基于均衡系數(shù)的廣東省水資源空間均衡研究*

黃鋒華，黃本勝，邱靜

廣東省水利水電科學(xué)研究院/ 河口水利技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室/廣東省流域水環(huán)境治理與水生態(tài)修復(fù)重點實驗室，廣東廣州510610

水資源是不可替代的重要自然資源和經(jīng)濟資源，對推動經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展有著重要影響。人多地少水缺，水資源時空分布不均，與生產(chǎn)力布局不相匹配是我國的基本水情。我國高度重視水資源問題，明確了 “節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力” 的治水思路。習(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展座談會上強調(diào)，把水資源作為最大的剛性約束。水資源的空間均衡是新時代水利發(fā)展的重要支撐，是水利改革發(fā)展所需要遵循的基本要求。

廣東地處我國豐水地區(qū)，水資源相對豐富，但人均水資源量相對不足，人均本地水資源占有量2 100 m3，低于全國人均2 200 m3的水平，不到世界人均水資源量的1/4。水資源時空分布不均、與生產(chǎn)力布局不相匹配，水環(huán)境壓力巨大，既是廣東現(xiàn)階段的突出水情，也是將要長期面對的基本省情［1］。廣東省水資源作為支撐粵港澳大灣區(qū)建設(shè)的基礎(chǔ)性資源，目前對其空間均衡性尚未有系統(tǒng)性研究成果，因此開展廣東省水資源空間均衡研究對于指導(dǎo)地區(qū)水利改革發(fā)展和合理高效配置水資源具有重要意義。

空間均衡理論在土地利用［2］、國土空間［3］、產(chǎn)業(yè)布局［4］、公共資源［5］等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。關(guān)于水資源空間均衡性分析已有專家學(xué)者研究，以中文研究居多、定 性為主［6］。如鄧偉等［7］于2003 年對水空間管理與水資源可持續(xù)的關(guān)系進行了研究。金菊良等［8］、左其亭等［6，9］、 酈建強等［10-11］從空間均衡研究進展、理論方法、應(yīng)用規(guī)則、對策措施等方面進行理論研究。近年來，部分學(xué)者借助基尼（Gini） 系數(shù)開展區(qū)域水資源水生態(tài)空間匹配、用水合理性研究［12-18］。本文基于2006～2018 年廣東省經(jīng)濟社會指標(biāo)和水資源條件數(shù)據(jù)，通過構(gòu)建水資源負載指數(shù)、水土資源匹配系數(shù)、用水效益指數(shù)、均衡系數(shù)等對水資源空間均衡性進行定量研究，分析水資源空間均衡的狀態(tài)和特點，以期為粵港澳大灣區(qū)水安全保障、水利改革發(fā)展規(guī)劃、水資源規(guī)劃與管理等提供參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

根據(jù)研究對象和目標(biāo)選擇的不同，水資源空間均衡度又被賦予不同的具體含義。水資源空間均衡應(yīng)當(dāng)從水資源壓力、水土資源匹配程度以及用水效益三方面綜合考慮［13］。因此，本文采用水資源負載指數(shù)、水土資源匹配系數(shù)、用水效益指數(shù)作為水資源空間均衡系數(shù)計算指標(biāo)。

1.1.1 水資源負載指數(shù)最早在干旱和半干旱地區(qū)，利用降水、人口和農(nóng)業(yè)灌溉面積等3項數(shù)據(jù)與水資源量的關(guān)系，反映水資源的利用程度及開發(fā)的難易程度；在經(jīng)濟發(fā)展快速地區(qū)如京津冀地區(qū)則采用國內(nèi)生產(chǎn)總值替代農(nóng)業(yè)灌溉面積［19］。本文采用國內(nèi)生產(chǎn)總值替代農(nóng)業(yè)灌溉面積，計算得到水資源負載指數(shù)

式中H為人口數(shù)量（萬人）；G為國內(nèi)生產(chǎn)總值（億元）；W為本地水資源總量（億m3）；K為與降水有關(guān)的系數(shù)

式中P為年降水量（mm）。

C值越大說明開發(fā)利用程度越高，開發(fā)困難越大、潛力越小。為直觀反映水資源時空分布及開發(fā)利用的狀況，將水資源負載指數(shù)劃分為5 個等級［20］，如表1所示。

表1 水資源負載指數(shù)分級評價表Table 1 Grading and evaluation of water resources load indexes

1.1.2 水土資源匹配系數(shù)水土資源匹配系數(shù)是表征特定區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所擁有的水資源與耕地資源在時空上適宜匹配的量比關(guān)系，將該系數(shù)引入?yún)^(qū)域水土資源的匹配測度，旨在揭示一定區(qū)域尺度水資源和耕地資源時空分配的均衡狀況與滿足程度。本研究水土資源匹配系數(shù)采用劉彥隨等［21］提出的測算模型計算得到

