遼寧省水資源空間配置分析

邢晶堯

(遼寧省沈陽(yáng)水文局，遼寧 沈陽(yáng) 110094)

在滿足人類(lèi)生存和促進(jìn)社會(huì)發(fā)展中水資源占據(jù)著重要的地位，其空間分布狀況與區(qū)域經(jīng)濟(jì)的不匹配性已成為影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。因此，為更加科學(xué)合理的利用水資源，在空間上協(xié)調(diào)水資源供給與需求之間的矛盾成為人類(lèi)追求的長(zhǎng)期目標(biāo)[1]。遼寧省是我國(guó)東北部區(qū)域的綜合交通樞紐和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的中心，長(zhǎng)期存在水資源開(kāi)發(fā)利用程度低、空間分布不均、人均占有量少及水資源匱乏等問(wèn)題[2]。隨著遼寧省城市化的推進(jìn)、人口規(guī)模的擴(kuò)大以及社會(huì)的發(fā)展，該區(qū)域的用水量以及廢水排放量不斷加大，水環(huán)境保護(hù)與水資源供給壓力明顯增加。所以，根據(jù)水資源實(shí)際信息了解社會(huì)發(fā)展與水資源之間的協(xié)調(diào)程度，可為水資源的合理利用和均衡化分配提供一定參考依據(jù)。目前，針對(duì)遼寧省水資源空間分布的研究較少，主要是對(duì)水資源的文字性描述分析。本文結(jié)合遼寧省水資源規(guī)劃相關(guān)資料及其現(xiàn)狀，在詳細(xì)分析了洛倫茲曲線和基尼系數(shù)計(jì)算方法的基礎(chǔ)上構(gòu)建模型，然后對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展各要素與水資源分布的合理性、公平性進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)研究，在此基礎(chǔ)上提出了有效的對(duì)策建議，以期為優(yōu)化區(qū)域水資源配置提供一定參考依據(jù)。

1 水資源空間配置模型

1.1 洛倫茲曲線分析

統(tǒng)計(jì)學(xué)家M.O.Lorentz于20世紀(jì)初最早提出了洛倫茲曲線，如圖1所示。圖中的縱軸、橫軸分別代表一個(gè)地區(qū)的收入與人口累計(jì)百分比，OI、OXI、OFGI分別為稱為絕對(duì)平均、絕對(duì)不平均和收入不平均線。OI線上的任一點(diǎn)代表一定比例的人口所相同分配比例的收入，因此它描述的是收入絕對(duì)平均狀況[5]；OXI代表處某宜人外其他所有成員的收入均為零；OFGI與OI線的距離越大，則其不平均程度就越高，因此該曲線描述的時(shí)實(shí)際收入分配曲線。

圖1 洛倫茲曲線

結(jié)合前人的研究成果基尼給出了基尼系數(shù)G的計(jì)算方法，其表達(dá)式如下：

G=A/(A+B)

(1)

式中，A—絕對(duì)平均線與洛倫茲曲線間的面積；B—絕對(duì)不平均線與洛倫茲曲線間的距離；G—反映收入分配平均程度的參數(shù)，取值越大則不平均程度越高，G值處于0～1范圍。

一般情況下，將基尼系數(shù)按照國(guó)際慣例與標(biāo)準(zhǔn)分為5個(gè)等級(jí)，即大于0.5、0.4～0.5、0.3～0.4、0.2～0.3、小于0.2，所代表的內(nèi)涵為高度不平均、差距過(guò)大、比較合理、相對(duì)平均以及絕對(duì)平均，且通常將0.5作為警戒線[4]。

基尼系數(shù)與洛倫茲曲線主要是用于資源分配非均衡性的研究，它是反映非均衡收入分配程度的一項(xiàng)重要參數(shù)。水資源的地域分布屬性同樣決定其非均衡布置的特征，用于收入分配的計(jì)算理論同樣適用于水資源的數(shù)學(xué)變化規(guī)律[5]。所以，對(duì)于水資源空間分配的問(wèn)題引入基尼系數(shù)來(lái)描述具有較好的適用性。本文采用水資源空間匹配模型定量評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展各要素與水資源分配的合理性、公平性，為非均衡水資源分配程度的評(píng)價(jià)提出了一種新的量化參數(shù)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果和水資源規(guī)劃相關(guān)資料提出了有效的建議對(duì)策。

