圖們江流域水資源利用與經濟發展匹配度時空差異

徐可

摘? 要：該研究以圖們江主要流經市為例，收集各市2013年和2017年用水人口、全年供水總量、人均日生活用水量、人均GDP數據，借助ArcGIS軟件的地理分析和空間統計功能分析水資源利用與經濟發展匹配度、匹配度空間自相關性以及匹配度聚類特征。結果表明：（1）延吉市水資源利用與經濟發展匹配度變化較為穩定，有小幅增長，其他幾市除龍井市外匹配度皆有一定增長;（2）2013年各市水資源利用與經濟發展匹配度空間自相關性為中等相關，2017年無空間自相關性;（3）延吉市由得分較高的熱點區域變為得分較低的冷點區域，龍井市與和龍市則由冷點區域變為熱點區域。結合地理學知識對研究結果進行分析，對延邊州相關政策的實施提出建議，為“一帶一路”建設提供理論依據。

關鍵詞：匹配度? 空間自相關性? 空間聚集性

中圖分類號：TV213? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）03（a）-0205-03

1? 研究區概況

研究區域為中國一側圖們江，位于吉林省延邊朝鮮族自治州的東南邊境，是中國與朝鮮的界河。圖們江發源于長白山東南部，干流全長525km，流經和龍、龍井、圖們、琿春4市，注入東側日本海。由于近靠日本海，受海洋和日本海回流天氣系統的影響，圖們江流域氣溫溫和，年溫差較小，多陰寡照，雨量充足[1]。圖們江流域景色優美，人群密集，交通發達，這些條件為城市的發展奠定基礎。

2? 研究方法與數據來源

2.1 匹配度計算

研究某一地區水資源利用與經濟發展的匹配度是近年來的一個熱點問題，例如杜軍凱[2]基于基尼系數法對全國十大水資源一級區水資源與經濟社會要素進行時空匹配分析;左其亭[3]基于數列分別從時間和空間上計算匹配度，從而研究水資源利用與經濟社會發展匹配程度。本研究借鑒基于數列計算匹配度的方法，根據經濟要素占總值比例計算水資源利用與經濟發展的匹配度。

假設研究區域內有n個單元，各個單元變量x和y的屬性值分別為（x1，y1），（x2，y2），…，（xn，yn），各個單元變量x和y的屬性值占總體比例分別以ai，bi表示。若x值越大y值也隨之增大，即二者為正向關系，則計算匹配度的公式為：

2.2 半變異函數分析

在地統計問題中，可以通過半變異函數建模對某一地區自相關性進行檢查和量化，從而實現對該地區空間關聯性的探索。半變異函數的表達式為：

在建立半變異函數之前通常要進行插值才能進行擬合，常用的方法如克里金法、反距離權重法、徑向基函數插值法等，根據數據的分布情況選擇適當的插值方法。

半變異函數有3個重要的特征參數：基臺值（still， C0+C1）、變程（range，A0）和塊金值（nuggest，C0）。塊金值（C0）與基臺值（C0+C1）之比為塊金系數。塊金系數小于0.25，該區域空間自相關性較強;塊金系數在0.25到0.75之間，區域空間自相關性適中;塊金系數大于0.75，空間相關性弱，區域范圍內屬性值變異性較大[4]。該研究借助ArcGIS的地統計功能創建半變異函數，對研究區空間自相關性做出評價。

2.3 熱點區域分析

Getis-Ord Gi*統計值廣泛用于計算某一區域空間聚集性得分，從體現局部空間自相關性。其表達式為：

2.4 數據來源

國內一側圖們江主要流經和龍、龍井、圖們、琿春、延吉5市，由于數據局限性，僅以此5市為例。在吉林省統計年鑒中分別收集該區域2013年及2017年人均日生活用水量（L）、人均GDP（元）和用水人口數據，匯總為表格進行計算。

