國家中心城市水資源及供水結構的地區差異性分析

李運濤，王亞迪，暴占軍

（1.河南省水利勘測設計研究有限公司，河南 鄭州 450016；2.河南西水東引供水有限公司，河南 鄭州 450000；3.河南省豫北水利勘測設計院有限公司，河南 安陽 455000）

1 引 言

國家中心城市是我國政府在城市規劃編制系統中設置的最高等級單位。2010年以來，住房和城鄉建設部、發展和改革委員會先后發文發函明確提出支持北京、天津、上海等9個城市建設國家中心城市。國家中心城市處于國家城市化發展的核心區位，承擔著國家戰略使命重任，不僅代表著國家和民族的城市化建設形象，并且引領著周邊地域的經濟與社會發展［1］。

水資源是基礎性自然資源和戰略性經濟資源，城市生活生產與生態文明建設都離不開水資源的安全保障。隨著國家中心城市建設持續深入開展，城市經濟社會規模不斷擴大，對自然資源的需求越來越大，水資源短缺成為城市發展短板的問題顯得日益突出，高水平的城市供水安全保障成為國家中心城市高標準建設的戰略性內容。目前對于國家與城市水資源保障的研究有很多，比如：夏軍等［2］針對全球變化影響下我國面臨的水安全問題，綜述了變化環境下水安全問題研究最新進展，提出了水安全保障的若干對策與建議；施春紅等［3］構造評價指標體系分析了影響城市供水安全的各個方面。通過查閱文獻發現，專門針對9個國家中心城市水資源保障及地區差異性問題的研究很少。因此，研究分析國家中心城市的水資源利用及供水結構，為城市建設發展提供用水安全保障，具有十分重要的現實意義。

2 研究區概況

目前我國共有9個國家中心城市，其中2010年首批明確的有5個，包括北京、天津、上海、重慶4個直轄市和作為國家對外開放南大門的廣東省會廣州市，這5個國家中心城市分別位于京津冀、長三角、西部、粵港澳等國家戰略引領的重要區域，經濟社會發展水平在國內名列前茅，并在政治、科教、文衛、交通等領域具有戰略地位［4］。2016年以來，成都、武漢、鄭州和西安先后被納入國家中心城市建設序列，這4座城市分別為我國西南、中南、中原、西北地區大省的省會，作為國家的區域中心和交通咽喉要地，具有很強的競爭發展能力和輻射帶動能力。

從城市與流域分布角度來看，北京市與天津市位于海河流域；成都市、重慶市在長江流域的上游地區，成都位于長江支流岷江流域，重慶地處長江干流與支流嘉陵江的交匯處；武漢市位于長江中游地區，坐落在長江的干流與支流漢江的交匯處；上海市置身長江流域下游末端，既通江又達海；廣州市位于珠江流域的下游地區，珠江干流橫穿城區；鄭州市緊靠黃河南岸，大部分屬淮河流域；西安市地處黃河的支流渭河流域。河流孕育了中華文明，國家中心城市與重要江河流域關系極為密切。9個國家中心城市經濟社會發展各具優勢和特色，發展程度具有差異性。2020年上海市的地區生產總值達到38 700.58億元，在9個國家中心城市中最高，是西安市地區生產總值10 020.39億元的近4倍；廣州市2020年人口為1 874萬人，水資源量為73.65億m3；北京市2020年的人口為2 189萬人，但水資源量僅為25.76億m3，處于人多水少的狀況。

國家中心城市供水安全保障是戰略性重大問題，供水水源的選擇尤其重要，其中既包含地表水、地下水等常規水源，又包括雨污水和其他水源。9個國家中心城市的水資源開發利用狀況具有顯著的差異性。上海市地表水資源豐富，2020年上海公共供水幾乎全部取自長江口及黃浦江上游的四大水源地，其中地表水72.47億m3、地下水0.01億m3、其他水0.14億m3。北京市大力發展雨污水處理利用等技術，2020年利用非常規水資源12億m3，占總供水量的29.6%。為了更好地建設國家中心城市，補齊城市建設發展過程中的水資源支撐短板，需要選擇合適的研究方法對9個國家中心城市經濟發展水平及其水資源分布情況開展科學分析。

