基于基尼系數的湖北省用水公平性研究

章恒全，楊雅婷，張陳俊

(1.河海大學商學院，江蘇 南京 211100；2.河海大學企業管理學院，江蘇 常州 213022)

水資源是人類生產與生活的重要資源，人類的生存與發展都離不開對水資源的利用。我國近年來人口、經濟與水資源的協調度已有所提升，但各省市之間的差距仍不可忽視。追求用水量與水資源分布的優化配置與各類型用水的均衡協調是人口、經濟與水資源全面協調可持續發展的必要條件。因此諸多學者對水資源的匹配性與用水公平性進行了研究，基尼系數作為評估差異性與公平性的重要指標，成為了測算匹配性與公平性的主要方法。

基尼系數最早是用來衡量收入分配的不均等程度的，如今已被應用于更多的領域。胡志強等[1]運用基尼系數對污染產業的區域集中水平進行了測度，以研究中國污染產業轉移的時空格局。宋德勇等[2]計算了我國能源消費的CO2基尼系數，用以研究碳排放的公平性問題。侯華麗等[3]為明晰不同類型礦產資源的空間分布特征，使用基尼系數和洛倫茲曲線對我國礦產資源的不均衡性進行定量化的測度。翟騰騰等[4]構建了基于基尼系數的建設用地總量分配模型，用以評價江蘇省建設用地總量分配的公平性。馬志飛等[5]采用基尼系數及分解的基尼系數對中國及三大區域組內和組間的醫療衛生資源供給水平進行了評估。

用于評估公平性與均衡性的方法主要有加權變異系數、基尼系數、泰爾指數和不平衡指數等，不同學者通過不同的方法對水資源利用的匹配性與公平性進行了研究。武萍等[6]采用基尼系數分析了青海省水資源與人口數量、工農業用水和產值的匹配狀況。何慧爽[7]通過分析基于區位熵的用水結構和生產率基尼系數，為我國用水公平和效率的研究提供了新視野。鄧益斌等[8]采用分解的泰爾指數計算出長江水資源利用效率差異，從而提出提高水資源利用效率的建議。張吉輝等[9]采用基尼系數、不平衡指數兩種測算方法分析了中國水資源分布和配置與人口、GDP和土地面積之間配置的平衡性。馬海良等[10]采用加權變異系數分析了水資源稟賦的用水公平性，采用基尼系數評估了生活用水的公平性，并用泰爾指數評價了經濟用水的公平性，同時將各省的經濟用水情況分為完全低效型、低效型、高效型和完全高效型4種，其中湖北省的經濟用水屬于低效型。

上述學者多利用不同指標對全國或各流域的水資源匹配性和用水公平性進行研究，但缺少針對某個省從時空維度多方面考慮用水公平性問題，全面分析一個省的水資源利用公平性。湖北省的水資源量略高于全國平均水平，屬于輕度缺水省份[11]，但其水資源的空間匹配情況卻不樂觀，且用水的公平性也有待提高。對湖北省用水公平性的研究對優化省內的水資源配置與提升用水效率具有重要的意義。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

本文從水資源稟賦、生產用水、生活用水三個方面分析湖北省用水的公平性。其中，以水資源總量為指標分析水資源稟賦與湖北省總用水量的公平性，選取GDP、人口數量兩個主要經濟發展要素分別評估生產用水、生活用水的公平性。研究所用基本數據來源于2006—2016年的《湖北省水資源公報》和《湖北省統計年鑒》。為消除價格因素的影響，將GDP按2006年價格(2006價格指數為100)進行調整。

1.2 研究方法

基尼系數是由意大利經濟學家基尼根據洛倫茲曲線提出的，用以評價國民收入分配之間的差異性。筆者以用水量為基礎數據，根據總用水量和水資源量、生產用水量和GDP、生活用水量和人口的比值大小升序排列，分別計算水資源稟賦、生產用水和生活用水的基尼系數。此處以湖北省2006年的“總用水量-水資源量”基尼系數指標的測算為例，解釋基尼系數的計算原理。湖北省2006年的“總用水量-水資源量”的洛倫茲曲線如圖1所示，將總用水量與水資源量的比值升序排列后，分別計算總用水量與水資源量的累計百分比，作為縱、橫坐標作出洛倫茲曲線，洛倫茲曲線與絕對公平曲線圍成的面積記為A，洛倫茲曲線下方的面積記為B，基尼系數的數值即為A/(A+B)。

圖1 湖北省2006年總用水量-水資源量洛倫茲曲線

采用梯形面積法計算基尼系數[12]，計算公式為

(1)

