黄河流域水资源与经济发展要素时空匹配度分析

王猛飞，高传昌，张晋华，高志锴，黄 丹，胡亚州

(华北水利水电大学，郑州 450011)

水资源具有自然资源和经济资源的双重特性，是维持生态健康和影响区域经济社会发展的决定性因素之一，水资源的合理开发利用对区域发展具有战略性意义。我国水资源总量十分丰富，占全球可利用水资源总量的6%左右，对于拥有13亿人口的中国，人均水资源占有量仅为世界平均水平的1/4，其中黄河流域流域面积占全国土地面积的8%，而河川径流量仅占全国水资源总量的2%。近年来，随着经济社会的发展，城镇化步伐的加快，黄河流域水资源供需矛盾逐步凸显出来。作为我国粮棉、能源重化工基地，黄河流域的水资源合理开发利用就显得尤为重要。

我国学者围绕水资源的合理开发利用这一问题，从不同侧面展开了研究。陈霁巍[1]、赵秉栋[2]等通过论述黄河水资源的特点，对黄河治理和水资源开发利用的相关问题进行了研究，并提出了实现黄河流域水资源可持续利用的若干对策；柴成果，姚党生[3]等从水环境的角度分析了实现黄河流域水资源可持续利用的有效途径；张晓涛[4]等利用基尼系数法从产业结构入手分析了黄河流域经济发展与水资源匹配状况。宋先松[5]等分析了我国南部地区和北部地区水资源与人口、耕地、GDP分布组合特点，并针对存在的水资源分布不均和水污染问题，提出了相应的解决途径和措施；高学平[6]等结合生态水利的观点，为生态城市建设中水资源合理开发利用问题提出了新的思路。左其亭[7]等利用基于数列的时间和空间的匹配度计算方法，对水资源利用与经济社会发展匹配程度进行了量化计算，但计算指标较为单一，不能全面反映区域经济社会发展情况。

本文借用经济学中用来综合考察居民收入分配公平性的分析指标----基尼系数，在借鉴国内学者利用基尼系数对区域水土资源匹配程度分析的基础上，对黄河流域水资源与经济发展要素时空匹配度进行分析，从而得出黄河流域水资源分布和配置的时空差异性。对于进一步研究在考虑环境成本的情况下，以水资源可持续利用为原则，结合产业结构的水资源配置方式以及促进水资源总体和跨区域协调具有重要意义。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

基尼系数是基尼(Corrado Gini)于1912年在相对平均差的基础上定义的，来衡量收入等要素分布不均衡程度的主要依据指标。本文基于基尼系数，构建黄河流域水资源、人口、GDP、面积等区域经济发展要素之间的匹配关系，采用梯形面积法进行计算，计算公式如下[8]：设n个人的收入向量X=(x1,x2,…,xn)，洛伦兹曲线下一系列梯形的面积之和为ST。

(1)

式中：Fi、Li分别表示洛仑兹曲线纵横坐标指标的累计频率，F0=L0=0。

根据基尼系数的几何意义可知：

G=2SA=1-2ST

(2)

式中：SA表示洛伦兹曲线与对角线的围合的面积。

将式(1)带入式(2)则有基尼系数计算公式:

(3)

以Fi表示第i各地市区的水资源量(或水资源使用量)累计频率；Li表示各经济发展要素的累计频率；i表示黄河流域地级行政区，取值为0，1，2，3,…,68。按照国际收入分配惯例，基尼系数0.4为分配贫富差距的“警戒线”，在此也同样采用该划分：G≤0.2，表示黄河流域水资源分布与经济发展要素的“高度匹配”或“绝对匹配”关系；0.20.5表示“极不匹配”。

1.2 区域划分与要素选择

本文选取黄河流域9个省(自治区)为研究对象，分别采用各区域水资源量和水资源使用量来反映各区域水资源分布和配置与经济发展要素在时间上的匹配特点，以黄河流域68个市级行政单位为研究对象(见表1)，衡量区域水资源与经济发展要素的空间上的匹配程度。