1.2 基尼系數(shù)計(jì)算

根據(jù)遼寧省2016年水資源公報(bào)和統(tǒng)計(jì)年鑒，第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)以及生產(chǎn)生活用水分別占全省總用水的35.27%、57.44%和80.52%，可見(jiàn)這3部分是組成遼寧省用水結(jié)構(gòu)的主要內(nèi)容。從空間分布的角度分析水資源需求特征，耕地分布和第一產(chǎn)業(yè)用水、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值和第二產(chǎn)業(yè)用水以及區(qū)域人口規(guī)模和生活用水之間存在密切關(guān)系。根據(jù)區(qū)域水資源空間分布特征及其用水需求結(jié)構(gòu)，從人口數(shù)量、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值以及耕地面積3個(gè)方面研究水資源的空間匹配狀況[6]。

采用基尼系數(shù)評(píng)價(jià)分析時(shí)應(yīng)作如下基本假設(shè)：一定比例的水資源量與相同比例的第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、人口數(shù)量、耕地面積相匹配，該條件下則認(rèn)為均衡分布。所以，分別構(gòu)建上述3個(gè)因素與水資源的洛倫茲曲線，并對(duì)其基尼系數(shù)按照相應(yīng)的計(jì)算公式確定。

1.3 模型構(gòu)建步驟

步驟一：按行政區(qū)域?qū)⑦|寧省劃分為14個(gè)子區(qū)域，選擇基本匹配原象、匹配對(duì)象分別為水資源總量和人口數(shù)量、耕地面積及第2產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值。然后設(shè)定要素匹配水平分級(jí)指標(biāo)為單位體積水資源所需要服務(wù)的第2產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、人口數(shù)量及耕地面積，按照從低到高的次序?qū)⒏饕財(cái)?shù)據(jù)排序。

步驟二：對(duì)子區(qū)域各要素值占遼寧省全區(qū)域的比例進(jìn)行計(jì)算，將所有子區(qū)域按水資源量占比劃分為10組，然后分別確定不同行政區(qū)內(nèi)各因素及水資源的累計(jì)占比。

步驟三：定義匹配原象、匹配對(duì)象的累計(jì)百分比分別為x軸、y軸，根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制洛倫茲曲線。目前，用于計(jì)算基尼系數(shù)的方法較多，本文考慮采用三角形面積法計(jì)算基尼系數(shù)，即：

(2)

式中，xi、yi—分別為各組水資源和第2產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、人口數(shù)量、耕地面積的累計(jì)比例。G—遼寧省水資源空間匹配度。在計(jì)算過(guò)程中由于將子區(qū)域劃分為10組，因此n值處于0～1之間。當(dāng)i=1時(shí)，(xi-1，yi-1)為(0，0)。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 區(qū)域概況

遼寧省處于中國(guó)東北地區(qū)南部，占地面積14.8萬(wàn)km2，下轄鐵林、撫順、鞍山、大連沈陽(yáng)等14個(gè)地級(jí)市和昌圖縣、綏中縣2個(gè)省管縣。該區(qū)域?qū)儆诖箨懶约撅L(fēng)氣候，年均氣溫為7～11℃，年降水量為400～1100mm之間，且60%以上降水發(fā)生在6～9月份，多以暴雨和強(qiáng)降雨為主。遼寧省水資源補(bǔ)給以降水入滲與地表徑流為主，地形地貌有“六三一水三分田”之稱。境內(nèi)主要有渾河、太子河、饒陽(yáng)河、大凌河以及遼河等河流，海洋島嶼有266個(gè)，主要有長(zhǎng)興島、石城列島、大鹿島及里長(zhǎng)山列島等，全省島岸線長(zhǎng)627km。雖然遼寧省境內(nèi)水系發(fā)達(dá)、徑流量大、水資源比較豐富，但是由于復(fù)雜的地形地貌與獨(dú)特的氣候條件顯示，境內(nèi)水資源存在邊際效益低、可開(kāi)發(fā)利用量少、開(kāi)采難度大及成本高等特征。同時(shí)，不同區(qū)域之間的水環(huán)境、水資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展各要素的差異性較大，加之局部地區(qū)水資源開(kāi)發(fā)過(guò)度與水環(huán)境保護(hù)意識(shí)薄弱，使得境內(nèi)水系統(tǒng)生態(tài)安全和水資源功能持續(xù)下降[7- 13]。

