束。政府机构可以直接控制供水链，或者建立私营部门建设和管理供水链的机制。几个因素影响着在不同地点和时间出现的供水链的类型。

首先是水资源短缺(用每英亩的可用水资源或边际成本来衡量)。其次是政府的财政能力。第三是政策考虑，可能包括对增长的渴望，以及利益相关者(矿业公司、城市、农民或环保团体)的影响。第四是工程和科学知识的状况。

首先，水资源丰富、政府财政薄弱以及对增长的渴望导致了水权制度，在这种制度下，用户根据用水情况获得水权。

这适用于公元前6000年左右在新月沃地和中国出现的早期水系，并延续至今。

这些权利包括河岸权，即水的使用被限制在河流或湖泊附近的区域，或优先使用权，即允许水转移到远离水源的地方。

第二，对增长、领土扩张和经济活动的渴望——再加上政府不断增强的财政和行政能力——导致了公共水项目的出现，这些项目提供了水权，甚至为利用水资源和促进增长的个体企业提供了补贴。

水权制度通常建立在“使用它或失去它”的原则上，并根据地点或时间分配年资。这些条件导致更大的供水系统，为高级权利所有者提供充足的水。

例如，20世纪，当1902年成立开垦局和1913年征收所得税时，美国的联邦水利项目激增。

20世纪跨国组织、外国援助和直接投资的出现有助于在国际上为大型水利项目融资，灌溉面积在1950年至2010年间增加了两倍。

第三，日益严重的水资源短缺导致了各种水交易和转让改革，包括水市场。水权制度最初是排队制度，经常禁止交易，降低了提高用水效率的动力。

然而，日益严重的水资源短缺首先导致了非正规交易，然后又导致了各种形式的正规交易，包括临时水交易和永久转让水权。从水权制度过渡到水交易具有挑战性。

水交易可能需要对水系统进行昂贵的改造；政府可能从水销售中获得一些收入，导致高级权利所有者的损失。然而，危机，尤其是干旱，是向水交易过渡的主要触发因素。

例如，澳大利亚为了应对2001年至2009年的千年大旱，进行了大规模的水务改革，加州为了应对1991年的干旱引入了水银行。

第四，环境问题影响了监管供水系统。它们包括对水资源转移的限制，保护生态系统和野生动物的要求，以及水质规定。

美国新的联邦供水系统受《国家环境政策法》( NEPA)、《濒危物种法》和《清洁水法》等法律的约束。

这些法规倾向于限制供水的扩张，提高水质标准，并要求更好地处理残余水。这些法规还倾向于从依赖增加淡水分流的粗放转向集约，提高现有水资源的使用效率。

第五，知识的增加和技术的改进导致了精确的水法规和新的水管理和供应方法。增强的监测技术(遥感和仪表)可以更好地量化用水量。

它们有助于向体积水费的过渡，这使得边际成本定价成为可能，从而改善了灌溉做法，增加了分配给高价值作物的土地份额。

与此同时，越来越多的化学和公共卫生知识导致更严格的水质和废物管理，增加了供水成本。

这些观察结果与加利福尼亚水的演变是一致的。加利福尼亚是墨西哥的一部分，1850年成为美国的一个州。1849年的淘金热导致大量移民到该州，引发了农业生产的大规模扩张。

在早期(1870年以前)，小麦是最重要的作物；1870年铁路的到来和灌溉带来了增长和多样化的作物生产，以及大坝和运河的建设，将水从塞拉山脉和河流引向经济活动。

他们得到了旧金山资本家的资助，并受益于向早期定居者提供优先权利的水权制度。

1887年的莱特法案为建立灌溉区和拥有发行债券和税收权力的准私人经营提供了法律基础。在此期间建立了大约100个灌溉区。

1920年至1970年间，政府投入大量资金扩建加州的供水系统。每个项目都包含了长时间的深思熟虑，类似于建设之前的创新供应链。

加州最大的工程是中央山谷工程，有20个水库和大型输水渠道，将水从该州东北部输送到南部。在1920年到1933年间，人们开始着手建立这个项目，它的大部分建设发生在1933年到1939年间。

