粵港澳大灣區水資源空間均衡性分析

黃鋒華，黃本勝，洪昌紅，邱 靜

(1.廣東省水利水電科學研究院，廣東 廣州 510610； 2.河口水利技術國家地方聯合工程實驗室，廣東 廣州 510610；3.廣東省水動力學應用研究重點實驗室，廣東 廣州 510610； 4.廣東省流域水環境治理與水生態修復重點實驗室，廣東 廣州 510610； 5.廣東省水安全科技協同創新中心，廣東 廣州 510610)

水是社會經濟發展的基礎性、先導性、控制性要素，是國家發展戰略的重要支撐。人多地少水缺、水資源時空分布不均、與生產力布局不相匹配是我國的基本水情。我國高度重視水資源問題，明確了“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的治水思路[1]，水資源空間均衡是核心要義之一。我國始終堅持“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產”[2]，把水資源作為最大的剛性約束。水資源分布與生產力布局不匹配，水資源供需矛盾加劇，引起水資源空間不均衡，將嚴重制約地區社會經濟高質量發展。粵港澳大灣區是我國經濟最活躍的區域和重要增長極，在國家發展大局中具有重要戰略地位，是與美國紐約灣區和舊金山灣區、日本東京灣區并肩的世界四大灣區之一。水資源作為支撐粵港澳大灣區建設的基礎性資源，目前對其空間均衡性尚未有系統性研究成果，因此開展粵港澳大灣區水資源空間均衡性研究對于指導地區合理高效配置水資源具有重要意義。關于水資源空間均衡性分析已有專家學者研究，以中文文獻居多，定性研究為主[3]。如鄧偉等[4]于2003年對水空間管理與水資源可持續的關系進行了研究；夏帆等[5]提出基于均衡系數的水資源空間均衡系數計算方法；金菊良等[6-7]提出了基于聯系數和洛倫茲曲線以及基于聯系數和耦合協調度的水資源空間均衡評價方法；金菊良等[8-11]從空間均衡研究進展、理論方法、應用規則、對策措施等方面進行理論研究。近年來，一些學者借助泰爾指數、基尼系數開展區域水資源、水生態空間匹配以及用水合理性研究[12-20]。本文基于2009—2019年粵港澳大灣區各城市社會經濟指標和水資源數據，通過泰爾指數、基尼系數對水資源空間均衡性進行定量研究，分析人口、經濟與水資源空間協調性，并構建水資源負載指數模型分析區域水資源開發利用程度，以期為粵港澳大灣區水安全保障提供參考。

1 研究區概況與數據來源

粵港澳大灣區地處珠江流域下游，珠江三角洲河口平原地區，濱江臨海，河網密布、縱橫交錯。區域內包括廣東省廣州、深圳、珠海、佛山、惠州、東莞、中山、江門、肇慶市和香港、澳門特別行政區，總面積5.6萬km2，2019年末常住人口達到7 264萬人，經濟總量約11.5萬億元，占全國經濟總量的12%。人均GDP約2.5萬美元，達到世界銀行劃分的中高等收入經濟體水平。多年平均年降水量1 400～2 600 mm，其中4—9月的降水量約占全年的80%，降水年內分配不均，且降雨強度大。多年平均本地水資源量583億m3，僅占珠江流域多年平均水資源量的17%。多年平均入境水資源量達到2 880億m3，是本地水資源量的5倍。由于地處河流與海洋的交匯地帶，潮汐漲落為河口地區帶來了豐富的咸淡水資源。香港和澳門地區水資源稟賦條件先天不足，本地淡水資源奇缺，供水主要依賴廣東省。據統計，香港70%～80%水源取自廣東省東江流域，澳門98%的淡水資源依靠廣東省珠海市供應。以珠江為界，珠江東岸(東片區)主要有廣州、深圳、東莞、惠州、香港等5座城市，珠江西岸(西片區)主要有珠海、佛山、中山、江門、肇慶、澳門等6座城市。

廣東省珠江三角洲9市數據主要來源于廣東省水資源公報、廣東省統計年鑒；香港數據來源香港政府統計處、水務署官網；澳門數據來源于澳門水資源狀況報告、澳門統計年鑒、澳門環境狀況公報等。

2 研究方法

2.1 泰爾指數

泰爾指數(Theil index)由荷蘭經濟學家Theil[21]提出，利用信息理論中的熵概念來計算收入不平等性，作為評價區域資源分配均衡性的指標之一，在分析不平等性方面具有廣泛的應用。泰爾指數值越低說明資源分配越均衡，而且具有可分解性，可將全局總體差異分為區域的組內差異和組間差異，可進一步分析導致不公平的原因[22]。采用泰爾指數測算粵港澳大灣區人口、GDP與水資源量的差異，將差異分解為區域內差異與區域間差異，計算公式為

