粤港澳大湾区九市用水结构变化和公平性研究

邓攀攀，罗日洪，黄锦林

(1.广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，广东 广州 510635；2.广东省水利水电科学研究院，广东 广州 510635；3.广东省粤港澳大湾区水安全保障工程技术研究中心，广东 广州 510635)

水资源是一切农业活动、生产生活以及生态循环必须的要素和基础。由于人口快速增长，过去20年世界的水资源的短缺状态越来越严重。水资源短缺的主要原因是人口的增长，水资源的不均衡、气候变化、水污染、水资源浪费也是水资源短缺的重要原因。由于我国人口众多，时空分布不均，人均占有水资源量世界排名在百名之后，作为国家重要战略的“粤港澳大湾区”，水资源供给也面临严峻形式。节约用水，控制总用水量，不断提高水资源利用效率，是解决水资源短缺的重要手段。

近年来，随着水资源日益短缺，针对用水结构变化、公平性的研究也越来越多。何慧爽[1]分析了2003-2012年我国各地区用水与经济现状数据，运用区位熵和基尼系数定量分析了我国用水结构和生产率的变化特点及空间分布情况。韩勇等[2]分析了2000-2019年全国降水量、水资源量、供用水量数据，对我国供用水结构变化特征及原因进行探讨。董璐等[3]利用基尼系数、水资源消费杠杆系数和灰水承载压力系数对1997-2011年我国用水公平性进行研究。郑小康等[4]用信息熵的方法分析了黄河流域近30年来用水结构的演变规律及空间分布特征。就粤港澳大湾区水资源研究而言，吴盼等[5]对大湾区近10年的社会经济与水资源现状及其协同演化规律进行分析研究。王大洋等[6]则利用人水和谐理论方法，以粤港澳大湾区广东省的9市2014-2018年的人水关系为基础，分析了人水和谐关系的时空分布特征。陈文龙等[7]探讨大湾区水资源安全现状及存在的突出问题，并进一步分析未来大湾区的水资源供需形势。由于粤港澳大湾区在我国整体发展中的重要地位，因此，有必要深入分析粤港澳大湾区用水结构演变过程和时空分布特征和利用效率，从而为粤港澳大湾区科学调整区域用水结构、保障水安全提供技术支撑。

1 研究范围与资料来源

粤港澳大湾区由广东省下辖的广州、深圳、珠海、佛山、惠州、东莞、中山、江门、肇庆9市以及香港、澳门特别行政区组成的世界级城市群。本次选取大湾区内广东省下辖的9市为研究对象。本研究数据中来源中，水资源总量、降雨量、供水量、用水量等数据均摘录自广东省水利厅于2004-2019年发布的《广东省水资源公报》；社会经济数据摘录自广东省统计局于2004-2019年发布的《广东统计年鉴》。

2 水资源配置变化分析

2.1 水资源总量变化

水资源的补给主要来源于大气降水，降水在地面上为地表水，渗入地下变为地下水。根据2004-2019年《广东省水资源公报》数据进行分析，9市降雨量、水资源总量变化如图1所示。粤港澳大湾区9市的降雨总量年平均值为1024.1亿m3，16年间有7个年份超过了平均值，降水总量最高的3个年份依次是2016、2008、2006年，对于大湾区来说，这3年均属于“丰水年”，特点是严重暴雨山洪、台风偏强偏多，以及冬季大范围强降雨；2004年和2011年为2个降雨量严重偏低的年份，为“枯水年”，特别是2004年，导致了严峻的秋冬春连续干旱。对各年份降雨总量进行线性拟合，根据趋势线的斜率，可以看出，大湾区的降雨总量十几年来缓慢增加。

