商洛市七区县水资源生态安全基尼系数分析
2020-05-11刘燕李璇
刘燕 李璇
摘要：以商洛市水資源生态安全为中心展开研究，利用洛伦兹曲线的基本原理和基尼系数计算方法，对商洛市的水资源与耕地资源、GDP、人口、粮食产量之间的匹配程度进行分析。通过计算得出商洛市水资源与耕地面积、GDP、人口以及粮食产量相对应的基尼系数分别是0.201 4、0.174 6、0.251 0、0.236 0，分析发现商洛市的水资源与耕地资源、GDP、人口、粮食产量匹配程度较好，表明商洛市整体生态水平较好，并对未来商洛市区域经济发展提出相应的建议对策。
关键词：商洛市七区县;生态安全;水资源;洛伦兹曲线;基尼系数
中图分类号：TV211 文献标识码：A
文章编号：0439-8114（2020）02-0074-05
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.02.015 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
Gini coefficient of ecological security of water resources in 7 districts of Shangluo city
LIU Yan，LI Xuan
（College of Urban，Rural Planning and Architectural Engineering，Shangluo University，Shangluo 726000，Shaanxi，China）
Abstract： Based on the basic principles of the Lorenz curve and the Gini coefficient calculation method， the degree of matching between water resources and cultivated land resources， GDP， population and grain yield makes in Shangluo city were studied. The Gini coefficient corresponding to the water resources and cultivated land area， GDP， population and grain yield in Shangluo city was 0.201 4， 0.174 6， 0.251 0 and 0.236 0， respectively. The analysis showed that the match of the water resources and cultivated land resources， GDP， population and grain yield were good， concluding the overall level of ecological Shangluo city was good. And the corresponding countermeasures and suggestions for the future development of regional economy in Shangluo city was put forward.
Key words： Shangluo seven districts and counties; ecological security; water resources; Lorenz curve; Gini coefficient
伴随着社会经济文化的高速发展，关于水资源在空间上的分布问题，引发了人们对于其与区域社会经济、文化以及人类生活之间关系的思考，人类谋求水资源能够在空间上合理优化配置，而区域在水资源空间上可以进行合理优化配置的前提和基础是对区域在空间上的水资源匹配情况进行精确地评估，水资源同时对区域可持续发展具有重要的作用。商洛市成为生态安全城市，不仅能够促进商洛市经济社会的可持续发展，是一项重要的发展策略，而且它对于中国北部、东部地区的生态环境、江河安全、水源增补都有着重要的意义，因此，分析和研究商洛市水资源空间的匹配关系具有重要的作用。
