山西省水资源与经济要素时空协调分析

苏 慧，张仲伍 ，王 娟

(山西师范大学地理科学学院，山西 临汾 041000)

0 引 言

水资源对经济的发展具有双重作用，一方面水资源作为经济发展的必要条件，为其发展提供保障；同时经济对水资源也有显著的影响，不同的经济发展水平和阶段，对水资源需求量不同。

目前的研究主要分为两方面：一种是对同一区域展开研究，分析水资源和经济要素的时间协调差异。一种是以不同区域为研究对象，分析两者发展的空间协调差异。本文以山西省各市2007-2015年的水资源和经济要素数据为基础，从空间和时间两个角度分析两者之间的协调状况。

国内学者对这方面的研究选取的指标和评价模型有所不同，这就导致了计算出的协调度以及结论的不同。其中管旸等[1]选择用水资源量和水资源供给量作为评价指标分析云南省水资源与经济协调状况；胡锦程等[2]选取人均水资源拥有量作为单一指标对滇中地区两者协调状况进行研究；杜忠潮等[3]、童彦等[4]选取水资源综合评价体系对其与经济的空间协调状况进行分析；周校培等[5]将水资源利用水平作为负向指标并纳入水资源综合评价体系对南京市水资源与社会经济耦合进行研究；伏吉芮等[6]根据所研究区域的自然和社会条件，选取多个水资源指标进行研究；谢永红等[7]先分析水资源利用率和水资源与经济的协调度，然后分析它们的综合协调情况。

综上所述，关于水资源和经济协调发展的研究虽多，选取指标也比较丰富，但综合分析两者协调时空差异的研究较少。本文基于前人的研究经验和成果，分别选取水资源总量和水资源使用量两个水资源指标，GDP、人口、面积3个经济发展要素，分别计算基尼系数和建立协调度模型分析山西省水资源和经济发展的时空协调特征。辨析时空上的差异性有助于认识水资源和经济协调发展的作用。

山西水资源贫乏，人均拥有量少，时间和空间分配不均匀，同人口和经济发展格局也处于不均衡状态。全省范围内，按水资源拥有量可以分为2个等级，第一等级是水资源相对丰富地区，包括忻州、长治、运城、临汾、晋中、吕梁、晋城；第二等级是水资源相对短缺地区，包括大同、朔州、太原、阳泉(见图1)。而从经济角度来看，经济发展水平较高的太原、大同和阳泉水资源贫乏。某些地方开始出现供水危机，水资源对经济制约日益明显。

图1 山西省水资源空间格局Fig.1 Spatial pattern of water resources in Shanxi Province

由此可见，山西省水资源与经济发展的不协调，将会影响经济社会的发展，成为山西省可持续发展的挑战和必须解决的问题。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

1.1.1 指标选取

基于前人研究经验成果[1]，本文选取水资源量和水资源使用量，分别独立地计算其与经济要素的协调度。参考相关研究，基于必要性，有效性和可获得性，选取3个经济发展要素：GDP、人口和面积，并构建综合评价体系。

1.1.2 数据处理

为了消除原始数据量纲的影响，本文选择极差法对原始数据进行标准化处理。处理公式为：

(1)

式中：xij为j区域i项指标的标准化值(i=1，2，…，n；j=1，2，…，m)；Xmax、Xmin分别为i指标中的最大值和最小值[1]；Xij为第j区域i项指标原本值(i= 1，2，…，n；j= 1，2，…，m)；n为指标数量；m为样本含量。

1.1.3 协调度模型

对标准化后的数据采取熵值法求权，然后对各要素指标加权求和，作为最终评价值(见表1)。

表1 经济系统评价指标权重Tab.1 Economic system evaluation index weight

参考相关研究，采取常用的离差系数法计算水资源指标与经济发展要素之间的协调度[8]。计算公式为：

(2)

