新疆水资源分布的空间匹配性分析——基于洛伦兹曲线和基尼系数

宋 建，庄 玮

(1.新疆昌源水务公司;2.新疆医科大学，新疆 乌鲁木齐 830000)

新疆是我国典型的干旱地区，从存量、降水量上来看都是水资源贫乏的。随着新疆社会经济的快速发展，居民生活、农业和生产用水需求不断增大，导致水资源供需矛盾越来越突出。在建设新疆丝绸之路经济带核心区的背景下，对水资源时空匹配性进行研究，不但直接关系到居民的水资源利用效果，也为政府科学配置有限的水资源提供决策依据，最终实现水资源的可持续发展。为此，本文利用洛伦兹曲线(Lorenz curve)和基尼系数(Gini coefficient)方法，对新疆维吾尔自治区2016年的水资源分布进行耕地、人口和第二产业生产总值的匹配性分析。

1 Lorenz曲线和Gini系数研究方法

Lorenz曲线原本是1905年美国科学家洛伦兹提出的一个经济学概念，研究的是国家或地区国民经济收入分配的均衡问题，用y=f(x)的曲线图形反映出区域人口的经济收入不均衡状况，经济均衡性越高，洛伦兹曲线越趋于直线，经济均衡性越差，则洛伦兹曲线越接近于横轴。因而，洛伦兹曲线与绝对平均线之间的面积能够直观地显示出均衡的程度，但缺点是不能定量地表达。这时候，意大利经济学家基尼进一步提出了Gini系数，成为定量测定收入分配差异程度的重要指标。该系数由直线y=x与曲线y=f(x)之间的面积，比上直线y=x与横轴之间的面积来计算，取值在0～1之间。联合国相关机构总结了基尼系数所代表的评价结果，见表1[1]。

表1 基尼系数与评价结果的对应关系

2 数据来源处理及结果

根据洛伦兹曲线和基尼系数的原理可以做出以下假设，基于一定比例的耕地资源、人口和第二产业GDP，需要有相同比例的水资源量与之匹配[2]，洛伦兹曲线与绝对平均线之间的面积越大，基尼系数值越高，水资源与耕地、人口和第二产业GDP的匹配度就越差。以《2017年新疆统计年鉴》作为数据来源，整理获得2016年新疆15个地州市水资源总量、耕地面积、人口数、第二产业GDP状况。在此基础上，构建洛伦兹曲线，计算基尼系数值，具体方法为：①将新疆15个地州市单位体积水资源所服务的耕地面积、人口数量和第二产业GDP从高到低排序。②按照排序，计算水资源总量、耕地面积、人口数量和第二产业GDP占全疆总量的百分比和累计百分比，见表2～4。③定义横轴为水资源的累计百分比，纵轴为耕地面积或人口数量或第二产业GDP，分别得到水资源与耕地面积、水资源与人口数量和水资源与第二产业GDP的洛伦兹曲线，如图1～3所示。④采用三角形面积法计算基尼系数[3]，计算结果见表5。新疆2016年水资源与耕地面积的匹配基尼系数为0.453，评价结果为差；水资源与人口的匹配基尼系数为0.4596，评价结果为差；水资源与第二产业的匹配基尼系数为0.6898，评价结果为很差。

表2 新疆2016年水资源-耕地资源统计

表3 新疆2016年水资源-人口资源统计

表4 新疆2016年水资源-第二产业统计

(1)

式中，G—新疆水资源空间匹配度；xi—水资源的累计百分比；yi—耕地、人口和第二产业GDP的累计百分比。

图1 新疆2016年水资源与耕地资源匹配的洛伦兹曲线

图2 新疆2016年水资源与人口资源匹配的洛伦兹曲线

图3 新疆2016年水资源与第二产业匹配的洛伦兹曲线

表5 新疆2016年水资源匹配度及评价结果

3 结果分析

新疆2016年水资源总量1093亿m3，占全国总量3.8%，相对新疆的国土面积占全国的17%来看，水资源相对较少；相对新疆人口仅占全国总人口的0.49%来看，水资源又相对较多。对地广人稀、水资源类型丰富的新疆来说，水资源分布的时空匹配复杂，结合单位水资源匹配的耕地、人口和GDP情况及洛伦兹曲线、基尼系数情况，分析如下。

3.1 水资源与耕地资源空间匹配

新疆维吾尔自治区总土地面积166.31万km2，除去高山、湖泊、沙漠等难以利用的土地，实际绿洲面积为580万km2，再减去渠道、林带、道路等，剩下净耕地面积410万km2(含兵团)，仅占总土地面积的2.45%。这其中，按照耕地的产能又可以分为3等，一等地占19.9%，二等地占48.9%，三等地占31.2%，在低产的三等地中一部分与干旱缺水密切相关。受新疆“三山夹两盆”地形地貌特征和典型的温带大陆性干旱气候影响，南北疆在气候、水文、土壤、生物资源等方面呈现差异。耕地资源存在明显的分布不均问题，北疆耕地总量占据全疆耕地总量的一半以上，并集中分布在水资源条件较好的地区。表2中15个地州市单位水资源灌溉的耕地面积呈两极分化，石河子市和克拉玛依市最高，克孜勒苏柯尔克孜自治州最低，石河子每万立方米的水资源可以灌溉10.94hm2的耕地，是克孜勒苏柯尔克孜自治州的150多倍。可以看出，克拉玛依市和石河子市的水资源总量最少，相对来说其耕地面积较大，显示出水资源的可利用率相对较高。其他地州市单位水资源灌溉耕地面积较小，有3个原因，①显示出相对于该地州水资源总量来说，耕地面积还有一定增加的空间，如气候条件较好的哈密、吐鲁番、昌吉等；②由于气候干旱，水资源受季节因素影响，地表水蒸发量大，致使一些地方水资源不足，为保证产能，耕地灌溉用水量大，如和田、巴音郭楞蒙古自治州、喀什、阿克苏等南疆地州；③新疆地形地貌复杂，多高原山地，多牧场，土地沙化、荒漠化风险大，不适合开垦耕地。图1和表5中，水资源与耕地面积匹配的基尼系数0.453大于0.4的国际警戒线，说明新疆水资源与耕地之间处于一种分配差距较大的状态。