洛伦兹曲线和基尼系数（Gini coefficient）属于一种重要的经济学分析研究方法，但也能够应用在非经济领域，在国内，有众多学者运用洛伦兹曲线及基尼系数原理来进行研究。史兴民等[1]应用基尼系数原理分析了陕西省水资源的生态安全;徐玉霞[2]运用基尼系数分析宝鸡市12区县的水资源生态安全;宋振阳等[3]运用基尼系数原理研究了太原市的资源环境;陶国芳等[4]应用基尼系数原理对通化市水土资源匹配进行分析;侯华丽等[5]利用基尼系数原理研究分析了中国重要矿产资源分布的不均衡性。在国外，Druckman等[6]提出了区域基尼系数，运用这个概念和方法研究资源分配的均衡性问题;Papathanasopoulou等[7]应用基尼系数研究了化石资源的均衡性问题。
洛伦兹曲线及基尼系数的原理能够准确解释现状规律，效率很高。本研究基于商洛市水资源的现状，运用洛伦兹曲线及基尼系数的基本原理来分析商洛市的水资源生态安全。本研究所使用的各指标数据来自于陕西省统计局，以及各区县政府的统计公报。
1 研究区概况
商洛市位于陕西省东南部，东临河南省，东南临湖北省，北、西北、西南分别与陕西省渭南市、西安市、安康市接壤。商洛市位于秦岭地区，得名于商洛境内的商山洛水。
商洛市的地貌地形结构十分复杂，岭谷众多，呈相间排列趋势，常称之为“八山一水一分田”。地势西北高，东南低，走势从西北向东南延伸，有掌状分布的特征。商洛境内有秦岭、蟒岭、流岭、新开岭、鹘岭和郧岭，各山脉起伏不平。海拔最高点高度是2 802.1 m，位于柞水县地区牛背梁，它属于4A级国家森林公园，商南县的丹江谷地是商洛市的最低点，其高度是215.4 m。
商洛境内沟壑纵横，河流密布，共有大小河流及其支流72 500多条。主要河流有洛河、丹江、金钱河、乾佑河、旬河，另有5条独流出境河流，即蓝桥河、许家河、滔河、黑漆河、新庙河。这些河流分别属于长江、黄河两大水系。属于长江流域的河流流域面积占流域面积总量的85%，约1.7万km2;属于黄河流域的占河流总面积的15%。其河流结构具有比较明显的不对称性，河流左岸支流较为发达，属于山地河源段，河流量比较大，水流急，且多弯曲河流。
商洛市北部是暖温带气候，南部是亚热带气候。因为冬夏季风以及青藏高原环流的影响，还有高大绵延的秦岭山脉阻隔了来自南方地区的暖湿气流，所以商洛市的气候属于暖温带半湿润季风气候，有四季分明、雨热同季、干湿分明、冬干夏湿的气候特征，但是时常会发生干旱、连阴雨、暴雨、冰雹、霜冻等灾害性天气，给当地人们带来一定的影响。
2 理论基础及研究方法
2.1 洛伦兹曲线及基尼系数原理
洛仑兹曲线是美国经济学家、统计学家洛仑兹在20世纪初提出来的，这个理论主要用于描述财富收入分配的不平衡水平。其原理是根据人口的收入情况把人口从低到高排列，将这样得到的人口和收入的累计百分比的对应关系表现在图形上，呈线性分布，即得到洛伦兹曲线，如图1所示[8]。
描绘出的洛仑兹曲线越接近对角线，表明收入分配程度越均衡，越接近横轴，则表明收入分配越不均衡。因而，洛伦兹曲线的弯曲程度体现着均衡水平和匹配程度，具有重要的意义。洛仑兹曲线可以直观地反映出某一指标分布的平均水平，但对这种分布程度不能进行精确地量化。所以，意大利统计学家科拉多·基尼依据洛仑兹曲线的原理提出了一个可以表示均衡程度的量化指标——基尼系数，一般用G表示[6]。基尼系数属于一个比例数值，根据洛仑兹曲线能够求出基尼系数，在图1中基尼系数可以用A的面积除以A、B面积之和的商来表示，即G=A/ （A+B），其取值范围位于0和1之间，0代表绝对平均，与图1中的绝对平均线相对应，而1则表示绝对不平均，与图1的绝对不平等线相对应，但是这两种状况只出現在理论上，基本不能实现[7]。联合国有关组织认为，G≤0.2表示社会收入分配呈现高度平均或绝对平均的状况;0.2
国际上公认的警戒数值是0.4[8]。洛伦兹曲线和基尼系数用来描述收入分配均衡程度，属于一种客观指标。现今其不仅可以针对收入分配这种经济学问题进行分析研究，而且已经成为了一种有效的进行均衡分析的统计工具，能够适用于一切分配问题以及均衡程度的分析研究，同时可以在财产、资本、资源、产品等领域进行匹配程度、均衡程度的分析和研究[9]。而在自然界中，水资源在地域空间上的分布具有很强的区域性，对区域经济社会发展和生态安全具有重要的意义，其显示出不均衡的数学规律和人口收入分配的问题比较相似[10]。因此，用洛仑兹曲线和基尼系数来分析研究水资源在地域空间上的匹配程度，具有科学的意义，可以为研究区域生态安全提供一种新的量化指标。
2.2 商洛市水资源生态安全基尼系数的构建及计算方法