式中：C为协调度；F为水资源指标值；G为经济指标评价值。

当F或G= 0时，为使公式计算成立令其等于0.001。由于F、G∈(0，1) ，因此C也∈(0，1)。C越大说明经济要素与水资源协调性越好，反之协调性差。为了消除个别年份降水异常的特殊性，准确体现山西省水资源分布的总体情况，计算协调度时以2008-2015年间的平均值为最终评价依据。此外，为了准确认识水资源对经济要素的支持能力，本文将其定义为：当F≥C时，属于经济滞后型，当F

表2 水资源与经济要素的协调等级Tab.2 Level of coordination of water resources and economic systems

1.1.4 基尼系数

本文将基尼系数纳入水资源系统与经济系统的协调匹配性研究，量化山西省水资源量和水资源使用量的时间协调差异。选取梯形面积计算方法，计算公式为：

(3)

式中：xi为区域i的水资源量或水资源使用量的累计百分比；yi为各经济要素的累计百分比[12]。

有关规定把基尼系数等于0.4时作为警戒线，本文根据此规定划分协调匹配状况。即基尼系数值小于0.2时，说明山西省水资源与经济要素处于“高度协调”状态；在0.2～0.3之间，表示“相对协调”；在0.3～0.4之间，表示“比较协调”；在0.4～0.5 之间，表示“不协调”；0.5 以上表示“极不协调”[13]。

1.2 数据来源

本文数据选取来源于“山西省水资源公报”的有关资料。为了保证数据的可获得性，准确性和连续性，从而便于水资源和经济发展要素协调的空间维度和时间维度的比较分析，本文研究区域为山西省所有地级市，研究的时间段为2008-2015年。

2 结果分析

2.1 水资源与经济要素协调度的空间差异

2.1.1 水资源量与经济要素的协调度

根据公式(2)和计算出来的水资源量与经济要素综合评价值，计算出各市域水资源量与经济发展要素的协调度(见表3)。

表3 山西省各市水资源量与经济发展协调度Tab.3 Shanxi province, the amount of water resources and economic coordination of the elements

结果表明：水资源量与经济要素协调度空间上存在较大差异。研究区域的11个地级市中，G滞后型区域都属于第一等级即水资源量丰富区，F滞后型区域都属于第二等级即水资源贫乏区。长治、晋城、晋中、忻州、吕梁处于优良协调，并且全部属于经济滞后型，它们都属于第一等级，水资源量丰富但经济发展水平低。阳泉、运城、临汾处于中度协调，其中阳泉属于水资源滞后型，运城和临汾属于经济滞后型；大同和朔州处于低度协调，都属于水资源滞后型；太原处于中度失调，且为水资源滞后型。运城和临汾水资源量较多，大同、阳泉和太原经济发展水平高但是水资源量贫乏。总体来看，以水资源总量为指标时，水资源丰富区域，协调度高(见图2)。

图2 山西省水资源量与经济要素协调度空间格局Fig.2 Spatial pattern of coordination between water resources and economic factors in Shanxi province

2.1.2 水资源使用量与经济要素协调度

根据公式(2)和计算出来的水资源使用量与经济要素综合评价值，计算出各市域水资源使用量与经济发展要素的协调度(见表4)。

表4 山西省各市水资源使用量与经济要素协调度Tab.4 Coordination levels of water resources use and economic in all cities in Shanxi province

与水资源量相比，水资源使用量与经济发展要素协调度在全省的分布有明显的改变。水资源滞后型地区由3个增加到4个，协调类型方面，5个地区为优良协调，除吕梁属于经济滞后型，其余都属于水资源滞后型，且经济发展水平高。长治、晋城、朔州、忻州、临汾属于中度协调，除了朔州是水资源滞后型，其余是经济滞后型，它们的经济发展水平在全省范围内属于中等水平。运城处于中度失调态势，且为经济滞后型。整体来看，以水资源使用量为指标时，经济发达的市域，协调度高(见图3)。

图3 山西省水资源使用量与经济要素协调度空间格局Fig.3 Spatial pattern of coordination between water use and economic factors in Shanxi province

