縣域經(jīng)濟社會發(fā)展與水資源時空差異關(guān)系分析

周召紅 吳江

摘要：水資源是人類社會發(fā)展不可或缺的基礎(chǔ)物質(zhì)資料之一，關(guān)系到經(jīng)濟社會發(fā)展的各個領(lǐng)域。為了做好區(qū)域發(fā)展規(guī)劃，實現(xiàn)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，根據(jù)宜昌市2005～2018年經(jīng)濟社會發(fā)展和水資源數(shù)據(jù)，分析了宜昌市縣域經(jīng)濟社會發(fā)展、水資源利用情況以及縣域經(jīng)濟社會發(fā)展水平與水資源時空差異關(guān)系。分析結(jié)果表明：① 近年來水資源總量總體穩(wěn)定，宜昌市各區(qū)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(jié)水潛力;② 用水量隨GDP的增長維持在相對穩(wěn)定的區(qū)間范圍內(nèi)，總體呈平穩(wěn)趨勢，用水水平指標呈現(xiàn)逐年增長的趨勢，且各區(qū)縣用水水平差異明顯。基于分析結(jié)果，提出了以下建議：統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各區(qū)縣社會經(jīng)濟發(fā)展需求與水資源的關(guān)系，合理優(yōu)化配置水資源，促進宜昌市社會經(jīng)濟健康均衡、綠色生態(tài)發(fā)展。

關(guān) 鍵 詞：水文水資源;經(jīng)濟社會發(fā)展水平;水資源開發(fā)利用;時空差異關(guān)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(fā)展不可或缺的基礎(chǔ)物質(zhì)資料之一，是經(jīng)濟社會發(fā)展的戰(zhàn)略資源和經(jīng)濟資源，關(guān)系到經(jīng)濟社會發(fā)展的各個領(lǐng)域，是人類的生存之本。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展水平提高，各行業(yè)對水資源需求量逐漸提高，需要通過水資源優(yōu)化配置手段實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟社會健康均衡發(fā)展[1-3]。目前，各地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平不一，同一城市不同區(qū)域的發(fā)展水平也參差不齊，為了做好區(qū)域發(fā)展規(guī)劃，實現(xiàn)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，需要充分認識區(qū)域水資源稟賦、開發(fā)利用情況與經(jīng)濟社會發(fā)展水平之間的時空差異關(guān)系[4-6]，合理優(yōu)化配置水資源。科學評價水資源利用效率是摸清區(qū)域水資源開發(fā)利用情況與經(jīng)濟社會發(fā)展水平之間相關(guān)關(guān)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(shù)據(jù)包絡(luò)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(qū)域內(nèi)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(jīng)濟體量及其所對應(yīng)的社會經(jīng)濟發(fā)展水平。Gamma函數(shù)最初用于數(shù)字圖像處理，后來也用于水文統(tǒng)計中，如水文頻率的統(tǒng)計分析等[10]。

本文以宜昌市為實例開展了研究，采用Gamma函數(shù)解析不同用水效率及其對應(yīng)的經(jīng)濟規(guī)模，揭示區(qū)域內(nèi)部用水效率的不均衡性，分析宜昌市縣域經(jīng)濟社會發(fā)展水平與水資源的時空差異關(guān)系。研究成果可為宜昌市水資源管理和經(jīng)濟社會發(fā)展措施的制定提供參考。

1 區(qū)域概況

宜昌市位于湖北省西南部，地處長江中上游結(jié)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(jīng)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(nóng)架林區(qū)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(qū)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(nèi)河流有164條，占境內(nèi)集雨面積的91.5%。河流總長5 089 km，河網(wǎng)密度為0.24 km/km2。根據(jù)《宜昌市水資源調(diào)查評價》（2015年修訂版）[11]，宜昌市水資源分區(qū)按水文分區(qū)為：三級分區(qū)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(huán)湖區(qū)），四級分區(qū)6個，單元分區(qū)32個。

2 宜昌市縣域經(jīng)濟社會發(fā)展水平

宜昌全市共轄5個區(qū)（西陵區(qū)、伍家崗區(qū)、點軍區(qū)、夷陵區(qū)、猇亭區(qū)），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(xiàn)生產(chǎn)總值4 460.82億元。分產(chǎn)業(yè)看，第一產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)增加值416.05億元，比上年增長3.3%;第二產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)增加值2 054.15億元，比上年增長9.6%;第三產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)增加值1 990.62億元，比上年增長7.5%。根據(jù)《宜昌市統(tǒng)計年鑒》[12]，2005～2018年，宜昌全市生產(chǎn)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(qū)的五縣三市五區(qū)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(xiàn)狀

根據(jù)《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(nóng)業(yè)用水占43.3%，工業(yè)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(jù)《宜昌市水資源調(diào)查評價》（2015年修訂版），采用1956～2010年系列數(shù)據(jù)，統(tǒng)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(jù)《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(diào)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(wěn)定。

