黃河流域水貧困評價及時空分異特征研究

牟牧戈，穆 蘭，湯鶴延

（陜西師范大學(xué) 西北歷史環(huán)境與經(jīng)濟社會發(fā)展研究院，陜西 西安 710119）

2019 年9 月18 日，習(xí)近平總書記在鄭州主持召開黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展座談會并發(fā)表重要講話，將黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展上升為重大國家戰(zhàn)略［1］。2021 年10 月8 日，中共中央、國務(wù)院印發(fā)《黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》，提出要堅持“量水而行、節(jié)水優(yōu)先”的原則，把水資源作為最大剛性約束，促進黃河流域人水關(guān)系和生態(tài)環(huán)境全面改善。因此，基于水貧困理論合理評估黃河流域水資源短缺現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，對于保障黃河安瀾，實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用，推動黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展具有十分重要的理論與現(xiàn)實意義。

水貧困已經(jīng)成為全球繼經(jīng)濟貧困之后的第二大貧困問題，引起各國政府與社會各界的高度關(guān)注［2］。為研究評價水貧困問題，Sullivan［3］、Lawrence 等［4］提出了水貧困指數(shù)（WPI）模型。WPI模型作為一種多學(xué)科綜合性工具，從多維度對水貧困進行衡量，在實證分析中作為經(jīng)典理論模型被廣泛使用。筆者借鑒Sullivan的定義，將水貧困視為一種水資源供給不充足、不穩(wěn)定情況下的社會狀態(tài)，在這種狀態(tài)下社會缺乏可供使用的水，或缺乏獲得水的能力、權(quán)利。國內(nèi)外學(xué)者對水貧困問題的研究已有相當豐富的成果，在理論層面，對水貧困的定義與計算不斷發(fā)展與完善［5－6］，并在水貧困變化趨勢［7］、水貧困評價［8］等方面進行了積極探索；在實踐層面，發(fā)現(xiàn)水貧困問題對地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展［9］、人民福利［10］等造成顯著影響，改善水貧困問題是區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展與人民幸福感提升的重要橋梁。學(xué)界對中國不同地區(qū)的水貧困問題開展了豐富的研究［11－12］，從多個角度深入研究了水貧困與其他因素的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系［13－14］，但現(xiàn)有研究主要集中于水貧困指標體系構(gòu)建、水貧困評估及減緩對策，而對黃河流域水貧困時空分異的研究相對較少。

鑒于此，筆者構(gòu)建黃河流域水貧困評價指標體系，測算黃河流域水貧困指數(shù)，提出水貧困影響因素，同時借助標準差橢圓等方法，從多個角度描述黃河流域水貧困空間分布特征，以期為黃河流域水資源可持續(xù)利用及水貧困“減貧”政策的制定提供參考。

1 研究方法

1.1 WPI 模型

從資源、設(shè)施、能力、使用和環(huán)境5 個維度構(gòu)建指標體系，WPI由各個指標加權(quán)計算得出，計算公式為

式中：WPIj為第j個維度的水貧困指數(shù)；wi為第i個指標的權(quán)重；yij為第j個維度第i個指標的標準化值。

確定合理的指標權(quán)重是全面評估水貧困的關(guān)鍵。為避免主觀賦權(quán)法的隨意性，本文使用熵權(quán)法確定指標權(quán)重［15］。為了使WPI值的大小能夠代表水貧困的嚴重程度，即值越大水貧困狀況越嚴重，首先采用極差標準化法對指標值進行標準化處理。

1.2 面板Tobit 模型

水貧困受多種因素的影響，利用水貧困模型計算得到的WPI為取值在0～1 范圍內(nèi)的受限因變量。為避免采用最小二乘法（OLS）估計參數(shù)時帶來偏誤［16］，本文采用隨機效應(yīng)面板Tobit 模型對影響因素進行分析。相對于固定效應(yīng)面板Tobit 模型，隨機效應(yīng)面板Tobit 模型可得到一致估計。面板Tobit 模型的基本形式如下：

式中：Yi?為第i個指標的潛變量；β為估計參數(shù)；Xi為第i個指標的解釋變量；εi為第i個指標的殘差項，服從正態(tài)分布；Yi為第i個指標的被解釋變量。

1.3 水貧困評價指標體系

利用WPI模型分析評價黃河流域9 個?。▍^(qū)）的水貧困狀況。遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性和數(shù)據(jù)可得性等原則［17］，結(jié)合黃河流域的實際情況，從資源、設(shè)施、能力、使用和環(huán)境5 個維度選取17 個指標，構(gòu)建黃河流域水貧困評價指標體系（見表1）。

