新疆水資源開發利用的空間均衡分析

李倩文，左其亭,2,3，李東林，韓春輝

(1.鄭州大學水利科學與工程學院，河南 鄭州 450001； 2.鄭州大學水科學研究中心，河南 鄭州 450001；3.鄭州市水資源與水環境重點實驗室，河南 鄭州 450001)

水資源是支撐人類生存發展的基礎性資源，水資源的開發利用與人類生產生活息息相關[1-2]。隨著人口增長和經濟社會的快速發展，人類活動對水資源的需求增加，水資源開發利用強度提高，同時也帶來一系列問題，如水資源匱乏、水環境污染、水土流失等，這些問題一定程度上制約著經濟社會的發展[3]。新疆位于我國西北內陸干旱區，國土面積廣闊，地形地貌和氣候條件較為特殊，水資源的天然空間分布極不均衡，各地州水資源開發利用情況也各不相同。

目前針對新疆水資源開發利用已有較多研究，如岳春芳等[4]基于新疆水資源開發利用現狀及存在問題，對新疆各類水資源開發利用方式的利弊進行了分析；謝蕾等[5]系統梳理了當前天山北坡水資源利用的主要問題并提出相應對策；克里木等[6]按照水資源流域分區、行政分區分析了水資源稟賦及其開發利用規律。這些研究大多集中于全疆或某一地區，且大多為定性分析。自習近平總書記提出“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的治水思路以來，水資源空間分布相關研究逐漸成為熱點。目前針對新疆地區已有相關研究，如張羽威等[7]采用GIS與空間相關分析方法，研究新疆各地州GDP與水資源利用的空間分布；宋建等[8]采用洛倫茲曲線和基尼系數，研究新疆水資源與耕地、人口等因素的空間匹配性。這些研究雖然對水資源空間分布和經濟社會發展格局進行了量化，但考慮因素較為單一，未能綜合反映水資源開發利用的空間格局。總體來看，目前針對新疆各地州水資源開發利用空間均衡的量化分析較少。

基于此，本文采用水資源分布的空間均衡度計算方法，通過計算2004—2017年新疆各地州水資源開發利用相關指標的空間均衡系數及總體空間均衡度，并與水資源開發利用的基尼系數進行比較，以期剖析新疆水資源開發利用的空間格局，為平衡各地州的水資源合理開發利用、進行水資源空間均衡管控提供參考。

1 研究區概況及數據來源

新疆地處我國西北內陸，是我國陸地面積最大的省級行政區，國土面積廣闊，地理跨度較大。“三山夾兩盆”的特殊地理條件，導致天然水資源空間分布不均衡，整體呈現出北多南少、西多東少，山區較多、平原較少的空間特征[9]。

近年來，新疆經濟社會發展迅速，2017年全疆用水總量達552.3億m3，其中農業用水量514.4億m3，占總用水量的93.14%。從經濟社會發展水平來看，2004—2017年間北疆經濟發展水平較高，如克拉瑪依市人均GDP遠超其他地州，且經濟增長迅速，而南疆如和田地區、喀什地區經濟發展相對落后，始終處于較低水平且增長緩慢，各地州的經濟發展水平差異較大，最大相差135 091元(2017年)。與此同時，由于經濟因素、人口密度、水資源稟賦、節水水平等多因素的共同影響，各地州用水情況差異很大。阿勒泰地區人均用水量較高，和田地區萬元GDP用水量始終高于其他地州，吐魯番市單位面積農田灌溉用水量較高，克拉瑪依市的人均污廢水排放量遠高于其他地州。各地州的用水結構、水資源開發利用方式及程度均有較大差異，呈現出較大的空間不均衡特征。

通過對《新疆統計年鑒》《新疆水資源公報》和各地州統計年鑒以及各地州水資源公報中的相關數據整理分析得到相關指標的原始數據。

2 研究方法

2.1 指標選取

水資源開發利用涉及水資源稟賦、經濟社會發展、生態環境保護等多方面。參照大量相關研究[10-14]，依據科學性、全面性、代表性、可操作性及實用性等原則，選取涵蓋水資源稟賦、經濟社會發展、水資源開發利用、生態環境等方面的12個典型指標，用于空間均衡分析。

