粵港澳大灣區(qū)九市用水結(jié)構(gòu)變化和公平性研究

鄧攀攀，羅日洪，黃錦林

(1.廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510635；2.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州 510635；3.廣東省粵港澳大灣區(qū)水安全保障工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510635)

水資源是一切農(nóng)業(yè)活動(dòng)、生產(chǎn)生活以及生態(tài)循環(huán)必須的要素和基礎(chǔ)。由于人口快速增長，過去20年世界的水資源的短缺狀態(tài)越來越嚴(yán)重。水資源短缺的主要原因是人口的增長，水資源的不均衡、氣候變化、水污染、水資源浪費(fèi)也是水資源短缺的重要原因。由于我國人口眾多，時(shí)空分布不均，人均占有水資源量世界排名在百名之后，作為國家重要戰(zhàn)略的“粵港澳大灣區(qū)”，水資源供給也面臨嚴(yán)峻形式。節(jié)約用水，控制總用水量，不斷提高水資源利用效率，是解決水資源短缺的重要手段。

近年來，隨著水資源日益短缺，針對(duì)用水結(jié)構(gòu)變化、公平性的研究也越來越多。何慧爽[1]分析了2003-2012年我國各地區(qū)用水與經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，運(yùn)用區(qū)位熵和基尼系數(shù)定量分析了我國用水結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)率的變化特點(diǎn)及空間分布情況。韓勇等[2]分析了2000-2019年全國降水量、水資源量、供用水量數(shù)據(jù)，對(duì)我國供用水結(jié)構(gòu)變化特征及原因進(jìn)行探討。董璐等[3]利用基尼系數(shù)、水資源消費(fèi)杠桿系數(shù)和灰水承載壓力系數(shù)對(duì)1997-2011年我國用水公平性進(jìn)行研究。鄭小康等[4]用信息熵的方法分析了黃河流域近30年來用水結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律及空間分布特征。就粵港澳大灣區(qū)水資源研究而言，吳盼等[5]對(duì)大灣區(qū)近10年的社會(huì)經(jīng)濟(jì)與水資源現(xiàn)狀及其協(xié)同演化規(guī)律進(jìn)行分析研究。王大洋等[6]則利用人水和諧理論方法，以粵港澳大灣區(qū)廣東省的9市2014-2018年的人水關(guān)系為基礎(chǔ)，分析了人水和諧關(guān)系的時(shí)空分布特征。陳文龍等[7]探討大灣區(qū)水資源安全現(xiàn)狀及存在的突出問題，并進(jìn)一步分析未來大灣區(qū)的水資源供需形勢(shì)。由于粵港澳大灣區(qū)在我國整體發(fā)展中的重要地位，因此，有必要深入分析粵港澳大灣區(qū)用水結(jié)構(gòu)演變過程和時(shí)空分布特征和利用效率，從而為粵港澳大灣區(qū)科學(xué)調(diào)整區(qū)域用水結(jié)構(gòu)、保障水安全提供技術(shù)支撐。

1 研究范圍與資料來源

粵港澳大灣區(qū)由廣東省下轄的廣州、深圳、珠海、佛山、惠州、東莞、中山、江門、肇慶9市以及香港、澳門特別行政區(qū)組成的世界級(jí)城市群。本次選取大灣區(qū)內(nèi)廣東省下轄的9市為研究對(duì)象。本研究數(shù)據(jù)中來源中，水資源總量、降雨量、供水量、用水量等數(shù)據(jù)均摘錄自廣東省水利廳于2004-2019年發(fā)布的《廣東省水資源公報(bào)》；社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)摘錄自廣東省統(tǒng)計(jì)局于2004-2019年發(fā)布的《廣東統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2 水資源配置變化分析

