河北省水資源不同遷變的研究

李海濤

（河北省衡水水文勘測(cè)研究中心，河北 衡水 053000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口逐年增加、科技進(jìn)步以及人們生活水平的不斷提高，水資源利用程度進(jìn)一步提升，在自產(chǎn)地表水和地下水資源銳減的同時(shí)，入境和出境水量也在逐漸減少，入海水量日漸枯竭，水資源量衰減幅度逐年增大，這既是造成缺水問(wèn)題加劇的直接原因，又是缺水狀況的綜合體現(xiàn)。水資源的日益緊缺已成為社會(huì)發(fā)展的“瓶頸”[1]，其供需矛盾日益突出，限制了國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施[2]，可見(jiàn)水資源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用已成為當(dāng)前形勢(shì)下的重要課題，而合理的水資源開(kāi)發(fā)利用建立在科學(xué)的用水結(jié)構(gòu)分析上，因此研究用水結(jié)構(gòu)的變化對(duì)于地區(qū)的綜合發(fā)展來(lái)說(shuō)具有十分重要的意義[3]。水是生命之源，是重要的自然資源和戰(zhàn)略資源[4]，要解決水資源短缺給經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的惡劣影響，就必須保證水資源的可持續(xù)性開(kāi)發(fā)和進(jìn)一步保護(hù)，更加有效地進(jìn)行水資源分配和調(diào)度。

1 區(qū)域概況

河北省地處北緯36°03′～42°20′、東經(jīng)113°27′～119°50′，東臨渤海，西界山西省，南及東南與河南、山東2省相鄰，北及東北與內(nèi)蒙、遼寧2省自治區(qū)接壤，中嵌京、津兩市。省境南北相距約750 km，海岸線長(zhǎng)487 km，總面積187 693 km2。根據(jù)成因及形態(tài)特征，全省可分為山地、高原、丘陵、盆地、平原等地貌類型，其中高原、山地（含丘陵和盆地）和平原分別占總面積的9%、52%、39%。河北省水資源嚴(yán)重不足，人均水資源量386 m3，畝均水資源量243 m3，人均和畝均水資源量都相當(dāng)于全國(guó)平均值的1/8，均低于全國(guó)平均水平和相鄰?。ㄖ陛犑?、自治區(qū)），是缺水最嚴(yán)重的省份之一[5]。全省多年平均年降水量541 mm，降水量分布不均且年際變化較大。在全球氣候變暖的背景下，河北省降水量明顯減少，水資源匱乏問(wèn)題日益突出，對(duì)該省的生活、生產(chǎn)和生態(tài)造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響[6]。

本文以2012—2021 年《河北省水資源公報(bào)》和《河北省統(tǒng)計(jì)年鑒》為基礎(chǔ)，對(duì)河北省11個(gè)行政區(qū)的水資源以及用水水平的不同變遷進(jìn)行研究，分析河北省近些年水資源的狀態(tài)及差異的變化。這里，主要以人均水資源總量、人均用水總量、人均居民生活用水量作為比較指標(biāo)，以避免各行政區(qū)之間比較的不協(xié)調(diào)性。河北省2012—2021 年水資源指標(biāo)，如圖1—3所示。

圖1 河北省2012—2021年人均水資源總量變化趨勢(shì)

圖2 河北省2012—2021年人均用水總量變化趨勢(shì)

圖3 河北省2012—2021年人均居民生活用水量變化趨勢(shì)

2 研究方法與數(shù)據(jù)

2.1 泰爾指數(shù)法

泰爾指數(shù)（Theil index）是衡量個(gè)人之間或者地區(qū)間收入差距（不平等度）的指標(biāo)。泰爾熵標(biāo)準(zhǔn)是由泰爾（Theil，1967）利用信息理論中的熵概念來(lái)計(jì)算收入不平等而得名。用泰爾熵指數(shù)來(lái)衡量不平等的一個(gè)最大優(yōu)點(diǎn)是，它可以衡量組內(nèi)差距和組間差距對(duì)總差距的貢獻(xiàn)。泰爾熵標(biāo)準(zhǔn)只是普通熵標(biāo)準(zhǔn)（Generalized entropy measures）的一種特殊情況。當(dāng)普通熵標(biāo)準(zhǔn)的指數(shù)C=0 時(shí)，測(cè)量結(jié)果即為泰爾熵指數(shù)。取C=0 的優(yōu)勢(shì)在于分析組內(nèi)、組間差距對(duì)總差距的貢獻(xiàn)力時(shí)更加清楚。當(dāng)熵運(yùn)用到水資源指標(biāo)中時(shí)，指數(shù)在0和1之間，數(shù)值的大小代表著偏離程度。指數(shù)為0 表示各區(qū)域之間完全平均相等，其差異隨著指數(shù)的增加而逐漸變大。泰爾指數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：T為泰爾指數(shù)；Zi為第i個(gè)市區(qū)的某項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值（人均水資源總量、人均用水總量、人均生活用水量）；為該項(xiàng)指標(biāo)的平均值；N為研究市區(qū)的個(gè)數(shù)。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)法