衡量区域经济发展的主要指标是生产总值(GDP),生产总值的获得是区域居民利用一定的资源劳动所得。另外，农业灌溉用水占总用水量的67.96%[9]。因此，选择区域人口、生产总值(GDP)、农作物播种面积、水资源量4个主要经济发展要素，来反映区域水资源配置的匹配性。

表1 黄河流域行政区划Tab.1 Administrative divisions of the Yellow River Basin

1.3 数据来源

本文所采用的研究数据，来自于2009-2013年《中国水资源公报》[10]，《中国统计年鉴》[11]以及各省份统计年鉴和水资源公报，部分缺失资料通过其他指标计算获得。

2 黄河流域水资源-经济发展要素基尼系数分析

2.1 水资源-经济发展要素基尼系数及时间差异性分析

为了反映黄河流域水资源分布的区域差异性、水资源配置与经济发展要素的协调关系和时空分布特点，以黄河流域9各省(自治区)水资源量为基础数据(见表2)，通过人口、GDP、农作物播种面积等评价指标，计算出了黄河流域水资源-经济发展要素基尼系数，见表3。

表2 2009-2013年黄河流域各省市水资源分布和配置情况 亿m3Tab.2 The distribution and allocation of water resources in the Yellow River River Basin in 2009-2013

表3 2009-2013年黄河流域水资源-经济发展要素基尼系数Tab.3 Factors of water resources and economic development in the Yellow River basin in 2009-2013

根据以上划分方法可知，基尼系数0.4为分配平衡程度的“警戒线”，由表3可知，在黄河流域人口、GDP、农作物播种面积与水资源分布的基尼系数均超过了警戒线，且2009-2013年的数据均大于0.5，表明黄河流域水资源空间分布显现出“极不匹配” 的特点，同时凸显出黄河流域水资源短缺的基本情况。

(1)从水资源分布与人口的基尼系数看，基尼系数均在0.5以上，但有减小的趋势，说明黄河流域人口与水资源分布“极不匹配”，但是有所缓和；水资源配置-人口基尼系数均在0.22上下波动，处于“相对匹配”状态。相较2004-2009年我国整体水资源配置-人口基尼系数平均值0.457有了极大改善，说明随着水资源短缺问题的出现，在各区域实施的水资源的合理化利用以及水资源的跨区域流动，取得了良好效果。

(2)从水资源分布与经济发展水平(GDP)的基尼系数看，该系数在0.614上下波动，处于“极不匹配”状态，说明水资源分布与黄河流域经济发展水平极不匹配，黄河流域作为我国重要的能源重化工基地及粮棉基地为我国经济建设做出极大的贡献，但近年来水资源的短缺一直制约着黄河流域经济的快速发展。由数据可知，山东省创造了占黄河流域34.4%的GDP，而水资源占有量仅有5.8%。水资源配置-GDP基尼系数波动不大，处于0.26～0.29之间，且基尼系数逐年缩小，说明水资源配置相对于GDP处于“相对匹配”状态，经济的快速发展与市场化为主的水资源配置方式，造成的区域间水资源的差异程度扩大的问题，随着区域间调水和局部水资源调配得到缓解和改善，目前，黄河流域各省份水资源配置量能够满足当地GDP增长的需要。

(3)水资源分布与农作物播种面积的基尼系数均大于0.5，到2013年该指数达到0.606，说明黄河流域水资源自然分布与耕地资源处于“极不匹配”的状态，且这一现象有扩大的趋势。有关数据表明，黄河流域17.73%的水资源需要服务其81.13%的耕地面积[4]。黄河流域水资源配置与农作物播种面积基尼系数在0.15上下波动，小于水资源配置与GDP、人口的基尼系数，处于“高度匹配”状态，且该指数逐年减少，说明近年来作为我国粮棉基地的黄河流域各行政区在注重经济发展的同时，在水资源调配上对农业生产进行倾斜，以保证其水资源的正常供给。