水資源稟賦方面，選取人均水資源量和產水系數兩個指標，其中，人均水資源量反映水資源條件；產水系數為水資源總量與年降水量的比值，反映降水轉化為水資源的能力。經濟社會發展方面，選取人均GDP和城鎮化率，分別反映經濟發展水平和城鎮化水平，人均用水量反映總體用水狀況，萬元GDP用水量反映經濟發展的綜合用水水平，萬元工業增加值用水量反映工業用水水平，單位面積農田灌溉用水量反映農業用水水平，水資源開發利用率反映水資源開發利用程度，供水模數為供水總量與區域面積的比值，反映供水保障程度。生態環境保護方面，選取人均污廢水排放量及生態環境用水比例兩個指標分別反映水污染狀況及生態用水保障程度。

2.2 空間均衡度計算方法

水資源空間均衡理論及量化方法由左其亭等[15-16]于2019年提出。水資源空間均衡指水資源空間分布、經濟社會空間布局、生態環境空間功能所呈現的一種平衡狀態。

水資源分布的空間均衡度計算方法[17]分為兩步，首先計算地州i指標j的空間均衡系數Aij：

(1)

然后計算總體空間均衡度。由于各空間點分布不均勻，故將指標j的空間均衡系數按地州i的面積加權，計算指標j的總體空間均衡度Bj：

(2)

式中：Si為地州i的面積；S為新疆總面積。

各指標在水資源開發利用的總體空間均衡度中的貢獻大小可以通過權重來表征，如果認為各指標具有相等重要性時可以采用等權重計算。本文假定各指標權重相等，加權平均得到水資源開發利用12個指標的總體空間均衡度B：

(3)

2.3 基尼系數計算方法

基尼系數是國際上用以衡量一個國家或地區居民收入差距的常用指標。基尼系數在0～1之間，其值越小表明收入分配越趨于平等，其值越大表明收入差距越大。由于計算簡便，評價結果較為直觀且準確，基尼系數在其他領域也有一定應用，如土地利用[18]、能源消耗[19]、用水結構分析[20]、水資源空間匹配狀況[21]等。因此，采用基尼系數的計算方法[22]，首先計算2004—2017年指標j的基尼系數Gj；其次，同理假定各指標權重相等，加權平均得到水資源開發利用的基尼系數G，用于和空間均衡度計算結果對比。

3 結果與分析

3.1 各指標空間均衡分析

3.1.1代表年2017年空間均衡系數

以2017年為例，各地州部分指標的空間均衡系數計算結果如表1所示。對于人均GDP，由于克拉瑪依市的人均GDP遠高于其他地州，其空間均衡系數為0；和田地區的經濟發展水平相對其他地州較為落后，其空間均衡系數也較小，僅為0.19；塔城地區、博爾塔拉蒙古自治州(以下簡稱“博州”)的經濟發展水平接近全疆平均值，其空間均衡系數高達0.86、0.82。對于城鎮化率，克拉瑪依市的城市化水平為99%，遠高于其他地州，其空間均衡系數為0；塔城地區、巴音郭楞蒙古自治州(以下簡稱“巴州”)、伊犁州直屬縣(市)(以下簡稱“伊犁州(直屬)”)的城鎮化水平接近全疆平均值，空間均衡系數較高。對于人均水資源量，阿勒泰地區水資源最為豐富，其空間均衡系數為0；烏魯木齊市、克拉瑪依市、石河子市水資源相較其他地州匱乏，其空間均衡系數也較低，在0.01～0.1之間；和田地區人均水資源量接近全疆平均值，空間均衡系數高達0.94。對于人均用水量，阿勒泰地區人均用水量最高，其空間均衡系數最小，僅為0.02；烏魯木齊市人均用水量最小，其空間均衡系數也僅為0.2；喀什地區人均用水量接近全疆平均值，其空間均衡系數最高，為0.98。其他指標的計算結果類似。總體而言，指標值過高或過低地州的空間均衡系數均較小，而接近全疆平均水平的地州空間均衡系數較大，這與實際情況相符。

