天津市供用水結構變化分析

洪思揚+王紅瑞+程濤+來文立+焦志倩

摘要：供用水結構體現了區域內各產業部門供用水類型之間互相關聯、互相依存的結構關系。研究區域供用水結構的特征及變化，對協調區域經濟和環境的發展具有重要意義。對天津市2001年-2013年供用水結構特征進行分析，運用洛倫茲曲線及基尼系數計算方法分析用水類型空間分布特征。研究表明：天津市供、用水總量呈上升趨勢，年均增長率均為2.31%，供、用水結構變化相對穩定。農業用水和生活用水的空間分布格局較為合理，工業用水差異較大，空間分布極不均衡，應當引起相關部門的重視。

關鍵詞：供用水結構；洛倫茲曲線；基尼系數；天津市

中圖分類號：TV213 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1683（2017）04-0001-06

Abstract：Water supply and consumption structure reflects the interconnected and interdependent structural relationships between the water supply and consumption types of different industrial sectors in a region.Studying the characteristics and changes of regional water supply and consumption structure has important practical significance in realizing coordinate and harmonious development of regional economy and environment.This paper analyzed the water supply and consumption structural change during 2001-2013 in Tianjin，and analyzed the spatial distribution characteristics of water-use types using Lorenz curve and Gini coefficient.The results showed that the total amount of water supply and consumption tended to rise at an average annual growth rate of 2.31%.The change of water supply and consumption structure was relatively stable.The spatial distribution of agricultural water and domestic water was reasonable，but that of industrial water was greatly unbalanced and exceeded the internationally recognized warning level.

Key words：water supply and consumption structure；Lorenz curve；Gini coefficients；Tianjin

水作為基礎性自然資源和戰略性經濟資源，對國民經濟發展具有重要作用[1]。用水結構是以比例形式表達各用水類型之間互相關聯與依存關系的結構體系[2]，其合理性對協調區域經濟和資源環境的發展具有重要意義。

目前，國內外學者針對用水結構作出了大量研究。許士國[3]等對吉林省白城市農業用水趨勢進行深入探討；潘雄鋒[4]等利用灰色系統建模方法對用水結構進行預測分析，以探尋更為合理化的用水結構；Sun Haoyang[5]將信息熵理論運用到海河流域用水結構的分析之中；Chen Jing[6]建立了基于灰色分析和協同理論的區域產業用水結構評價模型；Bao Chao[7]對中國西北干旱內陸河流域的產業結構及用水結構的關系進行深入研究及優化；王紅瑞[8-9]等展開了北京市用水產業結構的研究；孫才志[10]等探討了用水結構對中國水資源利用效應的影響及空間分布類型的驅動效應；張天宇[11]等從不同行業用水結構視角入手，探究了灤河下游灌區水資源安全現狀。

目前針對用水結構的研究多從時間尺度上進行，而少有空間尺度上的研究。鑒于此，本文在詳細介紹天津市供用水特點及變化規律的基礎上，對其用水結構的空間分布特征進行量化分析，以期為優化區域產業用水結構提供科學依據。

1 天津市水資源概況

天津市地處華北平原東北部，東臨渤海，屬海河流域下游，是環渤海地區的經濟中心。地勢西北高、東南低。境內河流眾多，主要河流包括：海河干流、北運河、永定河、大清河、子牙河和南運河等。多年平均降水量在720～560 mm之間，年內降水主要集中在7月-8月，占總降水量的65%左右。天津市人均水資源占有量僅為160 m3，為全國人均占有量的1/16，世界人均占有量的1/50，遠遠低于世界公認的人均占有量1 000 m3 的缺水警戒線，屬嚴重資源型缺水地區。

2 數據來源及研究方法

2.1 數據來源

本文水資源量、供水量及用水量等數據資料主要源自《天津市水資源公報》[12]（2001-2013年）及《天津市綜合水資源規劃報告》（2001-2013年）。

2.2 研究方法

2.2.1 洛倫茲曲線

洛倫茲曲線用以分析和比較一個國家在不同時代或不同國家在同一時代的財富公平程度，其彎曲程度反映收入分配的不平等程度，彎曲程度越大，收入分配越不平等，反之越趨于平等。憑借其計算結果的準確性及計算過程的簡便性，在非經濟領域也有了一定的研究和應用，如在土地利用結構、能源消耗的空間分布、地區間生態足跡比重等方面均有涉及。作為一種實用性強且計算便捷的分析方法，洛倫茲曲線在用水結構分析中的研究涉及較少，非經濟領域的研究成果為其在用水結構中的運用提供了理論基礎與實際借鑒，且用水量單從數量值這一角度出發，在經濟學模型中具備適用性。故本文借鑒前人研究經驗[13]，運用該方法分析區域用水結構空間分布規律，以期為區域用水結構的調整及優化提供依據。

