區(qū)域水資源量非均衡性評(píng)價(jià)

何 俊，黃顯峰

(1.安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽合肥 231603;2.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇 南京 210098)

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與水資源分布密切相關(guān)，我國(guó)各地區(qū)自然條件差異較大、水資源分布不均，直接制約了區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。因此，科學(xué)合理地評(píng)價(jià)地區(qū)水資源量分布均衡程度與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系，建立水資源開(kāi)展利用非均衡協(xié)調(diào)發(fā)展模式，對(duì)于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)以水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義［1-2］。

本文引入經(jīng)濟(jì)學(xué)中的基尼系數(shù)理論，提出水資源基尼系數(shù)概念，分析水資源量基尼系數(shù)計(jì)算方案，建立水資源量非均衡評(píng)價(jià)模型，評(píng)價(jià)地區(qū)水資源量分布非均衡性程度和發(fā)展演化規(guī)律，提出水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)非均衡協(xié)調(diào)發(fā)展模式。

1 水資源基尼系數(shù)

1.1 水資源基尼系數(shù)的概念與內(nèi)涵

基尼系數(shù)是國(guó)際上用來(lái)分析居民內(nèi)部收入分配差異的重要指標(biāo)，該指標(biāo)1922年由意大利經(jīng)濟(jì)學(xué)家基尼(Gini)提出［3］，其經(jīng)濟(jì)意義為:在全部居民收入中，用于不平均分配的收入占總收入的百分比。在圖1中，直線OC表示收入分配絕對(duì)平均曲線，曲線L表示Lorenz曲線。Lorenz曲線由美國(guó)統(tǒng)計(jì)學(xué)家洛倫茲(LorenzMO)提出，它先將一國(guó)人口按收入由低到高排隊(duì)，然后考慮收入最低的任意百分比人口所得到的收入百分比，將這樣的人口累計(jì)百分比和收入累計(jì)百分比的對(duì)應(yīng)關(guān)系描繪在圖形上，即得到Lorenz曲線。圖中橫軸OP表示人口(按收入由低到高分組)的累計(jì)百分比，縱軸OI表示收入的累計(jì)百分比，則基尼系數(shù)計(jì)算式為

式中:SA——曲線L與直線OC圍成的面積;SB——曲線L右下方的面積。

筆者提出水資源基尼系數(shù)，以縱軸表示地區(qū)水資源量累計(jì)比例系數(shù)，橫軸表示地區(qū)人口累計(jì)比例系數(shù)，計(jì)算得到水資源Lorenz曲線。以式(1)計(jì)算水資源基尼系數(shù)，反映地區(qū)水資源分配的非均衡狀況。由式(1)知，G數(shù)介于0和1之間，當(dāng)G=1時(shí)，水資源分配絕對(duì)不平等，即所有水資源量被1個(gè)地區(qū)全部占有;當(dāng)G=0時(shí)，水資源分配絕對(duì)平均，即各地區(qū)人均水資源量完全平等，沒(méi)有任何差異。參考前人研究成果［4］:G＜0.2表示水資源分布高度平均;0.2≤G≤0.3表示水資源分布比較平均;0.3＜G≤0.4表示水資源分布相對(duì)合理;0.4＜G≤0.6表示水資源分布差距較大;G＞0.6表示水資源分布差距懸殊。

圖1 基尼系數(shù)示意圖Fig.1 SchematicdiagramofGinicoefficient

1.2 水資源基尼系數(shù)計(jì)算方法

建立水資源量非均衡性評(píng)價(jià)模型的關(guān)鍵是計(jì)算水資源基尼系數(shù)。目前，計(jì)算基尼系數(shù)一般有3種方法［4］:梯形面積法、函數(shù)擬合法和弓形面積法。由于弓形面積法計(jì)算結(jié)果精度不高，在應(yīng)用中受到限制。因此筆者采用梯形面積法和函數(shù)擬合法計(jì)算基尼系數(shù)，并將2種方法的計(jì)算結(jié)果相互補(bǔ)充、驗(yàn)證。

1.2.1 梯形面積法

設(shè)某個(gè)總體由n部分組成，Yi為第i部分的水資源量，Pi為第i部分的人口，Di=Yi/Pi為第i部分人均水資源量，假設(shè)i的編號(hào)使Di從小到大排列。定義:

累計(jì)變量:

在［0，1］×［0，1］的方框中，從原點(diǎn)(記 ps，0=0，ys，0=0)開(kāi)始，所有點(diǎn)(ps，i，ys，i)之間的順序連線就構(gòu)成了 Lorenz 曲線，如圖2所示。

由于由點(diǎn)(ps，i-1，ys，i-1)，(ps，i，ys，i)，(ps，i，0)和點(diǎn)(ps，i-1，0)組成了一個(gè)近似梯形，因此

因?yàn)镾A+SB=0.5，因此基尼系數(shù)為

圖2 梯形面積法計(jì)算基尼系數(shù)示意圖Fig.2 Schematicdiagramof Ginicoefficientcalculatedwith trapezoidalareamethod

1.2.2 函數(shù)擬合法

函數(shù)擬合法是利用設(shè)定的函數(shù)(如冪函數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù))對(duì)實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得出Lorenz曲線方程，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算基尼系數(shù)。

a.若函數(shù)形式為二次多項(xiàng)式函數(shù)，則可設(shè)函數(shù)形式為

式中a，b，c為參數(shù)，可通過(guò)最小二乘法進(jìn)行參數(shù)估計(jì)。則基尼系數(shù)為

b.若函數(shù)形式為三次多項(xiàng)式函數(shù)，則可設(shè)函數(shù)形式為

式中d為參數(shù)，可通過(guò)最小二乘法進(jìn)行參數(shù)估計(jì)。則基尼系數(shù)為

c.若函數(shù)形式為冪函數(shù)，則可設(shè)函數(shù)形式為

通過(guò)定積分方法求該函數(shù)曲線下的面積，最后求得基尼系數(shù):

為了將水資源基尼系數(shù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展結(jié)合起來(lái)進(jìn)行分析，引入人均GDP基尼系數(shù)和水資源效益基尼系數(shù)。人均GDP基尼系數(shù)是基于人口和GDP數(shù)據(jù)計(jì)算的基尼系數(shù)，反映了地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的平衡程度;水資源效益基尼系數(shù)是基于GDP和水資源量數(shù)據(jù)計(jì)算的基尼系數(shù)，反映了水資源效益的均衡程度。人均GDP基尼系數(shù)和水資源效益基尼系數(shù)的計(jì)算方法與水資源基尼系數(shù)計(jì)算方法相同，不再贅述。

2 水資源量非均衡性評(píng)價(jià)模型

對(duì)水資源量非均衡性進(jìn)行評(píng)價(jià)有2種方式:代內(nèi)評(píng)價(jià)和代際評(píng)價(jià)。代內(nèi)評(píng)價(jià)是將相同年份計(jì)算得到的一個(gè)地區(qū)各分區(qū)的水資源基尼系數(shù)與該地區(qū)的基尼系數(shù)進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)各分區(qū)相對(duì)于該地區(qū)的水資源分布非均衡性程度［5］。首先，按式(13)將各地區(qū)的人均水資源量標(biāo)準(zhǔn)化。

將各分區(qū)的zi和Gi繪制在同一幅圖中，如圖3所示。

圖3 水資源基尼系數(shù)分布Fig.3 Distribution of water resources Gini coefficient

以z=1和各分區(qū)基尼系數(shù)的平均值ˉG為臨界控制值，將水資源基尼系數(shù)分布圖劃分成4個(gè)分區(qū)域(A，B，C，D)。當(dāng)zi=1則分區(qū)人均水資源量與地區(qū)平均水平相等;當(dāng)Gi=ˉG則分區(qū)人均水資源量與地區(qū)平均水平相等。對(duì)于落在不同區(qū)域中的點(diǎn)，其評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1。

代際評(píng)價(jià)是計(jì)算該地區(qū)不同年份的水資源基尼系數(shù)，并通過(guò)比較當(dāng)年的水資源基尼系數(shù)G(t)與上一年的基尼系數(shù)G(t-1)的大小尋找其非均衡發(fā)展演變規(guī)律［6］。其模型為

表1 水資源量非均衡性代內(nèi)評(píng)價(jià)Table 1 Intra-generation evaluation of water resources non-equilibrium