对照表3和表4可以看出，水资源使用量与经济要素协调度的空间差异低于水资源量与经济要素协调度的空间差异。说明了经过经济的调控，水资源的空间分布差异会有所减小。

2.2 水资源与经济要素协调度的时间差异

2.2.1 水资源量与经济要素协调状况分析

根据公式(3)和计算出来的水资源量与经济要素标准化值，计算出2008-2015年两者的基尼系数(见表5)。

从水资源量与人口要素的基尼系数来看，2008-2015年间均在0.3～0.4间变化，且变化范围小。2008-2010年，属于相对协调；2011-2015年，属于比较协调。说明2008-2015年水资源量与人口要素的协调状况随时间呈现下降状态。

从水资源量和GDP要素来看，其基尼系数2008-2015年间于0.4上下波动，2010和2013年低于0.4，为比较协调，别的年份均在0.4～0.5之间，处于不协调状态。说明2008-2015年山西省水资源量与GDP的协调性差。

从水资源量与面积要素来看，其基尼系数在2008-2015年间均小于0.2，属于绝对协调。说明山西省水资源量与土地要素之间协调度很高，且时间变化小。

综上所述，水资源量与各经济要素协调度在2008-2015年之间总体变化不大，水资源量与土地要素的协调状况最好，人口要素次之，GDP要素最差。

2.2.2 水资源使用量与经济要素协调状况分析

同样，根据公式(3)和计算出来的水资源使用量与各经济要素标准化值，计算出2008-2015每年水资源使用量与经济要素的基尼系数(见表6)。

表5 水资源量-各经济要素的基尼系数Tab.5 Water resources-factors of economic development Gini coefficient

表6 水资源使用量-经济要素基尼系数Tab.6 Water consumption-economic factor Gini coefficient

水资源使用量与人口要素来看，2008-2015年间，其基尼系数均在0.1～0.3之间变化，其中2012和2013年小于0.2，属于绝对协调，别的年份均处于0.2～0.3之间，属于相对协调。说明2008-2015年间山西省水资源使用量与人口的协调性相对稳定，波动不大。

从水资源使用量与GDP要素来看，2008-2015年间，其数值均处于0.1～0.3之间，其中2008、2011、2014年小于0.2，属于绝对协调；其余年份都在0.2～0.3之间，属于相对协调。说明2008-2015年间，山西省水资源使用量与GDP的协调度总体比较高。

从水资源使用量与土地要素来看，2008-2015年基尼系数于0.4上下波动，其中2008、2009和2014年小于0.4，属于比较协调；其他年份均高于“警戒线”0.4，处于不协调状态。表明这个时间范围内，山西省水资源使用量与土地要素的协调性低，随时间变化幅度较小。

综上所述，水资源使用量与各经济要素协调度在2008-2015年之间总体变化不大。其中，水资源使用量与GDP的协调度最好，人口次之，土地面积最差。

3 结 语

山西省水资源时空分配不平衡，且禀赋和供给分布反差较大。本文从水资源量和水资源使用量两个角度，分别独立地研究水资源与经济发展要素的时空协调度，空间方面采用协调度模型计算，时间方面采用基尼系数进行计算，并对比两者之间的差异，全面地分析总结山西省水资源与经济要素之间的协调状态和时空差异。

从空间维度看，以水资源量为评价指标时，水资源量丰富的地区，水资源与经济发展要素的协调度高，经济发展滞后于水资源分布。以水资源使用量为水资源评价指标时，经济发展水平高的地区水资源与经济发展要素的协调度高，水资源分布滞后于经济发展。

从时间维度来看，在所选取的时间段内，总体变化幅度不大。以水资源量为评价指标时，与土地的协调度最高，人口次之，与GDP的协调度最差，且大部分年份超过了“警戒线”0.4。以水资源使用量为评价指标时，与GDP的协调度最高，人口居中，与土地面积的协调状况最差，且大部分年份超过了“警戒线”0.4，水资源量和水资源使用量相比，人口要素与后者的协调状况好于与前者的协调状况。说明GDP和人口改变了水资源的自然分配情况，其中GDP的影响效果更明显。

山西省水资源与经济分布的不协调是造成某些地区水资源贫乏的根本原因，这一矛盾将会对山西省的发展造成影响，是必须解决的问题。

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参考文献：

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