表1 2017年各地州部分指標的空間均衡系數

進一步結合各地州實際情況進行分析。位于天山北坡經濟帶的烏魯木齊市、昌吉回族自治州(以下簡稱“昌吉州”)、石河子市、克拉瑪依市是新疆經濟最發達、產業最集中、人口最密集的區域，經濟發展水平及城鎮化水平較高，相應地，供水模數、水資源開發利用率及人均污廢水排放量也較高；而這些地州人均水資源量卻不大，一定程度上屬于資源性缺水；同時這些地州對生態環境保護較為重視，生態環境用水比例較大。位于南部的喀什地區、和田地區、克孜勒蘇柯爾克孜自治州(以下簡稱“克州”)等經濟發展水平及城鎮化水平相對落后，水資源開發利用率普遍較低，相應地，人均污廢水排放量也較小；由于位于塔里木河流域，天然的水資源較為豐富，這些地州生態環境用水比例普遍較低。位于東部的吐魯番市和哈密市是新疆農業的主要集中地，單位面積農田灌溉用水量相對較高；這些地州工業發展水平較為落后，相應地，節水技術水平及工業用水效率較低，萬元工業增加值用水量較高。

3.1.2代表年2017年總體空間均衡度

2017年各指標的總體空間均衡度見表2。其中城鎮化率、單位面積農田灌溉用水量的總體空間均衡度較高，表明各地州的城鎮化水平及農田灌溉用水水平相當，空間差異不大。這與新疆大部分地州發展綠洲農業有關，農業用水量占比較大，2017年全疆農業用水量514.4億m3，占總用水量的93.14%。而水資源開發利用率的總體空間均衡度最低，表明各地州水資源開發利用程度有較大差異。其中，經濟發展水平較高的石河子市、克拉瑪依市水資源開發利用率遠高于其他地州。

表2 2004—2017年各指標總體空間均衡度

3.1.32004—2017年總體空間均衡度

從時間維度來看，2004—2017年各指標總體空間均衡度如表2所示。水資源稟賦方面，人均水資源量的總體空間均衡度較為穩定，產水系數受到各地州水資源量及降水量年際變化的影響，其總體空間均衡度波動上升，表明隨著人類活動的增強，各地州由于天然的降水量引起的水資源量改變的差異有所減小。

經濟社會發展方面，人均GDP的總體空間均衡度增幅較大，表明近年來隨著全疆經濟發展水平的提高，各地州經濟發展水平的差異逐漸減小，經濟發展格局趨于均衡。人均用水量的總體空間均衡度在2011—2012年前后有明顯下降，這與最嚴格水資源管理制度的實施有關；2011年國家明確要求實行最嚴格水資源管理制度，嚴格實行用水總量控制，但具體到各地州實際實施情況存在一定差異，故短時間內該指標總體空間均衡度有一定程度下降。萬元GDP用水量的總體空間均衡度持續增加，且增幅較大，表明各地州經濟發展用水水平趨于一致，這與各地州經濟發展水平的差異減小，以及用水效率及節水水平普遍提升有關。萬元工業增加值用水量的總體空間均衡度增長顯著，反映出隨著工業發展水平提高，工業用水效率普遍提升，各地州工業用水水平差異減小。單位面積農田灌溉用水量的總體空間均衡度維持在較高水平，較為穩定。2012年前后，該指標的總體空間均衡度變化較為明顯。這與吐魯番市單位面積農田灌溉用水量的減少有關；吐魯番主要發展綠洲農業，單位面積農田灌溉用水量明顯高于其他地州，2011年吐魯番市大力發展節水農業，減少灌溉用水，極端值的減小對總體空間均衡度影響較大。水資源開發利用率的總體空間均衡度一直處于較低水平，各地州水資源開發利用程度差異較大，但近年來有明顯改善。

