黃河流域水資源與經濟發展要素時空匹配度分析

王猛飛，高傳昌，張晉華，高志鍇，黃 丹，胡亞州

(華北水利水電大學，鄭州 450011)

水資源具有自然資源和經濟資源的雙重特性，是維持生態健康和影響區域經濟社會發展的決定性因素之一，水資源的合理開發利用對區域發展具有戰略性意義。我國水資源總量十分豐富，占全球可利用水資源總量的6%左右，對于擁有13億人口的中國，人均水資源占有量僅為世界平均水平的1/4，其中黃河流域流域面積占全國土地面積的8%，而河川徑流量僅占全國水資源總量的2%。近年來，隨著經濟社會的發展，城鎮化步伐的加快，黃河流域水資源供需矛盾逐步凸顯出來。作為我國糧棉、能源重化工基地，黃河流域的水資源合理開發利用就顯得尤為重要。

我國學者圍繞水資源的合理開發利用這一問題，從不同側面展開了研究。陳霽巍[1]、趙秉棟[2]等通過論述黃河水資源的特點，對黃河治理和水資源開發利用的相關問題進行了研究，并提出了實現黃河流域水資源可持續利用的若干對策；柴成果，姚黨生[3]等從水環境的角度分析了實現黃河流域水資源可持續利用的有效途徑；張曉濤[4]等利用基尼系數法從產業結構入手分析了黃河流域經濟發展與水資源匹配狀況。宋先松[5]等分析了我國南部地區和北部地區水資源與人口、耕地、GDP分布組合特點，并針對存在的水資源分布不均和水污染問題，提出了相應的解決途徑和措施；高學平[6]等結合生態水利的觀點，為生態城市建設中水資源合理開發利用問題提出了新的思路。左其亭[7]等利用基于數列的時間和空間的匹配度計算方法，對水資源利用與經濟社會發展匹配程度進行了量化計算，但計算指標較為單一，不能全面反映區域經濟社會發展情況。

本文借用經濟學中用來綜合考察居民收入分配公平性的分析指標----基尼系數，在借鑒國內學者利用基尼系數對區域水土資源匹配程度分析的基礎上，對黃河流域水資源與經濟發展要素時空匹配度進行分析，從而得出黃河流域水資源分布和配置的時空差異性。對于進一步研究在考慮環境成本的情況下，以水資源可持續利用為原則，結合產業結構的水資源配置方式以及促進水資源總體和跨區域協調具有重要意義。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究方法

基尼系數是基尼(Corrado Gini)于1912年在相對平均差的基礎上定義的，來衡量收入等要素分布不均衡程度的主要依據指標。本文基于基尼系數，構建黃河流域水資源、人口、GDP、面積等區域經濟發展要素之間的匹配關系，采用梯形面積法進行計算，計算公式如下[8]：設n個人的收入向量X=(x1,x2,…,xn)，洛倫茲曲線下一系列梯形的面積之和為ST。

(1)

式中：Fi、Li分別表示洛侖茲曲線縱橫坐標指標的累計頻率，F0=L0=0。

根據基尼系數的幾何意義可知：

G=2SA=1-2ST

(2)

式中：SA表示洛倫茲曲線與對角線的圍合的面積。

將式(1)帶入式(2)則有基尼系數計算公式:

(3)

以Fi表示第i各地市區的水資源量(或水資源使用量)累計頻率；Li表示各經濟發展要素的累計頻率；i表示黃河流域地級行政區，取值為0，1，2，3,…,68。按照國際收入分配慣例，基尼系數0.4為分配貧富差距的“警戒線”，在此也同樣采用該劃分：G≤0.2，表示黃河流域水資源分布與經濟發展要素的“高度匹配”或“絕對匹配”關系；0.20.5表示“極不匹配”。

1.2 區域劃分與要素選擇

本文選取黃河流域9個省(自治區)為研究對象，分別采用各區域水資源量和水資源使用量來反映各區域水資源分布和配置與經濟發展要素在時間上的匹配特點，以黃河流域68個市級行政單位為研究對象(見表1)，衡量區域水資源與經濟發展要素的空間上的匹配程度。

衡量區域經濟發展的主要指標是生產總值(GDP),生產總值的獲得是區域居民利用一定的資源勞動所得。另外，農業灌溉用水占總用水量的67.96%[9]。因此，選擇區域人口、生產總值(GDP)、農作物播種面積、水資源量4個主要經濟發展要素，來反映區域水資源配置的匹配性。

表1 黃河流域行政區劃Tab.1 Administrative divisions of the Yellow River Basin

1.3 數據來源

本文所采用的研究數據，來自于2009-2013年《中國水資源公報》[10]，《中國統計年鑒》[11]以及各省份統計年鑒和水資源公報，部分缺失資料通過其他指標計算獲得。