2.1 水資源總量變化

水資源的補(bǔ)給主要來源于大氣降水，降水在地面上為地表水，滲入地下變?yōu)榈叵滤?。根?jù)2004-2019年《廣東省水資源公報(bào)》數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，9市降雨量、水資源總量變化如圖1所示?；浉郯拇鬄硡^(qū)9市的降雨總量年平均值為1024.1億m3，16年間有7個(gè)年份超過了平均值，降水總量最高的3個(gè)年份依次是2016、2008、2006年，對(duì)于大灣區(qū)來說，這3年均屬于“豐水年”，特點(diǎn)是嚴(yán)重暴雨山洪、臺(tái)風(fēng)偏強(qiáng)偏多，以及冬季大范圍強(qiáng)降雨；2004年和2011年為2個(gè)降雨量嚴(yán)重偏低的年份，為“枯水年”，特別是2004年，導(dǎo)致了嚴(yán)峻的秋冬春連續(xù)干旱。對(duì)各年份降雨總量進(jìn)行線性擬合，根據(jù)趨勢(shì)線的斜率，可以看出，大灣區(qū)的降雨總量十幾年來緩慢增加。

圖1 2004-2019年9市降雨量、水資源總量變化圖

水資源總量主要由地表水資源量和地下水資源量2部分組成。在《廣東省水資源公報(bào)》中，水資源總量等于地表水資源和地表與地下水資源不重復(fù)量之和。9市水資源總量幾乎全部來源與地表水資源量，2條曲線幾乎重疊。另外，由于地表水基本由降水補(bǔ)給，因此，地表水資源與降水、水資源量的年度分布總體一致。9市水資源總量最高年份與上述的降雨量分布的年份一致，其中最低的為2004年的376億m3，最高為2016年的754.1億m3。根據(jù)2004-2019年各市水資源總量和常住人口計(jì)算出各年度的人均水資源量均值，與國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的數(shù)據(jù)計(jì)算全國2004-2019年人均水資源量均值(2028m3/人)對(duì)比，如圖2所示。其中惠州、江門、肇慶的人均水資源量超過了全國平均水平，其余市僅相當(dāng)于全國平均水平的9.4%(深圳)、14.5%(東莞)、19.5%(佛山)、29.0%(中山)、29.8%(廣州)、51.7%(珠海)，可見大灣區(qū)水資源缺乏的嚴(yán)重性，并對(duì)未來社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生消極影響。

圖2 各市人均水資源量均值圖

2.2 供水結(jié)構(gòu)變化

粵港澳大灣區(qū)9市的供水總量由地表水源、地下水源及其它水源進(jìn)行供水，其中地表水源占供水總量的98%以上，是主要的供水來源。地表水源又分為蓄水量、引水量、提水量、調(diào)入水量，分別計(jì)算2004-2019年多年平均值得到這4種地表水占比為18.6%、19.1%、56.5%、5.8%，其中提水量占地表水源量的一半以上，其次為蓄水量、引水量、調(diào)入水量。各年份供水結(jié)構(gòu)變化情況如圖3所示，由圖3可見，地下水和其他供水的占比非常小。

圖3 各類供水量占比

自2004年至2019年，9市的供水總量除2017年有小幅上升外，總體呈逐年下降趨勢(shì)，從256.3億m3下降到219.72億m3，下降幅度為14.3%，如圖4所示。說明9市在16年間用水效率進(jìn)一步提升，用水結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化。這是由于近年來9市的經(jīng)濟(jì)增長由高增長階段轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)量發(fā)展階段，得益于對(duì)用水總量和用水效率的雙管控，通過源頭把控和引導(dǎo)，以水資源的剛性約束倒逼產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型升級(jí)，不斷強(qiáng)化節(jié)水管理，重復(fù)用水率持續(xù)提升，水資源循環(huán)利用取得明顯成效，預(yù)計(jì)未來供水總量會(huì)進(jìn)一步降低。