式中Rwl為地區(qū)水土資源匹配系數(shù)（萬m3/hm2）；W為地區(qū)水資源量（億m3）；L為地區(qū)耕地面積（萬hm2）；α為地區(qū)農(nóng)業(yè)用水占該地區(qū)用水總量的比例。Rwl的值越大，地區(qū)水資源量相對越豐富，區(qū)域水資源與耕地資源分配一致性水平越高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)條件越優(yōu)越。

1.1.3 用水效益指數(shù)用水效益指數(shù)是用于評價水資源作為生產(chǎn)要數(shù)投入與產(chǎn)出的關(guān)系，本研究采用單方水GDP 產(chǎn)值來反映用水效益水平。測算公式為Z=G/W。其中Z為每立方水GDP 產(chǎn)值（元/m3）；G為GDP產(chǎn)值（億元）；W為用水量（億m3）。Z的值越大，說明用水效率越高，越有利于水資源可持續(xù)利用。

1.1.4 基尼系數(shù)基尼系數(shù)（或稱洛倫茲系數(shù)）是由意大利經(jīng)濟學(xué)家基尼（Gini） 于1922 年根據(jù)洛倫茲曲線提出的，用以評價國民收入分配之間的差異性［22］，該方法原理在相關(guān)文獻［23］ 中已進行了詳細的說明，在此不再贅述?；嵯禂?shù)有多種計算方法，本文采用張建華［24］提出的一種簡便易用基尼系數(shù)計算方法，即

式中Gi為基尼系數(shù)，Wi為每個計算指標(biāo)從第1 組累計到第i組的總和占全部總量的百分比，n為組數(shù)。通常把0. 4 作為不平衡的 “警戒線”，即Gi≥0. 4 表明收入差距較大。

1.1.5 水資源空間均衡系數(shù)夏帆等［13］引入?yún)f(xié)調(diào)發(fā)展度的概念提出了水資源空間均衡系數(shù)反映整體的均衡水平。將水資源負載指數(shù)基尼系數(shù)、水土資源匹配系數(shù)基尼系數(shù)、用水效益指數(shù)基尼系數(shù)進行協(xié)調(diào)發(fā)展度計算，得到水資源空間均衡系數(shù)D表達公式

其中系統(tǒng)多要素的協(xié)調(diào)度X=，系統(tǒng)多要素的綜合評價指標(biāo)，Ij為系統(tǒng)第j個要素指標(biāo)，本文主要指標(biāo)為水資源負載指數(shù)基尼系數(shù)、水土資源匹配基尼系數(shù)、用水效益指數(shù)基尼 系數(shù)，αj為第j個要素指標(biāo)的權(quán)重，滿足. 本文取m=3. 根據(jù)計算結(jié)果，將水資源空間均衡系數(shù)劃分為5個等級（如表2）。

表2 水資源空間均衡系數(shù)等級劃分表Table 2 The classification of spatial balance coefficients for water resources

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文研究數(shù)據(jù)主要來源于《廣東省水資源公報》（2006～2018 年）［25］、《廣東省統(tǒng)計年鑒》（2007～2019年）［26］。

2 結(jié)果與分析

2.1 區(qū)域概況

廣東省國土面積17. 79 萬km2，2018 年全省國內(nèi)生產(chǎn)總值10. 1 萬億元，常住人口1. 13 億，人口和經(jīng)濟總量在全國各省區(qū)排名均為首位，人均GDP 約為1. 337 萬美元，達到世界銀行劃分的上中等收入經(jīng)濟體水平。 全省多年平均降水量1 771 mm，年內(nèi)降水主要集中在4～10 月，約占全年降水量的75%～95%；年際之間相差較大，最大年降水量是最小年的1. 84 倍；多年平均年降水量最高的陽江市陽春縣達3 124 mm，而雷州半島徐聞縣僅1 156 mm，兩者相差約3 倍。多年平均本地水資源總量1 830 億m3， 多年平均入境水量2 361 億m3。

