洪思揚+王紅瑞+程濤+來文立+焦志倩

摘要：供用水結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)各產(chǎn)業(yè)部門供用水類型之間互相關聯(lián)、互相依存的結(jié)構(gòu)關系。研究區(qū)域供用水結(jié)構(gòu)的特征及變化，對協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟和環(huán)境的發(fā)展具有重要意義。對天津市2001年-2013年供用水結(jié)構(gòu)特征進行分析，運用洛倫茲曲線及基尼系數(shù)計算方法分析用水類型空間分布特征。研究表明：天津市供、用水總量呈上升趨勢，年均增長率均為2.31%，供、用水結(jié)構(gòu)變化相對穩(wěn)定。農(nóng)業(yè)用水和生活用水的空間分布格局較為合理，工業(yè)用水差異較大，空間分布極不均衡，應當引起相關部門的重視。

關鍵詞：供用水結(jié)構(gòu)；洛倫茲曲線；基尼系數(shù)；天津市

中圖分類號：TV213 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1683（2017）04-0001-06

Abstract：Water supply and consumption structure reflects the interconnected and interdependent structural relationships between the water supply and consumption types of different industrial sectors in a region.Studying the characteristics and changes of regional water supply and consumption structure has important practical significance in realizing coordinate and harmonious development of regional economy and environment.This paper analyzed the water supply and consumption structural change during 2001-2013 in Tianjin，and analyzed the spatial distribution characteristics of water-use types using Lorenz curve and Gini coefficient.The results showed that the total amount of water supply and consumption tended to rise at an average annual growth rate of 2.31%.The change of water supply and consumption structure was relatively stable.The spatial distribution of agricultural water and domestic water was reasonable，but that of industrial water was greatly unbalanced and exceeded the internationally recognized warning level.

Key words：water supply and consumption structure；Lorenz curve；Gini coefficients；Tianjin

水作為基礎性自然資源和戰(zhàn)略性經(jīng)濟資源，對國民經(jīng)濟發(fā)展具有重要作用[1]。用水結(jié)構(gòu)是以比例形式表達各用水類型之間互相關聯(lián)與依存關系的結(jié)構(gòu)體系[2]，其合理性對協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟和資源環(huán)境的發(fā)展具有重要意義。

目前，國內(nèi)外學者針對用水結(jié)構(gòu)作出了大量研究。許士國[3]等對吉林省白城市農(nóng)業(yè)用水趨勢進行深入探討；潘雄鋒[4]等利用灰色系統(tǒng)建模方法對用水結(jié)構(gòu)進行預測分析，以探尋更為合理化的用水結(jié)構(gòu)；Sun Haoyang[5]將信息熵理論運用到海河流域用水結(jié)構(gòu)的分析之中；Chen Jing[6]建立了基于灰色分析和協(xié)同理論的區(qū)域產(chǎn)業(yè)用水結(jié)構(gòu)評價模型；Bao Chao[7]對中國西北干旱內(nèi)陸河流域的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及用水結(jié)構(gòu)的關系進行深入研究及優(yōu)化；王紅瑞[8-9]等展開了北京市用水產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的研究；孫才志[10]等探討了用水結(jié)構(gòu)對中國水資源利用效應的影響及空間分布類型的驅(qū)動效應；張?zhí)煊頪11]等從不同行業(yè)用水結(jié)構(gòu)視角入手，探究了灤河下游灌區(qū)水資源安全現(xiàn)狀。

目前針對用水結(jié)構(gòu)的研究多從時間尺度上進行，而少有空間尺度上的研究。鑒于此，本文在詳細介紹天津市供用水特點及變化規(guī)律的基礎上，對其用水結(jié)構(gòu)的空間分布特征進行量化分析，以期為優(yōu)化區(qū)域產(chǎn)業(yè)用水結(jié)構(gòu)提供科學依據(jù)。

1 天津市水資源概況

天津市地處華北平原東北部，東臨渤海，屬海河流域下游，是環(huán)渤海地區(qū)的經(jīng)濟中心。地勢西北高、東南低。境內(nèi)河流眾多，主要河流包括：海河干流、北運河、永定河、大清河、子牙河和南運河等。多年平均降水量在720～560 mm之間，年內(nèi)降水主要集中在7月-8月，占總降水量的65%左右。天津市人均水資源占有量僅為160 m3，為全國人均占有量的1/16，世界人均占有量的1/50，遠遠低于世界公認的人均占有量1 000 m3 的缺水警戒線，屬嚴重資源型缺水地區(qū)。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文水資源量、供水量及用水量等數(shù)據(jù)資料主要源自《天津市水資源公報》[12]（2001-2013年）及《天津市綜合水資源規(guī)劃報告》（2001-2013年）。

