湖北省水資源空間均衡性分析及對策研究

摘 要：水資源是社會發展的重要資源，揭示湖北省水資源空間均衡性特征可為湖北省水資源可持續利用和經濟發展提供依據。選取水資源負載指數、用水效益、農業水土匹配系數3個指標，采取基尼系數對其均衡性進行計算分析，利用水資源空間均衡系數反映3個指標共同作用下湖北省水資源整體的均衡水平，并運用過境水依賴度輔助分析湖北省水資源空間均衡性。①2010—2022年湖北省整體水資源負載指數（4. 35～16. 22）和用水效益（54. 01～152. 41）呈上升趨勢，農業水土匹配系數（1. 73～0. 82）呈下降趨勢，經濟發展、人口變化和耕地面積與水資源越來越不匹配，但水資源利用效率逐漸提高，且經濟發展水平有利于提升水資源利用效率；②2010—2022年湖北省的水資源空間均衡性逐漸失衡，受水資源負載指數、農業水土匹配系數不均衡的影響，及各城市過境水依賴度的巨大差異，水資源稟賦與各城市間的發展匹配狀況逐漸失衡；③武漢、宜昌、襄陽對其所在地區及整個湖北省的水資源空間均衡性影響較大。故湖北省應推廣節水技術，提高用水效率；加強區域聯系，促進資源平衡，積極推進引調水工程并貫徹“一主兩翼”的發展格局；嚴守18億畝紅線同時多方攝取灌溉農業外的食物來源。

關鍵詞：水資源空間均衡系數；基尼系數；農業水土匹配；用水效益；水資源負載指數；湖北省

中圖分類號：TV213. 4 文獻標識碼：A 文章編號：1001-9235（2025）03-0073-09

Spatial Equilibrium Analysis of Water Resources in Hubei Province and Countermeasures

TIAN Pei1， ZHAO Zequn1， MU Yaqing1， FAN Yuyan2， WU Guangdong3， WANG Yongqiang3， YU Yue1

（1. Key Laboratory for Geographical Process Analysis amp; Simulation of Hubei Province/College of Urban and Environmental Sciences， Central China Normal University， Wuhan 430079， China; 2. Institute of Mineral Resources， Chinese Academy of Geology Sciences， Beijing 100037， China; 3. Institute for Integrated Use of Water Resources， Changjiang River Scientific Research Institute， Wuhan"430014， China）

Abstract： Water resources are important resources for social development. Revealing the characteristics of spatial equilibrium of water resources in Hubei Province can provide a basis for the sustainable utilization of water resources and economic development in Hubei Province. Three indexes of water resources including load index， water use efficiency， and agricultural water-soil matching coefficient were selected， and the Gini coefficient was used to calculate and analyze the equilibrium. The spatial equilibrium coefficient of water resources was utilized to reflect the overall equilibrium level of water resources in Hubei Province under the combined action of the three indexes， and the spatial equilibrium of water resources in Hubei Province was analyzed with the aid of transit water dependence. ① From 2010 to 2022， the overall load index （4. 35～16. 22） and water use efficiency （54. 01～152. 41） of water resources in Hubei Province showed an upward trend， while the agricultural water-soil matching coefficient （1. 73～0. 82） showed a downward trend. Economic development， population change， and cultivated land area were increasingly mismatched with water resources， but the"utilization efficiency of water resources was gradually improved， and the level of economic development was conducive to improving the utilization efficiency of water resources. ② From 2010 to 2022， the spatial equilibrium of water resources in Hubei Province was gradually weakened. Affected by the disequilibrium of load index and agricultural water-soil matching coefficient of water resources， as well as the huge difference in the transit water dependence of each city， the matching between water resources endowment and the development of each city was gradually unbalanced. ③ Cities such as Wuhan， Yichang， and Xiangyang have a great influence on the spatial equilibrium of water resources in the region and the whole province. Therefore， Hubei Province should promote water-saving technology， improve water use efficiency， strengthen regional ties， accelerate resource equilibrium， actively introduce water diversion projects， and implement the development pattern of \"one center and two wings\". It is also necessary to strictly adhere to the red line of protecting cultivated areas of 1. 8 billion mu while taking food sources from fields besides irrigation agriculture.