基尼系數的取值在0～1之間，越趨近于0表示差異性越小，也就越公平，而越趨近于1就表示越不公平。根據國際慣例，將0.4作為區分公平性的“警戒線”，數值與評價結果的關系如表1所示[13]。

表1 基尼系數與評價結果的關系

2 湖北省用水公平性研究

2.1 統計數據分析

表2為2006—2016年湖北省各類型用水量和每一類用水量占總用水量的比重。從總體上看，總用水量呈現增加的趨勢，2016年較2006年增長了8.96%，2007年較2006年小幅下降，而后穩定增長至2012年，2013年總用水量有明顯下降，2013—2016年則處于波動狀態。分用水類別來看，生產用水的比重最大，除2016年略低于90%之外所有年份占總用水量的比重都在90%以上。生產用水量的變化大體分為兩個階段，從2006年至2012年逐年增加，而后除2015年略有增加，2013年至2016年總體呈減少趨勢；生活用水量2007年較2006年略有減少，2007年至2016年平穩增加，而生活用水量占總用水量的比重在2009年之前逐年下降，在2010年之后逐年增加，2015小幅減少后2016年又再次增加，2008、2009、2015三年雖然生活用水量較前一年有所增加，但占比卻在減少，2008年出現此狀況是因為生產用水的占比增加，2009、2015年則是因為生產用水和生態用水的占比均有增加；生態用水量遠遠小于生產用水和生活用水的用量，但除2010年略有減少，其余年份均穩定增加，2016年較2006年生態用水量增加了13倍之多，說明湖北省近年來增加了對生態建設的重視。

表2 2006—2016年湖北省用水結構變化

表3為2006—2016年湖北省各市(區、州)的水資源量、GDP、人口數量數據。可以看出，恩施州的水資源量遠高于其他地區，荊州市、宜昌市等水資源量較豐富，而鄂州市、仙桃市、天門市、潛江市和神農架林區等水資源量較為貧瘠；武漢市的GDP遠高于其他地區，另外，襄陽市、宜昌市的GDP較高，而鄂州市、仙桃市、天門市、潛江市等的GDP較低，神農架林區更是遠低于其他地區；在人口數量方面，武漢市的人口數量遠多于其他地區，襄陽市、荊州市、黃岡市的人口數量較多而神農架林區、潛江市等地人口較少。

表3 2006—2016年湖北省各市(區、州)水資源量、GDP和人口數量

2.2 用水公平性時間維度分析

圖2 2006—2012年湖北省水資源稟賦、生產用水、生活用水基尼系數

為反映湖北省水資源稟賦、生產用水、生活用水的公平性和時空分布特征，以2006—2016年湖北省17個市(區、州)的總用水量、生產用水量、生活用水量為基礎數據，通過水資源量、GDP、人口數量等評價指標，依據式(1)計算出湖北省總用水量-水資源量、生產用水量-GDP和生活用水量-常住人口的基尼系數，并繪制成圖(圖2)。

2.2.1 水資源稟賦公平性的時間維度分析

可以看出，研究期間總用水量-水資源量的基尼系數維持在“警戒線”0.4以上，說明總用水量和水資源量的公平性整體上處于“差距較大”的狀態，其中2007、2011、2012、2014年的總用水量-水資源量基尼系數超過0.5，位于“差距懸殊”的區間，各市降水量、地表水資源量等分布極為不均是此4年基尼系數較大的原因。以2007年為例，當年湖北省全省擁有80.34%水資源量的地區用水量僅占45.78%。只有隨州市、荊門市、咸寧市、襄陽市、黃岡市、孝感市的水資源量與總用水量相對協調，神農架林區、恩施州、宜昌市、十堰市的水資源量占全省的比重遠高于總用水量的占比，恩施州的水資源量占全省的比重甚至是總用水量占比的17倍，而荊州市、武漢市、鄂州市等7個市的總用水量占全省的比重遠高于水資源量的占比，此現象的產生是由于神農架林區、恩施州和宜昌市在2007年的降水量偏豐，荊州市、潛江市、黃石市、仙桃市、武漢市和鄂州市的降水偏枯。

2.2.2 生產用水公平性的時間維度分析

生產用水-GDP基尼系數在研究期內全部處于0.3～0.4之間，屬于“相對合理”的范疇，且各年基尼系數變化曲線幾乎持平，無明顯變化趨勢，說明2006—2016年生產用水與GDP的公平性非常穩定，同時也說明湖北省各市(區、州)的生產用水量占比與GDP占比的格局并未發生明顯改變，武漢市、宜昌市、十堰市、恩施州在11年間始終以較少的用水量創造較多的GDP，而孝感市、天門市、荊州市的生產用水占比始終遠超GDP占比。