圖4 9市歷年供水總量變化圖

2.3 用水結(jié)構(gòu)變化

粵港澳大灣區(qū)9市用水分為工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水、生活用水、城鎮(zhèn)公用用水、生態(tài)環(huán)境用水5類。以上5類用水占比2004年為44.0%、34.9%、13.3%、6.5%、1.3%，2019年則變?yōu)?4.9%、31.9%、19.8%、11.4%、2%。根據(jù)各類用水不同年份占比如圖5所示，由圖5可見用水結(jié)構(gòu)變化顯著。由于萬元GDP用水量和萬元工業(yè)增加值用水量顯著下降，耕地實(shí)際灌溉畝均用水量略有下降等因素，工業(yè)用水量、農(nóng)業(yè)用水量不斷減少，2019年比2004年減少的幅度分別36.18億m3(32.1%)、19.43億m3(21.7%)，而由于人口的增加和城鎮(zhèn)化水平的提高，以及人們對(duì)美好生活的需求，生活用水量、城鎮(zhèn)公共用水量、生態(tài)環(huán)境用水量不斷增加，2019年比2004年增加的幅度分別9.52億m3(28.0%)、8.53億m3(51.4%)、1.24億m3(38.3%)。

圖5 各類用水量占比

就總用水量而言，2004-2019年，粵港澳大灣區(qū)9市總用水量呈不斷減少，如圖6所示?？傆盟繌?004年的256.3億m3下降到了2019年的219.72億m3，減少的幅度為14.3%。體現(xiàn)出大灣區(qū)9市經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化調(diào)整，一些高耗水、低產(chǎn)值企業(yè)遭淘汰或轉(zhuǎn)型升級(jí)，加上節(jié)水新技術(shù)的應(yīng)用，致使企業(yè)用水效率不斷提高；另一方面，廣東2011年率先在全國全面實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理制度，壓實(shí)市、縣的節(jié)水責(zé)任，取得了良好的效果。根據(jù)《廣東省“十四五”用水總量和強(qiáng)度管控方案》，大灣區(qū)9市2025年用水總量要控制在202.23億m3，考慮到經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，2030年控制在217.63億m3。因此，大灣區(qū)9市仍需控制用水總量，把節(jié)水放在優(yōu)先位置，加快經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型，進(jìn)一步提高用水效率和效益。

圖6 9市歷年總用水量變化圖

就不同地區(qū)用水量而言，2019年，大灣區(qū)9市總用水量排序是：廣州市(62.25億m3)>佛山市(30.88億m3)>江門市(26.7億m3)>深圳市(21.06億m3)>東莞市(19.76億m3)>惠州市(19.74億m3)>肇慶市(18.73億m3)>中山市(14.84億m3)>珠海市(5.76億m3)。具體如圖7所示。其中廣州市總用水量占9市總用水量的28.3%，該市工業(yè)用水量最大，占該市總用水量的52.3%，占9市工業(yè)用水總量的42.8%，說明廣州市第二產(chǎn)業(yè)比較發(fā)達(dá)；珠海市的總用水量僅占大灣區(qū)9市總用水量的2.6%。

圖7 2019年9市總用水量占比

3 用水公平性研究

3.1 理論方法

3.1.1洛倫茲曲線

洛倫茲曲線是一種公平性評(píng)價(jià)指標(biāo)，于20世紀(jì)初由美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家M.Lorrenz提出，最初被用來表征不同區(qū)域間財(cái)富分配的不均勻性，現(xiàn)廣泛用于各類資源分配領(lǐng)域的公平性研究[8-10]。洛倫茲曲線圖的x、y坐標(biāo)均為累積百分比。y=x為絕對(duì)平均線，洛倫茲曲線的彎曲程反映資源分配的不平等程度，洛倫茲曲線彎曲程度(離y=x線越遠(yuǎn))越大，分配越不平等，反之，資源分配越平等。

3.1.2區(qū)位熵

不同用水類型區(qū)位熵是衡量某地區(qū)某類用水在區(qū)域中的集中程度。通過假定j(j=1，2，…，m)地區(qū)有n種用水類型，第i(i=1，2，…，n)種用水類型的區(qū)位熵計(jì)算公式為：

(1)

式中，Lij-區(qū)位熵；Wij-i地區(qū)第j類用水量，m3；Wj-區(qū)域第j類用水總量，m3；Wi-i地區(qū)各類用水總量，m3；W-區(qū)域的各類用水總量，即總用水量，m3。

