李运涛，王亚迪，暴占军

（1.河南省水利勘测设计研究有限公司，河南 郑州 450016；2.河南西水东引供水有限公司，河南 郑州 450000；3.河南省豫北水利勘测设计院有限公司，河南 安阳 455000）

1 引 言

国家中心城市是我国政府在城市规划编制系统中设置的最高等级单位。2010年以来，住房和城乡建设部、发展和改革委员会先后发文发函明确提出支持北京、天津、上海等9个城市建设国家中心城市。国家中心城市处于国家城市化发展的核心区位，承担着国家战略使命重任，不仅代表着国家和民族的城市化建设形象，并且引领着周边地域的经济与社会发展［1］。

水资源是基础性自然资源和战略性经济资源，城市生活生产与生态文明建设都离不开水资源的安全保障。随着国家中心城市建设持续深入开展，城市经济社会规模不断扩大，对自然资源的需求越来越大，水资源短缺成为城市发展短板的问题显得日益突出，高水平的城市供水安全保障成为国家中心城市高标准建设的战略性内容。目前对于国家与城市水资源保障的研究有很多，比如：夏军等［2］针对全球变化影响下我国面临的水安全问题，综述了变化环境下水安全问题研究最新进展，提出了水安全保障的若干对策与建议；施春红等［3］构造评价指标体系分析了影响城市供水安全的各个方面。通过查阅文献发现，专门针对9个国家中心城市水资源保障及地区差异性问题的研究很少。因此，研究分析国家中心城市的水资源利用及供水结构，为城市建设发展提供用水安全保障，具有十分重要的现实意义。

2 研究区概况

目前我国共有9个国家中心城市，其中2010年首批明确的有5个，包括北京、天津、上海、重庆4个直辖市和作为国家对外开放南大门的广东省会广州市，这5个国家中心城市分别位于京津冀、长三角、西部、粤港澳等国家战略引领的重要区域，经济社会发展水平在国内名列前茅，并在政治、科教、文卫、交通等领域具有战略地位［4］。2016年以来，成都、武汉、郑州和西安先后被纳入国家中心城市建设序列，这4座城市分别为我国西南、中南、中原、西北地区大省的省会，作为国家的区域中心和交通咽喉要地，具有很强的竞争发展能力和辐射带动能力。

从城市与流域分布角度来看，北京市与天津市位于海河流域；成都市、重庆市在长江流域的上游地区，成都位于长江支流岷江流域，重庆地处长江干流与支流嘉陵江的交汇处；武汉市位于长江中游地区，坐落在长江的干流与支流汉江的交汇处；上海市置身长江流域下游末端，既通江又达海；广州市位于珠江流域的下游地区，珠江干流横穿城区；郑州市紧靠黄河南岸，大部分属淮河流域；西安市地处黄河的支流渭河流域。河流孕育了中华文明，国家中心城市与重要江河流域关系极为密切。9个国家中心城市经济社会发展各具优势和特色，发展程度具有差异性。2020年上海市的地区生产总值达到38 700.58亿元，在9个国家中心城市中最高，是西安市地区生产总值10 020.39亿元的近4倍；广州市2020年人口为1 874万人，水资源量为73.65亿m3；北京市2020年的人口为2 189万人，但水资源量仅为25.76亿m3，处于人多水少的状况。

国家中心城市供水安全保障是战略性重大问题，供水水源的选择尤其重要，其中既包含地表水、地下水等常规水源，又包括雨污水和其他水源。9个国家中心城市的水资源开发利用状况具有显著的差异性。上海市地表水资源丰富，2020年上海公共供水几乎全部取自长江口及黄浦江上游的四大水源地，其中地表水72.47亿m3、地下水0.01亿m3、其他水0.14亿m3。北京市大力发展雨污水处理利用等技术，2020年利用非常规水资源12亿m3，占总供水量的29.6%。为了更好地建设国家中心城市，补齐城市建设发展过程中的水资源支撑短板，需要选择合适的研究方法对9个国家中心城市经济发展水平及其水资源分布情况开展科学分析。