表1 水貧困評價指標體系

（1）資源維度包括水資源總量和平均水資源量兩方面內(nèi)容。由于黃河流域水資源匱乏，地區(qū)水資源量主要來源于降水，因此選取年降水量對水資源總量進行評價；由于?。▍^(qū)）間人口及面積存在較大差異，對水資源的可用性造成影響，因此選取人均水資源量和水資源總量模數(shù)對平均水資源量進行評價。

（2）設(shè)施維度用來考量地區(qū)水資源供應(yīng)量。除最大供水量外，安全生活用水也是衡量地區(qū)水資源供應(yīng)量的重要指標。另外，由于黃河流域是我國重要的糧食產(chǎn)區(qū)，因此選取耕地灌溉面積衡量農(nóng)作物灌溉用水量。

（3）能力維度主要涉及政府支持能力、用水技術(shù)及生活用水能力。其中：政府支持能力表現(xiàn)為財政自給率；用水技術(shù)選用地方財政科技支持率和高等學(xué)校平均在校生數(shù)來衡量；生活用水能力為購買安全生活用水的能力，選用恩格爾系數(shù)來衡量。

（4）使用維度包括用水效率與用水結(jié)構(gòu)兩方面內(nèi)容。選用每公頃耕地用水量衡量農(nóng)業(yè)用水效率、萬元工業(yè)增加值用水量衡量工業(yè)用水效率，用水結(jié)構(gòu)采用信息熵進行衡量。

（5）環(huán)境維度包括生活環(huán)境中可能影響水量或水質(zhì)的生態(tài)因素和人為因素。選取指標為人均公園綠地面積、城市污水日處理量、化肥施用量和水土流失治理面積。

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

黃河流域以占全國2.6%的水資源量承載著全國17%的耕地面積，養(yǎng)育了12%的人口，創(chuàng)造了約14%的國內(nèi)生產(chǎn)總值［18］，具有很高的生態(tài)和經(jīng)濟價值。但是受氣候條件和地理位置的影響，黃河流域長期以來干旱缺水，多年平均降水量為451 mm，天然徑流量為490 億m3，并且2001—2019 年水資源開發(fā)利用率高達80%［19］。作為我國資源性缺水嚴重的流域之一，黃河水資源無法滿足河道外用水需求，水資源供需矛盾突出。

本文選取黃河流域9 個?。▍^(qū)）作為研究對象，數(shù)據(jù)來源于2011—2021 年《中國統(tǒng)計年鑒》《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》《中國水利統(tǒng)計年鑒》《中國水資源公報》和國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 黃河流域水貧困時間演變特征

黃河流域各?。▍^(qū)）WPI計算結(jié)果見表2，可見WPI集中在0.55～0.65 之間，說明水貧困狀況較為嚴重。2010—2020 年黃河流域WPI平均值由0.619 下降到0.573，降低了7.43%，表明黃河流域的水貧困狀況在研究期間得到了改善。

表2 2010—2020 年黃河流域9 個省（區(qū)）水貧困指數(shù)

為直觀比較黃河流域各?。▍^(qū)）WPI離散程度，使用Stata15 繪制了WPI分布箱形圖（見圖1）。可以看出：黃河流域各?。▍^(qū)）WPI分布離散程度差異較大；四川、甘肅及山東WPI離散程度較高，水貧困狀況變化較大；山西和陜西WPI分布相對較為集中，水貧困狀況相對穩(wěn)定。

圖1 2010—2020 年黃河流域各?。▍^(qū)）WPI 箱形圖

由黃河流域各省（區(qū)）水貧困指數(shù)的時序變化（見圖2）可知，2010—2020 年黃河流域各?。▍^(qū)）WPI總體呈現(xiàn)下降趨勢。根據(jù)各?。▍^(qū)）水貧困指數(shù)變化趨勢，將其劃分成2010—2014 年、2015—2018 年、2019—2020 年3 個階段。①2010—2014 年為波動下降階段，該階段黃河流域各?。▍^(qū)）的WPI變化最大。其中：陜西的WPI由2011 年的0.612 增大到2013 年的0.640，原因是其2013 年降水量較2011 年大幅減少。在2013年最嚴格水資源管理制度實施之后，2014 年黃河流域9 個?。▍^(qū)）的WPI均有所下降，反映出政策實施效果顯著。②2015—2018 年為平穩(wěn)下降階段，該階段黃河流域所有?。▍^(qū)）WPI均呈下降趨勢，其中：四川下降5.40%，山東下降4.49%，寧夏下降2.41%，反映出該階段黃河流域各?。▍^(qū)）在水資源管理方面成效顯著。③2019—2020 年為穩(wěn)定維持階段，該階段各省（區(qū)）WPI變化較小。最嚴格水資源管理制度深入推進，水價水權(quán)改革有序進行，使得該階段黃河流域各?。▍^(qū)）水貧困狀況總體穩(wěn)定。