2.2 水資源負載分析

依據(jù)《2018 年廣東省水資源公報》［25］和《廣東省統(tǒng)計年鑒-2019》［26］，采用水資源負載指數(shù)和基尼系數(shù)測算模型，計算得到廣東省21 個地市的水資源負載指數(shù)（見表3）。由表3可知，全省總體水資源負載指數(shù)為4. 0，等級為Ⅲ級，屬于開發(fā)利用程度中等。其中深圳市水資源負載指數(shù)等級為Ⅰ級，屬于開發(fā)利用程度很高，開發(fā)潛力很小地區(qū)；揭陽、茂名市水資源負載指數(shù)等級為Ⅱ級，屬于開發(fā)利用程度高，開發(fā)潛力小地區(qū)。目前深圳、揭陽、茂名等市已經(jīng)或正在實施了跨流域調(diào)水工程，以解決水資源負載壓力大的問題；云浮、佛山、中山、江門、珠海、清遠等市具有豐富過境水資源，負載指數(shù)小于1，屬于開發(fā)利用程度低，開發(fā)潛力很大地區(qū)。2018 年水資源負載指數(shù)基尼系數(shù)Gi=0. 79，說明2018 年全省各市水資源負載指數(shù)差距懸殊，表現(xiàn)為經(jīng)濟總量大、人口密集，水資源條件相對不足的地區(qū)，水資源開發(fā)利用程度高，繼續(xù)開發(fā)利用潛力??；引起全省水資源負載指數(shù)分布懸殊的主要因素為深圳的指數(shù)超過90，也說明了深圳市迫切需要通過實施境外引調(diào)水工程，支撐當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展。不考慮過境水資源量，全省水資源負載指數(shù)達到8. 9，等級為Ⅱ級，屬于開發(fā)利用程度高，開發(fā)潛力小，表明廣東省對過境水資源依賴程度較高。

表3 廣東省各市水資源負載指數(shù)結(jié)果1）Table 3 The water resource load indexes for various cities in Guangdong province

從2006～2018年全省水資源負載及其基尼系數(shù)變化來看（見圖1），廣東省水資源負載指數(shù)呈現(xiàn)逐年增加趨勢，對區(qū)域水資源開發(fā)利用強度和水資源承載壓力不斷提升；基尼系數(shù)處于0. 7～0. 8之間波動，屬于差距懸殊等級。

圖1 2006～2018年廣東省水資源負載指數(shù)及其基尼系數(shù)Fig. 1 The water resources load index of Guangdong and its Gini coefficient during 2006-2018

2.3 水土資源匹配度分析

根據(jù)水土資源匹配系數(shù)測算模型，可計算得到全省水土資源匹配系數(shù)Rwl=8. 3，各市Rwl值（見表4）。由表4可知，水土資源匹配系數(shù)在各個地市具有一定差異性，其中西江干流流經(jīng)的中山、佛山、云浮、珠海、肇慶、江門市水土資源匹配程度較高，Rwl均在100 以上；全省最高的是中山市（533. 1），最低的是深圳市（2. 3），前者是后者的231 倍。全省水土資源匹配系數(shù)低于全省平均水平的有韶關(guān)、揭陽、汕尾、茂名、湛江、深圳等6市，主要分布于粵西茂名、雷州半島地區(qū)（湛江）、粵東汕尾和揭陽以及水資源相對貧乏的深圳等地區(qū)?；浳髡拷俏沂∞r(nóng)業(yè)大市，水資源自然稟賦相對不足，以雷州半島地區(qū)尤為突出，地區(qū)水土資源匹配程度差。2018 年水土資源匹配系數(shù)基尼系數(shù)Gi=0. 69，說明當(dāng)年全省各市水土資源匹配系數(shù)分布差距懸殊。

表4 廣東省各市水土資源匹配系數(shù)結(jié)果1）Table 4 The matching coefficients of water and land resourcesfor various cities under Guangdong province

從2006～2018年水土資源匹配系數(shù)及其基尼系數(shù)變化來看（見圖2），2010 年前呈現(xiàn)下降趨勢，2010 年后水土資源匹配系數(shù)相對平穩(wěn)，常年保持在8. 0 左右；基尼系數(shù)處于0. 6～0. 7 之間波動，屬于差距懸殊等級。

圖2 2006～2018年廣東省水土資源匹配系數(shù)及其基尼系數(shù)Fig. 2 The matching coefficients of water and land resources and its Gini coefficient for Guangdong province during 2006-2018

2.4 用水效益指數(shù)分析

根據(jù)用水效益指數(shù)測算模型，2018 年廣東省用水效益指數(shù)呈現(xiàn)較明顯特征：珠三角地區(qū)用水效益明顯優(yōu)于粵東粵西地區(qū)，粵東粵西地區(qū)優(yōu)于粵北地區(qū)。用水效益指數(shù)分布與廣東省經(jīng)濟社會用水結(jié)構(gòu)有關(guān)，珠三角地區(qū)以高新科技、服務(wù)業(yè)等第二、第三產(chǎn)業(yè)為主，用水附加值高；粵東粵西以制造業(yè)、紡織業(yè)等第二產(chǎn)業(yè)為主，粵北地區(qū)則第一產(chǎn)業(yè)比重較大，經(jīng)濟相對落后。2018 年全省用水效益指數(shù)V=240，基尼系數(shù)Gi=0. 47，說明當(dāng)年全省各市用水效益差距較大，用水效益均衡性差；用水效益最大的地市為深圳市（1 170），最小的地市為梅州市（52），前者是后者的22倍。