根據(jù)《宜昌市水資源公報》（2005～2018年），統(tǒng)計得到宜昌市下轄區(qū)縣用水數(shù)據(jù)，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(jīng)濟發(fā)展，用水需求增大，通過實施最嚴格水資源管理制度以及節(jié)水的普及，宜昌市用水量在一定范圍內(nèi)變動，總體呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢。

4 縣域經(jīng)濟社會發(fā)展水平與水資源時空差異關(guān)系分析

4.1 研究方法

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

本研究基于2005～2018年宜昌市各區(qū)縣的萬元GDP用水量（Wi）和對應(yīng)的GDP（Pi）數(shù)據(jù)，按Wi的升序編排數(shù)組（W1，P1），（W1，P2），…，（W13，P13）;在每一個年份內(nèi)，以一定的用水效率步長（ΔW）進行分段，對數(shù)組（Wi，Pi）進行分類。按照上述分組方法，將所有區(qū)縣的數(shù)據(jù)組無一遺漏地分配到相應(yīng)的區(qū)間，然后對各區(qū)間的GDP累加起來除以當年的GDP總量P，得到各區(qū)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(shù)去擬合這些數(shù)據(jù)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(qū)間對應(yīng)區(qū)縣的GDP進行統(tǒng)計。對Gamma函數(shù)的參數(shù)進行擬合，Gamma函數(shù)以下的面積積分代表當年的經(jīng)濟總量，Gamma函數(shù)的形狀和峰值對應(yīng)的萬元GDP用水區(qū)間反映水資源利用效率的聚合程度和演變趨勢[9]。

4.2 結(jié)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(qū)縣水資源利用效率總體上隨著時間推移呈現(xiàn)上升趨勢，用水總量隨著GDP的增長維持在一個相對穩(wěn)定的區(qū)間范圍內(nèi)，說明水資源效率提升帶來的節(jié)水效應(yīng)還未超過經(jīng)濟發(fā)展對水資源的增量需求，還存在一定的節(jié)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(qū)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(jīng)濟體量及其所對應(yīng)的社會經(jīng)濟發(fā)展水平，相比傳統(tǒng)的方法，更能反映區(qū)域內(nèi)部用水效率和社會經(jīng)濟發(fā)展水平隨時間發(fā)展的相關(guān)關(guān)系及其演變趨勢。

宜昌市各區(qū)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(qū)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(qū)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(guān)變化趨勢。2005～2010年，各區(qū)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(jīng)濟發(fā)展水資源利用效率逐漸提高，并逐漸趨于穩(wěn)定。

2018年宜昌市縣域社會經(jīng)濟發(fā)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(qū)縣用水量均未超過當?shù)氐乃Y源總量;其中，宜昌城區(qū)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(qū)（包括西陵區(qū)、伍家崗區(qū)、點軍區(qū)、夷陵區(qū)、猇亭區(qū)）、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(qū)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(qū)縣用水水平呈現(xiàn)逐年增長的趨勢，而且各區(qū)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(jù)宜昌市縣域經(jīng)濟社會發(fā)展水平與水資源時空差異分析結(jié)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(fā)達國家的用水水平相比仍然存在一定差距（發(fā)達國家萬元GDP用水量為85～90 m3，萬元工業(yè)增加值用水量為25～50 m3）[16]，宜昌市下轄區(qū)縣用水水平指標呈現(xiàn)逐年增長的趨勢，而且各區(qū)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(xiàn)狀和未來一段時間的用水需求，在節(jié)水動力方面相較于缺水地區(qū)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(qū)縣個別年份不減反增，因此在節(jié)水方面還應(yīng)加大力度，充分挖掘節(jié)水潛力，提升水資源利用效率，制定有利于節(jié)水和水資源高效利用的政策法規(guī)，根據(jù)區(qū)域水資源稟賦、開發(fā)利用情況和社會經(jīng)濟發(fā)展情況進行精準調(diào)控。應(yīng)當把水資源作為剛性約束，堅持問題導向，強化水資源監(jiān)管基礎(chǔ)，嚴格取用水管控，促進水生態(tài)突出問題治理，不斷提升水資源監(jiān)管能力和水平，實現(xiàn)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié) 論

本文對宜昌市縣域經(jīng)濟社會發(fā)展水平和水資源現(xiàn)狀及其利用情況進行了分析，根據(jù)相關(guān)分析結(jié)果，可以得出以下結(jié)論。

（1）近年來，宜昌市水資源總量相對穩(wěn)定，宜昌市各區(qū)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(jié)水潛力;

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

（3）宜昌市下轄區(qū)縣用水水平指標呈現(xiàn)逐年增長的趨勢，而且各區(qū)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(jīng)濟發(fā)展用水需求。但是宜昌市縣域經(jīng)濟社會發(fā)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(tǒng)籌協(xié)調(diào)各區(qū)域的發(fā)展需求與水資源的關(guān)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(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

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（編輯：趙秋云）