2 黃河流域水資源-經濟發展要素基尼系數分析

2.1 水資源-經濟發展要素基尼系數及時間差異性分析

為了反映黃河流域水資源分布的區域差異性、水資源配置與經濟發展要素的協調關系和時空分布特點，以黃河流域9各省(自治區)水資源量為基礎數據(見表2)，通過人口、GDP、農作物播種面積等評價指標，計算出了黃河流域水資源-經濟發展要素基尼系數，見表3。

表2 2009-2013年黃河流域各省市水資源分布和配置情況 億m3Tab.2 The distribution and allocation of water resources in the Yellow River River Basin in 2009-2013

表3 2009-2013年黃河流域水資源-經濟發展要素基尼系數Tab.3 Factors of water resources and economic development in the Yellow River basin in 2009-2013

根據以上劃分方法可知，基尼系數0.4為分配平衡程度的“警戒線”，由表3可知，在黃河流域人口、GDP、農作物播種面積與水資源分布的基尼系數均超過了警戒線，且2009-2013年的數據均大于0.5，表明黃河流域水資源空間分布顯現出“極不匹配” 的特點，同時凸顯出黃河流域水資源短缺的基本情況。

(1)從水資源分布與人口的基尼系數看，基尼系數均在0.5以上，但有減小的趨勢，說明黃河流域人口與水資源分布“極不匹配”，但是有所緩和；水資源配置-人口基尼系數均在0.22上下波動，處于“相對匹配”狀態。相較2004-2009年我國整體水資源配置-人口基尼系數平均值0.457有了極大改善，說明隨著水資源短缺問題的出現，在各區域實施的水資源的合理化利用以及水資源的跨區域流動，取得了良好效果。

(2)從水資源分布與經濟發展水平(GDP)的基尼系數看，該系數在0.614上下波動，處于“極不匹配”狀態，說明水資源分布與黃河流域經濟發展水平極不匹配，黃河流域作為我國重要的能源重化工基地及糧棉基地為我國經濟建設做出極大的貢獻，但近年來水資源的短缺一直制約著黃河流域經濟的快速發展。由數據可知，山東省創造了占黃河流域34.4%的GDP，而水資源占有量僅有5.8%。水資源配置-GDP基尼系數波動不大，處于0.26～0.29之間，且基尼系數逐年縮小，說明水資源配置相對于GDP處于“相對匹配”狀態，經濟的快速發展與市場化為主的水資源配置方式，造成的區域間水資源的差異程度擴大的問題，隨著區域間調水和局部水資源調配得到緩解和改善，目前，黃河流域各省份水資源配置量能夠滿足當地GDP增長的需要。

(3)水資源分布與農作物播種面積的基尼系數均大于0.5，到2013年該指數達到0.606，說明黃河流域水資源自然分布與耕地資源處于“極不匹配”的狀態，且這一現象有擴大的趨勢。有關數據表明，黃河流域17.73%的水資源需要服務其81.13%的耕地面積[4]。黃河流域水資源配置與農作物播種面積基尼系數在0.15上下波動，小于水資源配置與GDP、人口的基尼系數，處于“高度匹配”狀態，且該指數逐年減少，說明近年來作為我國糧棉基地的黃河流域各行政區在注重經濟發展的同時，在水資源調配上對農業生產進行傾斜，以保證其水資源的正常供給。

(4)水資源配置-分布的基尼系數在0.48上下波動，說明黃河流域各區域水資源配置相對于其水資源分布一直處于“極不匹配”狀態，此外，通過2009-2013年人口、GDP以及農作物播種面積與水資源分布和水資源配置的基尼系數可以看出：黃河流域水資源分布已經不是影響水資源配置的最重要的因素，各區域水資源供需存在較大差異，且跨區域水資源配置現象較多。由于水資源技術條件不同，且各區域水資源總量在時間跨度上存在波動，導致黃河流域總體水資源配置狀況也出現波動現象。

2.2 水資源與各要素洛倫茲曲線及空間差異性分析

由于2009-2013年各數據變化幅度較小，根據黃河流域68個市級行政區水資源累計百分比和各經濟發展要素的累計百分比，以2012年為代表年作出了黃河流域水資源分布和水資源配置對各經濟發展要素的洛倫茲曲線并進行對比，如圖1和圖2所示。

圖1 2012年水資源配置對經濟發展要素的洛倫茲曲線Fig.1 Lorenz curve of water resources allocation to economic development elements in 2012

圖2 2012年水資源分布對經濟發展要素的洛倫茲曲線Fig.2 Lorenz curve of water resources distribution to economic development elements in 2012