依照中国水资源目前的需求结构，大致可以分为3类，分别是农业用水、工业用水和生活用水;同时依照中国目前水资源需求的空间特征，农业用水与耕地的分布及粮食生产、工业用水与产业配置、生活用水与人口布局密切相关[11]。所以本研究针对2015年水资源与耕地资源、GDP、人口以及粮食产量等的匹配程度进行分析，对未来商洛市社会经济发展的可持续与生态安全提出建议和对策。
在研究商洛市各区县水资源的地域空间分布特征及水资源和耕地面积等的匹配程度问题时，构建生态安全基尼系数的流程如下。①将商洛市的水资源行政分区即7区县作为研究的基本单位，把水资源总量作为基本的匹配对象，选取耕地面积、GDP、人口和粮食产量作为其对应的匹配目标，绘制成表[12，13];②计算出商洛市全市各区县的人均水资源量，按照人均水资源量把7区县从低到高进行整理排序，计算出各项指标的累计百分比，绘制成表;③按照绘制出的累计百分比表，始终将水资源量作为Y轴，其余指标作为X轴，分别绘制出耕地资源-水资源量、GDP-水资源量、人口-水资源量以及粮食产量-水资源量的洛伦兹曲线;④根据基尼系数的原理和计算公式，分别计算出水资源与耕地面积、GDP、人口、粮食产量对应的基尼系数。
基尼系数的计算方法有直接计算法、利用洛伦兹曲线分组求和的人口等分法、回归曲线法以及城乡分解法等[13]。本研究采用梯形面积法求取基尼系数，比较直观简单。对照图1，其公式为：
Gini系数=1-（Xi-Xi-1）（Yi+Yi-1）（1）
式中，Xi为耕地面积等指标的累计百分比;Yi为水资源的累计百分比;当i=1，（Xi-1，Yi-1）视为（0，0）[14]。
3 商洛市水资源生态安全分析
3.1 商洛市7区县各指标数据整理及计算
依照商洛市水资源生态安全基尼系数的构建方法，通过对统计年鉴中商洛市1个区6个县的水资源量、人均水资源量、耕地面积、国内生产总值、人口以及粮食产量这6个数据进行分析整理，依据人均水资源量由低到高对全市7个县区进行排序，结果如表1所示。
根据表1数据按照人均水资源量的高低进行排序，然后计算出各指标的累计百分比并制作出表2。
3.2 洛伦兹曲线图的绘制及基尼系数的求取
为了对商洛市水资源在地域空间上的分布情况进行研究，选取2015年商洛市7区县的耕地面积、国内生产总值、人口和粮食产量等指标来分析水资源的不均衡程度。
1）将耕地面积的累计百分比和水资源量的累计百分比分别作为X轴、Y轴，绘制出耕地面积-水资源量的洛伦兹曲线，如图2所示。
根据式（1）以及图2计算出水资源与耕地面积相匹配对应的基尼系数G1=0.201 4，大于0.2，利用联合国基尼系数对照表可以发现水资源与耕地面积均衡匹配程度比较好。从图2可以看出，该曲线弯曲程度较小，说明商洛市整体水资源和耕地面积匹配程度良好。商州区和洛南县累计占水资源总量的24.12%，其耕地面积占全市耕地面积的39.57%;其中洛南县水资源占总量的11.83%，耕地面积占全市耕地面积的23.87%，所以曲线整体趋于平缓;此外，丹凤县、山阳县、商南县的水资源占水资源总量的比重逐渐增大，耕地面积占全市耕地面积的比重也逐渐增大，在洛伦兹曲线图上出现一个拐点，呈明显的上升趋势。
2）将GDP的累计百分比及水资源量的累计百分比分别作为X轴和Y轴，绘制出GDP-水资源量的洛伦兹曲线，如图3所示。依据已知的基尼系数计算公式，以及图3的GDP-水资源量洛伦兹曲线，能够计算得出水资源和国民生产总值GDP匹配的基尼系数G2=0.174 6，小于0.2，且从图3可以看出，曲线弯曲程度很小，表明商洛市的各县水资源量与其GDP高度平衡，匹配度很好。如商州区的水资源累计占全市水资源总量的12.29%，其国内生产总值GDP累计占全市的19.65%;洛南县水资源占全市水资源总量的11.83%，其GDP占全市的15.83%;丹凤县水资源占全市水资源总量的10.43%，其GDP占全市的28.51%;山阳县、商南县、镇安县与柞水县4个县的水资源总量占全市水资源总量的65.45%，其GDP总值占全市的51.84%，水资源总量占全市总量比重越来越大，GDP占全市GDP总值的比重变化也逐步增大。