另一个主要项目，加利福尼亚州水项目，将北加州河流的水输送到南加州的城市(70%)和中央山谷的农业(30%)，并提供大量的水力发电。

它设计于20世纪50年代，建造于1961年至1999年。1970年后，加州大型水利工程停止建设。

从1970年开始的时期是一个考虑环境因素和监管变革的时代。20世纪70年代见证了环保运动的兴起和环保局的成立。在水利工程设计中使用成本效益分析始于20世纪80年代。

人们意识到，该州的增长不能靠持续的调水来维持，而是需要把重点放在节约和高效用水上。在此期间，农业从漫灌过渡到更节水的系统，尤其是滴灌。

滴灌于1969年引入加州，并允许在圣地亚哥山麓扩大鳄梨生产和整个州的葡萄生产。滴灌技术适用于生产高价值作物，如草莓和加工番茄。

随着时间的推移，1976年至1977年、1987年至1992年和2007年至2009年干旱期间，滴灌的采用有所增加。

上述趋势与一些全球模式相一致。全球对水的需求增加，加上对引水和水质法规的限制越来越多，导致了废物管理创新，并创造了新的水源。

在全球范围内，使用淡水会产生大量的废水，其中超过80%的废水未经处理就被排放出去。因此，废水是清洁水的一个重要的“未开发资源”,处理和再利用废水的创新技术已经引入。

海水淡化也可以扩大供水。与技术扩散的阈值模型一致，废水处理技术的早期采用者是澳大利亚、西班牙和以色列等水资源短缺且有能力资助研究和投资的国家。

各种脱盐过程从海水或盐水中除去盐，产生新鲜的可饮用水。海水淡化主要为人类提供淡水，为全球超过3亿人提供服务。它在农业中的应用有限，但正在增长。

与传统的水系统相比，用于灌溉的脱盐水可以增加产量并节约用水，因为水的纯度更高。脱盐也允许转换到对盐水敏感的产品(如杏仁、辣椒和黄瓜)。

监管制度的转变可能是对经济或政治环境变化的回应。例如，人口和收入增长可能会加剧水资源短缺，从而导致从水权向水交易制度的过渡。同样，对环境污染的担忧可能导致更严格的水质法规的改变。

有些过渡是渐进的，但危机经常引发过渡。例如，地下蓄水层的枯竭导致了地表水项目的建立。在某种程度上，中央谷项目的建立是为了替代和补充日益枯竭的地下水。

干旱导致了水交易的引入，甚至移民(阿纳萨齐印第安人在12世纪和13世纪的干旱期间从四角地区移民过来)，转型的成本也很高。

诺德豪斯(2021)表明，有益于社会的改革往往会由于可能在改革中失败的政党的政治抵制而被推迟。因此，相对于改革的成本，危机增加了改革的收益，并导致转型。

我们在这里确定的水管理制度的转变与卡斯卡罗等人的研究是一致的。关于西班牙农业的演变，水资源短缺导致了灌溉在20世纪的引入。

最初，私营部门和企业家依靠地下水扩大生产，但政府资助的努力导致了开发新种植地区的大规模地表水项目。

对水资源转移的限制导致了更密集的作物生产，增加了对滴灌和再生水的依赖。水供应链的变化改变了产品供应链。

西班牙从强调生产供国内使用的谷物和其他产品转向灌溉农业，生产高价值的水果和蔬菜供出口。

结论

我们已经表明，理解水的创新供应链(ISC)和产品供应链(PSC)及其与依赖水的产品供应链的相互作用，扩展了对水经济学的理解，建立在分析水供应链各部分的早期文献的基础上。

供水链的一个显著特点是政治经济因素的重要性以及公共部门在建立和管理供水系统中的关键作用。

虽然早期的供水系统是由获得水权以扩大经济活动的私人团体实施的，但政府已经接管并在建立支持扩大粮食供应链以满足全球需求的大规模供水系统方面发挥了关键作用。

然而，水资源的减少和环境挑战的增加导致了水系统的紧张。由此带来的生产率提高有助于转向更精确、更高效的产品供应链。

对气候变化以及资源和环境限制的关切促使人们开始努力重新设计水系统，强调脱盐，并面临满足温室气体排放限制的挑战。这是国家水创新联盟(NAWI)的目标。

这里介绍的供应链分析的一些要素用加州水系统的发展和其他地方的案例进行了说明。

更好地设计和管理影响水和相关作物供应链的政策和机构，将受益于对本文提出的框架的进一步分析和扩展，以及对这些全球供应链演变的实证研究。