新疆水資源分布的空間匹配性分析
——基于洛倫茲曲線和基尼系數

宋 建，莊 瑋

(1.新疆昌源水務公司;2.新疆醫(yī)科大學，新疆 烏魯木齊 830000)

新疆是我國典型的干旱地區(qū)，從存量、降水量上來看都是水資源貧乏的。隨著新疆社會經濟的快速發(fā)展，居民生活、農業(yè)和生產用水需求不斷增大，導致水資源供需矛盾越來越突出。在建設新疆絲綢之路經濟帶核心區(qū)的背景下，對水資源時空匹配性進行研究，不但直接關系到居民的水資源利用效果，也為政府科學配置有限的水資源提供決策依據，最終實現水資源的可持續(xù)發(fā)展。為此，本文利用洛倫茲曲線(Lorenz curve)和基尼系數(Gini coefficient)方法，對新疆維吾爾自治區(qū)2016年的水資源分布進行耕地、人口和第二產業(yè)生產總值的匹配性分析。

1 Lorenz曲線和Gini系數研究方法

Lorenz曲線原本是1905年美國科學家洛倫茲提出的一個經濟學概念，研究的是國家或地區(qū)國民經濟收入分配的均衡問題，用y=f(x)的曲線圖形反映出區(qū)域人口的經濟收入不均衡狀況，經濟均衡性越高，洛倫茲曲線越趨于直線，經濟均衡性越差，則洛倫茲曲線越接近于橫軸。因而，洛倫茲曲線與絕對平均線之間的面積能夠直觀地顯示出均衡的程度，但缺點是不能定量地表達。這時候，意大利經濟學家基尼進一步提出了Gini系數，成為定量測定收入分配差異程度的重要指標。該系數由直線y=x與曲線y=f(x)之間的面積，比上直線y=x與橫軸之間的面積來計算，取值在0～1之間。聯(lián)合國相關機構總結了基尼系數所代表的評價結果，見表1[1]。

表1 基尼系數與評價結果的對應關系

2 數據來源處理及結果

根據洛倫茲曲線和基尼系數的原理可以做出以下假設，基于一定比例的耕地資源、人口和第二產業(yè)GDP，需要有相同比例的水資源量與之匹配[2]，洛倫茲曲線與絕對平均線之間的面積越大，基尼系數值越高，水資源與耕地、人口和第二產業(yè)GDP的匹配度就越差。以《2017年新疆統(tǒng)計年鑒》作為數據來源，整理獲得2016年新疆15個地州市水資源總量、耕地面積、人口數、第二產業(yè)GDP狀況。在此基礎上，構建洛倫茲曲線，計算基尼系數值，具體方法為：①將新疆15個地州市單位體積水資源所服務的耕地面積、人口數量和第二產業(yè)GDP從高到低排序。②按照排序，計算水資源總量、耕地面積、人口數量和第二產業(yè)GDP占全疆總量的百分比和累計百分比，見表2～4。③定義橫軸為水資源的累計百分比，縱軸為耕地面積或人口數量或第二產業(yè)GDP，分別得到水資源與耕地面積、水資源與人口數量和水資源與第二產業(yè)GDP的洛倫茲曲線，如圖1～3所示。④采用三角形面積法計算基尼系數[3]，計算結果見表5。新疆2016年水資源與耕地面積的匹配基尼系數為0.453，評價結果為差；水資源與人口的匹配基尼系數為0.4596，評價結果為差；水資源與第二產業(yè)的匹配基尼系數為0.6898，評價結果為很差。

表2 新疆2016年水資源-耕地資源統(tǒng)計

表3 新疆2016年水資源-人口資源統(tǒng)計

表4 新疆2016年水資源-第二產業(yè)統(tǒng)計

(1)