本文從天津市各分區各類型用水數據出發，首先計算各分區各用水類型的區位熵（區位熵由某一分區某種類型用水量與全市該類型用水總量的比值，除以該分區用水總量與全市用水總量的比值求得）；其次對區位熵進行排序，列出分區各類型用水量百分比和總用水百分比，求出累積百分比；最后以各分區總用水累積百分比作為橫坐標，以某一類型用水的累積百分比作為縱坐標，繪出天津市各類型用水的洛倫茲曲線。曲線可以反映某種用水類型在整個研究區域中的空間分布狀況，其彎曲程度代表了該用水類型的空間分布狀態，彎曲程度越大，說明該用水類型在研究區域的空間分布格局的差異性越大，彎曲程度越小，說明空間分布格局的差異性越小，評價結果直觀，易于讀者理解。

2.2.2 基尼系數

經濟學中，基尼系數是用于定量衡量收入分配差異度的指標，數值在0～1之間。基尼系數可以在洛倫茲曲線直觀地表示社會財富分配不均等程度的基礎上，將其不均等程度定量化，彌補了洛倫茲曲線無法定量評價的缺陷。按聯合國相關組織的規定，基尼系數數值與其評價結果存在關系見表1[14]。

將基尼系數應用于用水結構的研究中，可以定量地反映某用水類型在各個研究區域的空間分布差異程度，數值越大，表明某用水類型在空間分布上的差異越大；數值越小，在空間分布上越趨于均衡，且其評價結果可與洛倫茲曲線的結果進行對照。值得注意的是，用水量數據有別于社會財富等其他研究對象，其均衡性的劃分標準與經濟指標存在一定的區別，分類標準并不能完全參照表1中的分類方法，且分類的科學性也值得進一步的考證。因此，本文針對表1的分類標準，僅對各類型用水量的分類做參考性的判斷，而未將其明確劃分屬某一類，主要從基尼系數的數值方面進行考慮與分析。本文采用簡化的基尼系數的計算方法[15]，計算公式如下：

3 供水情況分析

3.1 供水狀況的分區統計

本文按中心城區、濱海新區（塘沽區、漢沽區和大港區）、武清區、寶坻區、薊縣、寧河區和靜海縣七個分區進行統計分析，見圖1。

3.2 供水類型

城市供水就是供水部門按照要求的水質和一定的水壓，向其服務的對象提供足夠的用水，同時保證供水的連續性、可靠性和衛生安全性[16]。天津市供水按其來源可分為地表水供水、地下水供水、海水利用、其他水源供水等。

（1）地表水供水。

天津市地表水供水量由2001年的11.17億m3上升到2013年的17.01億m3，呈逐年遞增趨勢，年均增長率為3.57%。外流域引調水又劃分為跨一級區調水和跨二級區調水，其中，跨一級區調水相對跨二級區少，跨二級區調水量10年間波動在3.37億m3至6.14億m3之間，大體呈逐年遞增趨勢。

（2）地下水供水。

天津市多年平均地下水開采量為6.86億m3，由2001年的7.97億m3逐年遞減至2013的5.69億m3，年均下降率為2.77%。深層地下水開采量逐年遞減，深層承壓水應在南水北調后作為戰略儲備資源，并利用其他水源予以替換[17]。

（3）海水利用。

天津濱海新區海水資源豐富，且海水開發利用優越。目前，天津市正在開展運用多種技術推進海水淡化工程的建設[18]。至2013年，天津市的海水直接利用量已達到15.4億m3。

