陈 晨，赵 杨，张刘东，李京东，廖 悦，费鑫鑫

(云南农业大学 水利学院, 云南 昆明 650201)

水资源开发与保护是水利事业的重要环节,关系到经济社会发展、生态环境的保护与可持续发展[1]，水资源空间分布不均对经济社会发展、生态环境保护等各方面都有极大的影响，分析评价城市的水资源均衡对一个城市的发展至关重要。昆明市是云南省省会，滇中城市群中心城市，属于北亚热带低纬高原山地季风气候，滇池流域是全云南省乃至全国水资源严重紧缺的地区，人均水资源量不足300 m3[2]。因此，研究分析滇池流域水资源空间均衡具有代表性，同时有助于为滇池流域未来发展的用水领域提供展望和依据。因此在滇池流域对水资源空间均衡进行合理分析，协调好水与经济社会发展与生态环境之间的关系，对昆明市现阶段社会的可持续发展意义重大。目前，我国对水资源空间均衡研究的文献主要还集中在理论方面，例如郦建强等[3]认为水资源空间均衡方法的研究可以解决我国现代治水实践中的空间不均衡问题。左其亭等[4]对空间均衡研究进行梳理和分析总结归纳出水资源空间均衡理论的研究方法和应用框架。河海大学的朱彩琳等[5]通过将空间均衡的函数和约束添加到传统的水资源配置模型，于2018年成功地计算出了盐城市沿海地区2020年75%保证率下的水资源配置结果。亢晓龙等[6]通过对河南郑州及洛阳的水资源总量、人口数量、以及GDP等指标数据，基于不平衡指数分析出郑州洛阳两市水资源空间分布不均衡的现状。

1 数据来源

本文所用的经济社会数据来源于《昆明市统计年鉴》(2011—2016) ，水资源数据(万元GDP用水量)来源于《昆明市水资源公报》(2011—2017)，流域气象数据(年降水量) (昆明站) 来源于中国气象数据网，子区域的资料来自于昆明市统计局官网。

2 研究方法

水资源空间均衡，就是指水资源在空间分布、经济社会空间布局和生态环境空间功能所存在的平衡状态。研究分析某个地区的水资源空间均衡不能从单一的角度入手，应当综合考虑该地区的水资源的压力、水土资源匹配度和用水效益三个方面。力求水资源压力较小，水土资源匹配度较高，用水效益越大，这样才有利于达到社会协调发展的目标。

2.1 水资源负载指数

水资源负载指数用于反映水资源的分布和开发的情况。为一个地区水资源的开采利用是否合理提供参考[7]。水资源负载指数的计算公式为：

(1)

式中：C为水资源负载指数；K为降水系数；R为人口，万人；Z为GDP，亿元；W为水资源总量，亿m3。

降水系数与降水量有关，具体关系和公式如下：

(2)

式中：P代表全年降雨量，mm。

通过查询昆明站的降雨量可知，滇池流域近期全年降雨量为1 055.7 mm，由此可以得到K=0.636 075。滇池流域总人口为404.65万人，GDP为3 799.87亿元人民币，通过查阅水资源公报可知滇池流域水资源总量12.04亿m3，因此可以算出C=65.51。由水资源负载指数分级(见表1)[8]可知，滇池流域的水资源负载指数远大于10，因此水资源已经高度开发，继续开发潜力很小，需要通过外部调水来缓解用水紧张。同时也可以充分使用发展过程中产生的再生水以实现城市水资源的合理配置，以满足水资源永续利用和生态平衡的需要[9]。

表1 水资源负载指数分级

2.2 水土资源匹配系数

通常用水土资源匹配系数来表示水土资源的匹配情况，水土资源匹配系数代表了特定区域农业生产所拥有的水资源与耕地资源在时空上的匹配程度[10]，表现形式为每公顷土地占有的水资源量。水土资源匹配系数的大小与区域水资源的丰富程度有关：越大则表示水资源充沛，可以高程度地满足农业生产活动；越小则表示水资源相对缺乏，不能满足农业生产生活用水，不利于发展农业。

水土资源匹配系数的计算公式为：

(3)

式中:δ代表水土资源匹配系数，万m3/hm2；S代表耕地面积，hm2；W代表水资源总量，亿m3。

通过查阅相关数据，滇池流域耕地面积为29 296.8 hm2。因此δ=4.11万 m3/hm2。

2.3 用水效益系数

所谓的用水效益系数直观反映了社会用水效益的高低，反映了该地区经济水平的高低。提升节约用水意识，大力发展高效用水技术是实现水资源可持续利用、创造更高经济价值的必由之路。

通常习惯用单位立方米的用水所创造出的GDP来衡量一个地区的用水效益，其计算公式为：

(4)

式中:Zw表示用水效益，元/m3；Z表示GDP，亿元；Ws代表供水量，亿m3。

通过查阅昆明市的统计资料可知，滇池流域每产生1万元GDP将会用水37 m3，因此可以算出，Zw=270.27元/m3。

2.4 基尼系数

基尼系数来源于经济学，起初是用来衡量居民收入差距的，现在通常用来分析和比较研究对象的总体匹配程度。利用基尼系数分析水资源分配问题也是当今水资源研究的热点问题之一，如：李建芳等[11]选取区域常住人口、耕地播种面积、生产总值、区域水资源总量等指标分析出惠州市水资源分配的公平性水平。基尼系数通常把0.40作为差距的分界线，高于0.40表示差距过大，低于0.40则表示差距正常。参考其他研究者的简便计算方法[12]，即：