式中，G—新疆水資源空間匹配度；xi—水資源的累計百分比；yi—耕地、人口和第二產業(yè)GDP的累計百分比。

圖1 新疆2016年水資源與耕地資源匹配的洛倫茲曲線

圖2 新疆2016年水資源與人口資源匹配的洛倫茲曲線

圖3 新疆2016年水資源與第二產業(yè)匹配的洛倫茲曲線

表5 新疆2016年水資源匹配度及評價結果

3 結果分析

新疆2016年水資源總量1093億m3，占全國總量3.8%，相對新疆的國土面積占全國的17%來看，水資源相對較少；相對新疆人口僅占全國總人口的0.49%來看，水資源又相對較多。對地廣人稀、水資源類型豐富的新疆來說，水資源分布的時空匹配復雜，結合單位水資源匹配的耕地、人口和GDP情況及洛倫茲曲線、基尼系數情況，分析如下。

3.1 水資源與耕地資源空間匹配

新疆維吾爾自治區(qū)總土地面積166.31萬km2，除去高山、湖泊、沙漠等難以利用的土地，實際綠洲面積為580萬km2，再減去渠道、林帶、道路等，剩下凈耕地面積410萬km2(含兵團)，僅占總土地面積的2.45%。這其中，按照耕地的產能又可以分為3等，一等地占19.9%，二等地占48.9%，三等地占31.2%，在低產的三等地中一部分與干旱缺水密切相關。受新疆“三山夾兩盆”地形地貌特征和典型的溫帶大陸性干旱氣候影響，南北疆在氣候、水文、土壤、生物資源等方面呈現差異。耕地資源存在明顯的分布不均問題，北疆耕地總量占據全疆耕地總量的一半以上，并集中分布在水資源條件較好的地區(qū)。表2中15個地州市單位水資源灌溉的耕地面積呈兩極分化，石河子市和克拉瑪依市最高，克孜勒蘇柯爾克孜自治州最低，石河子每萬立方米的水資源可以灌溉10.94hm2的耕地，是克孜勒蘇柯爾克孜自治州的150多倍?？梢钥闯?，克拉瑪依市和石河子市的水資源總量最少，相對來說其耕地面積較大，顯示出水資源的可利用率相對較高。其他地州市單位水資源灌溉耕地面積較小，有3個原因，①顯示出相對于該地州水資源總量來說，耕地面積還有一定增加的空間，如氣候條件較好的哈密、吐魯番、昌吉等；②由于氣候干旱，水資源受季節(jié)因素影響，地表水蒸發(fā)量大，致使一些地方水資源不足，為保證產能，耕地灌溉用水量大，如和田、巴音郭楞蒙古自治州、喀什、阿克蘇等南疆地州；③新疆地形地貌復雜，多高原山地，多牧場，土地沙化、荒漠化風險大，不適合開墾耕地。圖1和表5中，水資源與耕地面積匹配的基尼系數0.453大于0.4的國際警戒線，說明新疆水資源與耕地之間處于一種分配差距較大的狀態(tài)。

3.2 水資源與人口空間匹配

新疆地廣人稀，從新疆水資源和人口總量占全國的比例來說，水資源相對較多。表3中15個地州市的單位水資源服務人口數中，最高值石河子市每億m3水資源服務110萬人，遠遠高于其他地州市，是次高值克拉瑪依市的6.5倍，是最低值阿勒泰地區(qū)的786倍。新疆首府烏魯木齊市1.37%的水資源總量服務者全疆12.52%的人口。可以看出，石河子市、克拉瑪依市、烏魯木齊市人口較集中，人均可利用水資源較少，其他地州水資源總量相對較高。這是因為，人口的分布受水資源分布的直接影響較小，而與城市、城鎮(zhèn)布局和社會經濟發(fā)展水平的關聯(lián)較大，行政經濟中心烏魯木齊、石油城克拉瑪依及原兵團總部所在地石河子市具有較強的人口牽引力，因而產生了人口集聚，與水資源量不匹配的結果。阿勒泰、克州等地區(qū)受自然條件、社會經濟條件的限制，單位人口的水資源可利用率有待提升。圖2和表5中，水資源與人口數匹配的基尼系數0.4596大于0.4的國際警戒線，說明新疆水資源與人口之間處于一種分配差距較大的狀態(tài)。