Keywords： spatial equilibrium coefficient of water resources; Gini coefficient; agricultural water-soil matching; water use efficiency; load index of water resources; Hubei Province

水是基本自然資源，是社會發展重要資源［1］，中國人均水資源量有限、時空分布不均，成為經濟發展面臨的嚴重安全問題［2-3］。因此，新時代治水工作中，應遵循“節水優先，空間均衡，系統治理，兩手發力”的科學治水理論和“四水四定”原則，破解治水難題，推進水資源環境和諧發展［4-5］。

面向新時期國家高質量發展需求，實現水資源空間均衡已成為破解資源困境的必然選擇［6］，也成為了水資源開發與可持續利用研究的熱點之一，該研究旨在實現水資源在不同區域之間的合理分布，保證區域均衡發展［7］。酈建強等［8］歸納了國內外有關“空間均衡”的研究與實踐，并提出水資源空間均衡的概念和評價方向；部分學者對水資源空間均衡進行了深入探討，吳驍遠等［9］提出了跨境水資源空間均衡分配的理念，并從多方面闡述了跨境水資源空間均衡分配機理；何凡等［10］、Bian等［11］對中國31個省級行政區的水資源空間均衡狀況進行了實證研究；水資源空間均衡的評價方法也趨于多樣化，衛孟茹等［12］采用了基尼系數法，分析了長江經濟帶的水資源空間均衡，劉志武等［13］依據“一軸三維”的思路，采用累計排序占比算法，對長江流域的水資源空間均衡進行了研究；王澤斌等［14］采用集對分析-可變模糊集耦合模型對江蘇省水資源空間均衡性進行分析；Li等［15］采用SD模型對行業間的水資源空間均衡進行分析；在考察經濟、人口與水資源關系的基礎上，Zheng等［16］將生態環境納入考察，馬睿等［17］將能源-糧食納入水資源空間均衡的指標中，張玉祥等［18］將工農業產值也納入評價中，豐富了水資源空間均衡的評價指標。而當前對于湖北省的研究成果大多局限于水資源和經濟系統的耦合［19-20］，缺乏從農業水資源的視角對湖北省的水資源空間均衡進行分析。

湖北省是長江經濟帶的重要組成部分，2022年水資源量高達1 188. 82億m3，但存在水資源分布不均的問題，水資源空間不均衡問題越發制約區域發展［21］。因此量化分析湖北省水資源空間均衡有利于湖北省經濟社會的高質量發展及水資源的可持續利用。湖北省農業用水常年超過50%，故本文將農業水土匹配系數納入評價指標，結合水資源負載指數、用水效益，采取基尼系數反映3個指標的均衡性，利用水資源空間均衡系數，考察3個指標共同作用下湖北省的水資源空間均衡性，并利用過境水依賴度輔助分析湖北省水資源空間均衡性，為湖北省社會經濟發展和水資源可持續利用提供科學參考。

1 研究區域概況及數據來源

湖北省位于長江中游，下轄17個市（州），是長江經濟帶的重要組成部分；2010—2022年，隨著經濟發展，湖北省全省用水量從292. 37億m3上升到353. 09億m3，農業用水量也由138. 29億m3上升至192. 46億m3；常住人口方面，除武漢市12年間增加了近400萬人，其余地區都呈減少的趨勢；經濟方面，武漢、宜昌、襄陽三地GDP占全省56. 1%，且迅速增長，各地區的經濟水平差異巨大。由于經濟發展、人口流動、水資源稟賦、用水結構變化等多種因素影響，湖北省各市（州）的水資源逐漸呈現出與當地發展不匹配的狀況。

本文根據2010—2022年《湖北省水資源公報》《湖北省統計年鑒》及各市（州）的統計年鑒整理出湖北省各（州）的原始數據［22-23］，并依據《湖北省水安全保障“十四五”規劃的通知》提出的分區重點，及湖北省各市（州）地理位置，將研究區域劃分為江漢平原、鄂西山區、鄂東北山丘區和鄂東南山區4個區域。鄂西山區包含襄陽、宜昌、十堰、恩施、神農架；江漢平原包含荊州、荊門、天門、潛江、仙桃、武漢；鄂東北包含隨州、孝感、黃岡；鄂東南包含鄂州、黃石、咸寧。