2.2 研究方法

2.2.1 洛倫茲曲線

洛倫茲曲線用以分析和比較一個國家在不同時代或不同國家在同一時代的財富公平程度，其彎曲程度反映收入分配的不平等程度，彎曲程度越大，收入分配越不平等，反之越趨于平等。憑借其計算結(jié)果的準確性及計算過程的簡便性，在非經(jīng)濟領域也有了一定的研究和應用，如在土地利用結(jié)構(gòu)、能源消耗的空間分布、地區(qū)間生態(tài)足跡比重等方面均有涉及。作為一種實用性強且計算便捷的分析方法，洛倫茲曲線在用水結(jié)構(gòu)分析中的研究涉及較少，非經(jīng)濟領域的研究成果為其在用水結(jié)構(gòu)中的運用提供了理論基礎與實際借鑒，且用水量單從數(shù)量值這一角度出發(fā)，在經(jīng)濟學模型中具備適用性。故本文借鑒前人研究經(jīng)驗[13]，運用該方法分析區(qū)域用水結(jié)構(gòu)空間分布規(guī)律，以期為區(qū)域用水結(jié)構(gòu)的調(diào)整及優(yōu)化提供依據(jù)。

本文從天津市各分區(qū)各類型用水數(shù)據(jù)出發(fā)，首先計算各分區(qū)各用水類型的區(qū)位熵（區(qū)位熵由某一分區(qū)某種類型用水量與全市該類型用水總量的比值，除以該分區(qū)用水總量與全市用水總量的比值求得）；其次對區(qū)位熵進行排序，列出分區(qū)各類型用水量百分比和總用水百分比，求出累積百分比；最后以各分區(qū)總用水累積百分比作為橫坐標，以某一類型用水的累積百分比作為縱坐標，繪出天津市各類型用水的洛倫茲曲線。曲線可以反映某種用水類型在整個研究區(qū)域中的空間分布狀況，其彎曲程度代表了該用水類型的空間分布狀態(tài)，彎曲程度越大，說明該用水類型在研究區(qū)域的空間分布格局的差異性越大，彎曲程度越小，說明空間分布格局的差異性越小，評價結(jié)果直觀，易于讀者理解。

2.2.2 基尼系數(shù)

經(jīng)濟學中，基尼系數(shù)是用于定量衡量收入分配差異度的指標，數(shù)值在0～1之間。基尼系數(shù)可以在洛倫茲曲線直觀地表示社會財富分配不均等程度的基礎上，將其不均等程度定量化，彌補了洛倫茲曲線無法定量評價的缺陷。按聯(lián)合國相關組織的規(guī)定，基尼系數(shù)數(shù)值與其評價結(jié)果存在關系見表1[14]。

將基尼系數(shù)應用于用水結(jié)構(gòu)的研究中，可以定量地反映某用水類型在各個研究區(qū)域的空間分布差異程度，數(shù)值越大，表明某用水類型在空間分布上的差異越大；數(shù)值越小，在空間分布上越趨于均衡，且其評價結(jié)果可與洛倫茲曲線的結(jié)果進行對照。值得注意的是，用水量數(shù)據(jù)有別于社會財富等其他研究對象，其均衡性的劃分標準與經(jīng)濟指標存在一定的區(qū)別，分類標準并不能完全參照表1中的分類方法，且分類的科學性也值得進一步的考證。因此，本文針對表1的分類標準，僅對各類型用水量的分類做參考性的判斷，而未將其明確劃分屬某一類，主要從基尼系數(shù)的數(shù)值方面進行考慮與分析。本文采用簡化的基尼系數(shù)的計算方法[15]，計算公式如下：

3 供水情況分析

3.1 供水狀況的分區(qū)統(tǒng)計

本文按中心城區(qū)、濱海新區(qū)（塘沽區(qū)、漢沽區(qū)和大港區(qū)）、武清區(qū)、寶坻區(qū)、薊縣、寧河區(qū)和靜海縣七個分區(qū)進行統(tǒng)計分析，見圖1。