3.2 水资源与人口空间匹配

新疆地广人稀，从新疆水资源和人口总量占全国的比例来说，水资源相对较多。表3中15个地州市的单位水资源服务人口数中，最高值石河子市每亿m3水资源服务110万人，远远高于其他地州市，是次高值克拉玛依市的6.5倍，是最低值阿勒泰地区的786倍。新疆首府乌鲁木齐市1.37%的水资源总量服务者全疆12.52%的人口。可以看出，石河子市、克拉玛依市、乌鲁木齐市人口较集中，人均可利用水资源较少，其他地州水资源总量相对较高。这是因为，人口的分布受水资源分布的直接影响较小，而与城市、城镇布局和社会经济发展水平的关联较大，行政经济中心乌鲁木齐、石油城克拉玛依及原兵团总部所在地石河子市具有较强的人口牵引力，因而产生了人口集聚，与水资源量不匹配的结果。阿勒泰、克州等地区受自然条件、社会经济条件的限制，单位人口的水资源可利用率有待提升。图2和表5中，水资源与人口数匹配的基尼系数0.4596大于0.4的国际警戒线，说明新疆水资源与人口之间处于一种分配差距较大的状态。

3.3 水资源与第二产业空间匹配

产业结构是国民经济中三次产业结构，是根据社会生产活动的顺序对产业结构的划分。第一产业的属性是取自于自然界，第二产业是加工取自于自然的生产物，其余的全部经济活动统归第三产业。选取第二产业GDP与水资源做匹配，目的是反映水资源的利用情况，单位水资源带来的第二产业产值越高，反映出水资源的相对效率越高。表4中石河子市和克拉玛依市的单位水资源带来的第二产业GDP远高于其他地州市，最高值882亿元/亿m3是最低值和田市的3150倍，是乌鲁木齐市的19倍。可以看出，和田、阿勒泰等单位水资源服务第二产业GDP较低的地区，在水资源承载力内，有较大的发展空间；克拉玛依、石河子等单位水资源服务第二产业GDP较高的地区，也有水资源过度开发利用，超过水资源承载力的风险。图3和表5中，水资源与第二产业GDP匹配的基尼系数0.6898，远大于0.4的国际警戒线，说明新疆水资源与第二产业GDP之间处于一种分配差距极大的状态。

4 讨论

4.1 水资源空间分布不均衡有待改善

对比东部河北省某市[4]水资源-耕地/人口/第二产业基尼系数结果0.4548、0.3244、0.4971，新疆水资源与耕地的匹配系数与其相近，但水资源与人口、水资源与第二产业的基尼系数则高出许多。对比西部重庆市[5]水资源-耕地/人口/第二产业基尼系数结果0.3926、0.5334、0.7094，新疆除水资源与耕地的匹配系数较高外，水资源与人口、水资源与第二产业的基尼系数较优。上述定量统计分析的结果与新疆水资源短缺和时空分布不均衡的事实一致。

在提升水资源与耕地的匹配度方面，农业用水占干旱地区总用水量的绝大部分，如新疆玛河流域农业用水占总用水的95%，所以应该在保障农业正常生产的情况下，在农业灌溉用水定额范围内[6]，大力发展节水技术，利用水权调配等方式提高水资源利用率。在提高水资源与人口、第二产业的匹配度方面，可在水资源丰富、有条件的地州市加大城镇化建设，推进产业结构升级改造，适应水资源总量情况合理布局产业结构，提高水资源服务社会经济发展的最大效益。

4.2 在水资源承载力范围内优化配置和利用

当前，丝绸之路经济带核心区建设为新疆经济社会发展带来新的机遇，经济社会发展的水资源压力更大，水利在国内基础设施建设领域的重要性更加凸显[7]。与我国其他省份比，新疆的水资源本身就更脆弱，虽然水资源相对量较丰富，但绝对量有限，2016年用水总量565.39亿m3，占到水资源总量的51.73%，已经接近规划水资源利用量，所以水资源的潜力有限。[8]这种情况下，决不能忽视自然生态的重要性。2017年10月18日，习近平同志在十九大报告中指出，坚持人与自然和谐共生，必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策。新疆水资源管理服务新疆社会经济发展，决不能一味地追求GDP等经济发展指标，必须优化水资源配置，采用先进的技术方法，科学、合理的提高用水效率和效益[9]，一定要考虑到自然生态环境的可持续发展，考虑到民生的改善和人民生活条件的提高，通过加强水利工程设施建设治理水土流失，通过治理水污染、土地沙化等增加良田的方式，提高水资源与耕地、人口和GDP的时空匹配。