2 研究方法

利用水資源負載指數、用水效益、農業水土匹配系數反映湖北省經濟發展、人口數量與水資源之間關系，用水效率狀況及耕地面積與農業水資源之間的關系，利用基尼系數得出3個指標的均衡度，利用水資源空間均衡系數反映3個指標共同作用下湖北省水資源整體的均衡水平，并運用過境水依賴度輔助分析湖北省水資源空間均衡性。

2. 1 水資源負載指數

水資源負載指數可以反映出水資源的開發利用程度和潛力，以及水資源開發利用程度和潛力［21］，從而對水資源的時空分布和均衡性進行分析，見式（1）：式中：C為水資源負載指數；R為人口數量，萬人；Z為國內生產總值，億元；W為水資源總量，億m3；k為與降水量有關的系數，其計算公式為式（2）：ì1.0，P≤ 200 mm

式中：P為全年降水量，mm。

根據原有的研究成果［24］，將水資源負載指數分為5個等級，見表1，其等級越高，說明其水資源壓力越小，開發利用的潛力越大。

2. 2 用水效益

以每立方米水GDP產值來表示用水效益，其值越大，用水效益越高，水資源可持續利用，見式（3）：

式中：E為每立方米水GDP產值，元/m3；Q為區域用水量，億m3。

2. 3 農業水土匹配系數

農業水土資源匹配系數用于衡量農業水資源與耕地的匹配關系［25］，本研究用來反映湖北省農業水資源和耕地間的空間均衡性關系。匹配系數越大，其農業用水滿足程度越高，見式（4）：

式中：R為農業水土資源匹配系數，萬m3 /hm2；α為農業用水比例；L為耕地面積，hm2。

2. 4 基尼系數法

基尼系數最早是由意大利統計和社會學家基尼在1912年以洛倫茲曲線為基礎提出的，是國際通用的衡量地區間收入分配平均程度的指標之一，其數值在0～1，越接近0則表示收入差距越小，分配越公平，國際上通常將0. 4作為警戒線。基于相關研究［26］，本文對研究區域的水資源負載指數、用水效益、農業水土匹配系數的基尼系數進行計算，見式（5）：

式中： Gi為基尼系數； yi為每個計算指標從第1組累計到第i組的總和占全部總量的百分比；n為組數。構建了水資源空間均衡的評價標準［27］，見表2。其中，基尼系數越小，則越匹配，當超過0. 4時則處于不匹配狀態。

2. 5 水資源空間均衡系數

采用水資源空間均衡系數［28］反映湖北省水資源承載力、用水效益和水土匹配系數3個系統之間和諧一致的程度，從而反映湖北省整體的水資源空間均衡水平，見式（6）—（8）：

D=XY（6）

式中：D為水資源空間均衡系數；X為系統多要素的協調度；Y為系統多要素的綜合評價指標；Ij為系統第j個要素指標，本文指標為水資源負載指數、水土資源匹配、用水效益的基尼系數；αj為第j個要素指標的權重，參考已有研究成果［28］，確定水資源負載指數、水土資源匹配系數和用水效益的權重分別為0. 18、0. 69、0. 13；m為系統要素指標的個數。根據計算結果，水資源空間均衡系數的評價標準參考表2。

2. 6 過境水依賴度

采取過境水依賴度表示城市用水對過境水的依賴程度［29］，即該市的用水量和水資源量的比值，該值越大，表示該市用水對過境水的依賴度越大，從而輔助分析湖北省水資源空間均衡性，見式（9）：

F=

式中：F為過境水依賴度。

3 結果與分析

3. 1 水資源負載指數分析

從圖1可知，湖北省2010—2022年水資源負載指數呈波動上升趨勢，圖2可知，湖北省越來越多城市水資源負載指數等級到了1級，水資源壓力越發增大，人口、經濟發展與水資源狀況不相匹配。從空間上看，湖北省的水資源壓力呈現出中間高、東西低、北高南低的分布狀況，其中武漢和襄陽的水資源負載指數長期遠超其他市（州），主要是二者的經濟發展和人口數量處于湖北省領先水平，但水資源量相對較少，在人均水資源量上，武漢2022年僅為25. 13 m3，為全省最少，襄陽為69 m3，僅比武漢高兩名，與GDP、人口同等水平的宜昌比人均水資源量少了近150 m3，人口數量、經濟發展與水資源狀況不匹配現象尤為嚴重，水資源壓力大。

