甘肅省水資源分布及配置的空間匹配分析

黃河水利委員會黃河水利科學研究院 王藝璇，劉姝芳

水資源作為基礎的自然資源和戰略性的經濟資源，其分配應盡量體現區域的公平性，尤其是水資源配置與社會經濟要素的空間匹配度越高，越有益于區域的可持續發展。王猛飛等[1]對黃河流域水資源分布、配置與經濟發展要素匹配關系在時間上的演變規律進行研究，結果表明黃河流域水資源分布與經濟發展要素的匹配關系極不匹配，但不匹配程度有所減緩。馬慧敏[2]、孟鈺[3]、章恒全[4]通過洛倫茲曲線和基尼系數法分別對山西省、河南省及湖北省的水資源和社會經濟發展情況進行分析，從時間和空間進行多角度的匹配度研究，為區域水資源配置提出建議。

甘肅省位于我國西北干旱區，水資源時空分布不均且人均占有量少。梁小青等[5]應用基尼系數及不平衡指數對甘肅省2013-2015年水資源及社會經濟要素進行匹配性分析，認為甘肅省水資源分配仍處于不合理狀態，總體不平衡性最大的區域為河西地區。已有甘肅省水資源空間匹配度研究主要基于水資源總量，對甘肅省用水量與社會經濟要素之間、以及各行業用水與對應行業產值之間的匹配度進行系統研究的較少。本文以洛倫茲曲線和基尼系數為基礎構建水資源空間匹配度模型，定量分析2009-2018年甘肅省水資源分布—社會經濟發展要素和水資源配置—社會經濟發展要素匹配度，以期為甘肅省優化水資源配置和提高用水效率提供參考。

一、研究區概況與數據來源

（一）研究區概況

甘肅省位于我國西北干旱區，屬大陸性溫帶季風氣候，全省多年平均氣溫0℃～16℃，多年平均蒸發量1100～3000mm，多年平均降水量36.6～734.9mm，呈西北部向東南部遞增趨勢。省內水資源分屬黃河、長江和內陸河三大流域，多年平均水資源總量270.92億m3。省區總面積45.59萬km2，下轄酒泉市、金昌市、張掖市等14個地市，2018年總人口2637.26萬人，國內生產總值8184.21億元，水資源總量354.89億m3，用水總量112.31億m3。

（二）數據來源

本文以甘肅省14個地級市為子區域，選取人口（H）、國內生產總值（GDP）、耕地面積（S）和水資源量（W）數據進行H—W基尼系數、GDP—W基尼系數和S—W基尼系數的計算。選取人口（H）、國內生產總值（GDP）、耕地面積（S）和用水總量（WT）數據進行H—WT基尼系數、GDP—WT基尼系數和S—WT基尼系數的計算。選取第一產業產值（O1）、第二產業產值（O2）、農業用水量（WA）和工業用水量（WI），進行O1—WA基尼系數和O2—WI基尼系數的計算。

計算中采用的用水總量及各行業用水量數據來源于2009-2018年《甘肅省水資源公報》，人口、國內生產總值等數據來源于2010-2019年《甘肅發展年鑒》及各地市社會經濟統計資料。（見圖1和圖2）

圖1 2009-2018年甘肅省各社會經濟平均值占比情況

圖2 2009-2018年甘肅省水資源量和用水量占比情況

二、研究方法

（一）基本原理

基尼系數是意大利經濟學家基尼在洛倫茲曲線理論基礎上提出的，用于評價區域居民收入與財富分配均衡程度的指標[6]。現已廣泛應用于污染物總量分配、資源配置公平性評價、水資源利用空間匹配度等領域[7-9]。參考洛倫茲曲線和基尼系數的主要內涵及各領域的拓展使用情況，認為對于一定比例的人口數量（國內生產總值、耕地面積），如果實際生產生活中有相同比例的水資源量或用水量與之相匹配，則人口數量（國內生產總值、耕地面積）的水資源匹配度為合理。由此，分別繪制 H—W、GDP—W、S—W、H—WT、GDP—WT、S—WT、O1—WA和O2—WI的洛倫茲曲線，并計算對應的基尼系數，用于評價水資源分布—社會經濟要素和水資源配置—社會經濟要素的空間匹配度。

基尼系數計算方法較多，本文選常用的梯形面積法求取基尼系數[2]，如式（1）:

式中：G為H—W基尼系數；Xi為第i個地級市的W累計比，i≤6；Yi為第i個地級市的H累計比。

（二）匹配度分析

基尼系數取值范圍為[0，1]，越小表示空間匹配度越高，越大表示空間匹配度越低。以下按照國際認定的基尼系數劃分標準進行匹配度分析[8]，見表1。

表1 基尼系數評價標準

三、結果與分析

（一）水資源分布—社會經濟發展要素基尼系數分析

根據2009年-2018年統計數據的平均值計算各類數值的累計比，繪制甘肅省水資源分布—社會經濟發展要素的洛倫茲曲線圖，見圖3-圖5；計算甘肅省的水資源分布—社會經濟發展要素基尼系數，結果見表2。計算結果顯示，H—W基尼系數、GDP—W基尼系數和S—W基尼系數分別為0.6678、0.7586和0.6691，均大于0.5，說明甘肅省人口、國內生產總值和耕地面積與當地水資源分布情況“極不匹配”。這一結果與王康[10]等人以及梁小青[5]等人的研究結果相一致。從H—W基尼系數和GDP—W基尼系數的計算過程來看，省會蘭州市在省內屬于缺水地區，水資源總量僅為全省的0.71%，但人口占比達到了14.00%，位于省內第一位。蘭州市在省內的政治經濟中心地位促進社會經濟高速發展的同時，也會吸引更多人口和知名企業涌入，如不及時優化水資源配置，當地的缺水狀況可能會更加嚴重。

圖3 H—W洛倫茲曲線

圖4 GDP—W洛倫茲曲線

圖5 S—W洛倫茲曲線

表2 水資源分布—社會經濟發展要素基尼系數計算結果

（二）水資源配置—社會經濟發展要素基尼系數分析

根據累計比計算結果繪制甘肅省水資源配置—社會經濟發展要素的洛倫茲曲線圖，見圖6-圖10；分別計算甘肅省的水資源配置—社會經濟發展要素基尼系數，結果見表3。甘肅省H—WT基尼系數、GDP—WT基尼系數和S—WT基尼系數分別為0.5764、0.4724和0.5673，分別表示“極不匹配”“較不匹配”和“極不匹配”。蘭州市人口數量和國內生產總值為各地級市中最高的，占全省比例分別為14.00%和30.16%；用水總量占比11.53%，位于第四位（降序排列）。說明當地人口和工業產業密集，但現狀節水水平相對較高，進一步節水的空間有限。甘肅省的O1—WA基尼系數為0.4931，說明第一產業產值和農業用水量“較不匹配”。第一產業產值占比最高的武威市（11.39%），農業用水量占比為15.53%，小于酒泉市和張掖市；而農業用水量占比最高的酒泉市（26.38%），第一產業產值占比僅9.22%，位于第五位（降序排列）。這一結果顯示武威市的農業節水水平相對較高，酒泉市的農業節水水平相對較低。甘肅省的O2—WI基尼系數為0.1747，說明全省的工業用水量和第二產業產值的匹配度極好，空間分配較為均衡。工業用水量占比最大（38.11%）的蘭州市第二產業產值占比也最高（29.66%）；第二產業產值占比最小（0.87%）的甘南州工業用水量占比也最低（0.39%），甘肅省各地級市的第二產業發展與工業用水水平發展基本協調。

圖6 H—WT洛倫茲曲線

圖7 GDP—WT洛倫茲曲線

圖8 S—WT洛倫茲曲線

圖9 O1—WA洛倫茲曲線

圖10 O2—WI洛倫茲曲線

表3 水資源配置—社會經濟發展要素基尼系數計算結果

四、結語

近年來，甘肅省從多方面不斷加強水資源管理工作，重點突出“補短板，成系統，強監管”，全省的水資源節約集約利用水平有所提高，但區域的水資源分布和配置依然不夠均衡。本文通過繪制洛倫茲曲線以及計算基尼系數值，定量分析了2009-2018年甘肅省的水資源和社會經濟要素在空間分配方面的合理性。結果顯示全省的水資源分布—社會經濟發展要素匹配度較差，部分水資源配置—社會經濟發展要素匹配度較好。分析結果與已有研究成果相吻合，可以為甘肅省優化水資源配置、提高節約集約用水水平提供支持。