粵港澳大灣區(qū)水資源空間均衡性分析

黃鋒華，黃本勝，洪昌紅，邱 靜

(1.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州 510610； 2.河口水利技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510610；3.廣東省水動(dòng)力學(xué)應(yīng)用研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510610； 4.廣東省流域水環(huán)境治理與水生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510610； 5.廣東省水安全科技協(xié)同創(chuàng)新中心，廣東 廣州 510610)

水是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性、控制性要素，是國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的重要支撐。人多地少水缺、水資源時(shí)空分布不均、與生產(chǎn)力布局不相匹配是我國(guó)的基本水情。我國(guó)高度重視水資源問(wèn)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[1]，水資源空間均衡是核心要義之一。我國(guó)始終堅(jiān)持“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)”[2]，把水資源作為最大的剛性約束。水資源分布與生產(chǎn)力布局不匹配，水資源供需矛盾加劇，引起水資源空間不均衡，將嚴(yán)重制約地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展?；浉郯拇鬄硡^(qū)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)最活躍的區(qū)域和重要增長(zhǎng)極，在國(guó)家發(fā)展大局中具有重要戰(zhàn)略地位，是與美國(guó)紐約灣區(qū)和舊金山灣區(qū)、日本東京灣區(qū)并肩的世界四大灣區(qū)之一。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(duì)其空間均衡性尚未有系統(tǒng)性研究成果，因此開(kāi)展粵港澳大灣區(qū)水資源空間均衡性研究對(duì)于指導(dǎo)地區(qū)合理高效配置水資源具有重要意義。關(guān)于水資源空間均衡性分析已有專家學(xué)者研究，以中文文獻(xiàn)居多，定性研究為主[3]。如鄧偉等[4]于2003年對(duì)水空間管理與水資源可持續(xù)的關(guān)系進(jìn)行了研究；夏帆等[5]提出基于均衡系數(shù)的水資源空間均衡系數(shù)計(jì)算方法；金菊良等[6-7]提出了基于聯(lián)系數(shù)和洛倫茲曲線以及基于聯(lián)系數(shù)和耦合協(xié)調(diào)度的水資源空間均衡評(píng)價(jià)方法；金菊良等[8-11]從空間均衡研究進(jìn)展、理論方法、應(yīng)用規(guī)則、對(duì)策措施等方面進(jìn)行理論研究。近年來(lái)，一些學(xué)者借助泰爾指數(shù)、基尼系數(shù)開(kāi)展區(qū)域水資源、水生態(tài)空間匹配以及用水合理性研究[12-20]。本文基于2009—2019年粵港澳大灣區(qū)各城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和水資源數(shù)據(jù)，通過(guò)泰爾指數(shù)、基尼系數(shù)對(duì)水資源空間均衡性進(jìn)行定量研究，分析人口、經(jīng)濟(jì)與水資源空間協(xié)調(diào)性，并構(gòu)建水資源負(fù)載指數(shù)模型分析區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)利用程度，以期為粵港澳大灣區(qū)水安全保障提供參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

粵港澳大灣區(qū)地處珠江流域下游，珠江三角洲河口平原地區(qū)，濱江臨海，河網(wǎng)密布、縱橫交錯(cuò)。區(qū)域內(nèi)包括廣東省廣州、深圳、珠海、佛山、惠州、東莞、中山、江門、肇慶市和香港、澳門特別行政區(qū)，總面積5.6萬(wàn)km2，2019年末常住人口達(dá)到7 264萬(wàn)人，經(jīng)濟(jì)總量約11.5萬(wàn)億元，占全國(guó)經(jīng)濟(jì)總量的12%。人均GDP約2.5萬(wàn)美元，達(dá)到世界銀行劃分的中高等收入經(jīng)濟(jì)體水平。多年平均年降水量1 400～2 600 mm，其中4—9月的降水量約占全年的80%，降水年內(nèi)分配不均，且降雨強(qiáng)度大。多年平均本地水資源量583億m3，僅占珠江流域多年平均水資源量的17%。多年平均入境水資源量達(dá)到2 880億m3，是本地水資源量的5倍。由于地處河流與海洋的交匯地帶，潮汐漲落為河口地區(qū)帶來(lái)了豐富的咸淡水資源。香港和澳門地區(qū)水資源稟賦條件先天不足，本地淡水資源奇缺，供水主要依賴廣東省。據(jù)統(tǒng)計(jì)，香港70%～80%水源取自廣東省東江流域，澳門98%的淡水資源依靠廣東省珠海市供應(yīng)。以珠江為界，珠江東岸(東片區(qū))主要有廣州、深圳、東莞、惠州、香港等5座城市，珠江西岸(西片區(qū))主要有珠海、佛山、中山、江門、肇慶、澳門等6座城市。