3 數據來源與研究方法

3.1 數據來源

本研究所用數據包括水資源量、不同類型水源的供水量和經濟社會指標等，主要來源于國家及相關省（區）的水資源公報和統計年鑒。將2014—2018年數據求平均值，以此為基礎進行國家中心城市發展與區域水資源開發利用的地區差異性研究，相關數據見表1。

表1 2014—2018年國家中心城市發展與區域水資源指標數據均值

3.2 研究方法

3.2.1 水資源開發利用率

水資源開發利用程度可以用水資源開發利用率（總供水量與當地水資源總量的比值）表征，該數值越大，則區域供水潛力越小、供水安全保障能力越低。水資源開發利用率計算公式為

式中：Ki為第i個國家中心城市的水資源開發利用率，用百分比表示；Si為第i個國家中心城市的總供水量，億m3；Wi為第i個國家中心城市的當地水資源總量，億m3；n為國家中心城市的數量，n=9。

3.2.2 基尼系數

基尼系數是衡量地區人口收入分布差異的重要經濟指標，在水資源規劃研究中常被用來測算區域水資源量及其開發利用的均衡狀況。本文將基尼系數用來分析國家中心城市人均水資源占有量、人均年供水量、人均GDP以及水資源開發利用率等城市發展與水安全保障指標在多個區域的分布均衡狀況及整體差異程度。以計算人均年供水量的基尼系數為例，首先計算各個國家中心城市的年供水量和人口數量分別占9個城市總量的比例，然后按照9個城市人均年供水量大小進行排序，分別計算出年供水量和人口數量的累加占比。國家中心城市人均年供水量的基尼系數G計算公式［5］為

式中：Mi為第i個國家中心城市年供水量在9個城市總量中的累加占比；Pi為第i個國家中心城市的人口數量在9個城市總量中的累加占比。

基尼系數在0～1之間取值，該值越接近0表示人均年供水量分布越均衡（地區差異性越?。?，越接近1表示人均年供水量分布越不均衡（地區差異性越大）。按照上述計算方法，可以計算人均水資源占有量、人均GDP、水資源開發利用率等城市發展與水安全保障指標的基尼系數。將9個國家中心城市看作一個整體，用基尼系數來衡量這9個城市指標數據分布的不均衡性及整體差異程度［6］。

3.2.3 不平衡指數

不平衡指數可用來表征城市化發展的地域差異，在水資源管理中可用來分析不同區域的水資源開發利用差異狀況。本文通過計算9個國家中心城市地表水、地下水等常規水源與其他水源供水量的不平衡指數，分析9個城市供水水源結構差異程度。城市供水水源結構的不平衡指數有兩種：一種是常規水源與其他水源供水量的不平衡指數，另一種是地表水與地下水供水量的不平衡指數。以常規水源與其他水源供水量的不平衡指數為例，其計算公式為

式中：I為常規水源與其他水源供水量的不平衡指數，I越大，表示常規水源與其他水源類型的供水量在9個城市中的差異性就越大；Yi為第i個國家中心城市的常規水源供水量在9個城市常規水源供水總量中的占比；Xi為第i個國家中心城市的其他水源供水量在9個城市其他水源供水總量中的占比；di為第i個城市常規水源與其他水源供水量占比相對差異程度的量化數值，di＞0表示第i個國家中心城市的常規水源供水量在9個城市中的占比大于其他水源，該值越大說明常規水源與其他水源供水量占比的差異程度就越大，常規水源與其他水源供水結構就越不平衡。

同理，可以測算地表水與地下水等不同水源結構類型的不平衡指數。di可以用來衡量某一國家中心城市供水水源結構的差異程度，而不平衡指數I則是9個國家中心城市供水水源結構整體差異情況的測算指標。通過綜合運用不平衡指數I及di值，可以衡量地區供水水源的差異程度并剖析水資源問題成因，及時為優化調整國家中心城市水源結構提供依據。

3.3 計算結果分析

按照上述計算方法，利用9個國家中心城市2014—2018年的平均值，分別計算各城市人均指標與水資源開發利用率，并綜合計算9個城市總體的平均值（見表2）與基尼系數，然后測算城市供水水源結構中常規水源與其他水源供水量不平衡指數（I1=0.216 8）、地表水源與地下水源供水量不平衡指數（I2=0.163 1），di值見表3。

