山西省水資源與經(jīng)濟(jì)要素時(shí)空協(xié)調(diào)分析

蘇 慧，張仲伍 ，王 娟

(山西師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，山西 臨汾 041000)

0 引 言

水資源對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有雙重作用，一方面水資源作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必要條件，為其發(fā)展提供保障；同時(shí)經(jīng)濟(jì)對(duì)水資源也有顯著的影響，不同的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和階段，對(duì)水資源需求量不同。

目前的研究主要分為兩方面：一種是對(duì)同一區(qū)域展開(kāi)研究，分析水資源和經(jīng)濟(jì)要素的時(shí)間協(xié)調(diào)差異。一種是以不同區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，分析兩者發(fā)展的空間協(xié)調(diào)差異。本文以山西省各市2007-2015年的水資源和經(jīng)濟(jì)要素?cái)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從空間和時(shí)間兩個(gè)角度分析兩者之間的協(xié)調(diào)狀況。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)這方面的研究選取的指標(biāo)和評(píng)價(jià)模型有所不同，這就導(dǎo)致了計(jì)算出的協(xié)調(diào)度以及結(jié)論的不同。其中管旸等[1]選擇用水資源量和水資源供給量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)分析云南省水資源與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)狀況；胡錦程等[2]選取人均水資源擁有量作為單一指標(biāo)對(duì)滇中地區(qū)兩者協(xié)調(diào)狀況進(jìn)行研究；杜忠潮等[3]、童彥等[4]選取水資源綜合評(píng)價(jià)體系對(duì)其與經(jīng)濟(jì)的空間協(xié)調(diào)狀況進(jìn)行分析；周校培等[5]將水資源利用水平作為負(fù)向指標(biāo)并納入水資源綜合評(píng)價(jià)體系對(duì)南京市水資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)耦合進(jìn)行研究；伏吉芮等[6]根據(jù)所研究區(qū)域的自然和社會(huì)條件，選取多個(gè)水資源指標(biāo)進(jìn)行研究；謝永紅等[7]先分析水資源利用率和水資源與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)度，然后分析它們的綜合協(xié)調(diào)情況。

綜上所述，關(guān)于水資源和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的研究雖多，選取指標(biāo)也比較豐富，但綜合分析兩者協(xié)調(diào)時(shí)空差異的研究較少。本文基于前人的研究經(jīng)驗(yàn)和成果，分別選取水資源總量和水資源使用量?jī)蓚€(gè)水資源指標(biāo)，GDP、人口、面積3個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展要素，分別計(jì)算基尼系數(shù)和建立協(xié)調(diào)度模型分析山西省水資源和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的時(shí)空協(xié)調(diào)特征。辨析時(shí)空上的差異性有助于認(rèn)識(shí)水資源和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的作用。

山西水資源貧乏，人均擁有量少，時(shí)間和空間分配不均勻，同人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局也處于不均衡狀態(tài)。全省范圍內(nèi)，按水資源擁有量可以分為2個(gè)等級(jí)，第一等級(jí)是水資源相對(duì)豐富地區(qū)，包括忻州、長(zhǎng)治、運(yùn)城、臨汾、晉中、呂梁、晉城；第二等級(jí)是水資源相對(duì)短缺地區(qū)，包括大同、朔州、太原、陽(yáng)泉(見(jiàn)圖1)。而從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的太原、大同和陽(yáng)泉水資源貧乏。某些地方開(kāi)始出現(xiàn)供水危機(jī)，水資源對(duì)經(jīng)濟(jì)制約日益明顯。

圖1 山西省水資源空間格局Fig.1 Spatial pattern of water resources in Shanxi Province

由此可見(jiàn)，山西省水資源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不協(xié)調(diào)，將會(huì)影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，成為山西省可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)和必須解決的問(wèn)題。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究方法

1.1.1 指標(biāo)選取

基于前人研究經(jīng)驗(yàn)成果[1]，本文選取水資源量和水資源使用量，分別獨(dú)立地計(jì)算其與經(jīng)濟(jì)要素的協(xié)調(diào)度。參考相關(guān)研究，基于必要性，有效性和可獲得性，選取3個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展要素：GDP、人口和面積，并構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)體系。

1.1.2 數(shù)據(jù)處理

為了消除原始數(shù)據(jù)量綱的影響，本文選擇極差法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。處理公式為：

(1)