(4)水资源配置-分布的基尼系数在0.48上下波动，说明黄河流域各区域水资源配置相对于其水资源分布一直处于“极不匹配”状态，此外，通过2009-2013年人口、GDP以及农作物播种面积与水资源分布和水资源配置的基尼系数可以看出：黄河流域水资源分布已经不是影响水资源配置的最重要的因素，各区域水资源供需存在较大差异，且跨区域水资源配置现象较多。由于水资源技术条件不同，且各区域水资源总量在时间跨度上存在波动，导致黄河流域总体水资源配置状况也出现波动现象。

2.2 水资源与各要素洛伦兹曲线及空间差异性分析

由于2009-2013年各数据变化幅度较小，根据黄河流域68个市级行政区水资源累计百分比和各经济发展要素的累计百分比，以2012年为代表年作出了黄河流域水资源分布和水资源配置对各经济发展要素的洛伦兹曲线并进行对比，如图1和图2所示。

图1 2012年水资源配置对经济发展要素的洛伦兹曲线Fig.1 Lorenz curve of water resources allocation to economic development elements in 2012

图2 2012年水资源分布对经济发展要素的洛伦兹曲线Fig.2 Lorenz curve of water resources distribution to economic development elements in 2012

从图1可以看出，水资源配置-人口、GDP、农作物播种面积的洛伦兹曲线离对角线均较近，说明黄河流域水资源配置量与经济发展在空间上处于较为匹配状况。各个点处斜率逐步变化，说明各区域水资源对于人口、GDP和农作物播种面积的差异性是普遍存在的。究其原因，随着城市化的进一步扩大，人口不断向经济发达的区域集聚，随着外来人口的不断增加，部分城市就会出现水资源短缺现象，甚至会打破现在水资源配置量与人口的良好匹配状况；三大产业在不同区域经济内所占比重存在一定的差异，正是这种经济发展的不均衡性导致不同区域用水量的差异，随着经济的不断发展，差异会不断变化。从数据中可以看出，相对而言陕西、内蒙古以及河南的部分市级行政区的水资源利用效率更高，利用较少的水资源创造了巨大的经济收入，例如，陕西榆林用1%的水资源创造了黄河流域3%的GDP份额。而甘肃的临夏州则利用1.4%的水资源配置量仅创造了不到0.2%的GDP份额；此外，因各区域农作物的耕种和灌溉方式的不同，形成不同用水需要。例如内蒙古的乌海市以及青海省的海洛州和海西州等市所占的比例相对较低，而宁夏固原和山西商洛市和延安市等市所占的比例相对较高。

从图2中可以看出，水资源分布对于人口、GDP以及农作物播种面积的洛伦兹曲线弯曲度均较大，距离对角线较远，说明黄河流域水资源分布与经济发展处于不匹配状态。斜率的大幅度变化，说明了水资源分布的空间上的差异性。对比水资源配置相对经济发展要素的洛伦兹曲线，可知经过配置后，黄河流域各区域水资源相对于人口、GDP以及农作物播种面积的分布更加趋于合理化，说明了不同区域之间存在着水资源调动。此外水资源分布-水资源配置洛伦兹曲线距离对角线也较远，且各分布点斜率存在着较大差异和波动性，充分反映出各地区水资源分布与用水量之间的差异以及水资源分布在空间上的差异性。

通过上述分析，了解到黄河流域水资源分布和配置存在较大差异性，因此，采取区域间水资源配置方式，可有效缓解不同地区水资源分布的差异性，促进经济协调可持续发展。另外，由于城市化步伐的加快、经济发展的不平衡以及农作物耕作和灌溉方式的差异，导致的水资源与经济发展匹配度的不稳定发展，还需要对黄河流域各区域对水资源合理利用统筹安排。