图1 2004-2019年9市降雨量、水资源总量变化图

水资源总量主要由地表水资源量和地下水资源量2部分组成。在《广东省水资源公报》中，水资源总量等于地表水资源和地表与地下水资源不重复量之和。9市水资源总量几乎全部来源与地表水资源量，2条曲线几乎重叠。另外，由于地表水基本由降水补给，因此，地表水资源与降水、水资源量的年度分布总体一致。9市水资源总量最高年份与上述的降雨量分布的年份一致，其中最低的为2004年的376亿m3，最高为2016年的754.1亿m3。根据2004-2019年各市水资源总量和常住人口计算出各年度的人均水资源量均值，与国家统计局发布的数据计算全国2004-2019年人均水资源量均值(2028m3/人)对比，如图2所示。其中惠州、江门、肇庆的人均水资源量超过了全国平均水平，其余市仅相当于全国平均水平的9.4%(深圳)、14.5%(东莞)、19.5%(佛山)、29.0%(中山)、29.8%(广州)、51.7%(珠海)，可见大湾区水资源缺乏的严重性，并对未来社会经济的发展产生消极影响。

图2 各市人均水资源量均值图

2.2 供水结构变化

粤港澳大湾区9市的供水总量由地表水源、地下水源及其它水源进行供水，其中地表水源占供水总量的98%以上，是主要的供水来源。地表水源又分为蓄水量、引水量、提水量、调入水量，分别计算2004-2019年多年平均值得到这4种地表水占比为18.6%、19.1%、56.5%、5.8%，其中提水量占地表水源量的一半以上，其次为蓄水量、引水量、调入水量。各年份供水结构变化情况如图3所示，由图3可见，地下水和其他供水的占比非常小。

图3 各类供水量占比

自2004年至2019年，9市的供水总量除2017年有小幅上升外，总体呈逐年下降趋势，从256.3亿m3下降到219.72亿m3，下降幅度为14.3%，如图4所示。说明9市在16年间用水效率进一步提升，用水结构不断优化。这是由于近年来9市的经济增长由高增长阶段转变为高质量发展阶段，得益于对用水总量和用水效率的双管控，通过源头把控和引导，以水资源的刚性约束倒逼产业绿色转型升级，不断强化节水管理，重复用水率持续提升，水资源循环利用取得明显成效，预计未来供水总量会进一步降低。

图4 9市历年供水总量变化图

2.3 用水结构变化

粤港澳大湾区9市用水分为工业用水、农业用水、生活用水、城镇公用用水、生态环境用水5类。以上5类用水占比2004年为44.0%、34.9%、13.3%、6.5%、1.3%，2019年则变为34.9%、31.9%、19.8%、11.4%、2%。根据各类用水不同年份占比如图5所示，由图5可见用水结构变化显著。由于万元GDP用水量和万元工业增加值用水量显著下降，耕地实际灌溉亩均用水量略有下降等因素，工业用水量、农业用水量不断减少，2019年比2004年减少的幅度分别36.18亿m3(32.1%)、19.43亿m3(21.7%)，而由于人口的增加和城镇化水平的提高，以及人们对美好生活的需求，生活用水量、城镇公共用水量、生态环境用水量不断增加，2019年比2004年增加的幅度分别9.52亿m3(28.0%)、8.53亿m3(51.4%)、1.24亿m3(38.3%)。

图5 各类用水量占比

就总用水量而言，2004-2019年，粤港澳大湾区9市总用水量呈不断减少，如图6所示。总用水量从2004年的256.3亿m3下降到了2019年的219.72亿m3，减少的幅度为14.3%。体现出大湾区9市经济结构不断优化调整，一些高耗水、低产值企业遭淘汰或转型升级，加上节水新技术的应用，致使企业用水效率不断提高；另一方面，广东2011年率先在全国全面实施最严格水资源管理制度，压实市、县的节水责任，取得了良好的效果。根据《广东省“十四五”用水总量和强度管控方案》，大湾区9市2025年用水总量要控制在202.23亿m3，考虑到经济社会发展需求，2030年控制在217.63亿m3。因此，大湾区9市仍需控制用水总量，把节水放在优先位置，加快经济社会发展方式绿色转型，进一步提高用水效率和效益。