3? 結果與分析

3.1 匹配度計算結果

根據公式對已有數據進行計算，得到區域水資源利用與經濟發展匹配度結果如表1。

根據計算結果能夠看出，2013年水資源利用與經濟發展匹配度大于0.8的城市為龍井市，匹配度大于0.6且小于0.8的為琿春市、圖們市，匹配度小于0.6的為延吉市、和龍市。2017年水資源利用與經濟發展匹配度大于0.8的城市為琿春市、和龍市、圖們市;匹配度大于0.6且小于0.8的為龍井市;匹配度小于0.6的為延吉市。

研究區域5個城市中，延吉市的匹配度較為穩定，這也證明近年來延吉市用水量與經濟發展之間并無太大變化。匹配度小于0.6，說明延吉市水資源利用與經濟發展不匹配，這一狀況與地理位置和實施政策有關。延吉市位于延邊州中心，人口密集，城市化得到高速推進。盡管延吉市有穿城而過的布爾哈通河以及若干水庫以便供水，但延吉市用水人口持續增長，結合降水等自然因素，不得不考慮實施相關的節水政策，由此導致了延吉市水資源利用與經濟發展不匹配的現狀。

除龍井市外，其他幾市匹配度皆有所增長。其中和龍市由于山水景色較好，大力發展旅游業，近年來經濟快速發展，因此水資源利用與經濟發展匹配度由不匹配大幅增長為高度匹配。圖們市與琿春市與朝鮮較近，旅游業發展較好，匹配度也有所增長。龍井市由于人口遷移及其他經濟因素，匹配度呈下降趨勢。

3.2 半變異函數分析結果

將矢量數據輸入匹配度計算結果，利用ArcGIS的統計功能對其進行分析。實現半變異函數分析需要進行插值處理，由于數據量較小，選擇普通克里金法。半變異函數類型選擇效果較好的J-Bessel模型。分析結果如圖1。

將塊金值和基臺值相除得到塊金系數，2013年和2017年的塊金系數等參數如表2。根據兩個年份的塊金系數能夠看出，2013年水資源利用與經濟發展匹配度空間自相關性適中，2017年水資源利用與經濟發展匹配度無空間相關性。這與圖們江流域水資源分配與經濟發展不平衡的加劇有關。延吉市、琿春市等市經濟發展迅速，用水人口增加，水資源無法長時間大量集中供給，因此將導致水資源利用與經濟發展匹配度降低。

2013年水資源利用與經濟發展匹配度呈中等程度的空間自相關性，通過分析可知其匹配度聚集在延吉市。延吉市為延邊州政治、經濟中心，城市化發展加速，而周邊城市發展速度較慢，由此形成中度聚集的局面。2017年延吉市用水人口增加，圖們江部分主要干流由于人口增加受到一定程度的污染[6]，結合近年來的氣候狀況，水資源供給明顯不足，延吉市水資源利用與經濟發展匹配度降低。另外琿春市、圖們市等城市由于臨近朝鮮、俄羅斯等國家，大力推進旅游業，經濟增長迅速。這些經濟發展狀況導致水資源利用與經濟發展匹配度無空間自相關性。

為保持這種中等程度的空間自相關性，加強圖們江地區互聯[7]，以加快實現“一帶一路”在長吉圖地區的建設，圖們江流域水資源應當考慮向延吉市等核心區域聚集，相關政策的實施將有助于經濟的發展。

3.3 熱點區域分析結果

利用ArcGIS空間統計模塊對矢量數據進行分析，空間關系概念化選擇默認的FIXED_DISTANCE_BAND方法，距離法選擇較常用的EUCLIDEAN_DISTANCE方法，得到各市Getis-Ord Gi*得分值，具體得分如表3。

根據得分情況能夠看出，以0為分界線，2013年的熱點區域為延吉市、琿春市、圖們市，冷點區域為龍井市和和龍市;2017年的熱點區域為琿春市和和龍市，冷點區域為延吉市、龍井市、圖們市。總體上熱點區域與冷點區域城市數目相近，圖們江主要流經市水資源利用與經濟發展匹配度較平衡。熱點區域與冷點區域的分布體現了匹配度的空間聚集性，同時驗證了空間自相關分析結果。