3.2 供水類型

城市供水就是供水部門按照要求的水質(zhì)和一定的水壓，向其服務的對象提供足夠的用水，同時保證供水的連續(xù)性、可靠性和衛(wèi)生安全性[16]。天津市供水按其來源可分為地表水供水、地下水供水、海水利用、其他水源供水等。

（1）地表水供水。

天津市地表水供水量由2001年的11.17億m3上升到2013年的17.01億m3，呈逐年遞增趨勢，年均增長率為3.57%。外流域引調(diào)水又劃分為跨一級區(qū)調(diào)水和跨二級區(qū)調(diào)水，其中，跨一級區(qū)調(diào)水相對跨二級區(qū)少，跨二級區(qū)調(diào)水量10年間波動在3.37億m3至6.14億m3之間，大體呈逐年遞增趨勢。

（2）地下水供水。

天津市多年平均地下水開采量為6.86億m3，由2001年的7.97億m3逐年遞減至2013的5.69億m3，年均下降率為2.77%。深層地下水開采量逐年遞減，深層承壓水應在南水北調(diào)后作為戰(zhàn)略儲備資源，并利用其他水源予以替換[17]。

（3）海水利用。

天津濱海新區(qū)海水資源豐富，且海水開發(fā)利用優(yōu)越。目前，天津市正在開展運用多種技術推進海水淡化工程的建設[18]。至2013年，天津市的海水直接利用量已達到15.4億m3。

4 用水情況分析

4.1 用水統(tǒng)計方法

用水系統(tǒng)是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活及生態(tài)等多種類型用水相互作用而組成的有機整體，本文從上述四個子系統(tǒng)進行用水量統(tǒng)計分析。

天津市用水總量由2001年的19.14億m3增長至2013年的24.05億m3，年均增長率為1.92%。用水結(jié)構(gòu)在2001年-2013年間變化相對穩(wěn)定，各用水類型中以農(nóng)業(yè)用水為主，除個別年份外均占用水總量的50%以上，2001年-2007年間用水量緩慢上升，之后幾年內(nèi)保持平穩(wěn)。生態(tài)用水自2003年起開始緩慢增長，生活用水及生態(tài)用水數(shù)值變動不大。天津市多年來各類用水變化具有以下特點。

（1）工業(yè)用水。

2001年-2013年間，天津市工業(yè)用水總量呈緩慢上升趨勢，由2001年的4.49億m3上升到2013年的4.96億m3，年均增長率為0.83%。近年來，天津市各工業(yè)部門節(jié)水意識有所提高，對水資源的管理日益完善，用水效率及用水循環(huán)率有所提高。各分區(qū)中，工業(yè)用水占總用水量的比重均不大，且用水量均呈平穩(wěn)或下降趨勢。

（2）農(nóng)業(yè)用水。

天津市農(nóng)業(yè)用水量在總用水量中占有最大份額，由2001年的9.97億m3增長到2013年的11.98億m3，年均增長率為1.54%。寶坻、武清農(nóng)業(yè)用水量大，兩地多年農(nóng)業(yè)總用水量占天津全市農(nóng)業(yè)總用水量的50%以上。近年來天津市加大了農(nóng)業(yè)節(jié)水工程建設力度，并且取得了良好的成效，但低效粗放的灌溉和福利水灌溉形式依舊廣泛存在，且農(nóng)民上交的水資源費較低，這些都造成了農(nóng)業(yè)用水浪費現(xiàn)象嚴重[19]。

（3）生活用水。

市區(qū)的生活用水量由2001年的4.68億m3增長到2013年的5.66億m3，年均增長率為1.60%，這與市區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展和人口的不斷增長密不可分，尤其是濱海新區(qū)自2005年被列入“十一五”規(guī)劃后，著重發(fā)展生態(tài)宜居新城區(qū)，城鎮(zhèn)生活用水量不斷增加，年均增長率達1.75%。相比之下，農(nóng)村生活用水的年均增長率為-1.77%，2001年至2013年間，農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)移數(shù)為10.14萬人，因而農(nóng)村生活用水量不斷下降，用水強度整體變動不大。

（4）生態(tài)用水。

天津市生態(tài)用水總量由2003年的0.3億m3增長到2013年的1.46億m3，年均增長率為17.14%。盡管生態(tài)用水的增幅在各類用水中最大，但截至2013年，生態(tài)用水總量僅相當于全市用水總[HJ1.8mm]量的6.09%，說明天津市對生態(tài)環(huán)境的重視程度仍有待加強。