2.2 確定基尼系數(shù)

根據(jù)遼寧省2016年水資源公報(bào)、國(guó)土資源相關(guān)部門(mén)的統(tǒng)計(jì)資料，計(jì)算各參數(shù)在不同行政區(qū)劃內(nèi)的占比見(jiàn)表1，采用三角形面積法計(jì)算確定相應(yīng)的基尼系數(shù)見(jiàn)表2。

2.3 結(jié)果分析

按照文中所述模型的構(gòu)建流程分別建立第二產(chǎn)業(yè)、人口數(shù)量、耕地面積與水資源的空間洛倫茲曲線如圖2所示。

根據(jù)圖2(a)可知，遼寧省耕地面積與水資源的基尼系數(shù)為0.3427且接近0.4的“差距過(guò)大”劃

表1 不同行政區(qū)劃內(nèi)各參數(shù)值占遼寧省的比例

表2 遼寧省水資源空間配置評(píng)價(jià)結(jié)果

圖2 洛倫茲曲線計(jì)算結(jié)果

分線，整體位于比較合理的狀態(tài)，可見(jiàn)將遼寧省水土資源的匹配情況按照一個(gè)整體分析具有合理性，采取統(tǒng)籌規(guī)劃、合理安排等措施能夠?qū)⑵涮嵘梁侠硭?。然而，部分地區(qū)仍存在極不平衡的水土資源匹配現(xiàn)象，如丹東地區(qū)的水資源總量占全區(qū)11.18%，而耕地面積僅有4.69%，相對(duì)于耕地面積水資源呈現(xiàn)出富裕的發(fā)展趨勢(shì)；遼陽(yáng)地區(qū)的水資源占比為2.25%，而該區(qū)域的耕地面積占8.66%，呈現(xiàn)出耕地面積多而水資源較少的特征。該變化特征與遼寧省東南部區(qū)域耕地面積少而水資源豐富、中西部耕地面積大而水資源貧乏的實(shí)際情況保持較好的一致性。

根據(jù)圖2(b)可知，遼寧省人口數(shù)量與水資源的基尼系數(shù)為0.5337且超過(guò)0.5的警戒線，空間匹配性達(dá)到高度不平均的狀態(tài)，可見(jiàn)該區(qū)域的人口規(guī)模和水資源量的分布極不合理，應(yīng)高度重視。根據(jù)洛倫茲曲線變化特征可知，圖2(b)曲線的彎曲程度較大，遼寧省多個(gè)地區(qū)均存在水少、人多的現(xiàn)象。如大連、沈陽(yáng)等地的人口數(shù)量占比達(dá)到14.36%，而水資源量?jī)H為4.37%。另外，部分地區(qū)還存在水多而人少的現(xiàn)象，如本溪地區(qū)的人口數(shù)量?jī)H占5.32%，而水資源量占比為10.25%。該變化特征與遼寧省東南部地區(qū)人口最為密集且水資源量大，中西部地區(qū)人口占比少且水資源量低的實(shí)際情況基本相符。