從圖1可以看出，水資源配置-人口、GDP、農作物播種面積的洛倫茲曲線離對角線均較近，說明黃河流域水資源配置量與經濟發展在空間上處于較為匹配狀況。各個點處斜率逐步變化，說明各區域水資源對于人口、GDP和農作物播種面積的差異性是普遍存在的。究其原因，隨著城市化的進一步擴大，人口不斷向經濟發達的區域集聚，隨著外來人口的不斷增加，部分城市就會出現水資源短缺現象，甚至會打破現在水資源配置量與人口的良好匹配狀況；三大產業在不同區域經濟內所占比重存在一定的差異，正是這種經濟發展的不均衡性導致不同區域用水量的差異，隨著經濟的不斷發展，差異會不斷變化。從數據中可以看出，相對而言陜西、內蒙古以及河南的部分市級行政區的水資源利用效率更高，利用較少的水資源創造了巨大的經濟收入，例如，陜西榆林用1%的水資源創造了黃河流域3%的GDP份額。而甘肅的臨夏州則利用1.4%的水資源配置量僅創造了不到0.2%的GDP份額；此外，因各區域農作物的耕種和灌溉方式的不同，形成不同用水需要。例如內蒙古的烏海市以及青海省的海洛州和海西州等市所占的比例相對較低，而寧夏固原和山西商洛市和延安市等市所占的比例相對較高。

從圖2中可以看出，水資源分布對于人口、GDP以及農作物播種面積的洛倫茲曲線彎曲度均較大，距離對角線較遠，說明黃河流域水資源分布與經濟發展處于不匹配狀態。斜率的大幅度變化，說明了水資源分布的空間上的差異性。對比水資源配置相對經濟發展要素的洛倫茲曲線，可知經過配置后，黃河流域各區域水資源相對于人口、GDP以及農作物播種面積的分布更加趨于合理化，說明了不同區域之間存在著水資源調動。此外水資源分布-水資源配置洛倫茲曲線距離對角線也較遠，且各分布點斜率存在著較大差異和波動性，充分反映出各地區水資源分布與用水量之間的差異以及水資源分布在空間上的差異性。

通過上述分析，了解到黃河流域水資源分布和配置存在較大差異性，因此，采取區域間水資源配置方式，可有效緩解不同地區水資源分布的差異性，促進經濟協調可持續發展。另外，由于城市化步伐的加快、經濟發展的不平衡以及農作物耕作和灌溉方式的差異，導致的水資源與經濟發展匹配度的不穩定發展，還需要對黃河流域各區域對水資源合理利用統籌安排。

3 結論與討論

目前，各區域都正處于經濟迅速發展的時期，促進水資源的合理開發利用，統籌水資源與經濟發展之間的關系，對于各區域經濟可持續發展具有重要意義。本文利用基尼系數分析了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以及在空間上的差異性，為促進水資源的總體和跨區域協調，進而滿足生態環境以及生產生活各個環節的水資源需求，并最終促進經濟與生態協調可持續發展提供準備。

2009-2013年水資源分布-經濟發展要素基尼系數表明：黃河流域水資源分布與人口、GDP以及農作物播種面積的匹配關系均處于“極不匹配”狀態；黃河流域水資源配置與人口和GDP的匹配關系是“相對匹配”，與農作物播種面積的匹配關系處于“高度匹配”狀態。這說明水資源分布會對人口分布、經濟發展以及農作物播種面積產生一定的非決定性影響；經濟發展、人口、水資源分布狀況和農業用水量是影響水資源配置的關鍵因素；基尼系數有緩慢減少的趨勢，說明水資源在各區域間的合理配置起到了良好的效果。從2012年水資源分布-經濟發展要素洛倫茲曲線分析，黃河流域水資源分布在空間上存在較大的差異性，水資源主要分布西北部的青海、甘肅兩省，其中青海省占有水資源量719.45億m3，占黃河流域總水資源量的30%，而寧夏回族自治區水資源占有量僅占黃河流域水資源總量的0.32%；經過水資源配置后，各區域平衡性總體上有了很大的改變。

實現水資源和環境一體化的規劃和管理，保證水資源配置的適應性、穩健性和綜合性是未來水資源開發利用的合理化愿景[12],促進區域經濟社會的持續健康的發展，應在區域生態環境承受能力范圍之內，根據水資源的分布特點，以滿足區域社會生產和人民生活需水為目的，在堅持合理公平的原則下，對水資源進行區域內、區域間進行配置；另外，城市化的今天，自然地面被大量硬化，自然降水無法直接滲入地表進入水文循環，而且間接造成城市內澇等自然災害的發生，海綿城市[13]的建設是未來城市發展的方向，注重雨水的收集和還原自然水文循環。海綿城市不僅可以解決城市排水的問題，還可以緩解城市水資源短缺的現狀。

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[1] 陳霽?。S河治理與水資源開發利用[M]．鄭州：黃河水利出版社，1998.

[2] 趙秉棟，趙慶良，焦士興，等．黃河流域水資源可持續利用研究[J]．水土保持研究，2003，10(4)：102-104.

[3] 柴成果，姚黨生.黃河流域水環境現狀與水資源可持續利用[J].人民黃河，2005, 27(3)：38-39.

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[8] 洪興建.基尼系數理論研究[M].北京：經濟科學出版社，2008.

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