3）以人口的累计百分比作为横坐标X轴，水资源量的累计百分比作为纵坐标Y轴，绘制出关于人口-水资源量的洛伦兹曲线，如图4所示。依据基尼系数计算公式，以及图4的人口-水资源量洛伦兹曲线，计算得出水资源和人口匹配的基尼系数G3=0.251 0，小于0.2，且从图4可以看出，曲线弯曲程度较小，可以得出商洛市的各县水资源量与其人口高度平衡，匹配度较好。如商州区的水资源占全市水资源总量的12.29%，却拥有占全市22.71%的人口;洛南县水资源占全市水资源总量的11.83%，其人口占全市总人口的18.86%;丹凤县水资源占全市水资源总量的10.43%，其人口占全市总人口的31.47%;山阳县、商南县、镇安县与柞水县4个县的水资源总量占全市水资源总量的65.45%，其人口总数占全市总人口的45.82%，水资源总量占全市总量比重逐渐增加，人口总数占全市总人口的比重越来越大。
4）最后把粮食产量的累计百分比作为横坐标X轴，水资源量的累计百分比作为纵坐标Y轴，绘制出粮食产量-水资源量的洛伦兹曲线，如图5所示。根据已知的基尼系数计算公式，以及图5的洛伦兹曲线，计算得出水资源和人口匹配的基尼系数G4=0.236 0，小于0.2。从图5可以看出，曲线弯曲程度较小，表明商洛市的各县水资源量与其粮食产量高度平衡，匹配度较好。值得一提的是商州区和洛南县两县水资源量占比是24.12%，粮食产量占比是43.75%，接近了1/2，表明这两县的粮食生产状态比较好;商南县拥有10.51%的水资源，但是其粮食产量仅占9.20%，与商州区12.29%的水资源占比、17.32%的粮食产量相比，差距较大。
4 小结与建议
1）商洛市的水资源生态安全程度相对较好。从整体来看，商洛市水资源与耕地面积、产业配置、人口布局以及粮食生产的匹配程度相对较好。商洛市水资源与耕地面积、GDP、人口、粮食产量匹配的基尼系数分别为0.201 4、0.174 6、0.251 0、0.236 0，对比联合国有关组织基尼系数对照表，得出商洛市的水资源与耕地面积、GDP、人口以及粮食生产的匹配程度相对较好。同时从绘制的洛伦兹曲线也可以看出，耕地面积-水资源量、GDP-水资源量、人口-水资源量、粮食产量-水资源量的曲线离45%的绝对平均线即公平曲线比较接近，而且弯曲程度也比较小，各县基本能够合理利用水资源。
2）商洛市各县5个指标之间的匹配程度有所差异。商州区水资源、耕地面积、GDP、人口占全市比重分别为12.29%、15.70%、19.65%、22.71%，洛南县水资源、耕地面积、GDP、人口占全市比重分别为11.83%、23.87%、15.83%、18.86%，洛南县水资源、GDP、人口占全市的比重较商州区少，但是耕地面积比商州区多8.17%。此外，鎮安县和柞水县耕地面积占全市比重分别是16.44%、6.35%，GDP占全市比重分别是13.45%、10.67%，人口占全市比重分别是11.79%、6.53%，粮食产量占全市比重分别是14.1%、6.67%，与镇安县相比，柞水县的人均水资源量是全市最高，但其耕地面积、GDP、人口和粮食产量都明显比镇安县少。因此，在目前情况基础上水资源利用形式及模式上还要更加优化，并且要加以调整。
3）商洛市水资源总量丰富，开发潜力大。商洛市多年平均水资源总量是55.31亿m3，7个区县的水资源量分布较为平均，相对较为平衡，进一步开发利用的潜力很大。因此，必须对商洛市的水资源进行科学管理，以此来提高商洛水资源的开采率、回采率、有效利用率、重复利用率等。同时充分利用水资源来发展商洛市地区的各个产业，进一步调整优化产业结构，进一步调整优化农业结构，要充分考虑到区域水资源的承载能力，加快发展绿色生态产业，带动企业进步，推动经济发展;发展高效、节水的特色农业，促进粮食生产，使农民增收，提高生活水平和整体幸福感[15]。对于丹江下游、金钱河下游、旬河流域等水力资源较为丰富的地区，可以适当加大水能开发力度，促进社会经济的进一步发展。能够发挥水资源利用的最佳经济效益，带动商洛市1区6县的社会经济发展、环境可持续发展。
商洛市7区县水资源生态安全基尼系数的分析研究可以为区域生态安全提供可量化的指标，同时为区域合理利用水资源提供可参考的依据，而且能够反映出水资源与耕地分布、产业配置、人口分布、粮食生产匹配程度的合理性。将商洛市建设成生态城市，是商洛市经济社会可持续发展的战略需要，也是陕西省经济社会可持续发展的战略需要，因此要高度重视商洛市的生态安全，推动商洛地区经济、资源和环境协调发展。
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收稿日期：2019-04-12
基金项目：商洛学院科研项目（17sky004）
作者简介：刘 燕（1981-），女，陕西商洛人，副教授，硕士，主要从事地理环境与人体健康研究，（电话）13991458550（电子信箱）
liuyan_ly2004@126.com。