若ΔG＜0，則說(shuō)明水資源基尼系數(shù)在逐漸減少，地區(qū)之間的水資源量非均衡性在降低，水資源分布越來(lái)越均衡，是比較合理的發(fā)展趨勢(shì);若ΔG＞0，則說(shuō)明水資源基尼系數(shù)越來(lái)越大，水資源分布程度越來(lái)越不均衡，需要進(jìn)行調(diào)整，對(duì)水資源開(kāi)發(fā)利用較落后的地區(qū)進(jìn)行政策性傾斜;若ΔG=0，則說(shuō)明水資源基尼系數(shù)保持不變，此時(shí)系統(tǒng)演變處于穩(wěn)定狀態(tài)，水資源開(kāi)發(fā)利用程度的均衡程度沒(méi)有發(fā)生惡化，水資源分布趨于合理。

限于資料，本文主要研究代際評(píng)價(jià)，在實(shí)例分析中僅計(jì)算不同年份的區(qū)域水資源基尼系數(shù)，從總體上分析、評(píng)價(jià)地區(qū)水資源量分布非均衡程度及其在一段時(shí)間內(nèi)的變化情況。對(duì)于代內(nèi)評(píng)價(jià)，主要是評(píng)價(jià)各分區(qū)相對(duì)于該地區(qū)的水資源分布非均衡程度，需根據(jù)各分區(qū)下一級(jí)分區(qū)的相關(guān)資料分別計(jì)算各子區(qū)的水資源基尼系數(shù)。

3 水資源開(kāi)發(fā)利用非均衡協(xié)調(diào)發(fā)展模式

水資源開(kāi)發(fā)利用與水資源分布密切相關(guān)，水資源分布不均直接制約了區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)利用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，通過(guò)研究水資源分布的不均衡性規(guī)律，可為水資源開(kāi)發(fā)利用非均衡發(fā)展模式提供依據(jù)。非均衡性發(fā)展模式是對(duì)均衡發(fā)展模式的改進(jìn)［7-9］，通過(guò)優(yōu)先發(fā)展具有較強(qiáng)增長(zhǎng)勢(shì)頭的地區(qū)，取得較好的投資效率和較快的增長(zhǎng)速度，然后利用這類地區(qū)的擴(kuò)散效應(yīng)延伸帶動(dòng)其他地區(qū)的發(fā)展，這在發(fā)展中國(guó)家的區(qū)域開(kāi)發(fā)中得到很好的實(shí)踐，并取得相當(dāng)不錯(cuò)的開(kāi)發(fā)效果。但是，當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定程度后，非均衡發(fā)展會(huì)造成貧富差距無(wú)限擴(kuò)大［10-12］。

區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)利用均衡發(fā)展模式是指每個(gè)地區(qū)都保持相同的開(kāi)發(fā)速度，非均衡發(fā)展模式是指將有限的資金、資源全部投入到有條件的地區(qū)，只開(kāi)發(fā)那里的水利、水能資源。對(duì)于區(qū)域水資源發(fā)展模式，應(yīng)該采取非均衡協(xié)調(diào)發(fā)展模式，即在水資源量非均衡開(kāi)發(fā)利用的同時(shí)，采取積極的方法，對(duì)這種不均衡進(jìn)行適度的調(diào)控，以期實(shí)現(xiàn)整個(gè)大區(qū)域水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速、健康和可持續(xù)發(fā)展。國(guó)家根據(jù)各地區(qū)的水資源分布特點(diǎn)、自然條件狀況和經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平，確定若干重點(diǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)域，在資源分配和政策投入上，集中財(cái)力、物力、人力對(duì)這些地區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)開(kāi)發(fā)利用。對(duì)于其他非重點(diǎn)區(qū)域，綜合考慮當(dāng)?shù)厮Y源基尼系數(shù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)狀態(tài)，進(jìn)行有計(jì)劃的適度開(kāi)發(fā)利用。水資源開(kāi)發(fā)利用的非均衡協(xié)調(diào)發(fā)展模式是一種適度傾斜的非均衡發(fā)展戰(zhàn)略，也是一種區(qū)域之間協(xié)調(diào)與互補(bǔ)的戰(zhàn)略。實(shí)行非均衡協(xié)調(diào)發(fā)展模式，有利于建立水資源開(kāi)發(fā)的多元化開(kāi)放體系，形成多元化的開(kāi)發(fā)格局，體現(xiàn)公平與效率的統(tǒng)一，對(duì)于實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域水資源的可持續(xù)利用、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展具有重要的科學(xué)意義。