廣東省珠江三角洲9市數(shù)據(jù)主要來(lái)源于廣東省水資源公報(bào)、廣東省統(tǒng)計(jì)年鑒；香港數(shù)據(jù)來(lái)源香港政府統(tǒng)計(jì)處、水務(wù)署官網(wǎng)；澳門數(shù)據(jù)來(lái)源于澳門水資源狀況報(bào)告、澳門統(tǒng)計(jì)年鑒、澳門環(huán)境狀況公報(bào)等。

2 研究方法

2.1 泰爾指數(shù)

泰爾指數(shù)(Theil index)由荷蘭經(jīng)濟(jì)學(xué)家Theil[21]提出，利用信息理論中的熵概念來(lái)計(jì)算收入不平等性，作為評(píng)價(jià)區(qū)域資源分配均衡性的指標(biāo)之一，在分析不平等性方面具有廣泛的應(yīng)用。泰爾指數(shù)值越低說(shuō)明資源分配越均衡，而且具有可分解性，可將全局總體差異分為區(qū)域的組內(nèi)差異和組間差異，可進(jìn)一步分析導(dǎo)致不公平的原因[22]。采用泰爾指數(shù)測(cè)算粵港澳大灣區(qū)人口、GDP與水資源量的差異，將差異分解為區(qū)域內(nèi)差異與區(qū)域間差異，計(jì)算公式為

T=Ta+Tb

(1)

其中

式中：T為總體差異；Ta為粵港澳大灣區(qū)內(nèi)2個(gè)區(qū)域(東片區(qū)、西片區(qū))內(nèi)部差異；Tb為粵港澳大灣區(qū)內(nèi)2個(gè)區(qū)域之間的差異；ne為東片區(qū)的城市數(shù)量；nw為西片區(qū)的城市數(shù)量；Qi為地區(qū)i的水資源總量占粵港澳大灣區(qū)水資源總量的比例；Qe、Qw分別為東片區(qū)和西片區(qū)的水資源總量占粵港澳大灣區(qū)水資源總量的比例；Xi為地區(qū)i的指標(biāo)X占粵港澳大灣區(qū)該指標(biāo)的比例；Xe、Xw分別為東片區(qū)和西片區(qū)的指標(biāo)X占粵港澳大灣區(qū)該指標(biāo)的比例。組內(nèi)差異和組間差異對(duì)總體差異的貢獻(xiàn)率分別為Ta/T和Tb/T。

2.2 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(jì)學(xué)家基尼(Gini)于1922年根據(jù)洛倫茲曲線提出的，用以評(píng)價(jià)國(guó)民收入分配之間的差異性[23]，該方法原理在文獻(xiàn)[24]中已進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，在此不再贅述。基尼系數(shù)有多種計(jì)算方法，本研究基尼系數(shù)的求解采用梯形面積法，即把洛倫茲曲線下方的面積近似當(dāng)作若干梯形進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為

(2)

式中：Gi為基尼系數(shù)；Xi為人口累計(jì)百分比；Yi為收入累計(jì)百分比；i為分配對(duì)象，且當(dāng)i=1時(shí)，(Xi-1,Yi-1)視為(0,0)；n為組數(shù)。按照國(guó)際慣例，通常把0.4作為收入分配貧富差距的“警戒線”，0

2.3 水資源負(fù)載指數(shù)

水資源負(fù)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(xiàng)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(kāi)發(fā)的難易程度。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速地區(qū)，如粵港澳大灣區(qū)，則采用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值替代農(nóng)業(yè)灌溉面積，計(jì)算水資源負(fù)載指數(shù)：

(3)

其中

式中：C為水資源負(fù)載指數(shù)；H為人口數(shù)量，萬(wàn)人；G為國(guó)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)；P為年降水量，mm。C值越大說(shuō)明開(kāi)發(fā)利用程度越高，開(kāi)發(fā)困難越大、開(kāi)發(fā)潛力越小。為直觀反映水資源時(shí)空分布及開(kāi)發(fā)利用的狀況，將水資源負(fù)載指數(shù)劃分為5個(gè)等級(jí)[26]，如表1所示。

表1 水資源負(fù)載指數(shù)分級(jí)評(píng)價(jià)