Lij>1，表示j地區(qū)i種用水所占比大于區(qū)域平均值；反之，則小于區(qū)域平均值。

首先將各類用水?dāng)?shù)據(jù)代入式(1)，計(jì)算出各分區(qū)的區(qū)位熵；其次按區(qū)位熵從小到大分別列出各分區(qū)第j類用水量和各分區(qū)該年的總用水量，求出類用水和總用水的累積百分比；最后用兩組累積百分比數(shù)據(jù)進(jìn)行洛倫茲曲線繪制。

3.1.3基尼系數(shù)

基尼系數(shù)一般是表示區(qū)域內(nèi)收入分配的定量統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，也可用于資源消耗公平性評(píng)價(jià)中。由于洛倫茲曲線為定性評(píng)價(jià)，實(shí)際使用不方便?；嵯禂?shù)是定量指標(biāo)，可以通過計(jì)算洛倫茲曲線中的絕對(duì)平均線y=x與實(shí)際凹型曲線所圍面積和絕對(duì)平均線下直角三角形面積的比值得到。其計(jì)算公式為：

(2)

式中，G-基尼系數(shù)；f(x)-洛倫茲，其中x為總用水累積百分比，f(x)為各類型用水累積百分比。

基尼系數(shù)取值為0～1，其評(píng)價(jià)區(qū)間劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 基尼系數(shù)評(píng)價(jià)區(qū)間劃分標(biāo)準(zhǔn)

3.2 結(jié)果分析

3.2.1用水區(qū)位熵結(jié)果分析

以2019年用水?dāng)?shù)據(jù)為例，根據(jù)式(1)計(jì)算各地區(qū)不同用水類型的區(qū)位熵分析各類用水均衡性，結(jié)果見表2。從表2結(jié)果可見，工業(yè)用水區(qū)位熵大于1的有廣州、佛山、東莞、中山，說明工業(yè)用水量高于大灣區(qū)9市平均水平。如廣州工業(yè)用水占其總用水量52.3%，高于大灣區(qū)9市34.9%的平均水平。農(nóng)業(yè)用水區(qū)位熵大于1的有惠州、中山、江門，如江門農(nóng)業(yè)用水量占其總用水量的71.1%，遠(yuǎn)高于大灣區(qū)9市31.8%的平均水平；生活用水量區(qū)位熵大于1的有深圳、珠海、佛山、東莞，深圳的，比如深圳，其生活用水量占總用水量的37.4%，說明深圳的城鎮(zhèn)化率高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平也高；城鎮(zhèn)公共用水區(qū)位熵大于1的有深圳、珠海、東莞，如深圳城鎮(zhèn)公共用水量占其總用水的29.0%，遠(yuǎn)高于9市11.4%的平均水平；生態(tài)環(huán)境用水區(qū)位熵大于1的有深圳、佛山、東莞，其中深圳的生態(tài)環(huán)境用水占其總用水量的6.3%，遠(yuǎn)高于9市2.0%的平均水平。

表2 2019年各地區(qū)各種用水類型區(qū)位熵

3.2.2基于區(qū)位熵與洛倫茲曲線的基尼系數(shù)結(jié)果分析

(1)用水公平性時(shí)間維度分析

選取2004-2019年大灣區(qū)9市總用水量、生產(chǎn)用水量(包含工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水和城市公共用水)、生活用水量作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以水資源量、GDP、常住人口作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)算總用水量-水資源量、生產(chǎn)用水量-GDP、生活用水量-常住人口的基尼系數(shù)，如圖8所示。

圖8 大灣區(qū)9市歷年用水量基尼系數(shù)變化情況

從圖8上可以看到，總用水量-水資源量基尼系數(shù)在[0.4，0.5)區(qū)間，超過了0.4的警戒線，為“差距較大”狀態(tài)，主要原因是地區(qū)的水資源量的分布與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口分布不匹配。以2019年為例，作總用水量-水資源量洛倫茲曲線如圖9所示，水資源總量最大的肇慶、惠州、江門三市占大灣區(qū)9市水資源量的66.2%，而總用水量僅占大灣區(qū)9市總用水量的29.7%，常住人口占大灣區(qū)9市常住人口的19.2%。