T=Ta+Tb

(1)

其中

式中：T為總體差異；Ta為粵港澳大灣區內2個區域(東片區、西片區)內部差異；Tb為粵港澳大灣區內2個區域之間的差異；ne為東片區的城市數量；nw為西片區的城市數量；Qi為地區i的水資源總量占粵港澳大灣區水資源總量的比例；Qe、Qw分別為東片區和西片區的水資源總量占粵港澳大灣區水資源總量的比例；Xi為地區i的指標X占粵港澳大灣區該指標的比例；Xe、Xw分別為東片區和西片區的指標X占粵港澳大灣區該指標的比例。組內差異和組間差異對總體差異的貢獻率分別為Ta/T和Tb/T。

2.2 基尼系數

基尼系數(或稱洛倫茲系數)是由意大利經濟學家基尼(Gini)于1922年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[23]，該方法原理在文獻[24]中已進行了詳細的說明，在此不再贅述。基尼系數有多種計算方法，本研究基尼系數的求解采用梯形面積法，即把洛倫茲曲線下方的面積近似當作若干梯形進行計算，計算公式為

(2)

式中：Gi為基尼系數；Xi為人口累計百分比；Yi為收入累計百分比；i為分配對象，且當i=1時，(Xi-1,Yi-1)視為(0,0)；n為組數。按照國際慣例，通常把0.4作為收入分配貧富差距的“警戒線”，0

2.3 水資源負載指數

水資源負載指數最早在干旱和半干旱地區利用降水、人口和農業灌溉面積等3項數據與水資源量的關系，反映水資源的利用程度及開發的難易程度。在經濟發展快速地區，如粵港澳大灣區，則采用國內生產總值替代農業灌溉面積，計算水資源負載指數：

(3)

其中

式中：C為水資源負載指數；H為人口數量，萬人；G為國內生產總值，億元；W為本地水資源總量，億m3；K為與降水有關的系數；P為年降水量，mm。C值越大說明開發利用程度越高，開發困難越大、開發潛力越小。為直觀反映水資源時空分布及開發利用的狀況，將水資源負載指數劃分為5個等級[26]，如表1所示。

表1 水資源負載指數分級評價

3 結果與分析

3.1 人口與水資源分布匹配性

選取2009—2019年粵港澳大灣區11個城市人口和水資源量(含過境水)，依據基尼系數和泰爾指數分析人口與水資源分布的匹配性。圖1為2019年粵港澳大灣區人口與水資源量匹配的洛倫茲曲線，表2為2009—2019年粵港澳大灣區及其東片區、西片區基尼系數。結合圖1和表2可以看出，2019年粵港澳大灣區人口與水資源量匹配的基尼系數為0.520，屬于高度不平均等級；2019年，香港、澳門、深圳人均水資源量分別為130 m3、109 m3、213 m3，中山、珠海、肇慶等過境水豐富地區的人均水資源量達到5萬m3，差距達到300倍以上。說明粵港澳大灣區各城市人口與水資源量匹配差距懸殊，表現為香港、澳門、深圳等人口密集城市水資源條件相對貧乏，人口水資源與分布高度不均衡。從粵港澳大灣區區域內部來看，2019年東片區基尼系數為0.520，西片區基尼系數為0.063；得益于西江上游豐富入境水資源，西片區人口與水資源匹配程度較好，而東片區則屬于人口與水資源分布高度不均衡狀態。2009—2019年粵港澳大灣區人口與水資源量匹配的基尼系數均值為0.518，總體平穩，呈現先降后升的趨勢。表3為2009—2019年粵港澳大灣區人口與水資源匹配的泰爾指數，可見其數值在0.289～0.303之間，總體呈現平穩上升趨勢，其中區域間差異對總體差異貢獻率較大，達到了73%以上；而區域內的人口與水資源匹配差距相對來說并不突出。可見，人口與水資源匹配程度呈現變差的態勢，東西兩個片區之間人口與水資源匹配差距較大。

圖1 2019年粵港澳大灣區人口與水資源量的洛倫茲曲線Fig.1 Lorentz curve of population and water resourcesin Guangdong, Hong Kong and Macao Greater Bay Area in 2019