延吉市由得分較高的熱點區域變為得分較低的冷點區域，其主要原因為經濟持續增長，用水人口增加，導致水資源分配不平衡，空間聚集性降低。龍井市與和龍市則由冷點區域變為熱點區域，體現了兩市空間聚集性增加，在經濟上具有良好發展前景。琿春市與圖們市得分小幅降低，與近年來旅游業的發展導致的水資源與經濟變化有所相關。

另外，在計算Getis-Ord Gi*得分值過程中，理想的做法是輸入30個以上數據，這一點將成為進一步優化問題的研究方向。

4? 結論

該研究通過收集圖們江流域城市2013年及2017年人均日生活用水量（L）、人均GDP（元）和用水人口數據并對其進行匯總、計算、分析，得到各市各年份水資源利用與經濟發展匹配度數據，對這些數據進行半變異函數分析、熱點區域分析，得到一系列具有現實意義的結論。

（1）運用基于數列的方法計算各市水資源利用與經濟發展匹配度并進行分析，能夠看出所研究城市中，延吉市匹配度變化較為穩定，有小幅增長，其他幾市除龍井市外匹配度皆有一定增長。匹配度的變化與水資源量與經濟發展速度之間的協調有關，對于匹配度下降的區域，要注意在經濟保持發展的基礎上對水資源的進行合理分配。

（2）運用半變異函數分析2013年匹配度空間自相關性為中等相關，2017年無相關性。延邊州的經濟中心在延吉市，而延吉市近年來由于用水人口增加以及相關的地理因素，水資源短缺，水資源利用與經濟發展匹配度下降。周邊城市則在經濟增長的基礎上保持水資源利用的平穩增長，其匹配度相對穩定，由此導致了匹配度空間自相關性降低。應當考慮實施保證延吉市水資源供給的相關政策。

（3）Getis-Ord Gi*得分值顯示了圖們江流域水資源利用與經濟發展匹配度變化冷點區域和熱點區域分布。延吉市由得分較高的熱點區域變為得分較低的冷點區域，龍井市與和龍市則由冷點區域變為熱點區域。對于熱點區域要增加經濟上的扶持，而對于冷點區域則要在水資源利用上進行政策調整。

作為“一帶一路”倡議的新起點，圖們江流域的規劃具有重要的戰略意義。該研究對于圖們江流域各市水資源利用與經濟發展匹配度進行分析，得到有助于政策實施的建議，同時對圖們江的規劃治理也有所幫助，具有一定的現實意義。該研究的不足之處在于，由于數據量較少，存在著空間分析結果不夠理想的問題。可以考慮將數據細化，或者優化空間分析方法，這將是日后進一步的研究方向。

參考文獻

[1] 戚德康.土地利用/覆蓋變化影響下的圖們江跨國界地區生態系統服務時空格局動態變化研究[D].延邊大學，2018.

[2] 杜軍凱，李曉星，賈仰文，等.基于基尼系數法的全國十大水資源一級區水資源與經濟社會要素時空匹配分析[J].水利科技與經濟，2018，24（6）：1-8.

[3] 左其亭，趙衡，馬軍霞，等.水資源利用與經濟社會發展匹配度計算方法及應用[J].水利水電科技進展，2014，34（6）：1-6.

[4] 張樂勤，朱超洪.基于ArcGIS的安徽省水資源利用與經濟發展匹配度時空差異分析[J].河南大學學報：自然科學版，2017，47（5）：522-531.

[5] FENG Yongjiu，CHEN Xinjun，GAO Feng，et al.Impacts of changing scale on Getis-Ord Gi* hotspots of CPUE：a case study of the neon flying squid （Ommastrephes bartramii）in the northwest Pacific Ocean[J].Acta Oceanologica Sinica，2018，37（5）：67-76.

[6] 余鳳.氣候變化對圖們江干流徑流變化影響研究[D].延邊大學，2018.

[7] 對接“一帶一路”建設自由貿易區和“冰上絲綢之路”[N].圖們江報，2018-09-05.