3. 2 用水效益分析

2010—2022年湖北省的用水效益呈快速上升趨勢，水資源的利用效率大幅提升。其中武漢、宜昌、十堰用水效益長期遠高于其他地區，這是由于武漢市經濟發展水平高，節水等手段發達，水資源利用效率高，而宜昌用水效益的高速增長，與三峽水電站于2012年正式投產，充分開發利用水資源而產生的巨大經濟效益有關；十堰作為南水北調中線工程水源地，2014年該工程正式通水后，為保護水源地質量進行了一系列的產業升級和退耕等措施，農業用水比例由2013年的40%降至35%，且中線工程地區積極推行建設節水型工業、農業和節水型社會，促進了十堰水資源利用效率的快速上升。

3. 3 農業水土匹配系數分析

2010—2022年湖北省農業水土匹配系數呈下降趨勢，主要因為2013年國家提出18億畝耕地紅線后，耕地面積的變化幅度不大，但由于產業調整等因素影響，第一產業比重越來越小，農業用水比率逐漸降低，供給農業生產的水資源量下降。圖3可看出，北部的農業水土匹配系數較低，其中孝感、襄陽兩地耕地面積較大，也是湖北省保障糧食安全的重點地區，但農業水資源量卻相對較少，農業水資源量與耕地面積的不匹配導致這兩地的農業水土匹配系數長期低于湖北省其他城市，這兩地是鄂北地區水資源配置工程的主要受水地區，需要靠外部調水來緩解其內部水土不匹配的壓力。

3. 4 水資源空間均衡性分析

圖4可知，在2010—2022年湖北省整體的水資源負載指數基尼系數呈現上升狀態；除2010、2015年，均處于不均衡狀態。湖北省水資源量分布不均，呈西多東少、北多南少的格局，各個城市間經濟發展水平和人口數量差距較大，且這種差距不斷擴大，造成水資源量與經濟發展、人口數量越來越不匹配。其中，武漢和襄陽的水資源負載指數遠高于其他地區；鄂西地區的水資源負載指數基尼系數超過0. 5，其他地區均在警戒值0. 4以下，這說明鄂西地區的經濟發展和人口數量與水資源量處于極度不匹配的狀態，這主要受到宜昌、襄陽2個副中心城市的影響，二者水資源負載指數遠高于該地區的恩施和神農架。在用水效益基尼系數上，湖北省整體也處于上升狀態，但未超過警戒線0. 4，對水資源的利用效率大體處于均衡狀態。隨著社會經濟發展，各城市的用水、節水技術有所提高，但提高的水平有一定差距，這造成了其用水效益的基尼系數不斷擴大的局面。僅江漢平原地區超過了0. 3，接近警戒線0. 4，主要是因為省會武漢的用水效益遠超該地區其他城市，使該地區的用水效益均衡性較其他地區更低。湖北省在農業水土匹配系數方面呈波動上升狀態，匹配等級在相對均衡和不均衡之間變化，其中鄂西地區的基尼系數在警戒線附近波動，農業水土匹配失衡尤為明顯。這是由于襄陽的耕地面積占鄂西的40%，農業用水率達56%，但理論供給農業的水資源僅為該地區的16%，因此造成了農業水資源和耕地面積的不匹配。

2010—2022年湖北省整體的水資源空間均衡系數基本在0. 6以上，呈波動上升趨勢。分區域看，各個地區的水資源空間均衡系數均在0. 4以上，水資源的空間均衡性較差。圖5可知，隨著湖北省經濟社會發展，很多城市的用水量日益增加，本地水資源逐漸難以滿足當地用水，故而開始使用過境水，如武漢、襄陽等城市的過境水依賴度逐年增加。城市間經濟狀況、人口數量、農業用水的比例及對水資源的利用水平存在巨大差異，導致湖北省水資源空間失衡。其中，鄂西地區的失衡情況最為突出，主要因為，該地區的襄陽在經濟發展上領先其他城市，40%的GDP卻只擁有該地10%的水資源，其在過境水依賴度上也遠高于其他城市，農業水資源和耕地面積分布也不匹配，但神農架林區因設有自然保護區和濕地公園，林地占有率超85%，開發水平較低，人口數量少，且經濟發展緩慢的恩施，水資源卻占該地區的40%，這種各城市間的經濟發展、人口數量和耕地面積與水資源的分布的不匹配和差異導致鄂西地區內部水資源空間均衡狀態失衡。