4 實(shí)例研究

以江蘇省2001—2011年人口和水資源量數(shù)據(jù)(表2和表3)為例計(jì)算江蘇省水資源基尼系數(shù)，分析江蘇省水資源分布的不均衡程度。為分析江蘇省水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的關(guān)系，同時(shí)以江蘇省各市2001—2005年的人口和GDP數(shù)據(jù)計(jì)算人均GDP基尼系數(shù)，以GDP和水資源量數(shù)據(jù)計(jì)算水資源效益基尼系數(shù)。數(shù)據(jù)均來(lái)源于《江蘇省統(tǒng)計(jì)年鑒》(2002—2012年)和《江蘇省水資源公報(bào)》(2001—2011年)。

表2 江蘇省2001—2011年各分區(qū)人口Table 2 District population in Jiangsu Province from 2001 to 2011 104人

表3 江蘇省2001—2011年各分區(qū)水資源量Table 3 District water resources quantity in Jiangsu Province from 2001 to 2011 108 m3

分別采用梯形面積法和函數(shù)擬合法中的二次多項(xiàng)式函數(shù)擬合、三次多項(xiàng)式函數(shù)擬合和冪函數(shù)擬合方法計(jì)算，取4種方法計(jì)算結(jié)果的平均值作為最終基尼系數(shù)，江蘇省水資源基尼系數(shù)如表4所示。

表4 江蘇省水資源基尼系數(shù)計(jì)算結(jié)果Table 4 Calculated results of water resources Gini coefficients of Jiangsu Province

將歷年水資源基尼系數(shù)、人均GDP基尼系數(shù)和水資源效益基尼系數(shù)繪制在1幅圖上(圖4)，觀察其演變趨勢(shì)。

圖4 江蘇省水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)非均衡性變化趨勢(shì)Changing trend of non-equilibrium between water resources and socio-economy in Jiangsu Province

由圖4可知，2000—2011年江蘇省水資源基尼系數(shù)均小于0.4，說(shuō)明水資源分布相對(duì)均衡，2006—2011年水資源基尼系數(shù)保持在0.1～0.3之間，說(shuō)明水資源分布合理，但在2009年以后呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，說(shuō)明水資源分布非均衡程度在擴(kuò)大，需要采取相應(yīng)的措施抑制這一趨勢(shì)。2004年以來(lái)，人均GDP基尼系數(shù)曲線呈遞減趨勢(shì)，說(shuō)明江蘇省地市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的非均衡性有進(jìn)一步縮小趨勢(shì)，2005—2008年水資源效益基尼系數(shù)均大于0.4，說(shuō)明江蘇省各市水資源產(chǎn)生效益極不均衡，有些地區(qū)水資源能產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益，而有些地區(qū)水資源產(chǎn)生的效益偏低。2010年和2011年水資源效益基尼系數(shù)均接近0.4，處于極值點(diǎn)，水資源效益的不均衡性問(wèn)題必須引起重視。由水資源基尼系數(shù)、人均GDP基尼系數(shù)及水資源效益基尼系數(shù)曲線變化趨勢(shì)，可以判斷江蘇省水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的非均衡性程度，從而選擇相應(yīng)的水資源開(kāi)發(fā)利用非均衡協(xié)調(diào)發(fā)展模式，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。具體來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)江蘇省的水資源分布特點(diǎn)、自然條件狀況和經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平，在蘇南、蘇中和蘇北各確定若干重點(diǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)域，在資源分配和政策投入上，集中財(cái)力、物力、人力對(duì)這些地區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)開(kāi)發(fā)利用。對(duì)于其他非重點(diǎn)區(qū)域，宜綜合考慮當(dāng)?shù)氐乃Y源基尼系數(shù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)狀態(tài)，進(jìn)行有計(jì)劃的適度開(kāi)發(fā)利用。

5 結(jié) 論

基于發(fā)展經(jīng)濟(jì)學(xué)的基尼系數(shù)與Lorenz曲線理論，提出水資源基尼系數(shù)的概念，給出以水資源基尼系數(shù)判斷水資源分布合理性的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。采用梯形面積法和函數(shù)擬合法計(jì)算水資源基尼系數(shù)，并進(jìn)行相互比較和驗(yàn)證。建立水資源量非均衡性評(píng)價(jià)模型，用于評(píng)價(jià)地區(qū)水資源分布、水資源效益與社會(huì)經(jīng)濟(jì)非均衡性的發(fā)展演化規(guī)律。在非均衡性評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，提出了水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)非均衡協(xié)調(diào)發(fā)展模式，以水資源的可持續(xù)利用促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。

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