3 数据来源与研究方法

3.1 数据来源

本研究所用数据包括水资源量、不同类型水源的供水量和经济社会指标等，主要来源于国家及相关省（区）的水资源公报和统计年鉴。将2014—2018年数据求平均值，以此为基础进行国家中心城市发展与区域水资源开发利用的地区差异性研究，相关数据见表1。

表1 2014—2018年国家中心城市发展与区域水资源指标数据均值

3.2 研究方法

3.2.1 水资源开发利用率

水资源开发利用程度可以用水资源开发利用率（总供水量与当地水资源总量的比值）表征，该数值越大，则区域供水潜力越小、供水安全保障能力越低。水资源开发利用率计算公式为

式中：Ki为第i个国家中心城市的水资源开发利用率，用百分比表示；Si为第i个国家中心城市的总供水量，亿m3；Wi为第i个国家中心城市的当地水资源总量，亿m3；n为国家中心城市的数量，n=9。

3.2.2 基尼系数

基尼系数是衡量地区人口收入分布差异的重要经济指标，在水资源规划研究中常被用来测算区域水资源量及其开发利用的均衡状况。本文将基尼系数用来分析国家中心城市人均水资源占有量、人均年供水量、人均GDP以及水资源开发利用率等城市发展与水安全保障指标在多个区域的分布均衡状况及整体差异程度。以计算人均年供水量的基尼系数为例，首先计算各个国家中心城市的年供水量和人口数量分别占9个城市总量的比例，然后按照9个城市人均年供水量大小进行排序，分别计算出年供水量和人口数量的累加占比。国家中心城市人均年供水量的基尼系数G计算公式［5］为

式中：Mi为第i个国家中心城市年供水量在9个城市总量中的累加占比；Pi为第i个国家中心城市的人口数量在9个城市总量中的累加占比。

基尼系数在0～1之间取值，该值越接近0表示人均年供水量分布越均衡（地区差异性越小），越接近1表示人均年供水量分布越不均衡（地区差异性越大）。按照上述计算方法，可以计算人均水资源占有量、人均GDP、水资源开发利用率等城市发展与水安全保障指标的基尼系数。将9个国家中心城市看作一个整体，用基尼系数来衡量这9个城市指标数据分布的不均衡性及整体差异程度［6］。

3.2.3 不平衡指数

不平衡指数可用来表征城市化发展的地域差异，在水资源管理中可用来分析不同区域的水资源开发利用差异状况。本文通过计算9个国家中心城市地表水、地下水等常规水源与其他水源供水量的不平衡指数，分析9个城市供水水源结构差异程度。城市供水水源结构的不平衡指数有两种：一种是常规水源与其他水源供水量的不平衡指数，另一种是地表水与地下水供水量的不平衡指数。以常规水源与其他水源供水量的不平衡指数为例，其计算公式为

式中：I为常规水源与其他水源供水量的不平衡指数，I越大，表示常规水源与其他水源类型的供水量在9个城市中的差异性就越大；Yi为第i个国家中心城市的常规水源供水量在9个城市常规水源供水总量中的占比；Xi为第i个国家中心城市的其他水源供水量在9个城市其他水源供水总量中的占比；di为第i个城市常规水源与其他水源供水量占比相对差异程度的量化数值，di＞0表示第i个国家中心城市的常规水源供水量在9个城市中的占比大于其他水源，该值越大说明常规水源与其他水源供水量占比的差异程度就越大，常规水源与其他水源供水结构就越不平衡。

同理，可以测算地表水与地下水等不同水源结构类型的不平衡指数。di可以用来衡量某一国家中心城市供水水源结构的差异程度，而不平衡指数I则是9个国家中心城市供水水源结构整体差异情况的测算指标。通过综合运用不平衡指数I及di值，可以衡量地区供水水源的差异程度并剖析水资源问题成因，及时为优化调整国家中心城市水源结构提供依据。

3.3 计算结果分析

按照上述计算方法，利用9个国家中心城市2014—2018年的平均值，分别计算各城市人均指标与水资源开发利用率，并综合计算9个城市总体的平均值（见表2）与基尼系数，然后测算城市供水水源结构中常规水源与其他水源供水量不平衡指数（I1=0.216 8）、地表水源与地下水源供水量不平衡指数（I2=0.163 1），di值见表3。