4 討論

湖北省整體的水資源負載指數過高，且水資源負載指數等級中間低的空間格局與Wang等［30］研究的空間格局相似，其水資源分布和人口數量、經濟發展不匹配，且呈現不斷擴大趨勢的狀況，與衛孟茹等［12］在對2010—2019年長江經濟帶水資源空間均衡性分析中對湖北省的均衡分析結論一致，這種經濟發展、分布的不平衡不充分會造成國土資源可持續利用矛盾兩極分化［31］；湖北省的農業水資源和耕地面積的匹配狀況與唱彤等［32］對中國耕地和可用水資源匹配程度的研究結果相似，水資源與耕地面積處于相對匹配和不匹配之間波動的狀態，耕地面積受18億畝紅線政策頒布的影響，變化較小，但產業結構及用水結構的調整，造成了這種差異的出現；而武漢、襄陽、宜昌三城對地區間的水資源空間均衡產生的巨大影響，與黨云剛［33］對陜西省空間均衡分析中有相似之處，即一個省的重要城市會對該省的水資源與經濟發展的不均衡有著巨大影響，這種水資源條件與經濟社會布局不匹配，會制約中國社會經濟發展［34］。

針對湖北省水資源空間均衡極度失衡的現狀可采取如下措施：①湖北省水資源負載指數高，且人口、經濟發展和水資源分布不匹配的狀況，要協調區域間的資源配置與聯動，共促進區域均衡發展［35］。據上文分析可知，武漢、宜昌、襄陽對自己所屬地區乃至湖北省的水資源空間均衡影響巨大，因此要充分發揮這3個城市的帶動作用，貫徹“一主兩翼”的區域發展布局，促進水資源和各個要素的匹配，均衡發展；②用水效益上，各城市間的發展不均衡現象逐漸擴大，因此要推廣先進的水資源利用技術，提升全省用水效率［36-37］，縮小用水效益的差距，促進各城市間用水效益的均衡；③對于湖北省農業水資源和耕地面積不匹配及耕地面積呈減少趨勢的狀況，要嚴守18億畝紅線，保障耕地安全，同時要合理發展土地資源和節水農業，并樹立大食物觀，除灌溉農業外，多方面攝取食物來源，如發揮湖北省江河眾多的優勢，進行水產養殖，推廣稻蝦共養等農業生產方式，減少耕地及農業用水壓力。受到水資源分布不均的影響，農業的供需水也會呈現空間上不均衡的現象［38］，因而要繼續推進如鄂北地區水資源配置工程等一系列引調水工程，緩解襄陽、孝感農業用水不足的局面。

5 結論

a））2010—2022年湖北省整體及各城市的水資源負載指數和用水效益呈上升趨勢，空間上水資源負載指數呈現中間高、東西低、南高北低的格局，農業水土匹配系數卻呈下降趨勢，其中北部匹配程度低。湖北省的經濟發展、人口數量及農業狀況對水資源造成的壓力越來越大，經濟越發達、人口數量越多，耕地面積越大，水資源數量越少的城市，其水資源壓力越大，用水效益也會相應較高。

b））2010—2022年，湖北省水資源負載指數、用水效益、農業水土匹配系數的基尼系數都呈上升趨勢，空間上，鄂西地區水資源負載指數的基尼系數常年超警戒線，農業水土匹配系數的基尼系數在警戒線附近波動，江漢平原地區在用水效益的基尼系數上接近警戒線；隨著湖北省的發展，各城市間在人口數量、經濟發展及用水效益的差異越來越大，而產業調整導致農業用水占比發生變化，耕地面積和水資源分布越發不匹配。

c））2010—2022年，湖北省及各地區水資源空間均衡系數不斷上升，水資源與各城市間的發展匹配狀況逐漸失衡，如武漢等城市的過境水依賴程度提高，水資源負載指數、農業水土匹配系數的不均衡導致了水資源空間的失衡。其中武漢、宜昌、襄陽的用水效益、水資源壓力、農業水土匹配系數對其地區乃至全省的水資源空間均衡都有巨大影響，說明湖北省應發揮這3個城市對周圍的影響力，促進資源的合理配置，構建“一主兩翼”的發展布局。

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