縣域經濟社會發展與水資源時空差異關系分析

周召紅 吳江

摘要：水資源是人類社會發展不可或缺的基礎物質資料之一，關系到經濟社會發展的各個領域。為了做好區域發展規劃，實現社會經濟可持續發展，根據宜昌市2005～2018年經濟社會發展和水資源數據，分析了宜昌市縣域經濟社會發展、水資源利用情況以及縣域經濟社會發展水平與水資源時空差異關系。分析結果表明：① 近年來水資源總量總體穩定，宜昌市各區縣水資源利用效率總體上隨時間的推移呈上升趨勢，水資源利用效率整體由低水平向高水平過渡，仍存在一定的節水潛力;② 用水量隨GDP的增長維持在相對穩定的區間范圍內，總體呈平穩趨勢，用水水平指標呈現逐年增長的趨勢，且各區縣用水水平差異明顯。基于分析結果，提出了以下建議：統籌協調各區縣社會經濟發展需求與水資源的關系，合理優化配置水資源，促進宜昌市社會經濟健康均衡、綠色生態發展。

關 鍵 詞：水文水資源;經濟社會發展水平;水資源開發利用;時空差異關系;用水效率水平;宜昌市

中圖法分類號：TV211

文獻標志碼：A

文章編號：1001-4179（2021）09-0101-06

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.09.016

0 引 言

水資源是人類社會發展不可或缺的基礎物質資料之一，是經濟社會發展的戰略資源和經濟資源，關系到經濟社會發展的各個領域，是人類的生存之本。隨著社會經濟發展水平提高，各行業對水資源需求量逐漸提高，需要通過水資源優化配置手段實現區域經濟社會健康均衡發展[1-3]。目前，各地區的經濟發展水平不一，同一城市不同區域的發展水平也參差不齊，為了做好區域發展規劃，實現社會經濟可持續發展，需要充分認識區域水資源稟賦、開發利用情況與經濟社會發展水平之間的時空差異關系[4-6]，合理優化配置水資源。科學評價水資源利用效率是摸清區域水資源開發利用情況與經濟社會發展水平之間相關關系的前提，是水資源高效利用急需解決的問題[7]。學者們針對水資源利用效率開展了大量研究工作，采用數據包絡分析法、SBM模型、層次分析法、模糊綜合評價法、灰色聚類評價法和投影尋蹤法等方法對用水效率進行評價[8-9]。然而，這些方法在反映區域內部用水效率的不均衡性方面有所欠缺，難以準確反映不同用水效率水平所支撐的經濟體量及其所對應的社會經濟發展水平。Gamma函數最初用于數字圖像處理，后來也用于水文統計中，如水文頻率的統計分析等[10]。

本文以宜昌市為實例開展了研究，采用Gamma函數解析不同用水效率及其對應的經濟規模，揭示區域內部用水效率的不均衡性，分析宜昌市縣域經濟社會發展水平與水資源的時空差異關系。研究成果可為宜昌市水資源管理和經濟社會發展措施的制定提供參考。

1 區域概況

宜昌市位于湖北省西南部，地處長江中上游結合部。上控巴蜀，下引荊襄，南通湘粵，北達中原，是中國中部腹地承東接西、南北交流的中樞，素以“三峽門戶”、“川鄂咽喉”著稱。地理位置處在東經110°15′～112°04′、北緯29°56′～31°34′之間，東西最大橫距為174.08 km，南北最大縱距為180.60 km，總面積為21 230 km2。東鄰荊州市和荊門市，南抵湖南省石門縣，西接恩施土家族苗族自治州，北靠神農架林區和襄陽市。

宜昌市水系（見圖1）均屬長江流域，可分為長江上游干流水系、長江中游水系、清江水系、洞庭湖區的四口水系和澧水水系等五大水系。以長江干流為主脈，河流多、密度大、水量豐富。除長江、清江干流外，集雨面積在30 km2以上的境內河流有164條，占境內集雨面積的91.5%。河流總長5 089 km，河網密度為0.24 km/km2。根據《宜昌市水資源調查評價》（2015年修訂版）[11]，宜昌市水資源分區按水文分區為：三級分區5個（宜賓至宜昌長江干流、清江、宜昌至武漢河段左岸、澧水、洞庭湖環湖區），四級分區6個，單元分區32個。