4.2 用水類型空間分布特征分析

由于天津市各分區(qū)生態(tài)用水數(shù)據(jù)自2004年才開始有較為完整的記錄，故采用2004和2012年天津市各分區(qū)各類型用水數(shù)據(jù)，依據(jù)前文所述方法，繪制各類用水類型的洛倫茲曲線，見圖2。

由圖2可以看出，2004年和2012年天津市用水空間分布格局無明顯變化，呈現(xiàn)微弱的用水空間格局趨于均勻化的趨勢。兩個年份的農(nóng)業(yè)用水洛倫茲曲線距離絕對均勻線最近，生活用水的洛倫茲曲線緊隨其后，說明在全市空間范圍內(nèi)，農(nóng)業(yè)用水和生活用水分布比較均勻。工業(yè)用水的洛倫茲曲線相對較遠，生態(tài)用水最遠，說明這兩種類型的用水在全市的空間分布格局具有較大的差異性，局部集中性較為明顯。據(jù)相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2004年濱海新區(qū)工業(yè)用水量占全市工業(yè)用水的比重為29.98%，而濱海新區(qū)用水總量僅占全市用水總量的9.97%；中心城區(qū)的生態(tài)用水量占全市生態(tài)用水量的66.67%，而用水總量僅占全市用水總量的33%。2012年濱海新區(qū)工業(yè)用水量占全市工業(yè)用水的比重為38.22%，而用水總量僅占全市用水總量的15.68%；寧河縣的生態(tài)用水量占全市生態(tài)用水量的29.51%，而用水總量僅占全市用水總量的8.09%。由此可見，由洛倫茲曲線得到的分析結(jié)果與實際情況基本相符。

2004年及2012年天津市各類型用水的空間分布格局變化不大，具體如圖3所示，這里不再詳細說明。

由表2可以看出，農(nóng)業(yè)用水和生活用水的基尼系數(shù)數(shù)值相對較小，說明其空間分布格局較為合理。工業(yè)用水差異相對較大，其空間不均衡分布已經(jīng)超過了經(jīng)濟學中公認的以0.4為界的“警戒水平”[13，20]，雖然不能在此界定工業(yè)用水的空間不均衡性已處于警戒狀態(tài)，但基尼系數(shù)的數(shù)值的確在一定程度上反映出其分布的集中程度，至少其不均衡程度要強于農(nóng)業(yè)用水和生活用水。對生態(tài)用水而言，其基尼系數(shù)的計算結(jié)果較大，但這里需要注意的是，本文用水數(shù)據(jù)的來源是水資源公報，水資源公報中生態(tài)用水特指城市補水，而非傳統(tǒng)意義上的生態(tài)用水。因此，生態(tài)用水主要體現(xiàn)在城區(qū)，且地區(qū)間分布不合理的現(xiàn)象也可以解釋，而不能單純從生態(tài)用水基尼系數(shù)的計算結(jié)果較大就得出生態(tài)用水地區(qū)間“差距懸殊”的結(jié)論。若想考證傳統(tǒng)意義上的生態(tài)用水的空間分布特征，則需注意數(shù)據(jù)來源問題。在未來的水資源管理與配置中，應將重點放在工業(yè)用水和生態(tài)用水部分，均衡地區(qū)間的工業(yè)用水和生態(tài)用水?；嵯禂?shù)的計算結(jié)果與前文洛倫茲曲線分析所得到的結(jié)論一致，符合天津市實際情況。