3.3 水資源與第二產業(yè)空間匹配

產業(yè)結構是國民經濟中三次產業(yè)結構，是根據社會生產活動的順序對產業(yè)結構的劃分。第一產業(yè)的屬性是取自于自然界，第二產業(yè)是加工取自于自然的生產物，其余的全部經濟活動統(tǒng)歸第三產業(yè)。選取第二產業(yè)GDP與水資源做匹配，目的是反映水資源的利用情況，單位水資源帶來的第二產業(yè)產值越高，反映出水資源的相對效率越高。表4中石河子市和克拉瑪依市的單位水資源帶來的第二產業(yè)GDP遠高于其他地州市，最高值882億元/億m3是最低值和田市的3150倍，是烏魯木齊市的19倍。可以看出，和田、阿勒泰等單位水資源服務第二產業(yè)GDP較低的地區(qū)，在水資源承載力內，有較大的發(fā)展空間；克拉瑪依、石河子等單位水資源服務第二產業(yè)GDP較高的地區(qū)，也有水資源過度開發(fā)利用，超過水資源承載力的風險。圖3和表5中，水資源與第二產業(yè)GDP匹配的基尼系數0.6898，遠大于0.4的國際警戒線，說明新疆水資源與第二產業(yè)GDP之間處于一種分配差距極大的狀態(tài)。

4 討論

4.1 水資源空間分布不均衡有待改善

對比東部河北省某市[4]水資源-耕地/人口/第二產業(yè)基尼系數結果0.4548、0.3244、0.4971，新疆水資源與耕地的匹配系數與其相近，但水資源與人口、水資源與第二產業(yè)的基尼系數則高出許多。對比西部重慶市[5]水資源-耕地/人口/第二產業(yè)基尼系數結果0.3926、0.5334、0.7094，新疆除水資源與耕地的匹配系數較高外，水資源與人口、水資源與第二產業(yè)的基尼系數較優(yōu)。上述定量統(tǒng)計分析的結果與新疆水資源短缺和時空分布不均衡的事實一致。

在提升水資源與耕地的匹配度方面，農業(yè)用水占干旱地區(qū)總用水量的絕大部分，如新疆瑪河流域農業(yè)用水占總用水的95%，所以應該在保障農業(yè)正常生產的情況下，在農業(yè)灌溉用水定額范圍內[6]，大力發(fā)展節(jié)水技術，利用水權調配等方式提高水資源利用率。在提高水資源與人口、第二產業(yè)的匹配度方面，可在水資源豐富、有條件的地州市加大城鎮(zhèn)化建設，推進產業(yè)結構升級改造，適應水資源總量情況合理布局產業(yè)結構，提高水資源服務社會經濟發(fā)展的最大效益。

4.2 在水資源承載力范圍內優(yōu)化配置和利用

當前，絲綢之路經濟帶核心區(qū)建設為新疆經濟社會發(fā)展帶來新的機遇，經濟社會發(fā)展的水資源壓力更大，水利在國內基礎設施建設領域的重要性更加凸顯[7]。與我國其他省份比，新疆的水資源本身就更脆弱，雖然水資源相對量較豐富，但絕對量有限，2016年用水總量565.39億m3，占到水資源總量的51.73%，已經接近規(guī)劃水資源利用量，所以水資源的潛力有限。[8]這種情況下，決不能忽視自然生態(tài)的重要性。2017年10月18日，習近平同志在十九大報告中指出，堅持人與自然和諧共生，必須樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策。新疆水資源管理服務新疆社會經濟發(fā)展，決不能一味地追求GDP等經濟發(fā)展指標，必須優(yōu)化水資源配置，采用先進的技術方法，科學、合理的提高用水效率和效益[9]，一定要考慮到自然生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，考慮到民生的改善和人民生活條件的提高，通過加強水利工程設施建設治理水土流失，通過治理水污染、土地沙化等增加良田的方式，提高水資源與耕地、人口和GDP的時空匹配。