2 宜昌市縣域經濟社會發展水平

宜昌全市共轄5個區（西陵區、伍家崗區、點軍區、夷陵區、猇亭區），代管5個縣（遠安縣、興山縣、秭歸縣、長陽土家族自治縣、五峰土家族自治縣）和3個市（宜都市、當陽市、枝江市）。2019年，宜昌全市實現生產總值4 460.82億元。分產業看，第一產業實現增加值416.05億元，比上年增長3.3%;第二產業實現增加值2 054.15億元，比上年增長9.6%;第三產業實現增加值1 990.62億元，比上年增長7.5%。根據《宜昌市統計年鑒》[12]，2005～2018年，宜昌全市生產總值由605.77億元增加至4 064.18億元，其中2011年增幅最大，為38.35%;2017年增幅最小，為3.98%。全市GDP增長趨勢情況如圖2所示。宜昌地區的五縣三市五區GDP均呈增長趨勢，與全市GDP增長趨勢基本保持一致。

3 宜昌市水資源概況

3.1 宜昌市水資源現狀

根據《宜昌市水資源公報》[13]，2018年宜昌全市平均降水量為1 148.0 mm，全市水資源總量為109.832 3億m3。其中，地表水資源量為108.867 3億m3，地下水資源量為37.951 9億m3，地表與地下水資源重復計算量為36.986 9億m3。全市入境水量為4 812億m3，出境水量為4 913億m3。全市大中型水庫年末蓄水量為39.099 5億m3。全市總供水量為16.391 5億m3，其中地表水源供水占97.3%，地下水源占2.7%;全市總用水量為16.391 5億m3，其中農業用水占43.3%，工業用水占32.9%，生活用水占23.8%。全市人均水資源占有量為2 656 m3，畝均水資源占有量為2 705 m3。

3.2 宜昌市水資源利用情況

根據《宜昌市水資源調查評價》（2015年修訂版），采用1956～2010年系列數據，統計得到宜昌市多年平均降水總量為252.404億m3，水資源總量為134.963億m3，其中地表水資源量為133.502億m3，多年平均地下水資源量為39.890億m3，地表水資源量與地下水資源量的重復計算量為38.430億m3。宜昌市多年人均水資源量為3 386 m3，列全省第4位，畝均水資源量為2 823 m3，列全省第8位，均高于全省和全國平均水平。根據《宜昌市水資源公報》（2005～2018年），得到宜昌市2005～2018年水資源總量情況如表1所列，年平均水資源總量為118.400億m3，略小于《宜昌市水資源調查評價》（2015年修訂版）計算水資源總量，表明近年來宜昌市水資源總量總體穩定。

根據《宜昌市水資源公報》（2005～2018年），統計得到宜昌市下轄區縣用水數據，宜昌市用水變化趨勢如圖3所示，其中，2012年用水量最多，為16.702 3億m3;2009年用水量最少，為13.276 6億m3。隨著宜昌市社會經濟發展，用水需求增大，通過實施最嚴格水資源管理制度以及節水的普及，宜昌市用水量在一定范圍內變動，總體呈現平穩趨勢。

4 縣域經濟社會發展水平與水資源時空差異關系分析

4.1 研究方法

本文采用伽瑪函數（Gamma函數）[14]，分析宜昌市縣域水資源利用效率，并結合各區縣水資源稟賦，研究宜昌市縣域經濟社會發展水平與水資源時空差異關系[15]。Gamma函數作為階乘的延拓，是定義在復數范圍內的亞純函數，通常寫成Γ（x），實數域上的Gamma函數可以表示為

本研究基于2005～2018年宜昌市各區縣的萬元GDP用水量（Wi）和對應的GDP（Pi）數據，按Wi的升序編排數組（W1，P1），（W1，P2），…，（W13，P13）;在每一個年份內，以一定的用水效率步長（ΔW）進行分段，對數組（Wi，Pi）進行分類。按照上述分組方法，將所有區縣的數據組無一遺漏地分配到相應的區間，然后對各區間的GDP累加起來除以當年的GDP總量P，得到各區間的GDP占總GDP的比例p1，p2，…，pn。將p1，p2，…，pn以柱狀圖的形式繪制在坐標軸上，并用Gamma函數去擬合這些數據點，得到的曲線稱之為水資源利用效率頻譜曲線。