在考慮將基尼系數(shù)運用于用水結(jié)構(gòu)的研究中時，通常會考慮到這樣一個問題，即不同分區(qū)的用水結(jié)構(gòu)不應完全相同，基尼系數(shù)運用的合理性應如何考證？畢竟我們不能要求所有分區(qū)的用水結(jié)構(gòu)保持一致，如某些地區(qū)以工業(yè)生產(chǎn)為主，某些地區(qū)糧食生產(chǎn)占主導，某些地區(qū)的居民比較集中，這勢必會造成不同的用水結(jié)構(gòu)類型。但本文從基尼系數(shù)這一視角出發(fā)，目的并不是揭示各地區(qū)用水結(jié)構(gòu)不均衡這一事實進而去否定它，而是為發(fā)現(xiàn)實際規(guī)律，并在不否定其固有合理性的基礎上，發(fā)現(xiàn)其中的不規(guī)律性。如在研究過程中發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)用水和生活用水的空間分布比較均衡這一事實，這說明農(nóng)業(yè)和生活用水占地區(qū)總用水量的比重在地區(qū)之間比較均衡，甚至也可以從某種程度上側(cè)面反映天津市的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民分布的現(xiàn)狀。而工業(yè)用水的空間分布不夠均衡，比較集中，說明天津市的工業(yè)比較集中于某些區(qū)域，但文章的意圖并不是否認這種現(xiàn)象的存在，而是想說明既已存在這一事實，在未來的產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，可以考慮產(chǎn)業(yè)的集聚與擴散來緩解工業(yè)用水對地區(qū)總用水的壓力。

5 結(jié)論與建議

本文借鑒了洛倫茲曲線和基尼系數(shù)在經(jīng)濟和非經(jīng)濟領域運用的成功經(jīng)驗，將其應用于天津市用水結(jié)構(gòu)的研究中，以期發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)部用水的差異性，進而為地區(qū)水資源的合理高效利用提供一定的依據(jù)。主要結(jié)論如下。

（1）天津市供水總量大體呈上升趨勢，年均增長率為2.31%，地下水供水量逐年減少，年均下降率為2.77%，海水直接利用量依托于濱海新區(qū)的發(fā)展逐年增長，其他水源供水量所占份額很小。

（2）天津市用水結(jié)構(gòu)變化相對穩(wěn)定，各用水類型中以農(nóng)業(yè)用水為主。借助洛倫茲曲線及基尼系數(shù)的計算方法可以看出，天津市工業(yè)用水的空間分布極不均衡，已超過了經(jīng)濟學意義上的“警戒水平”，對經(jīng)濟社會的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展極為不利。相比之下，農(nóng)業(yè)用水的空間分布最為均衡，生活用水次之。

本文對用水結(jié)構(gòu)的相關問題進行了初步的探究，但仍存在一定的局限性，如用水不均衡等級的劃分標準比較模糊，未能向經(jīng)濟學中的相關研究一樣，對研究對象的分類等級進行量化，希望在今后的研究中能夠?qū)@一問題加以改進和完善。結(jié)合文章的研究結(jié)果，針對天津市供用水現(xiàn)狀，提出以下幾點建議。

（1）要從根本上優(yōu)化天津市用水結(jié)構(gòu)，需降低農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水比重。農(nóng)業(yè)節(jié)水方面，可以采用滴灌噴灌方式取代粗放低效的傳統(tǒng)灌溉方式，適當壓縮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。工業(yè)節(jié)水方面，應進一步提高工業(yè)用水復用率，結(jié)合自身產(chǎn)業(yè)特點適當限制高耗水產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（2）針對天津市生態(tài)用水及工業(yè)用水的空間分布極不均衡的現(xiàn)狀，應進一步優(yōu)化用水結(jié)構(gòu)。各分區(qū)在發(fā)展建設過程中應給予生態(tài)用水更大程度的重視，進而實現(xiàn)地區(qū)間的均衡發(fā)展。針對工業(yè)用水空間分布不均的現(xiàn)狀，各分區(qū)應充分考慮區(qū)域水資源實際條件和經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)特點，合理發(fā)展產(chǎn)業(yè)集群，即實現(xiàn)水資源的統(tǒng)一配置和集約利用。

（3）結(jié)合天津市經(jīng)濟社會發(fā)展現(xiàn)狀，在“濱海新區(qū)、中心城區(qū)、各區(qū)縣”三個主體間實現(xiàn)水資源的合理統(tǒng)一配置。濱海新區(qū)應加快建設引水管線工程，進而加大海水淡化即再生水處理規(guī)模。探索發(fā)展以生態(tài)景觀城市為載體的，以防污控污為重點的水資源管理利用模式。

（4）在京津冀一體化發(fā)展的形勢下，實現(xiàn)水資源的開發(fā)、利用、管理、節(jié)約、配置和保護六大方面的保障，進而實現(xiàn)水資源合理配置、水生態(tài)環(huán)境保護和水務管理及保障等方面的并軌，克服水利協(xié)同發(fā)展所面臨的困難，進而從根本上保障京津冀地區(qū)水安全[21]。

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