3 结论与讨论

目前，各区域都正处于经济迅速发展的时期，促进水资源的合理开发利用，统筹水资源与经济发展之间的关系，对于各区域经济可持续发展具有重要意义。本文利用基尼系数分析了黄河流域水资源分布、配置与经济发展要素匹配关系在时间上的演变规律以及在空间上的差异性，为促进水资源的总体和跨区域协调，进而满足生态环境以及生产生活各个环节的水资源需求，并最终促进经济与生态协调可持续发展提供准备。

2009-2013年水资源分布-经济发展要素基尼系数表明：黄河流域水资源分布与人口、GDP以及农作物播种面积的匹配关系均处于“极不匹配”状态；黄河流域水资源配置与人口和GDP的匹配关系是“相对匹配”，与农作物播种面积的匹配关系处于“高度匹配”状态。这说明水资源分布会对人口分布、经济发展以及农作物播种面积产生一定的非决定性影响；经济发展、人口、水资源分布状况和农业用水量是影响水资源配置的关键因素；基尼系数有缓慢减少的趋势，说明水资源在各区域间的合理配置起到了良好的效果。从2012年水资源分布-经济发展要素洛伦兹曲线分析，黄河流域水资源分布在空间上存在较大的差异性，水资源主要分布西北部的青海、甘肃两省，其中青海省占有水资源量719.45亿m3，占黄河流域总水资源量的30%，而宁夏回族自治区水资源占有量仅占黄河流域水资源总量的0.32%；经过水资源配置后，各区域平衡性总体上有了很大的改变。

实现水资源和环境一体化的规划和管理，保证水资源配置的适应性、稳健性和综合性是未来水资源开发利用的合理化愿景[12],促进区域经济社会的持续健康的发展，应在区域生态环境承受能力范围之内，根据水资源的分布特点，以满足区域社会生产和人民生活需水为目的，在坚持合理公平的原则下，对水资源进行区域内、区域间进行配置；另外，城市化的今天，自然地面被大量硬化，自然降水无法直接渗入地表进入水文循环，而且间接造成城市内涝等自然灾害的发生，海绵城市[13]的建设是未来城市发展的方向，注重雨水的收集和还原自然水文循环。海绵城市不仅可以解决城市排水的问题，还可以缓解城市水资源短缺的现状。

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[1] 陈霁巍．黄河治理与水资源开发利用[M]．郑州：黄河水利出版社，1998.

[2] 赵秉栋，赵庆良，焦士兴，等．黄河流域水资源可持续利用研究[J]．水土保持研究，2003，10(4)：102-104.

[3] 柴成果，姚党生.黄河流域水环境现状与水资源可持续利用[J].人民黄河，2005, 27(3)：38-39.

[4] 张晓涛，于法稳．黄河流域经济发展与水资源匹配状况分析[J].中国人口·资源与环境,2012,22(10)：1-6．

[5] 宋先松,石培基,金 蓉. 中国水资源空间分布不均引发的供需矛盾分析[J].干旱区研究,2005,22(2)：162-166.

[6] 高学平，崔广涛．生态城市与水利现代化[J].水利学报, 2007,38(11)：1 306-1 311.

[7] 左其亭，赵 衡，马军霞，等.水资源利用与经济社会发展匹配度计算方法与应用[J].水利水电科技进展, 2014,34(11)：1-6.

[8] 洪兴建.基尼系数理论研究[M].北京：经济科学出版社，2008.

[9] 刘玉乐．天津市灌溉水利用率测算研究[D]．北京：中国农业科学院，2010.

[10] 中华人民共和国国家统计局.中国统计年鉴(2009-2014年)[M].北京：中国统计出版社，2014.

[11] 中华人民共和国水利部.中国水资源公报(2009-2013年)[M].北京：中国水利水电出版社，2013.

[12] 朱元生.水资源可持续发展的道路[J].水利水电科技进展, 2015,35(1)：54-56.

[13] 仇保兴.海绵城市(LID)的内涵、途径与展望[J].给水排水, 2015,41(3)：1-7.