表2 2009—2019年粵港澳大灣區人口與水資源匹配的基尼系數

表3 2009—2019年粵港澳大灣區人口與水資源匹配的泰爾指數

3.2 GDP與水資源分布匹配性

圖2為2019年粵港澳大灣區GDP與水資源量匹配的洛倫茲曲線，表4為2009—2019年粵港澳大灣區及其東片區、西片區基尼系數。結合圖2和表4可以看出，2019年粵港澳大灣區GDP與水資源量匹配的基尼系數為0.651，屬于高度不平均等級，說明粵港澳大灣區各城市GDP與水資源量匹配差距懸殊，且相對人口與水資源匹配程度更為懸殊。從粵港澳大灣區內部來看，2019年東片區基尼系數為0.605、西片區基尼系數為0.022；西片區GDP與水資源匹配較好，而東片區屬于GDP與水資源高度不均衡狀態。2009—2019年粵港澳大灣區GDP與水資源量的基尼系數均值為0.638，總體平穩，呈上升的趨勢。表5為粵港澳大灣區GDP與水資源匹配的泰爾指數。2009—2019年粵港澳大灣區GDP與水資源匹配的泰爾指數在0.484～0.513 之間，呈現先降后升的趨勢。GDP與水資源量匹配的差異主要來源于區域間差異，貢獻率達到了63%以上。可見，GDP與水資源匹配程度呈現變差的趨勢，且東西兩個片區之間差距也逐漸增大。

圖2 2019年粵港澳大灣區GDP與水資源量的洛倫茲曲線

表4 2009—2019年粵港澳大灣區GDP與水資源匹配的基尼系數

表5 2009—2019年粵港澳大灣區GDP與水資源匹配的泰爾指數

3.3 水資源負載指數

表6為2019年粵港澳大灣區各城市的水資源負載指數。由表6可見，粵港澳大灣區總體水資源負載指數為4.0，等級為Ⅲ級，屬于開發利用程度中等。深圳、香港、澳門3個城市水資源負載指數分別達到105.0、218.1和331.5，等級為Ⅰ級，屬于開發利用程度很高，開發潛力很小的地區；惠州、東莞市水資源負載指數等級為Ⅲ級，屬于開發利用程度中等的地區；廣州市水資源負載指數等級為Ⅳ級，屬于開發利用程度較低的地區，開發潛力大的地區；珠海、佛山、中山、江門、肇慶等市具有豐富過境水資源，負載指數小于1.0，屬于開發利用程度低，開發潛力很大的地區。各城市水資源負載指數差距較為懸殊，表現為經濟總量大、人口密集，水資源條件相對不足的地區，水資源開發利用程度高，繼續開發利用潛力小；深圳、香港、澳門3個城市水資源負載指數均超過I級閾值的10倍以上，說明了深圳、香港、澳門對境外水資源依賴程度高，迫切需要通過實施境外引調水工程，支撐當地社會經濟發展。

表6 粵港澳大灣區各城市水資源負載指數

圖3為2009—2019年粵港澳大灣區各城市水資源負載指數。由圖3可知，粵港澳大灣區水資源負載指數呈現逐年增加趨勢，區域水資源開發利用強度和水資源承載壓力不斷提升；深圳、香港、澳門3城市水資源負載指數波動變化，并呈現緩慢上升趨勢；廣州、東莞、惠州3城市則呈現平穩上升趨勢；珠海、佛山、中山、江門、肇慶等市水資源負載指數維持在1.0以下的較低水平。由此可知，粵港澳大灣區現狀水資源負載指數較大的城市，負載指數持續提高，水資源開發利用程度不斷加大，進一步加劇了水資源空間不均衡。根據黃本勝等[27]提出的“臟盆理論”，扣除被污染水資源量，粵港澳大灣區水資源的空間不均衡性將進一步加劇。

(a)香港、澳門、深圳

(b)其他城市

4 結 論

a.2009—2019年，粵港澳大灣區人口與水資源量匹配的基尼系數均值為0.518,總體平穩，呈現先降后升的趨勢。通過泰爾指數得到了相同的結論，泰爾指數總體呈平穩上升趨勢，區域間差異對總體差異貢獻率較大，達到了73%以上，而區域內的人口與水資源匹配差距相對來說并不突出。

b.2009—2019年GDP與水資源量匹配的基尼系數均值為0.638，總體平穩，呈上升的趨勢。通過泰爾指數得到了相同的結論，泰爾指數呈現先降后升的趨勢，區域間差異對總體差異貢獻率較大，達到了63%以上。

c.2019年粵港澳大灣區水資源負載指數等級為Ⅲ級，屬于水資源開發利用程度中等。深圳、香港、澳門3個城市水資源負載指數等級為Ⅰ級，開發利用程度很高，對境外水資源依賴程度高。位于珠江東岸城市以及澳門的水資源負載指數呈現增加的趨勢，進一步加劇了水資源空間不均衡。位于珠江西岸的珠海、佛山、中山、江門、肇慶等市具有豐富過境水資源，負載指數等級為Ⅴ級，開發利用程度低，水資源負載指數變化較穩定。

d.粵港澳大灣區水資源空間分布與生產力布局不協調，各城市水資源負載差距懸殊。城鎮化進展加快，水污染、用水浪費等問題加大水資源承載壓力，進一步加劇了水資源空間失衡。