图6 9市历年总用水量变化图

就不同地区用水量而言，2019年，大湾区9市总用水量排序是：广州市(62.25亿m3)>佛山市(30.88亿m3)>江门市(26.7亿m3)>深圳市(21.06亿m3)>东莞市(19.76亿m3)>惠州市(19.74亿m3)>肇庆市(18.73亿m3)>中山市(14.84亿m3)>珠海市(5.76亿m3)。具体如图7所示。其中广州市总用水量占9市总用水量的28.3%，该市工业用水量最大，占该市总用水量的52.3%，占9市工业用水总量的42.8%，说明广州市第二产业比较发达；珠海市的总用水量仅占大湾区9市总用水量的2.6%。

图7 2019年9市总用水量占比

3 用水公平性研究

3.1 理论方法

3.1.1洛伦兹曲线

洛伦兹曲线是一种公平性评价指标，于20世纪初由美国经济学家M.Lorrenz提出，最初被用来表征不同区域间财富分配的不均匀性，现广泛用于各类资源分配领域的公平性研究[8-10]。洛伦兹曲线图的x、y坐标均为累积百分比。y=x为绝对平均线，洛伦兹曲线的弯曲程反映资源分配的不平等程度，洛伦兹曲线弯曲程度(离y=x线越远)越大，分配越不平等，反之，资源分配越平等。

3.1.2区位熵

不同用水类型区位熵是衡量某地区某类用水在区域中的集中程度。通过假定j(j=1，2，…，m)地区有n种用水类型，第i(i=1，2，…，n)种用水类型的区位熵计算公式为：

(1)

式中，Lij-区位熵；Wij-i地区第j类用水量，m3；Wj-区域第j类用水总量，m3；Wi-i地区各类用水总量，m3；W-区域的各类用水总量，即总用水量，m3。

Lij>1，表示j地区i种用水所占比大于区域平均值；反之，则小于区域平均值。

首先将各类用水数据代入式(1)，计算出各分区的区位熵；其次按区位熵从小到大分别列出各分区第j类用水量和各分区该年的总用水量，求出类用水和总用水的累积百分比；最后用两组累积百分比数据进行洛伦兹曲线绘制。

3.1.3基尼系数

基尼系数一般是表示区域内收入分配的定量统计指标，也可用于资源消耗公平性评价中。由于洛伦兹曲线为定性评价，实际使用不方便。基尼系数是定量指标，可以通过计算洛伦兹曲线中的绝对平均线y=x与实际凹型曲线所围面积和绝对平均线下直角三角形面积的比值得到。其计算公式为：

(2)

式中，G-基尼系数；f(x)-洛伦兹，其中x为总用水累积百分比，f(x)为各类型用水累积百分比。

基尼系数取值为0～1，其评价区间划分标准见表1。

表1 基尼系数评价区间划分标准

3.2 结果分析

3.2.1用水区位熵结果分析

以2019年用水数据为例，根据式(1)计算各地区不同用水类型的区位熵分析各类用水均衡性，结果见表2。从表2结果可见，工业用水区位熵大于1的有广州、佛山、东莞、中山，说明工业用水量高于大湾区9市平均水平。如广州工业用水占其总用水量52.3%，高于大湾区9市34.9%的平均水平。农业用水区位熵大于1的有惠州、中山、江门，如江门农业用水量占其总用水量的71.1%，远高于大湾区9市31.8%的平均水平；生活用水量区位熵大于1的有深圳、珠海、佛山、东莞，深圳的，比如深圳，其生活用水量占总用水量的37.4%，说明深圳的城镇化率高，经济发展水平也高；城镇公共用水区位熵大于1的有深圳、珠海、东莞，如深圳城镇公共用水量占其总用水的29.0%，远高于9市11.4%的平均水平；生态环境用水区位熵大于1的有深圳、佛山、东莞，其中深圳的生态环境用水占其总用水量的6.3%，远高于9市2.0%的平均水平。