式中：xij為j區(qū)域i項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值(i=1，2，…，n；j=1，2，…，m)；Xmax、Xmin分別為i指標(biāo)中的最大值和最小值[1]；Xij為第j區(qū)域i項(xiàng)指標(biāo)原本值(i= 1，2，…，n；j= 1，2，…，m)；n為指標(biāo)數(shù)量；m為樣本含量。

1.1.3 協(xié)調(diào)度模型

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)采取熵值法求權(quán)，然后對(duì)各要素指標(biāo)加權(quán)求和，作為最終評(píng)價(jià)值(見(jiàn)表1)。

表1 經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重Tab.1 Economic system evaluation index weight

參考相關(guān)研究，采取常用的離差系數(shù)法計(jì)算水資源指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展要素之間的協(xié)調(diào)度[8]。計(jì)算公式為：

(2)

式中：C為協(xié)調(diào)度；F為水資源指標(biāo)值；G為經(jīng)濟(jì)指標(biāo)評(píng)價(jià)值。

當(dāng)F或G= 0時(shí)，為使公式計(jì)算成立令其等于0.001。由于F、G∈(0，1) ，因此C也∈(0，1)。C越大說(shuō)明經(jīng)濟(jì)要素與水資源協(xié)調(diào)性越好，反之協(xié)調(diào)性差。為了消除個(gè)別年份降水異常的特殊性，準(zhǔn)確體現(xiàn)山西省水資源分布的總體情況，計(jì)算協(xié)調(diào)度時(shí)以2008-2015年間的平均值為最終評(píng)價(jià)依據(jù)。此外，為了準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)水資源對(duì)經(jīng)濟(jì)要素的支持能力，本文將其定義為：當(dāng)F≥C時(shí)，屬于經(jīng)濟(jì)滯后型，當(dāng)F

表2 水資源與經(jīng)濟(jì)要素的協(xié)調(diào)等級(jí)Tab.2 Level of coordination of water resources and economic systems

1.1.4 基尼系數(shù)

本文將基尼系數(shù)納入水資源系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)匹配性研究，量化山西省水資源量和水資源使用量的時(shí)間協(xié)調(diào)差異。選取梯形面積計(jì)算方法，計(jì)算公式為：

(3)

式中：xi為區(qū)域i的水資源量或水資源使用量的累計(jì)百分比；yi為各經(jīng)濟(jì)要素的累計(jì)百分比[12]。

有關(guān)規(guī)定把基尼系數(shù)等于0.4時(shí)作為警戒線，本文根據(jù)此規(guī)定劃分協(xié)調(diào)匹配狀況。即基尼系數(shù)值小于0.2時(shí)，說(shuō)明山西省水資源與經(jīng)濟(jì)要素處于“高度協(xié)調(diào)”狀態(tài)；在0.2～0.3之間，表示“相對(duì)協(xié)調(diào)”；在0.3～0.4之間，表示“比較協(xié)調(diào)”；在0.4～0.5 之間，表示“不協(xié)調(diào)”；0.5 以上表示“極不協(xié)調(diào)”[13]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文數(shù)據(jù)選取來(lái)源于“山西省水資源公報(bào)”的有關(guān)資料。為了保證數(shù)據(jù)的可獲得性，準(zhǔn)確性和連續(xù)性，從而便于水資源和經(jīng)濟(jì)發(fā)展要素協(xié)調(diào)的空間維度和時(shí)間維度的比較分析，本文研究區(qū)域?yàn)樯轿魇∷械丶?jí)市，研究的時(shí)間段為2008-2015年。

2 結(jié)果分析

2.1 水資源與經(jīng)濟(jì)要素協(xié)調(diào)度的空間差異

2.1.1 水資源量與經(jīng)濟(jì)要素的協(xié)調(diào)度

根據(jù)公式(2)和計(jì)算出來(lái)的水資源量與經(jīng)濟(jì)要素綜合評(píng)價(jià)值，計(jì)算出各市域水資源量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展要素的協(xié)調(diào)度(見(jiàn)表3)。

表3 山西省各市水資源量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)度Tab.3 Shanxi province, the amount of water resources and economic coordination of the elements