生態環境保護方面，人均廢污水排放量的總體空間均衡度近年來有減小趨勢，這與各地州廢污水排放的控制力度不同有關，如烏魯木齊市、克拉瑪依市等經濟水平較高地州的廢污水排放量持續增長，而博州、巴州的廢污水排放量近年來有所下降，各地州廢污水排放量變化并不同步。生態環境用水比例的總體空間均衡度波動上升，表明各地州對生態環境用水的保障程度逐漸增加，對生態環境保護的重視程度普遍提升。

3.2 水資源開發利用空間均衡分析

綜合各指標的總體空間均衡度，得到水資源開發利用的總體空間均衡度如圖1所示。從圖1可以看出，2004—2017年水資源開發利用的總體空間均衡度呈現緩慢上升趨勢，表明隨著經濟社會發展、水資源開發利用技術水平的提升，以及水資源管理制度的不斷改革和完善，水資源開發利用的空間不均衡現象有所改善。其中，較2011年以前，2011年之后水資源開發利用的總體空間均衡度上升明顯，這與2011年新疆實施的水資源管理體制改革有關。

圖1 2004—2017年水資源開發利用的總體空間均衡度與基尼系數

3.3 兩種計算方法的結果比較

將采用空間均衡度計算方法得到的水資源開發利用的總體空間均衡度與采用基尼系數計算方法得到的水資源開發利用基尼系數進行比較，如圖1所示，空間均衡度越大越好，基尼系數越小越好，整體上二者變化趨勢相反，反映的本質一致。從長期變化趨勢看，2004—2017年，水資源開發利用的基尼系數呈下降趨勢，表明各地州水資源開發利用的不平等現象有所緩解，這與水資源開發利用的總體空間均衡度升高所反映的現象一致。且具體到每一年，大部分年份中二者呈現反向的變化趨勢，揭示出相同的本質；表明從長期變化趨勢看，兩種方法反映的情況基本接近，兩種方法具有較好的一致性；但部分年份，如2005—2006年和2008—2009年，二者變化趨勢一致，所得結論相反。因此，可以推測，以較短時間序列研究區域空間均衡變化趨勢，得出的結論是不充分的，在探究空間均衡的變化時，應以長期的變化趨勢作為分析的基礎。

3.4 啟示與建議

a. 統籌經濟社會發展布局，合理開發利用水資源。新疆各地州水資源稟賦差異較大，經濟社會發展水平與天然水資源條件不匹配。各地州應依據水資源稟賦，合理制定經濟社會發展規劃，科學控制水資源開發利用強度。如位于天山北坡經濟帶的烏魯木齊市、昌吉州、克拉瑪依市，未來應著力于提高水資源利用效率，以緩解資源性缺水問題。

b. 堅持節水優先，持續推進節水型社會建設。新疆農業用水量占比很大，未來應大力推廣滴灌、噴灌等先進節水技術，提升農業水資源利用效率。同時，應加強政府引導，依托媒體進行節水宣傳，提高居民節水意識。

c. 加強水資源統一綜合管理，形成全疆“一盤棋”的水資源開發利用格局。近年來，天山北坡水資源綜合開發工程、伊犁河水資源綜合開發工程、塔里木河流域綜合治理工程等已為平衡各地州水資源合理開發利用起到積極作用，未來應統一規劃全疆水資源管理，逐步實現水資源空間均衡管控。

4 結 論

a. 在水資源開發利用相關的各指標中，城鎮化率、單位面積農田灌溉用水量的空間分布較為均衡，各地州水資源開發利用率的差距最大。

b. 水資源開發利用的總體空間均衡度在2004—2017年緩慢升高，水資源開發利用狀況整體向空間均衡的方向緩慢發展。

c. 2004—2017年間，除個別年份外，整體上空間均衡度計算方法與基尼系數計算方法具有較好的一致性；在研究空間均衡的變化時，短時間內所得結論并不充分，應從長期的變化趨勢進行分析。

d. 未來應統籌經濟社會發展布局，合理開發利用水資源；堅持節水優先，持續推進節水型社會建設；加強水資源統一綜合管理，形成全疆“一盤棋”的水資源開發利用格局，逐步實現水資源空間均衡管控。