取ΔW=20 m3/萬元進行分段，將各區間對應區縣的GDP進行統計。對Gamma函數的參數進行擬合，Gamma函數以下的面積積分代表當年的經濟總量，Gamma函數的形狀和峰值對應的萬元GDP用水區間反映水資源利用效率的聚合程度和演變趨勢[9]。

4.2 結果分析

基于上述方法，繪制出了宜昌市2005～2018年水資源利用效率頻譜曲線，將各個年份的效率頻譜曲線進行離散取點，繪制得到了三維曲面，如圖4所示。由圖4可知：宜昌市各區縣水資源利用效率總體上隨著時間推移呈現上升趨勢，用水總量隨著GDP的增長維持在一個相對穩定的區間范圍內，說明水資源效率提升帶來的節水效應還未超過經濟發展對水資源的增量需求，還存在一定的節水潛力。隨著時間的推移，水資源效率頻譜曲線由扁長逐漸變得尖窄，說明宜昌市的水資源利用效率整體在由低水平向高水平過渡。通過水資源利用效率頻譜曲線，能夠反映宜昌市各區縣用水效率的不均衡性，通過對比不同年份水資源利用效率頻譜曲線的形狀和變化趨勢，能夠反映不同用水效率水平所支撐的經濟體量及其所對應的社會經濟發展水平，相比傳統的方法，更能反映區域內部用水效率和社會經濟發展水平隨時間發展的相關關系及其演變趨勢。

宜昌市各區縣2005～2018年萬元GDP用水量變化情況如圖5所示。由圖5可知：各區縣的水資源利用效率隨著時間的推移總體上呈增高的趨勢。各區縣GDP近年來增加明顯，萬元GDP用水量減少顯著，二者之間呈負相關變化趨勢。2005～2010年，各區縣萬元GDP用水量下降比較迅速，2011年以后，萬元GDP用水量下降趨勢減緩，說明隨著社會經濟發展水資源利用效率逐漸提高，并逐漸趨于穩定。

2018年宜昌市縣域社會經濟發展水平、人口、水資源需求情況如表2所列。由表2可知：宜昌市各區縣用水量均未超過當地的水資源總量;其中，宜昌城區和枝江市用水量較大，為4.03億m3和4.02億m3;五峰縣用水量最小，為0.41億m3。在水量使用率（用水量/水資源總量）方面，當陽市和枝江市水量使用率較高，分別為49.83%和44.79%;秭歸縣、長陽縣和五峰縣的水量使用率較低，分別為5.68%，2.66%和2.1%。在人均GDP（GDP/人口）方面，宜昌城區（包括西陵區、伍家崗區、點軍區、夷陵區、猇亭區）、宜都市較高，分別為15.09萬元和15.63萬元;秭歸縣、長陽縣和五峰縣較低，分別為3.67萬元、3.75萬元和3.59萬元。

定義用水水平指標為：用水水平=人均GDP（歸一化值）/用水量（歸一化值）。選取宜昌市2018年人均GDP和用水量為1，宜昌市下轄區縣的人均GDP（歸一化值）和用水量（歸一化值）按照2018年宜昌市人均GDP和用水量進行歸一化處理，計算得到2005～2018年宜昌縣域用水水平指標，如圖6所示。由圖6可知：宜昌市下轄區縣用水水平呈現逐年增長的趨勢，而且各區縣用水水平差異明顯，其中遠安縣、興山縣和五峰縣的用水水平指標較大，枝江市的用水水平指標最小。