2.2.3 生活用水公平性的時間維度分析

生活用水-人口基尼系數在研究期內全部處于0～0.1之間，屬于“絕對平均”的范疇，且整體呈現下降趨勢。2007年生活用水-常住人口基尼系數較2006年有微小下降，2007—2011年基本處于穩定狀態，相鄰兩年間差值不超過0.002，2011年之后逐年下降，2016年已降至0.0298，說明湖北省的生活用水量與人口數量非常協調。在對湖北省2006—2016年生活用水-人口基尼系數進行計算時，記錄下各市(區、州)的基尼系數值，發現11年中武漢市和神農架林區始終分別是基尼系數值最小和最大的地區，2016年武漢市的生活用水量達到5.51億m3，但由于其發展水平要領先于湖北省其他地區，人才不斷涌入，年末常住人口達到1 076.62萬人，遙遙領先于其他市(區、州)，因此其生活用水公平性最高。而神農架林區作為人與生物圈自然保護區、世界地質公園和世界遺產，極大地促進了當地的旅游業發展，導致其包括游客在內的流動人口較大，而常住人口變化甚微，導致其基于人口維度的生活用水極不公平。其余年份均與2016年情況類似。

2.3 用水公平性空間維度分析

通過對2006—2016年湖北省17個市(區、州)的用水量數據及水資源量、GDP和人口數量進行計算，得出各市(區、州)總用水量-水資源量、生產用水量-GDP和生活用水量-人口基尼系數，并繪制成柱狀圖，如圖3所示。

從圖3可以看出，湖北省17個市(區、州)基于2006—2016年的總用水量-水資源量、生產用水量-GDP和生活用水量-人口基尼系數均在0.4以下，說明各市在研究期的11年間用水量和各項指標的協調度較為均衡。

圖3 湖北省17個市(區、州)的水資源稟賦、生產用水、生活用水基尼系數

圖4 湖北省各市(區、州)總用水量-水資源量基尼系數分布圖

2.3.1 水資源稟賦公平性的空間維度分析

總用水量-水資源量基尼系數最高的為孝感市，達到0.31，最低的為潛江市，僅為0.0006。湖北省各市(區、州)總用水量-水資源量基尼系數地區分布圖見圖4。孝感市2016年的水資源量占全省的百分比近為總用水量占比的3倍，而2011年卻僅為1/3，總用水量和水資源量在各年間分布較為不均衡。而潛江市的總用水量和水資源量占全省的百分比幾乎持平，因此其基尼系數最小。除孝感市外，隨州市、荊門市、武漢市、天門市、鄂州市和仙桃市的總用水量-水資源量基尼系數也相對較高，在0.2～0.3之間，處于“比較平均”的狀態。從地理位置上來看，此7個市彼此相鄰，均位于湖北省的中部和北部的中間地區，由于其各年的總用水量占比相差不大，因此水資源量的年間差異是導致基尼系數偏大的主要原因，這些地區由南向北分別是平原、丘陵、山地，由于地形與氣流等的多重影響，這些地區水資源量的年間分布較為不均，水資源量最豐年與最枯年占全省的比重差距均在10%以上；黃石市、襄陽市、荊州市等10個市(區、州)的總用水量-水資源量基尼系數在0.2以下，處于“絕對平均”的狀態，此10個市(區、州)分布在湖北省的西部、南部和東部，且彼此相連，呈半包圍的態勢，這些地區雖處在不同的地形區，降水量與地表水資源量也不甚相同，但各年的水資源量差異較為均衡，水資源量的年間變化較小。

在前文“水資源稟賦公平性的時間維度分析”中可以看到，湖北省每一年基于水資源稟賦的用水公平性都極為不均，以基尼系數最大的2011年為例，繪制2011年總用水量-水資源量的洛倫茲曲線如圖5所示，可以看出該曲線與代表絕對公平的y=x線距離較遠，神農架林區、恩施州、十堰市、宜昌市和咸寧市擁有全省58.84%的水資源，用水量卻僅為15.92%。