根據(jù)圖2(c)可知，遼寧省第二產(chǎn)業(yè)與水資源基尼系數(shù)為0.7082且超過(guò)0.5的警戒線，空間匹配達(dá)到高度不平均狀態(tài)，可見(jiàn)遼寧省第二產(chǎn)業(yè)與水資源量的分布極不合理，應(yīng)給予高度的重視。根據(jù)圖2(c)曲線變化特征可知，其彎曲程度較大接近于絕對(duì)不平均線，多個(gè)地區(qū)的第二產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需水資源難以得到滿足，如沈陽(yáng)地區(qū)的第二產(chǎn)業(yè)占比為36.24%，而水資源量占比僅為18.25%；大連地區(qū)的第二產(chǎn)業(yè)占比為20.25%，而水資源量占比僅為4.37%。另外，少數(shù)地區(qū)存在未充分發(fā)展第二產(chǎn)業(yè)而水資源富裕的現(xiàn)象，如錦州、丹東等地區(qū)。該變化特征與遼寧省中部地區(qū)工業(yè)相對(duì)發(fā)達(dá)而水資源短缺的實(shí)際情況具有極高的吻合度。

2.4 水資源空間匹配度提升對(duì)策

(1)針對(duì)工業(yè)發(fā)達(dá)、人口密集高且農(nóng)業(yè)比重較大的地區(qū)，為緩解水資源供給壓力，可采取如下對(duì)策：大力發(fā)展節(jié)水技術(shù)減少水資源的浪費(fèi)，退耕還林提高植被覆蓋率；科學(xué)利用、統(tǒng)籌配置水資源，依據(jù)水資源合理利用容量控制經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)模，充分利用遼河、大凌河、太子河等流域的水資源，加快重點(diǎn)稅源工程和區(qū)域性調(diào)水工程建設(shè)，加強(qiáng)對(duì)水源地的保護(hù)，為緩解水資源壓力重視污水再利用技術(shù)；發(fā)展低耗水產(chǎn)業(yè)和限制高耗水產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加快促進(jìn)產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整，如控制發(fā)電規(guī)模、化工及造紙等高污染、高耗水產(chǎn)業(yè)，發(fā)展紡織與食品等產(chǎn)業(yè)。對(duì)于高污染、生產(chǎn)工藝落后和技術(shù)水平低的產(chǎn)業(yè)堅(jiān)決予以關(guān)停、轉(zhuǎn)并。

(2)針對(duì)人口數(shù)量、耕地面積與水資源匹配較合理且水資源豐富的地區(qū)，建議采取的對(duì)策為：為促進(jìn)水資源的高效集約利用，推廣應(yīng)用水循環(huán)與節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用；對(duì)存在豐富水資源的區(qū)域加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，盡可能的將高耗水產(chǎn)業(yè)布置在該區(qū)域，可適當(dāng)擴(kuò)大蔬菜種植與水稻種植規(guī)模；加快水利工程建設(shè)提高水資源利用率。

(3)針對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度低而水資源較豐富的地區(qū)，由于受地貌條件和地質(zhì)構(gòu)造限制，該區(qū)域可開(kāi)發(fā)水資源量少且難度大，對(duì)此建議采取的措施有：完善水利管理機(jī)制并加強(qiáng)水利工程建設(shè)，科學(xué)利用水資源提高用水效率；針對(duì)水土流失且地貌發(fā)育的地區(qū)，要重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)和水土流失治理；鼓勵(lì)第2產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和水資源的高效利用。

3 結(jié)論

(1)本文根據(jù)遼寧省水資源數(shù)據(jù)資料，采用水資源空間匹配模型定量評(píng)價(jià)了遼寧省水資源狀況。結(jié)果顯示：該區(qū)域水資源與人口數(shù)量、耕地面積、第2產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的基尼系數(shù)依次為0.5337、0.3427、0.7082，所對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)依次為高度不平均、比較合理及高度不平均狀態(tài)，在水資源未來(lái)的開(kāi)發(fā)利用和規(guī)劃中應(yīng)注重對(duì)其空間匹配的分析。

(2)該模型僅考慮了第2產(chǎn)業(yè)、耕地、人口與水資源的匹配狀態(tài)，在滿足可行性和獲取性條件下還可考慮水資源空間匹配受生態(tài)需水、節(jié)水技術(shù)等因素的影響。另外，還可對(duì)區(qū)域水資源的空間匹配度在不同地區(qū)尺度、時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，從而揭示水資源分布隨時(shí)間變化的演變規(guī)律。