4 用水情況分析

4.1 用水統計方法

用水系統是工業、農業、生活及生態等多種類型用水相互作用而組成的有機整體，本文從上述四個子系統進行用水量統計分析。

天津市用水總量由2001年的19.14億m3增長至2013年的24.05億m3，年均增長率為1.92%。用水結構在2001年-2013年間變化相對穩定，各用水類型中以農業用水為主，除個別年份外均占用水總量的50%以上，2001年-2007年間用水量緩慢上升，之后幾年內保持平穩。生態用水自2003年起開始緩慢增長，生活用水及生態用水數值變動不大。天津市多年來各類用水變化具有以下特點。

（1）工業用水。

2001年-2013年間，天津市工業用水總量呈緩慢上升趨勢，由2001年的4.49億m3上升到2013年的4.96億m3，年均增長率為0.83%。近年來，天津市各工業部門節水意識有所提高，對水資源的管理日益完善，用水效率及用水循環率有所提高。各分區中，工業用水占總用水量的比重均不大，且用水量均呈平穩或下降趨勢。

（2）農業用水。

天津市農業用水量在總用水量中占有最大份額，由2001年的9.97億m3增長到2013年的11.98億m3，年均增長率為1.54%。寶坻、武清農業用水量大，兩地多年農業總用水量占天津全市農業總用水量的50%以上。近年來天津市加大了農業節水工程建設力度，并且取得了良好的成效，但低效粗放的灌溉和福利水灌溉形式依舊廣泛存在，且農民上交的水資源費較低，這些都造成了農業用水浪費現象嚴重[19]。

（3）生活用水。

市區的生活用水量由2001年的4.68億m3增長到2013年的5.66億m3，年均增長率為1.60%，這與市區經濟的快速發展和人口的不斷增長密不可分，尤其是濱海新區自2005年被列入“十一五”規劃后，著重發展生態宜居新城區，城鎮生活用水量不斷增加，年均增長率達1.75%。相比之下，農村生活用水的年均增長率為-1.77%，2001年至2013年間，農業人口轉移數為10.14萬人，因而農村生活用水量不斷下降，用水強度整體變動不大。

（4）生態用水。

天津市生態用水總量由2003年的0.3億m3增長到2013年的1.46億m3，年均增長率為17.14%。盡管生態用水的增幅在各類用水中最大，但截至2013年，生態用水總量僅相當于全市用水總[HJ1.8mm]量的6.09%，說明天津市對生態環境的重視程度仍有待加強。

4.2 用水類型空間分布特征分析

由于天津市各分區生態用水數據自2004年才開始有較為完整的記錄，故采用2004和2012年天津市各分區各類型用水數據，依據前文所述方法，繪制各類用水類型的洛倫茲曲線，見圖2。

由圖2可以看出，2004年和2012年天津市用水空間分布格局無明顯變化，呈現微弱的用水空間格局趨于均勻化的趨勢。兩個年份的農業用水洛倫茲曲線距離絕對均勻線最近，生活用水的洛倫茲曲線緊隨其后，說明在全市空間范圍內，農業用水和生活用水分布比較均勻。工業用水的洛倫茲曲線相對較遠，生態用水最遠，說明這兩種類型的用水在全市的空間分布格局具有較大的差異性，局部集中性較為明顯。據相關統計數據顯示，2004年濱海新區工業用水量占全市工業用水的比重為29.98%，而濱海新區用水總量僅占全市用水總量的9.97%；中心城區的生態用水量占全市生態用水量的66.67%，而用水總量僅占全市用水總量的33%。2012年濱海新區工業用水量占全市工業用水的比重為38.22%，而用水總量僅占全市用水總量的15.68%；寧河縣的生態用水量占全市生態用水量的29.51%，而用水總量僅占全市用水總量的8.09%。由此可見，由洛倫茲曲線得到的分析結果與實際情況基本相符。

2004年及2012年天津市各類型用水的空間分布格局變化不大，具體如圖3所示，這里不再詳細說明。

由表2可以看出，農業用水和生活用水的基尼系數數值相對較小，說明其空間分布格局較為合理。工業用水差異相對較大，其空間不均衡分布已經超過了經濟學中公認的以0.4為界的“警戒水平”[13，20]，雖然不能在此界定工業用水的空間不均衡性已處于警戒狀態，但基尼系數的數值的確在一定程度上反映出其分布的集中程度，至少其不均衡程度要強于農業用水和生活用水。對生態用水而言，其基尼系數的計算結果較大，但這里需要注意的是，本文用水數據的來源是水資源公報，水資源公報中生態用水特指城市補水，而非傳統意義上的生態用水。因此，生態用水主要體現在城區，且地區間分布不合理的現象也可以解釋，而不能單純從生態用水基尼系數的計算結果較大就得出生態用水地區間“差距懸殊”的結論。若想考證傳統意義上的生態用水的空間分布特征，則需注意數據來源問題。在未來的水資源管理與配置中，應將重點放在工業用水和生態用水部分，均衡地區間的工業用水和生態用水。基尼系數的計算結果與前文洛倫茲曲線分析所得到的結論一致，符合天津市實際情況。