圖9 2019年大灣區(qū)9市總用水量-水資源量洛倫茲曲線

生產(chǎn)用水量-GDP基尼系數(shù)在0.4“警戒線”附近波動(dòng)，其中2005-2008年、2013年、2017-2019年，大灣區(qū)9市生產(chǎn)用水量與GDP之間的分配為“差距較大”狀態(tài)，其余年份為“相對(duì)合理”狀態(tài)。因?yàn)?004年大灣區(qū)9市萬元GDP用水量為188.8m3，到2019年為25.3m3，下降了86.6%，總體工業(yè)用水效率明顯提高、用水結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化。但萬元GDP用水量不均衡，導(dǎo)致生產(chǎn)用水量-GDP基尼系數(shù)較大，以2019年為例，作生產(chǎn)用水量-GDP洛倫茲曲線，如圖10所示，深圳GDP在9市占比31.0%，但生產(chǎn)用水量占比卻僅為6.9%。

圖10 2019年大灣區(qū)9市生產(chǎn)用水量-GDP洛倫茲曲線

生活用水量-常住人口基尼系數(shù)則始終處于(0，0.2)區(qū)間，為“絕對(duì)平均”狀態(tài)，公平性很好，而且基尼系數(shù)一直處于比較平穩(wěn)狀態(tài)，其洛倫茲曲線如圖11所示。說明9市生活用水量與常住人口數(shù)量非常協(xié)調(diào)。9市人均日用水量從2004年的206.2L/(p·d)，降低至2019年155.2L/(p·d)，這是持續(xù)性的節(jié)水宣傳和人們的節(jié)水意識(shí)不斷提高的結(jié)果。

圖11 2019年大灣區(qū)9市生活用水量-常住人口洛倫茲曲線

(2)用水公平性空間維度分析

由9市2004-2019年水資源量、用水量、GDP、人口數(shù)據(jù)可以計(jì)算出年際間總用水量-水資源量、生產(chǎn)用水量-GDP、生活用水量-常住人口的基尼系數(shù)，結(jié)果見表3，以此評(píng)價(jià)各市年際均衡性和公平性。

表3 大灣區(qū)9市年際基尼系數(shù)結(jié)果

由表3可知，各市的總用水量-水資源總量基尼系數(shù)均處于(0，0.2)區(qū)間，處于“絕對(duì)公平”狀態(tài)，說明各市的總用水量和水資源總量年際變化不大。

廣州、珠海、惠州、肇慶的生產(chǎn)用水-GDP基尼系數(shù)處于[0.3，0.4)區(qū)間，為“相對(duì)合理”狀態(tài)，說明這些市的GDP增長的速率較高，但用水量卻增長不多，用水效率提升較顯著。其余市處于[0.2，0.3)區(qū)間，為“比較平均”狀態(tài)。

各市的生活用水-常住人口基尼系數(shù)均處于(0，0.2)區(qū)間，處于“絕對(duì)公平”狀態(tài)，說明各市的生活用水量和常住人口增長速率比較均衡。

4 結(jié)語

通過對(duì)粵港澳大灣區(qū)9市2004-2019年水資源、用水量、用水結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而得到其水資源水資源配置變化、用水結(jié)構(gòu)變化及用水公平性情況，從而為粵港澳大灣區(qū)控制總用水量，提高水資源利用效率提供支撐?；浉郯拇鬄硡^(qū)需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)水資源開發(fā)利用的支撐，加快實(shí)施區(qū)域水資源配置工程建設(shè)，繼續(xù)實(shí)行嚴(yán)格的用水總量控制，加快經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型，不斷提高用水效率和效益。本文采用基尼系數(shù)評(píng)價(jià)用水批公平性僅作為一種技術(shù)手段，還需結(jié)合經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的實(shí)際情況來綜合分析。