3 結(jié)果與分析

3.1 人口與水資源分布匹配性

選取2009—2019年粵港澳大灣區(qū)11個(gè)城市人口和水資源量(含過(guò)境水)，依據(jù)基尼系數(shù)和泰爾指數(shù)分析人口與水資源分布的匹配性。圖1為2019年粵港澳大灣區(qū)人口與水資源量匹配的洛倫茲曲線，表2為2009—2019年粵港澳大灣區(qū)及其東片區(qū)、西片區(qū)基尼系數(shù)。結(jié)合圖1和表2可以看出，2019年粵港澳大灣區(qū)人口與水資源量匹配的基尼系數(shù)為0.520，屬于高度不平均等級(jí)；2019年，香港、澳門、深圳人均水資源量分別為130 m3、109 m3、213 m3，中山、珠海、肇慶等過(guò)境水豐富地區(qū)的人均水資源量達(dá)到5萬(wàn)m3，差距達(dá)到300倍以上。說(shuō)明粵港澳大灣區(qū)各城市人口與水資源量匹配差距懸殊，表現(xiàn)為香港、澳門、深圳等人口密集城市水資源條件相對(duì)貧乏，人口水資源與分布高度不均衡。從粵港澳大灣區(qū)區(qū)域內(nèi)部來(lái)看，2019年?yáng)|片區(qū)基尼系數(shù)為0.520，西片區(qū)基尼系數(shù)為0.063；得益于西江上游豐富入境水資源，西片區(qū)人口與水資源匹配程度較好，而東片區(qū)則屬于人口與水資源分布高度不均衡狀態(tài)。2009—2019年粵港澳大灣區(qū)人口與水資源量匹配的基尼系數(shù)均值為0.518，總體平穩(wěn)，呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)。表3為2009—2019年粵港澳大灣區(qū)人口與水資源匹配的泰爾指數(shù)，可見(jiàn)其數(shù)值在0.289～0.303之間，總體呈現(xiàn)平穩(wěn)上升趨勢(shì)，其中區(qū)域間差異對(duì)總體差異貢獻(xiàn)率較大，達(dá)到了73%以上；而區(qū)域內(nèi)的人口與水資源匹配差距相對(duì)來(lái)說(shuō)并不突出?？梢?jiàn)，人口與水資源匹配程度呈現(xiàn)變差的態(tài)勢(shì)，東西兩個(gè)片區(qū)之間人口與水資源匹配差距較大。

圖1 2019年粵港澳大灣區(qū)人口與水資源量的洛倫茲曲線Fig.1 Lorentz curve of population and water resourcesin Guangdong, Hong Kong and Macao Greater Bay Area in 2019

表2 2009—2019年粵港澳大灣區(qū)人口與水資源匹配的基尼系數(shù)

表3 2009—2019年粵港澳大灣區(qū)人口與水資源匹配的泰爾指數(shù)

3.2 GDP與水資源分布匹配性

圖2為2019年粵港澳大灣區(qū)GDP與水資源量匹配的洛倫茲曲線，表4為2009—2019年粵港澳大灣區(qū)及其東片區(qū)、西片區(qū)基尼系數(shù)。結(jié)合圖2和表4可以看出，2019年粵港澳大灣區(qū)GDP與水資源量匹配的基尼系數(shù)為0.651，屬于高度不平均等級(jí)，說(shuō)明粵港澳大灣區(qū)各城市GDP與水資源量匹配差距懸殊，且相對(duì)人口與水資源匹配程度更為懸殊。從粵港澳大灣區(qū)內(nèi)部來(lái)看，2019年?yáng)|片區(qū)基尼系數(shù)為0.605、西片區(qū)基尼系數(shù)為0.022；西片區(qū)GDP與水資源匹配較好，而東片區(qū)屬于GDP與水資源高度不均衡狀態(tài)。2009—2019年粵港澳大灣區(qū)GDP與水資源量的基尼系數(shù)均值為0.638，總體平穩(wěn)，呈上升的趨勢(shì)。表5為粵港澳大灣區(qū)GDP與水資源匹配的泰爾指數(shù)。2009—2019年粵港澳大灣區(qū)GDP與水資源匹配的泰爾指數(shù)在0.484～0.513 之間，呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)。GDP與水資源量匹配的差異主要來(lái)源于區(qū)域間差異，貢獻(xiàn)率達(dá)到了63%以上。可見(jiàn)，GDP與水資源匹配程度呈現(xiàn)變差的趨勢(shì)，且東西兩個(gè)片區(qū)之間差距也逐漸增大。

圖2 2019年粵港澳大灣區(qū)GDP與水資源量的洛倫茲曲線

表4 2009—2019年粵港澳大灣區(qū)GDP與水資源匹配的基尼系數(shù)

表5 2009—2019年粵港澳大灣區(qū)GDP與水資源匹配的泰爾指數(shù)

3.3 水資源負(fù)載指數(shù)