在考慮將基尼系數運用于用水結構的研究中時，通常會考慮到這樣一個問題，即不同分區的用水結構不應完全相同，基尼系數運用的合理性應如何考證？畢竟我們不能要求所有分區的用水結構保持一致，如某些地區以工業生產為主，某些地區糧食生產占主導，某些地區的居民比較集中，這勢必會造成不同的用水結構類型。但本文從基尼系數這一視角出發，目的并不是揭示各地區用水結構不均衡這一事實進而去否定它，而是為發現實際規律，并在不否定其固有合理性的基礎上，發現其中的不規律性。如在研究過程中發現，農業用水和生活用水的空間分布比較均衡這一事實，這說明農業和生活用水占地區總用水量的比重在地區之間比較均衡，甚至也可以從某種程度上側面反映天津市的農業生產和居民分布的現狀。而工業用水的空間分布不夠均衡，比較集中，說明天津市的工業比較集中于某些區域，但文章的意圖并不是否認這種現象的存在，而是想說明既已存在這一事實，在未來的產業發展中，可以考慮產業的集聚與擴散來緩解工業用水對地區總用水的壓力。

5 結論與建議

本文借鑒了洛倫茲曲線和基尼系數在經濟和非經濟領域運用的成功經驗，將其應用于天津市用水結構的研究中，以期發現研究區內部用水的差異性，進而為地區水資源的合理高效利用提供一定的依據。主要結論如下。

（1）天津市供水總量大體呈上升趨勢，年均增長率為2.31%，地下水供水量逐年減少，年均下降率為2.77%，海水直接利用量依托于濱海新區的發展逐年增長，其他水源供水量所占份額很小。

（2）天津市用水結構變化相對穩定，各用水類型中以農業用水為主。借助洛倫茲曲線及基尼系數的計算方法可以看出，天津市工業用水的空間分布極不均衡，已超過了經濟學意義上的“警戒水平”，對經濟社會的持續穩定發展極為不利。相比之下，農業用水的空間分布最為均衡，生活用水次之。

本文對用水結構的相關問題進行了初步的探究，但仍存在一定的局限性，如用水不均衡等級的劃分標準比較模糊，未能向經濟學中的相關研究一樣，對研究對象的分類等級進行量化，希望在今后的研究中能夠對這一問題加以改進和完善。結合文章的研究結果，針對天津市供用水現狀，提出以下幾點建議。

（1）要從根本上優化天津市用水結構，需降低農業和工業用水比重。農業節水方面，可以采用滴灌噴灌方式取代粗放低效的傳統灌溉方式，適當壓縮農業生產。工業節水方面，應進一步提高工業用水復用率，結合自身產業特點適當限制高耗水產業的發展。

（2）針對天津市生態用水及工業用水的空間分布極不均衡的現狀，應進一步優化用水結構。各分區在發展建設過程中應給予生態用水更大程度的重視，進而實現地區間的均衡發展。針對工業用水空間分布不均的現狀，各分區應充分考慮區域水資源實際條件和經濟產業特點，合理發展產業集群，即實現水資源的統一配置和集約利用。

（3）結合天津市經濟社會發展現狀，在“濱海新區、中心城區、各區縣”三個主體間實現水資源的合理統一配置。濱海新區應加快建設引水管線工程，進而加大海水淡化即再生水處理規模。探索發展以生態景觀城市為載體的，以防污控污為重點的水資源管理利用模式。

（4）在京津冀一體化發展的形勢下，實現水資源的開發、利用、管理、節約、配置和保護六大方面的保障，進而實現水資源合理配置、水生態環境保護和水務管理及保障等方面的并軌，克服水利協同發展所面臨的困難，進而從根本上保障京津冀地區水安全[21]。

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