圖2 2010—2020 年黃河流域各?。▍^(qū)）WPI 變化情況

3.2 黃河流域水貧困空間演變特征

基于2010—2020 年黃河流域水貧困指數(shù)的變化情況，使用ArcGIS 的標準差橢圓（SDE）功能，分析黃河流域水貧困空間分布形狀和重心坐標。從黃河流域水貧困重心偏移情況（見圖3）可以看出：黃河流域水貧困總體呈東（偏北）—西（偏南）的空間分布格局，分布在標準差橢圓內(nèi)部的陜西、山西和寧夏等省（區(qū)）是黃河流域水貧困的主要地區(qū)。從圖4 可以看出，黃河流域水貧困標準差橢圓重心整體從甘肅東部向東北方向移動，2010—2020 年水貧困重心表現(xiàn)為東南—西北—東南方向傾斜的N 字形。

圖3 黃河流域水貧困重心偏移情況

圖4 黃河流域水貧困重心空間位移情況

利用GIS 自然斷點分級法按WPI大小將水貧困地區(qū)分為極低值區(qū)、低值區(qū)、中值區(qū)、較高值區(qū)和高值區(qū)5 種類型區(qū)，對黃河流域水貧困情況進行空間可視化分析（見圖5）?？傮w來看，黃河流域各省（區(qū)）水貧困存在明顯的區(qū)域差異。以2018 年為例：①較高值區(qū)和高值區(qū)主要分布在青海、陜西和河南。青海雖然水資源儲量豐富，但水資源分布不均、氣候環(huán)境惡劣使得水貧困嚴重［19］；陜西和河南水資源稟賦先天不足，河南地下水超采較為嚴重，并且多年來農(nóng)業(yè)灌溉粗放，導(dǎo)致水貧困難以緩解。②中值區(qū)主要分布在甘肅和寧夏。甘肅特殊的黃土丘陵溝壑地貌使得水土流失嚴重，水資源利用率低下；寧夏水資源貧瘠，但近年來在水權(quán)改革中不斷創(chuàng)新用水模式，并通過建設(shè)引黃灌區(qū)節(jié)水改造工程，節(jié)約輸水過程中的水量損失。③極低值區(qū)和低值區(qū)主要分布在內(nèi)蒙古、山東、山西和四川。四川水資源較為豐富，不易發(fā)生水貧困。山東作為我國的農(nóng)業(yè)大省，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平高，水資源利用率較高，不易發(fā)生水貧困。山西和內(nèi)蒙古水資源均較為匱乏，但水貧困指數(shù)卻相對較小，原因是山西持續(xù)開展水利扶貧，有效提高了當?shù)鼐用竦挠盟芰Γ?020 年農(nóng)村集中供水率達96%［20］；內(nèi)蒙古堅持推進農(nóng)業(yè)、工業(yè)和城鎮(zhèn)節(jié)水降損，不斷提升各領(lǐng)域水資源利用效率，改善了水貧困狀況。

圖5 黃河流域各?。▍^(qū)）WPI 空間分布

3.3 黃河流域水貧困影響因素評估

為進一步探究黃河流域水貧困的影響因素，基于現(xiàn)有的研究成果及數(shù)據(jù)的可得性，采用面板Tobit 模型對水貧困指數(shù)的影響因素進行實證分析。已有研究發(fā)現(xiàn)，宏觀政策［21］、經(jīng)濟發(fā)展［22］、技術(shù)水平［23］均會對資源環(huán)境狀況產(chǎn)生重要影響，因此本文在Tobit 模型中加入環(huán)境規(guī)制、經(jīng)濟環(huán)境與技術(shù)發(fā)展3 個維度指標進行研究，見表3。

表3 變量選擇及說明

面板Tobit 模型表達式為

式中：WPIi，t為i地區(qū)t年水資源利用效率；β為估計系數(shù)；Xk為第k個指標的值；C為常數(shù)項；εi，t為隨機誤差。

鑒于影響因素存在比值型變量和數(shù)值型變量，為了使數(shù)據(jù)具有可比性，首先對數(shù)值型變量數(shù)據(jù)取對數(shù)處理，解決變量間的量綱不一致問題，以確?；貧w結(jié)果的準確性。借助Stata15 軟件，對黃河流域總體水貧困影響因素進行回歸分析，并區(qū)分上、中、下游分析影響因素的差異，結(jié)果見表4。