表2 国家中心城市人均指标与水资源开发利用率

表3 国家中心城市供水水源结构的不平衡指数计算结果

（1）人均水资源占有量反映区域水资源的禀赋水平，是分析国家中心城市水安全保障程度的重要指标。9个国家中心城市人均水资源占有量的差异性较大，基尼系数高达0.53。重庆市降水量大，辖区河流众多，人均水资源量高达1 893 m3，是9个国家中心城市均值的3倍，是郑州（77 m3）的24倍，可见地区差异巨大；重庆、广州、成都、武汉的水资源禀赋较好，能够为国家中心城市人口规模扩大和经济发展起到良好的基础支撑作用［7］；上海的人均水资源量虽然较小（仅为202 m3），但黄浦江及长江等过境水为地区供水安全提供了坚强保障；西安、北京、天津、郑州的人均水资源占有量相对较小，将会面临国家中心城市格局变化与水资源短缺的现实问题，必须高度重视。

（2）国家中心城市的人均年供水量及GDP基尼系数分别为0.18和0.15，相对较小，说明9个国家中心城市的人均年供水量和经济社会发展状况较为均衡。郑州、成都、西安、重庆4市的人均GDP低于9市平均水平，因此需要紧抓国家中心城市建设契机，持续增强经济实力，提高地区生产总值；重庆、西安、郑州、北京、天津5市的人均供水量低于9市平均水平，因此在国家中心城市建设过程中要注重提升城市供水保障能力。

（3）水资源开发利用率反映国家中心城市水资源开发利用水平和地区用水安全保障能力。9个国家中心城市水资源开发利用率的基尼系数为0.50，说明水资源开发利用水平分布不均。研究发现，当水资源开发利用率大于50%时，可能出现生产、生活、生态用水短缺的紧张状况，将导致超采地下水、占用生态水、破坏水环境自净能力等水问题。因此，除重庆外，其他8个国家中心城市应避免出现水资源开发利用率过高而产生的水问题。郑州市水资源匮乏，水资源开发利用率高达242%，必须依靠从黄河引水和南水北调中线工程供水，才能避免出现水危机。

（4）通过测算不同类型水源供水结构的不平衡指数，可以发现国家中心城市建设过程中的供水水源结构性问题。2014—2018年，天津、郑州、西安、北京地下水供水量在9个城市地下水供水总量中的占比大于各自地表水供水量在9个城市地表水供水总量中的占比，地下水超采会导致地面沉降、生态恶化等环境问题，必须加大节水力度，加强国家中心城市的引调水工程规划建设。水资源禀赋较差的城市，常规水源与其他水源供水量不平衡，需要重视雨污水等非常规水源供水能力建设。不平衡指数I1＞I2，说明9个城市常规水源与其他水源供水量的差异程度大于地表水与地下水供水量的差异程度。在建设国家中心城市的过程中，应加大非常规水供水设施的建设力度，优化调整城市供水结构，提高供水安全保障能力。

4 结 语

9个国家中心城市存在不同类型和不同程度的水资源及供水结构的地区差异性问题，人均水资源占有量、水资源开发利用率的差异性较大，而人均供水量及人均GDP指标的差异性相对较小。水资源开发利用率高的城市应积极规划建设引调水工程，避免出现水资源危机；部分城市供水水源结构需要进行优化调整，并尽早规划建设再生水利用等其他水源供水设施。在建设国家中心城市的过程中必须注重提升城市的供水保障能力，才能有效应对城市发展建设中可能出现的地下水超采及水资源短缺问题。

目前，各级政府已经开始加大引调水工程的建设来解决水资源及供水结构的地区差异性问题。2014年南水北调中线工程建成以来，已经向郑州、北京、天津3个国家中心城市持续提供优质地表水资源；西安正在加快推进引汉济渭工程建设；武汉成为国家水生态文明建设试点城市，正在持续提升水质，发展生态绿城；水资源相对丰富的广州启动了珠三角水资源配置工程，将对国家中心城市建设提供有力支撑。水资源可持续利用和区域供水安全保障是城市高标准建设的重要内容，提高国家中心城市的水安全保障能力任重而道远。