圖5 2011年湖北省各市(區、州)的總用水量-水資源量洛倫茲曲線

圖6 2016年湖北省各市(區、州)的生產用水洛倫茲曲線

2.3.2 生產用水公平性的空間維度分析

生產用水-GDP基尼系數在湖北省各市(區、州)之間的差距較小，所有地區均在0.1～0.3之間，武漢市、仙桃市、隨州市、咸寧市、神農架林區5個市(區)的基尼系數在0.2～0.3之間，處于“比較平均”的狀態，黃石市、襄陽市等12個市(州)的基尼系數在0.2以下，處于“絕對平均”的狀態。神農架林區的生產用水-GDP基尼系數最高，達到0.274，將11年的生產用水量與GDP的比值升序排列后，2011年處在中間位置，最為偏離“絕對公平”，到2011年GDP累計占比為66.91%，而生產用水累計百分比僅為45.50%。武漢市的生產用水量在11年間先增加后減少，GDP卻不斷增長，說明在研究期的前幾年，經濟的增長依賴于生產用水量的增加，而在研究期的后幾年，因技術進步、節水意識增強等多方原因，GDP增長的同時生產用水量卻逐漸下降，因此GDP占比與生產用水量占比的比值從2006年的0.5增長至2016年的1.8，說明生產用水的經濟效益大幅提高是導致武漢市生產用水-GDP基尼系數較大的主要原因。仙桃市和神農架林區與武漢市情況相似，GDP增長的同時生產用水量有下降趨勢。咸寧市和隨州市雖GDP增長迅速，但生產用水量卻無減少趨勢，因此此二市(區)的基尼系數較大是因經濟發展較快。

在前文“生產用水公平性的時間維度分析”中提到，生產用水-GDP基尼系數在2006—2016年間非常穩定，均處于0.3～0.4之間，繪制如圖6所示的2016年各市(區、州)的生產用水洛倫茲曲線，分析2016年各市(區、州)的生產用水公平性。可以看出，大多市(區、州)的分布點處斜率相近，說明各地區的生產用水與GDP的分布比較平均，僅武漢市、神農架林區等幾個市(區、州)的差異較大，武漢市的生產用水量僅為11.33%，產值卻占比34.13%。

2.3.3 生活用水公平性的空間維度分析

湖北省17個市(區、州)生活用水-人口基尼系數均在0.1以下，已處于“絕對公平”的狀態，說明湖北省基于人口維度的生活用水公平性已極為均衡。長江三峽水利樞紐工程位于湖北省宜昌市境內，其建成后蓄水形成的三峽庫區是天然的人工湖泊，也是湖北省供水的重要水源，三峽庫區運作多年，經探索與調整，已形成完整、靈活并與湖北省各市(區、州)生活用水相匹配的供水體系，因此湖北省的生活用水達到“絕對公平”。

3 結論與政策建議

用水公平性不僅關系著用水效率，也影響著產業節水效果。湖北省水資源稟賦與用水量的公平性較差，生產用水公平性較為均衡，生活用水公平性非常平均，用水公平性在不同的分類上有著明顯的差異，通過研究，得出以下結論：

a. 湖北省水資源稟賦的公平性較差，各市(區、州)之間相比較水資源量與總用水量非常不均衡，神農架林區、恩施州、十堰市、宜昌市和咸寧市的水資源量占全省比重遠超過總用水量占比，但每個市(區、州)在2006—2016年間較為均衡。

b. 湖北省生產用水的公平性良好，從2006年到2016年生產用水公平性非常穩定，無變化趨勢，但各市(區、州)之間有所差異，武漢市、宜昌市等生產用水效率較高的市GDP累計百分比較高，但生產用水量累計百分比較小，而荊州市、天門市等生產用水的比重較大。

c. 湖北省生活用水的公平性非常均衡，無論從時間維度還是空間維度出發，分析結果都處于“絕對公平”的范圍。

針對以上結論，筆者提出如下建議：

a. 湖北省水資源較為豐富，但省內水資源分布不均，且各市(區、州)用水量與水資源分布不均衡，因此加強省內水資源的配置平衡性，增加水資源豐富地區與稀缺地區的水資源流動性，是解決省內各市(區、州)水資源量與用水量不均衡的必要途徑。

b. 武漢市是湖北省的經濟中心，其產值一直占據全省產值的一大部分，且近年來GDP迅速增加，生產用水量也得到了很好的控制，湖北省應增加對其他地區經濟發展的關注并加強對生產用水量的管控，逐步縮小其他地區與武漢市的差距，在發展經濟的同時減少生產用水的使用量。同時，為提高湖北省的生產用水公平性，應抑制荊州市、鄂州市、天門市等用水低效地區高耗水產業的發展。