(5)

式中：G代表基尼系数；yi表示每个指标从第1组到第i组的总和所占的全部总量的百分比；n表示将数据划分为n组。

2.5 水资源空间均衡系数

水资源空间均衡系数表示水资源分布的均衡程度，范围在0～1之间，越大表示越均衡, 越小则表示越不均衡[13]。其计算方法为：

(6)

式中：D表示水资源空间均衡系数；X表示系统协调度；Y表示系统综合评价指标；Ij主要指水资源承载系数、水土资源匹配系数和用水效益系数的基尼系数；m表示指标个数m=3；αj为各项指标权重，满足∑αj=1。

基于算出的水资源空间均衡系数，一般可以划分为5个等级，见表2。

表2 空间均衡指数等级划分[8]

基于这个等级划分，即可对地区水资源空间均衡作出相应的评估，对该地区水资源的合理开发利用作出合理的展望。

3 计算结果

计算昆明市滇池流域各子区的水资源负载指数、水土资源匹配指数和用水效益指数，如表3所示。计算水资源空间均衡指数要确定水资源负载指数、水土资源匹配指数和用水效益指数的权重因子[14]，确定权重时结合层次分析法和经验法[15]，最终将水资源负载指数占据的权重定为0.18，将水土资源匹配指数占据的权重定为0.69，将用水效益指数占据的权重定为0.13。滇池流域以及各子区域的水资源空间均衡指数计算成果见表3。计算结果结合表2，即可对滇池流域及各子区域的水资源均衡作出相应的评估分析。

表3 计算成果表

4 结果分析

从水资源负载指数可以看出昆明市主城区水资源压力很大，开发利用状况不与目前的经济、人口相匹配，空间分布不均衡。主城区中，五华区和官渡区的GDP最高，同时，它们两个子区域的水资源负载指数也最大，需通过外区域调水来缓解用水紧张。呈贡区作为新城区，GDP和人口居住量增加较快，呈贡区的水资源负载指数为73.14，已经超过了盘龙区和西山区属于高度开发的范畴，继续开发难度大，应合理规划开发。晋宁县水资源相对丰富，水资源负载指数为9.83，表明该区域的水资源还有一定的开发潜力，但是开发困难。总体来看，滇池流域的水资源负载指数远大于10，表明水资源已经高度开发。其基尼系数大于0.40，表明滇池流域水资源的空间分布和开采使用的差距较大，并且已经高度开采，只有西南部的晋宁县还有一些开发的潜力。水资源配置和利用中需注重水资源的管理，进行输水调水，提高用水效率。

从水土资源匹配系数可以看出昆明市的水土资源匹配系数比较失衡。其中盘龙区、西山区和五华区的耕地相对较少，水资源相对比较丰富，因此水土资源匹配系数高于其他子区域。官渡区降雨量与前几个区域相差较小，但耕地面积较大，因此水土资源匹配系数要低于盘龙区、西山区和五华区。呈贡新区的耕地面积与官渡区比较接近，但降雨量低于官渡区，水资源量的不足导致水土资源匹配系数偏低。晋宁县城市化却明显低一些，耕地面积多于主城区和呈贡区。整个流域的基尼系数为0.40，表明整个研究区域的水土资源分配情况不合理。从各个子区域的分布情况来看，盘龙区和晋宁县的基尼系数不低于0.40，属于水土匹配失衡的地区。五华区、官渡区、西山区和呈贡区的基尼系数是小于警戒线0.40的，属于比较均衡的地区，匹配度最好的是呈贡区。由于所占的权重较高，流域内水土资源匹配性的好坏是评价该区域水资源均衡的一个很重要的因素。

从用水效益系数可以看出研究区域内用水效益较高。其中，官渡区和五华区是经济发展最好的两个区域，单方水产值更高。西山区、盘龙区和呈贡新区单方水GDP产值差别不大。主城区和呈贡区用水效益远远大于晋宁县，表明了以第二、三产业为主要经济构成的区域大于第二、三产业相对薄弱的区域。用水效益的基尼系数大于警戒线0.40，研究区域昆明城区的用水效益比较失衡，大部分误差来自第二、三产业相对薄弱的晋宁县。用水效益和经济发展有一定联系，但各区域之间用水效益差距的大小才是影响用水效益均衡的因素。

通过加权后的水资源负载指数、水土资源匹配指数和用水效益指数的基尼系数，得到滇池流域的水资源空间均衡指数为0.45，研究区域的水资源空间均衡指数等级状态属于一般失衡状态。对比国内其它省市水资源空间均衡相关参数，发现研究区的水资源负载压力已经远远超过了西南地区的水资源压力。因此，滇池流域应当合理开发利用水资源，提前规划引水调水，提高用水效益。

5 结 论

本文基于滇池流域和各子区域的水资源负载指数、水土资源匹配指数和用水效益指数的计算，分析研究对象水资源空间均衡。结果表明，滇池流域存在着水资源失衡的现状，造成水资源失衡的主要原因是各个子区域的水资源承载指数和用水效益不够均衡，昆明市主城区和呈贡新区都出现了水资源高度开发利用的情况，水资源负载指数都远大于10，基尼系数大于0.40，开发利用的差距较大。研究区流域的水土资源不匹配，基尼系数为0.40，水土资源分配情况不合理。研究区域内用水效益较高，用水效益的基尼系数大于0.40，区域用水效益不够均衡。研究区域的水资源空间均衡指数等级状态属于一般失衡状态，应当合理开发利用水资源，提高用水效益，推进可持续发展。