表6為2019年粵港澳大灣區(qū)各城市的水資源負(fù)載指數(shù)。由表6可見(jiàn)，粵港澳大灣區(qū)總體水資源負(fù)載指數(shù)為4.0，等級(jí)為Ⅲ級(jí)，屬于開(kāi)發(fā)利用程度中等。深圳、香港、澳門3個(gè)城市水資源負(fù)載指數(shù)分別達(dá)到105.0、218.1和331.5，等級(jí)為Ⅰ級(jí)，屬于開(kāi)發(fā)利用程度很高，開(kāi)發(fā)潛力很小的地區(qū)；惠州、東莞市水資源負(fù)載指數(shù)等級(jí)為Ⅲ級(jí)，屬于開(kāi)發(fā)利用程度中等的地區(qū)；廣州市水資源負(fù)載指數(shù)等級(jí)為Ⅳ級(jí)，屬于開(kāi)發(fā)利用程度較低的地區(qū)，開(kāi)發(fā)潛力大的地區(qū)；珠海、佛山、中山、江門、肇慶等市具有豐富過(guò)境水資源，負(fù)載指數(shù)小于1.0，屬于開(kāi)發(fā)利用程度低，開(kāi)發(fā)潛力很大的地區(qū)。各城市水資源負(fù)載指數(shù)差距較為懸殊，表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)總量大、人口密集，水資源條件相對(duì)不足的地區(qū)，水資源開(kāi)發(fā)利用程度高，繼續(xù)開(kāi)發(fā)利用潛力?。簧钲凇⑾愀?、澳門3個(gè)城市水資源負(fù)載指數(shù)均超過(guò)I級(jí)閾值的10倍以上，說(shuō)明了深圳、香港、澳門對(duì)境外水資源依賴程度高，迫切需要通過(guò)實(shí)施境外引調(diào)水工程，支撐當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

表6 粵港澳大灣區(qū)各城市水資源負(fù)載指數(shù)

圖3為2009—2019年粵港澳大灣區(qū)各城市水資源負(fù)載指數(shù)。由圖3可知，粵港澳大灣區(qū)水資源負(fù)載指數(shù)呈現(xiàn)逐年增加趨勢(shì)，區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度和水資源承載壓力不斷提升；深圳、香港、澳門3城市水資源負(fù)載指數(shù)波動(dòng)變化，并呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)；廣州、東莞、惠州3城市則呈現(xiàn)平穩(wěn)上升趨勢(shì)；珠海、佛山、中山、江門、肇慶等市水資源負(fù)載指數(shù)維持在1.0以下的較低水平。由此可知，粵港澳大灣區(qū)現(xiàn)狀水資源負(fù)載指數(shù)較大的城市，負(fù)載指數(shù)持續(xù)提高，水資源開(kāi)發(fā)利用程度不斷加大，進(jìn)一步加劇了水資源空間不均衡。根據(jù)黃本勝等[27]提出的“臟盆理論”，扣除被污染水資源量，粵港澳大灣區(qū)水資源的空間不均衡性將進(jìn)一步加劇。

(a)香港、澳門、深圳

(b)其他城市

4 結(jié) 論

a.2009—2019年，粵港澳大灣區(qū)人口與水資源量匹配的基尼系數(shù)均值為0.518,總體平穩(wěn)，呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)。通過(guò)泰爾指數(shù)得到了相同的結(jié)論，泰爾指數(shù)總體呈平穩(wěn)上升趨勢(shì)，區(qū)域間差異對(duì)總體差異貢獻(xiàn)率較大，達(dá)到了73%以上，而區(qū)域內(nèi)的人口與水資源匹配差距相對(duì)來(lái)說(shuō)并不突出。

b.2009—2019年GDP與水資源量匹配的基尼系數(shù)均值為0.638，總體平穩(wěn)，呈上升的趨勢(shì)。通過(guò)泰爾指數(shù)得到了相同的結(jié)論，泰爾指數(shù)呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，區(qū)域間差異對(duì)總體差異貢獻(xiàn)率較大，達(dá)到了63%以上。

c.2019年粵港澳大灣區(qū)水資源負(fù)載指數(shù)等級(jí)為Ⅲ級(jí)，屬于水資源開(kāi)發(fā)利用程度中等。深圳、香港、澳門3個(gè)城市水資源負(fù)載指數(shù)等級(jí)為Ⅰ級(jí)，開(kāi)發(fā)利用程度很高，對(duì)境外水資源依賴程度高。位于珠江東岸城市以及澳門的水資源負(fù)載指數(shù)呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，進(jìn)一步加劇了水資源空間不均衡。位于珠江西岸的珠海、佛山、中山、江門、肇慶等市具有豐富過(guò)境水資源，負(fù)載指數(shù)等級(jí)為Ⅴ級(jí)，開(kāi)發(fā)利用程度低，水資源負(fù)載指數(shù)變化較穩(wěn)定。

d.粵港澳大灣區(qū)水資源空間分布與生產(chǎn)力布局不協(xié)調(diào)，各城市水資源負(fù)載差距懸殊。城鎮(zhèn)化進(jìn)展加快，水污染、用水浪費(fèi)等問(wèn)題加大水資源承載壓力，進(jìn)一步加劇了水資源空間失衡。