結(jié)果表明：水資源量與經(jīng)濟(jì)要素協(xié)調(diào)度空間上存在較大差異。研究區(qū)域的11個(gè)地級(jí)市中，G滯后型區(qū)域都屬于第一等級(jí)即水資源量豐富區(qū)，F(xiàn)滯后型區(qū)域都屬于第二等級(jí)即水資源貧乏區(qū)。長(zhǎng)治、晉城、晉中、忻州、呂梁處于優(yōu)良協(xié)調(diào)，并且全部屬于經(jīng)濟(jì)滯后型，它們都屬于第一等級(jí)，水資源量豐富但經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平低。陽(yáng)泉、運(yùn)城、臨汾處于中度協(xié)調(diào)，其中陽(yáng)泉屬于水資源滯后型，運(yùn)城和臨汾屬于經(jīng)濟(jì)滯后型；大同和朔州處于低度協(xié)調(diào)，都屬于水資源滯后型；太原處于中度失調(diào)，且為水資源滯后型。運(yùn)城和臨汾水資源量較多，大同、陽(yáng)泉和太原經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高但是水資源量貧乏。總體來(lái)看，以水資源總量為指標(biāo)時(shí)，水資源豐富區(qū)域，協(xié)調(diào)度高(見(jiàn)圖2)。

圖2 山西省水資源量與經(jīng)濟(jì)要素協(xié)調(diào)度空間格局Fig.2 Spatial pattern of coordination between water resources and economic factors in Shanxi province

2.1.2 水資源使用量與經(jīng)濟(jì)要素協(xié)調(diào)度

根據(jù)公式(2)和計(jì)算出來(lái)的水資源使用量與經(jīng)濟(jì)要素綜合評(píng)價(jià)值，計(jì)算出各市域水資源使用量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展要素的協(xié)調(diào)度(見(jiàn)表4)。

表4 山西省各市水資源使用量與經(jīng)濟(jì)要素協(xié)調(diào)度Tab.4 Coordination levels of water resources use and economic in all cities in Shanxi province

與水資源量相比，水資源使用量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展要素協(xié)調(diào)度在全省的分布有明顯的改變。水資源滯后型地區(qū)由3個(gè)增加到4個(gè)，協(xié)調(diào)類型方面，5個(gè)地區(qū)為優(yōu)良協(xié)調(diào)，除呂梁屬于經(jīng)濟(jì)滯后型，其余都屬于水資源滯后型，且經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高。長(zhǎng)治、晉城、朔州、忻州、臨汾屬于中度協(xié)調(diào)，除了朔州是水資源滯后型，其余是經(jīng)濟(jì)滯后型，它們的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平在全省范圍內(nèi)屬于中等水平。運(yùn)城處于中度失調(diào)態(tài)勢(shì)，且為經(jīng)濟(jì)滯后型。整體來(lái)看，以水資源使用量為指標(biāo)時(shí)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的市域，協(xié)調(diào)度高(見(jiàn)圖3)。

圖3 山西省水資源使用量與經(jīng)濟(jì)要素協(xié)調(diào)度空間格局Fig.3 Spatial pattern of coordination between water use and economic factors in Shanxi province

對(duì)照表3和表4可以看出，水資源使用量與經(jīng)濟(jì)要素協(xié)調(diào)度的空間差異低于水資源量與經(jīng)濟(jì)要素協(xié)調(diào)度的空間差異。說(shuō)明了經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)的調(diào)控，水資源的空間分布差異會(huì)有所減小。

2.2 水資源與經(jīng)濟(jì)要素協(xié)調(diào)度的時(shí)間差異

2.2.1 水資源量與經(jīng)濟(jì)要素協(xié)調(diào)狀況分析

根據(jù)公式(3)和計(jì)算出來(lái)的水資源量與經(jīng)濟(jì)要素標(biāo)準(zhǔn)化值，計(jì)算出2008-2015年兩者的基尼系數(shù)(見(jiàn)表5)。

從水資源量與人口要素的基尼系數(shù)來(lái)看，2008-2015年間均在0.3～0.4間變化，且變化范圍小。2008-2010年，屬于相對(duì)協(xié)調(diào)；2011-2015年，屬于比較協(xié)調(diào)。說(shuō)明2008-2015年水資源量與人口要素的協(xié)調(diào)狀況隨時(shí)間呈現(xiàn)下降狀態(tài)。

從水資源量和GDP要素來(lái)看，其基尼系數(shù)2008-2015年間于0.4上下波動(dòng)，2010和2013年低于0.4，為比較協(xié)調(diào)，別的年份均在0.4～0.5之間，處于不協(xié)調(diào)狀態(tài)。說(shuō)明2008-2015年山西省水資源量與GDP的協(xié)調(diào)性差。

從水資源量與面積要素來(lái)看，其基尼系數(shù)在2008-2015年間均小于0.2，屬于絕對(duì)協(xié)調(diào)。說(shuō)明山西省水資源量與土地要素之間協(xié)調(diào)度很高，且時(shí)間變化小。