標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)又稱為均方差系數(shù)、離散系數(shù)，通常也叫作變差系數(shù)，即標(biāo)準(zhǔn)差與均值的比值，主要用于不同類別數(shù)據(jù)離散程度的比較。標(biāo)準(zhǔn)差的大小不僅與數(shù)據(jù)的測(cè)度單位有關(guān)，也與觀測(cè)值的均值大小有關(guān)，不能直接用標(biāo)準(zhǔn)差比較不同變量的離散程度。離散系數(shù)消除了測(cè)度單位和觀測(cè)值水平不同的影響，因而可以直接用來(lái)比較變量的離散程度。對(duì)于水資源的研究而言，標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)可以更好反映水資源指標(biāo)的總體狀況，它不但可以衡量不同區(qū)域差異和對(duì)象差異，更能表示各市區(qū)之間的離散狀況以及數(shù)據(jù)的波動(dòng)和差異。標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：M為標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)；γ為某項(xiàng)指標(biāo)（人均水資源總量、人均用水總量、人均生活用水量）的標(biāo)準(zhǔn)差；為某項(xiàng)指標(biāo)的平均值；ki為第i個(gè)市區(qū)的某項(xiàng)指標(biāo)值；n表示研究市區(qū)的個(gè)數(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)越大，說(shuō)明區(qū)域之間不均衡程度越大?？偟膩?lái)說(shuō)，當(dāng)M小于0.1時(shí)為弱變異，當(dāng)0.1≤M≤1時(shí)為中等變異，當(dāng)M大于1時(shí)為強(qiáng)變異。

3 河北省水資源利用程度差異分析

3.1 泰爾指數(shù)法計(jì)算分析結(jié)果

根據(jù)河北省11 個(gè)行政區(qū)3 項(xiàng)水資源不同數(shù)據(jù)，計(jì)算2012—2021年全省人均水資源總量、人均用水總量以及人均居民生活用水量的泰爾指數(shù)，結(jié)果詳見(jiàn)表1。各項(xiàng)指標(biāo)泰爾指數(shù)的變化趨勢(shì)，如圖4所示。

表1 河北省2012—2021年不同水資源指標(biāo)泰爾指數(shù)

圖4 河北省2012—2021年不同水資源指標(biāo)差異變化

3.2 標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)法計(jì)算分析結(jié)果

根據(jù)河北省11 個(gè)行政區(qū)3 項(xiàng)水資源不同數(shù)據(jù)，計(jì)算出2012—2021 年全省人均水資源總量、人均用水總量以及人均居民生活用水量的標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)，結(jié)果詳見(jiàn)表2。各項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)的變化趨勢(shì)，如圖5所示。

表2 河北省2012—2021年不同水資源指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)

圖5 河北省2012—2021年不同水資源指標(biāo)差異變化

3.3 水資源不同遷變分析

由表1—2可知，人均用水總量的泰爾指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)變化平穩(wěn)，呈現(xiàn)較小的波動(dòng)狀態(tài)，泰爾指數(shù)為0.020 2～0.169 1，標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)為0.20～0.64，全省人均用水總量的差異不大。人均居民生活用水量與人均用水總量趨勢(shì)基本一致，泰爾指數(shù)最大為2012年的0.171 8、最小為2020年的0.023 3；標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)最大為2012年的0.64、最小為2021年的0.18，全省人均居民生活用水量和人均用水總量差異呈減小趨勢(shì)。相對(duì)而言，人均水資源總量系數(shù)波動(dòng)均較大，泰爾指數(shù)最大為2012年的0.433 7，標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)最大為2018 年的0.89；泰爾指數(shù)最小為2013年的0.130 2，標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)最小為2020年的0.53。由此看來(lái)，河北省人均水資源總量遷變較大。

4 結(jié)論

本文采用水資源公報(bào)和統(tǒng)計(jì)年鑒的數(shù)據(jù)資料，分別利用泰爾指數(shù)法和標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)法，分析和研究了河北省水資源狀況不同遷變情況，進(jìn)一步對(duì)河北省11個(gè)行政區(qū)在人均水資源總量、人均用水總量和人均居民生活用水量等方面的差異變化進(jìn)行了較為明確的解釋。

（1）將泰爾指數(shù)法和標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)法運(yùn)用到水資源中，計(jì)算其不同遷變是一個(gè)較好的選擇。通過(guò)計(jì)算分析得知，結(jié)果能較好地反眏水資源狀況差異的變化，而且這2種方法反映出的趨勢(shì)基本相同。

（2）從計(jì)算結(jié)果和變化特征圖中可以得出，河北省水資源3項(xiàng)指標(biāo)中，人均水資源總量系數(shù)較高，是主要影響因素。而人均用水總量和人均居民生活用水量的遷變性基本一致，泰爾指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)均呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，說(shuō)明河北省11 個(gè)行政區(qū)這2 項(xiàng)指標(biāo)的遷變?cè)谥饾u縮小。

（3）要想更加深入地對(duì)水資源不同遷變進(jìn)行研究，必須考慮到多個(gè)因素，進(jìn)行綜合分析。盡管本文對(duì)河北省水資源不同遷變做了大量的分析研究，但是研究還不夠深入，需要進(jìn)一步結(jié)合以上因素，突出重點(diǎn)，因勢(shì)利導(dǎo)，統(tǒng)籌考慮，保證水資源在經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中的重要作用，逐步實(shí)現(xiàn)生態(tài)平衡。