表4 水貧困影響因素的Tobit 回歸結(jié)果

由表4 可知：①環(huán)境規(guī)制方面，環(huán)境治理強度和環(huán)境治理效果2 個指標均對黃河流域總體WPI有負向影響，表明環(huán)境規(guī)制能夠緩解黃河流域水貧困。一方面，環(huán)境治理強度對流域總體和下游WPI負向影響顯著，而對中、上游的影響并不顯著；另一方面，環(huán)境治理效果對流域總體WPI產(chǎn)生負向影響，且對中游影響最為顯著。環(huán)境規(guī)制可以減少水污染、提高用水效率［24］，環(huán)境約束力的提升可促進水污染治理和生態(tài)環(huán)境保護，產(chǎn)生正向的生態(tài)環(huán)境效益。②經(jīng)濟環(huán)境方面，經(jīng)濟規(guī)模、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和城鎮(zhèn)化率3 個指標對水貧困的影響并不一致。經(jīng)濟規(guī)模在1%的顯著性水平上對流域總體WPI產(chǎn)生正向影響，其對下游的正向影響顯著、對上游的負向影響不顯著，表明經(jīng)濟規(guī)模擴大可能加劇水貧困；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對流域總體WPI有正向影響，但對下游負向影響顯著，這可能是農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致的，相比于中、上游，下游高耗水作物種植面積小，有助于緩解水貧困；城鎮(zhèn)化率對流域總體WPI和上、中、下游均有負向影響，表明城鎮(zhèn)化率的提高有助于促進水資源節(jié)約集約利用，減輕水貧困［25］。③技術(shù)發(fā)展方面，科研強度和科技使用2 個指標均對流域總體WPI產(chǎn)生負向影響。一方面，科研強度對流域總體WPI有不顯著的負向影響，其中對上、中、下游均有負向影響，但只對中游和下游有顯著影響，研究表明只有當科學(xué)技術(shù)發(fā)展到一定階段之后才會對資源環(huán)境表現(xiàn)出顯著的積極影響［26］；另一方面，科技使用對流域總體WPI有負向影響，其中對下游負向作用最為顯著，原因是下游的河南、山東兩省農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的普及推廣使節(jié)水效果較為顯著。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié) 論

（1）黃河流域9 個?。▍^(qū)）的水貧困程度較嚴重，2010—2015 年水貧困指數(shù)波動較大，但總體呈下降趨勢。

（2）黃河流域水貧困空間分布呈東（偏北）—西（偏南）的分布格局，陜西、山西和寧夏為流域水貧困主要地區(qū)，流域水貧困重心呈傾斜的N 字形從甘肅東部向東北方向移動。流域水貧困指數(shù)區(qū)域差異明顯，較高值區(qū)和高值區(qū)主要分布在青海、陜西和河南，中值區(qū)主要分布在甘肅和寧夏，低值區(qū)和極低值區(qū)主要分布在四川、山西、內(nèi)蒙古和山東。

（3）環(huán)境規(guī)制和技術(shù)發(fā)展均對黃河流域水貧困有顯著的減緩影響；經(jīng)濟環(huán)境對流域水貧困的影響不一致，與上、中、下游經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況有關(guān)。

4.2 建 議

由于黃河流域水資源稟賦先天薄弱且水資源時空分布不均，水貧困很難在較短時期內(nèi)得以緩解。因此，應(yīng)強化水貧困意識，推進黃河流域引水調(diào)水工程規(guī)劃建設(shè)，在此基礎(chǔ)上積極探索水權(quán)交易的各類方式，以確保流域水資源可持續(xù)利用，促進水資源合理配置。

（1）青海、陜西、河南三省水貧困狀況較為嚴重，且水貧困重心呈現(xiàn)向陜西西北部移動的趨勢。因此，這三省應(yīng)予以重點關(guān)注，地方政府應(yīng)出臺針對性政策因地制宜實施水資源減貧工作。青海應(yīng)加強水利設(shè)施投入，保障水資源充分利用，防止生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化；陜西、河南可通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化用水結(jié)構(gòu)，解決水資源利用效率低的問題，尋找水資源及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的適宜模式。

（2）環(huán)境規(guī)制和技術(shù)發(fā)展均對水貧困有較為明顯的抑制作用，政府應(yīng)繼續(xù)加強環(huán)境規(guī)制的力度，并不斷推進水利扶貧；加強技術(shù)創(chuàng)新，逐步實現(xiàn)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展；大力推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水設(shè)備和技術(shù)，特別是在河南、山東等農(nóng)業(yè)大省，以噴灌、滴灌等節(jié)水灌溉技術(shù)取代傳統(tǒng)粗放的灌溉方式，提高農(nóng)業(yè)用水效率，最大限度保障農(nóng)業(yè)用水。

（3）黃河流域水貧困的緩解需要各方共同努力。首先，黃河流域各?。▍^(qū)）在水資源利用及保護方面應(yīng)積極交流協(xié)作，通過上、中、下游共同努力保障水資源可持續(xù)利用；其次，應(yīng)積極推進南水北調(diào)后續(xù)工程建設(shè)，利用外調(diào)水解決黃河流域水資源稟賦不足的問題。