綜上所述，水資源量與各經(jīng)濟(jì)要素協(xié)調(diào)度在2008-2015年之間總體變化不大，水資源量與土地要素的協(xié)調(diào)狀況最好，人口要素次之，GDP要素最差。

2.2.2 水資源使用量與經(jīng)濟(jì)要素協(xié)調(diào)狀況分析

同樣，根據(jù)公式(3)和計(jì)算出來(lái)的水資源使用量與各經(jīng)濟(jì)要素標(biāo)準(zhǔn)化值，計(jì)算出2008-2015每年水資源使用量與經(jīng)濟(jì)要素的基尼系數(shù)(見(jiàn)表6)。

表5 水資源量-各經(jīng)濟(jì)要素的基尼系數(shù)Tab.5 Water resources-factors of economic development Gini coefficient

表6 水資源使用量-經(jīng)濟(jì)要素基尼系數(shù)Tab.6 Water consumption-economic factor Gini coefficient

水資源使用量與人口要素來(lái)看，2008-2015年間，其基尼系數(shù)均在0.1～0.3之間變化，其中2012和2013年小于0.2，屬于絕對(duì)協(xié)調(diào)，別的年份均處于0.2～0.3之間，屬于相對(duì)協(xié)調(diào)。說(shuō)明2008-2015年間山西省水資源使用量與人口的協(xié)調(diào)性相對(duì)穩(wěn)定，波動(dòng)不大。

從水資源使用量與GDP要素來(lái)看，2008-2015年間，其數(shù)值均處于0.1～0.3之間，其中2008、2011、2014年小于0.2，屬于絕對(duì)協(xié)調(diào)；其余年份都在0.2～0.3之間，屬于相對(duì)協(xié)調(diào)。說(shuō)明2008-2015年間，山西省水資源使用量與GDP的協(xié)調(diào)度總體比較高。

從水資源使用量與土地要素來(lái)看，2008-2015年基尼系數(shù)于0.4上下波動(dòng)，其中2008、2009和2014年小于0.4，屬于比較協(xié)調(diào)；其他年份均高于“警戒線”0.4，處于不協(xié)調(diào)狀態(tài)。表明這個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)，山西省水資源使用量與土地要素的協(xié)調(diào)性低，隨時(shí)間變化幅度較小。

綜上所述，水資源使用量與各經(jīng)濟(jì)要素協(xié)調(diào)度在2008-2015年之間總體變化不大。其中，水資源使用量與GDP的協(xié)調(diào)度最好，人口次之，土地面積最差。

3 結(jié) 語(yǔ)

山西省水資源時(shí)空分配不平衡，且稟賦和供給分布反差較大。本文從水資源量和水資源使用量?jī)蓚€(gè)角度，分別獨(dú)立地研究水資源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展要素的時(shí)空協(xié)調(diào)度，空間方面采用協(xié)調(diào)度模型計(jì)算，時(shí)間方面采用基尼系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)比兩者之間的差異，全面地分析總結(jié)山西省水資源與經(jīng)濟(jì)要素之間的協(xié)調(diào)狀態(tài)和時(shí)空差異。

從空間維度看，以水資源量為評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，水資源量豐富的地區(qū)，水資源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展要素的協(xié)調(diào)度高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后于水資源分布。以水資源使用量為水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高的地區(qū)水資源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展要素的協(xié)調(diào)度高，水資源分布滯后于經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

從時(shí)間維度來(lái)看，在所選取的時(shí)間段內(nèi)，總體變化幅度不大。以水資源量為評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，與土地的協(xié)調(diào)度最高，人口次之，與GDP的協(xié)調(diào)度最差，且大部分年份超過(guò)了“警戒線”0.4。以水資源使用量為評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，與GDP的協(xié)調(diào)度最高，人口居中，與土地面積的協(xié)調(diào)狀況最差，且大部分年份超過(guò)了“警戒線”0.4，水資源量和水資源使用量相比，人口要素與后者的協(xié)調(diào)狀況好于與前者的協(xié)調(diào)狀況。說(shuō)明GDP和人口改變了水資源的自然分配情況，其中GDP的影響效果更明顯。

山西省水資源與經(jīng)濟(jì)分布的不協(xié)調(diào)是造成某些地區(qū)水資源貧乏的根本原因，這一矛盾將會(huì)對(duì)山西省的發(fā)展造成影響，是必須解決的問(wèn)題。

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