4.3 問題及建議

根據宜昌市縣域經濟社會發展水平與水資源時空差異分析結果可知：近年來，宜昌市水資源利用效率有了大幅提升，但是與發達國家的用水水平相比仍然存在一定差距（發達國家萬元GDP用水量為85～90 m3，萬元工業增加值用水量為25～50 m3）[16]，宜昌市下轄區縣用水水平指標呈現逐年增長的趨勢，而且各區縣的用水水平差異明顯。宜昌市本地水資源量和過境水資源量豐富，能夠滿足現狀和未來一段時間的用水需求，在節水動力方面相較于缺水地區稍顯不足;近年來，宜昌市萬元GDP用水量下降趨勢減緩，部分區縣個別年份不減反增，因此在節水方面還應加大力度，充分挖掘節水潛力，提升水資源利用效率，制定有利于節水和水資源高效利用的政策法規，根據區域水資源稟賦、開發利用情況和社會經濟發展情況進行精準調控。應當把水資源作為剛性約束，堅持問題導向，強化水資源監管基礎，嚴格取用水管控，促進水生態突出問題治理，不斷提升水資源監管能力和水平，實現社會經濟可持續發展。

5 結 論

本文對宜昌市縣域經濟社會發展水平和水資源現狀及其利用情況進行了分析，根據相關分析結果，可以得出以下結論。

（1）近年來，宜昌市水資源總量相對穩定，宜昌市各區縣水資源利用效率總體上隨時間的推移呈上升的趨勢，水資源利用效率整體由低水平向高水平過渡，仍存在一定的節水潛力;

（2）通過實施最嚴格水資源管理制度以及節水的全面普及，宜昌市用水量在一定范圍內波動，總體呈現平穩的趨勢;

（3）宜昌市下轄區縣用水水平指標呈現逐年增長的趨勢，而且各區縣的用水水平差異明顯。

總體來看，宜昌市本地水資源量豐富，加上充沛的客水水資源量，能夠滿足宜昌市社會經濟發展用水需求。但是宜昌市縣域經濟社會發展水平與水資源稟賦和利用水平在時間和空間尺度上存在著差異性，需要統籌協調各區域的發展需求與水資源的關系，合理配置水資源，以水資源作為剛性約束，來促進宜昌市社會經濟的可持續發展。

參考文獻：

[1] 朱俊海，林濤，錢會.陜西省水資源時空均衡研究[J].華北水利水電大學學報（自然科學版），2018，39（1）：63-67.

[2] 王煜，彭少明，武見，等.黃河流域水資源均衡調控理論與模型研究[J].水利學報，2020，51（1）：44-55.

[3] 盧文峰，胡蝶.水資源配置研究概述[J].人民長江，2014，45（增2）：1-5.

[4] 黃曉榮，張新海，裴源生，等.基于宏觀經濟結構合理化的寧夏水資源合理配置[J].水利學報，2006，37（3）：371-375.

[5] 胡珊.基于均衡發展的城市群水資源優化配置研究[D].鄭州：鄭州大學，2012.

[6] 王麗君.關于國家水資源與經濟社會系統協同配置問題的探討[J].經濟學，2018，1（2）：17-18.

[7] 羅芳，田苗，孫彩虹，等.長江經濟帶農業水資源利用效率時空差異分析[J].人民長江，2020，51（2）：1-7，48.

[8] 張鳳太，蘇維詞.水資源與經濟社會系統耦合協調時空分異研究：以貴州省為例[J].人民長江，2016，47（10）：25-30.

[9] 楊超，吳立軍.中國城市水資源利用效率差異性分析：基于286個地級及以上城市面板數據的實證[J].人民長江，2020，51（8）：104-110.

[10] 李航.四參數指數gamma分布在水文中的應用研究[D].楊凌：西北農林科技大學，2019.

[11] 宜昌市水文水資源勘測局.宜昌市水資源調查評價[R].宜昌：宜昌市水文水資源勘測局，2015.

[12] 宜昌市統計局.宜昌市統計年鑒2006-2019[R].宜昌：宜昌市統計局，2020.

[13] 宜昌市水利局.宜昌市水資源公報2005-2018[R].宜昌：宜昌市水利局，2019.

[14] 劉家宏，邵薇薇，王浩，等.水資源利用效率頻譜分析方法及應用[J].水利水運工程學報，2019（6）：132-138.

[15] 朱燕飛，陳智和，金遠征.金華市水資源利用效率評價研究[J].人民長江，2016，47（21）：43-47.

[16] 范曉香，高仕春，王華陽，等.漢江流域用水總量控制指標實施方法研究[J].人民長江，2015，46（13）：8-12.

（編輯：趙秋云）