表2 國家中心城市人均指標與水資源開發利用率

表3 國家中心城市供水水源結構的不平衡指數計算結果

（1）人均水資源占有量反映區域水資源的稟賦水平，是分析國家中心城市水安全保障程度的重要指標。9個國家中心城市人均水資源占有量的差異性較大，基尼系數高達0.53。重慶市降水量大，轄區河流眾多，人均水資源量高達1 893 m3，是9個國家中心城市均值的3倍，是鄭州（77 m3）的24倍，可見地區差異巨大；重慶、廣州、成都、武漢的水資源稟賦較好，能夠為國家中心城市人口規模擴大和經濟發展起到良好的基礎支撐作用［7］；上海的人均水資源量雖然較小（僅為202 m3），但黃浦江及長江等過境水為地區供水安全提供了堅強保障；西安、北京、天津、鄭州的人均水資源占有量相對較小，將會面臨國家中心城市格局變化與水資源短缺的現實問題，必須高度重視。

（2）國家中心城市的人均年供水量及GDP基尼系數分別為0.18和0.15，相對較小，說明9個國家中心城市的人均年供水量和經濟社會發展狀況較為均衡。鄭州、成都、西安、重慶4市的人均GDP低于9市平均水平，因此需要緊抓國家中心城市建設契機，持續增強經濟實力，提高地區生產總值；重慶、西安、鄭州、北京、天津5市的人均供水量低于9市平均水平，因此在國家中心城市建設過程中要注重提升城市供水保障能力。

（3）水資源開發利用率反映國家中心城市水資源開發利用水平和地區用水安全保障能力。9個國家中心城市水資源開發利用率的基尼系數為0.50，說明水資源開發利用水平分布不均。研究發現，當水資源開發利用率大于50%時，可能出現生產、生活、生態用水短缺的緊張狀況，將導致超采地下水、占用生態水、破壞水環境自凈能力等水問題。因此，除重慶外，其他8個國家中心城市應避免出現水資源開發利用率過高而產生的水問題。鄭州市水資源匱乏，水資源開發利用率高達242%，必須依靠從黃河引水和南水北調中線工程供水，才能避免出現水危機。

（4）通過測算不同類型水源供水結構的不平衡指數，可以發現國家中心城市建設過程中的供水水源結構性問題。2014—2018年，天津、鄭州、西安、北京地下水供水量在9個城市地下水供水總量中的占比大于各自地表水供水量在9個城市地表水供水總量中的占比，地下水超采會導致地面沉降、生態惡化等環境問題，必須加大節水力度，加強國家中心城市的引調水工程規劃建設。水資源稟賦較差的城市，常規水源與其他水源供水量不平衡，需要重視雨污水等非常規水源供水能力建設。不平衡指數I1＞I2，說明9個城市常規水源與其他水源供水量的差異程度大于地表水與地下水供水量的差異程度。在建設國家中心城市的過程中，應加大非常規水供水設施的建設力度，優化調整城市供水結構，提高供水安全保障能力。

4 結 語

9個國家中心城市存在不同類型和不同程度的水資源及供水結構的地區差異性問題，人均水資源占有量、水資源開發利用率的差異性較大，而人均供水量及人均GDP指標的差異性相對較小。水資源開發利用率高的城市應積極規劃建設引調水工程，避免出現水資源危機；部分城市供水水源結構需要進行優化調整，并盡早規劃建設再生水利用等其他水源供水設施。在建設國家中心城市的過程中必須注重提升城市的供水保障能力，才能有效應對城市發展建設中可能出現的地下水超采及水資源短缺問題。

目前，各級政府已經開始加大引調水工程的建設來解決水資源及供水結構的地區差異性問題。2014年南水北調中線工程建成以來，已經向鄭州、北京、天津3個國家中心城市持續提供優質地表水資源；西安正在加快推進引漢濟渭工程建設；武漢成為國家水生態文明建設試點城市，正在持續提升水質，發展生態綠城；水資源相對豐富的廣州啟動了珠三角水資源配置工程，將對國家中心城市建設提供有力支撐。水資源可持續利用和區域供水安全保障是城市高標準建設的重要內容，提高國家中心城市的水安全保障能力任重而道遠。