從2006～2018年用水效益指數(shù)及其基尼系數(shù)變化來看（見圖3），呈現(xiàn)明顯的逐年上升趨勢，說明廣東省水資源利用效率和用水效益不斷提高；多年平均基尼系數(shù)為0. 46，屬于差距懸殊等級。

圖3 2006～2018年廣東省用水效益及其基尼系數(shù)Fig. 3 The water usage efficiency of Guangdong and its Gini coefficient during 2006～2018

2.5 水資源均衡分析

采用水資源空間均衡系數(shù)測算模型，參考有關(guān)研究成果［13］，確定水資源負載指數(shù)、水土資源匹配系數(shù)和用水效益指數(shù)的權(quán)重分別為0. 18、0. 69 和0. 13，計算2006～2018 年廣東省水資源空間均衡系數(shù)（見表5）。近13 年來，廣東省水資源空間均衡系數(shù)在0. 75～0. 82之間，均值為0. 79，水資源空間均衡等級為Ⅳ級（中度失衡），13 年間有6 年處于中度失衡狀態(tài)，7 年處于嚴(yán)重失衡狀態(tài)，表明了廣東省水資源總體豐沛，但水資源空間分布與生產(chǎn)力布局不匹配。2018 年珠三角核心區(qū)人口占全省56%，GDP總量占全省80%，而水資源量僅占全省34%；粵東粵西粵北地區(qū)人口分別占全省15%、14%、15%，GDP 總量分別占全省7%、7%、 6%， 而水資源量分別占全省9%、 19%、38%。僅粵港澳大灣區(qū)范圍看，東片區(qū)（廣州、深圳、惠州、東莞及香港） 人口是西片區(qū)（珠海、佛山、中山、江門、肇慶及澳門） 的近2 倍，GDP總量是西片區(qū)的3. 6倍，而水資源總量僅為西片區(qū)的70%。特別是深圳的水資源供需矛盾突出，80%用水量需從流域外調(diào)入。此外，城鎮(zhèn)化進展加快，珠三角地區(qū)水污染問題，粵東西北地區(qū)用水浪費、用水效率低下，加大水資源承載壓力，進一步加劇了水資源空間失衡。

表5 2006～2018年廣東省水資源空間均衡系數(shù)Table 5 The spatial equilibrium coefficient for water resources in Guangdong during 2006～2018

3 結(jié) 論

通過構(gòu)建水資源負載指數(shù)、水土資源匹配系數(shù)、用水效益指數(shù)測算模型，基于基尼系數(shù)和水資源空間均衡系數(shù)，分析了廣東省2006～2018年水資源空間均衡狀態(tài)，并重點分析了2018 年全省各市水資源負載、水土資源匹配和用水效益特征。

1） 2018 年廣東省水資源負載指數(shù)等級為Ⅲ級，屬于水資源開發(fā)利用程度中等。水資源負載指數(shù)基尼系數(shù)為0. 79，各市水資源負載差距懸殊，表現(xiàn)為經(jīng)濟總量大、人口密集，水資源條件相對不足的地區(qū)，開發(fā)利用程度高，潛力小。全省水資源負載指數(shù)從2006～2018 年呈現(xiàn)逐年增加趨勢，區(qū)域水資源承載壓力不斷提升，且各市負載指數(shù)差距懸殊等級。不考慮過境水資源，全省水資源負載指數(shù)等級為Ⅱ級，表明廣東省對過境水資源依賴程度較高。

2） 2018 年廣東省水土資源匹配系數(shù)為8. 3，基尼系數(shù)為0. 69，說明全省各市水土資源匹配程度空間分布較為懸殊?；浳髅⒗字莅雿u地區(qū)（湛江）、粵東汕尾和揭陽以及水資源相對貧乏的深圳等地區(qū)水土資源匹配程度較低。全省水土資源匹配程度近幾年來相對平穩(wěn)，省內(nèi)分布仍然差距懸殊。

3） 全省用水效益指數(shù)呈現(xiàn)逐年增加趨勢，2018 年單方水產(chǎn)生GDP 產(chǎn)值為240 元，基尼系數(shù)為0. 47，全省各市用水效益差距較大，用水效益最大的地市是最小的22倍。

4） 2006～2018 年廣東省水資源空間均衡系數(shù)在0. 75～0. 82之間，均值為0. 79，表明廣東省水資源空間均衡等級為Ⅳ級（中度失衡）。水資源空間分布與生產(chǎn)力布局不匹配、快速城鎮(zhèn)化、區(qū)域水污染和用水效率低是導(dǎo)致水資源空間失衡的主要原因。建議進一步補齊水資源空間優(yōu)化配置工程短板，強化對節(jié)約用水和水資源監(jiān)管，更好地支撐廣東高質(zhì)量發(fā)展和粵港澳大灣區(qū)建設(shè)。