表2 2019年各地区各种用水类型区位熵

3.2.2基于区位熵与洛伦兹曲线的基尼系数结果分析

(1)用水公平性时间维度分析

选取2004-2019年大湾区9市总用水量、生产用水量(包含工业用水、农业用水和城市公共用水)、生活用水量作为基础数据，以水资源量、GDP、常住人口作为评价指标，计算总用水量-水资源量、生产用水量-GDP、生活用水量-常住人口的基尼系数，如图8所示。

图8 大湾区9市历年用水量基尼系数变化情况

从图8上可以看到，总用水量-水资源量基尼系数在[0.4，0.5)区间，超过了0.4的警戒线，为“差距较大”状态，主要原因是地区的水资源量的分布与社会经济发展、人口分布不匹配。以2019年为例，作总用水量-水资源量洛伦兹曲线如图9所示，水资源总量最大的肇庆、惠州、江门三市占大湾区9市水资源量的66.2%，而总用水量仅占大湾区9市总用水量的29.7%，常住人口占大湾区9市常住人口的19.2%。

图9 2019年大湾区9市总用水量-水资源量洛伦兹曲线

生产用水量-GDP基尼系数在0.4“警戒线”附近波动，其中2005-2008年、2013年、2017-2019年，大湾区9市生产用水量与GDP之间的分配为“差距较大”状态，其余年份为“相对合理”状态。因为2004年大湾区9市万元GDP用水量为188.8m3，到2019年为25.3m3，下降了86.6%，总体工业用水效率明显提高、用水结构不断优化。但万元GDP用水量不均衡，导致生产用水量-GDP基尼系数较大，以2019年为例，作生产用水量-GDP洛伦兹曲线，如图10所示，深圳GDP在9市占比31.0%，但生产用水量占比却仅为6.9%。

图10 2019年大湾区9市生产用水量-GDP洛伦兹曲线

生活用水量-常住人口基尼系数则始终处于(0，0.2)区间，为“绝对平均”状态，公平性很好，而且基尼系数一直处于比较平稳状态，其洛伦兹曲线如图11所示。说明9市生活用水量与常住人口数量非常协调。9市人均日用水量从2004年的206.2L/(p·d)，降低至2019年155.2L/(p·d)，这是持续性的节水宣传和人们的节水意识不断提高的结果。

图11 2019年大湾区9市生活用水量-常住人口洛伦兹曲线

(2)用水公平性空间维度分析

由9市2004-2019年水资源量、用水量、GDP、人口数据可以计算出年际间总用水量-水资源量、生产用水量-GDP、生活用水量-常住人口的基尼系数，结果见表3，以此评价各市年际均衡性和公平性。

表3 大湾区9市年际基尼系数结果

由表3可知，各市的总用水量-水资源总量基尼系数均处于(0，0.2)区间，处于“绝对公平”状态，说明各市的总用水量和水资源总量年际变化不大。

广州、珠海、惠州、肇庆的生产用水-GDP基尼系数处于[0.3，0.4)区间，为“相对合理”状态，说明这些市的GDP增长的速率较高，但用水量却增长不多，用水效率提升较显著。其余市处于[0.2，0.3)区间，为“比较平均”状态。

各市的生活用水-常住人口基尼系数均处于(0，0.2)区间，处于“绝对公平”状态，说明各市的生活用水量和常住人口增长速率比较均衡。

4 结语

通过对粤港澳大湾区9市2004-2019年水资源、用水量、用水结构数据进行分析，进而得到其水资源水资源配置变化、用水结构变化及用水公平性情况，从而为粤港澳大湾区控制总用水量，提高水资源利用效率提供支撑。粤港澳大湾区需进一步加强对水资源开发利用的支撑，加快实施区域水资源配置工程建设，继续实行严格的用水总量控制，加快经济社会发展方式绿色转型，不断提高用水效率和效益。本文采用基尼系数评价用水批公平性仅作为一种技术手段，还需结合经济社会发展的实际情况来综合分析。