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区域水资源空间均衡评价的集聚度方法

2025-07-08 54 上传者：管理员

摘要：为科学评价区域水资源量与社会经济的空间均衡状态，文章提出区域水资源空间均衡评价的集聚度方法。将区域水资源量与地理面积、人口数量、GDP一一对应匹配，计算水资源集聚度（WRAD）、人口集聚度（PAD）和GDP集聚度（GAD），得到相应的评价结果。模型应用于2018—2022年重庆市3个区块和38个区县水资源空间均衡状态评价，结果表明空间均衡状态最好的区域为渝东南，其次为渝东北，主城都市区状态最差。评价方法可为水资源空间均衡状态评价研究提供新思路。

关键词：
基础资源
战略资源
水资源空间均衡
重庆市
集聚度
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水资源是重要的基础资源和战略资源,在支撑经济社会稳定发展方面发挥重要作用[1]｡人类活动与气候变化影响下,水资源与经济社会不协调制约着区域高质量发展[2]｡当前我国水利工作进入了高质量发展阶段[2]｡“节水优先､空间均衡､系统治理､两手发力”为新发展阶段水问题的解决提供了科学指导,水资源空间均衡作为其中一项重要内容,是水利高质量发展的重要遵循｡目前水资源空间均衡研究主要集中在概念内涵､评价和调控等方面｡水资源空间均衡概念内涵方面,郦建强等[3]提出水资源空间均衡是在水资源利用节约高效､需求刚性合理､开发规模适度､供需高水平平衡的基础上实现人口､产业等与水资源承载能力相匹配,是各方面用水得到保障前提下的水资源配置状态和水平｡金菊良等[4]认为水资源空间均衡是在时间和空间维度上,水资源的空间分布与经济社会系统以及生态环境系统的空间分布之间实现双重协调与匹配,进而达成水资源供需的动态平衡状态｡水资源空间均衡评价方面,郭旭宁等[5]在水资源供需平衡分析基础上,计算了综合缺水量和综合缺水率,构建了水资源空间均衡度评价方法,并应用于北京市｡李杰等[6]提出了基于社交网络搜索､登山队优化算法双向门控循环单元和双向短时记忆网络的水资源空间均衡评价模型｡金菊良等[7]提出了基于子区域基尼匹配系数与减法集对势的区域水资源空间均衡评价方法,评价了安徽省水资源与人口､耕地､GDP的空间均衡等级｡董涛等[8]提出了区域水资源匹配人口､经济的综合基尼系数评价方法,并采用减法集对势识别影响区域水资源空间均衡的弱区域｡水资源空间均衡调控方面,魏豪杉等[9]提出由区域未来用水量预测､未来用水模式下水资源均衡度计算和以最小化基尼系数为目标函数的动态调控三部分组成的水资源空间均衡调控模型｡总的来看,水资源空间均衡研究大多与经济社会､生态环境等系统结合,体现出系统观念｡但水资源空间均衡评价中尚缺乏从空间面积上研究水资源与经济社会匹配程度｡为此,本文提出区域水资源空间均衡评价的集聚度方法,以期为水资源空间均衡评价研究提供新思路｡

1、评价模型构建

1.1集聚度

集聚度的概念源于经济学,用于衡量子区域中某种生产要素相对于母区域的集中程度｡此后,该概念被广泛应用于社会学､医学等多个学科领域的研究中｡袁素维等[10]将集聚度概念引入到卫生资源配置均衡性评价研究,提出了卫生资源集聚度和人口集聚度的卫生资源配置均衡性评价基础指标,将卫生资源集聚度和人口集聚度的比值作为评价卫生资源按人口配置的均衡程度依据｡基于此,结合水资源具有的生产要素特征,提出水资源集聚度(WaterResourcesAgglomerationDe⁃gree,WRAD)按照人口集聚度(populationagglomer⁃ationdegree,PAD)和GDP集聚度(GrossDomesticProductAgglomerationDegree,GAD)配置的区域水资源空间均衡评价方法｡

1.2水资源集聚度

水资源集聚度(WRAD)的计算公式为:

式中,WRADi—i子区域水资源集聚度;WRi—i子区域水资源数量;WRn—i子区域的上级母区域水资源数量;Ai—i子区域地理面积;An—i子区域的上级母区域地理面积｡WRADi=1时表示该子区域水资源按照地理面积分布处于临界均衡状态;WRADi>1时表示该子区域水资源按照地理面积分布处于均衡状态;WRADi<1时表示该子区域水资源按照地理面积分布处于不均衡状态｡为了让评价结果更精确,进一步将WRADi分类为:WRADi∈(0,0.5)为不均衡,[0.5,1)为较不均衡,[1,1.5)为临界均衡,[1.5,2.5)为较均衡,[2.5,+∞)为均衡｡

1.3人口集聚度

人口集聚度(PAD)的计算公式为:

式中,PADi—i子区域的人口集聚度;Pi—i子区域常住人口数量;WRn—i子区域的上级母区域常住人口数量;Ai—i子地区地理面积;An—i子区域的上级母区域地理面积｡

将水资源集聚度和人口配置集聚度结合考虑,据此评价区域水资源匹配人口空间均衡程度,具体评价标准为:WRADi/PADi=1时,说明该子区域水资源按人口数量分布处于临界均衡状态;WRADi/PADi>1时,说明该子区域水资源按人口数量分布处于均衡状态;WRADi/PADi<1时,说明该子区域水资源按人口数量分布处于不均衡状态｡进一步将WRADi/PADi分类为:(0,0.5)为不均衡,[0.5,1)为较不均衡,[1,1.5)为临界均衡,[1.5,2.5)为较均衡,[2.5,+∞)为均衡｡

1.4GDP集聚度

GDP集聚度(GAD)的计算公式为:

式中,GADi—i子区域经济集聚度;Gi—i子区域GDP数量;Gn—i子区域的上级母区域GDP数量;Ai—i子区域地理面积;An—i子区域的上级母区域地理面积｡

将水资源集聚度和GDP配置集聚度结合考虑,据此评价区域水资源匹配GDP的空间均衡程度,具体评价标准为:WRADi/GADi=1时,说明该子区域水资源按经济数量分布处于临界均衡状态;WRADi/GADi>1时,说明该子区域水资源按经济数量分布处于均衡状态;WRADi/GADi<1时,说明该子区域水资源按经济数量分布处于不均衡状态｡进一步将WRADi/GADi分类为:(0,0.5)为不均衡,[0.5,1)为较不均衡,[1,1.5)为临界均衡,[1.5,2.5)为较均衡,[2.5,+∞)为均衡｡

2、应用实例

评价方法应用于重庆市,进一步探讨上述方法在区域水资源空间均衡评价领域的应用｡重庆市总面积约8.24万km2,辖38个区县,常住人口超过3200万｡作为国家重要的中心城市之一,重庆在长江经济带和成渝地区双城经济圈建设中发挥着重要作用,拥有丰富的自然资源和深厚的历史文化底蕴,是中国西南地区的重要增长极和内陆开放高地｡评价数据源自于《重庆市统计年鉴》《重庆市水资源公报》｡

2.1结果与分析

2.1.1重庆市三大区块水资源空间均衡评价

重庆市分为主城都市区､渝东北三峡库区(以下简称渝东北)､渝东南武陵山区(以下简称渝东南)三大区块｡分别计算三大区块的WRAD､WRAD/PAD和WRAD/GAD,根据判断标准,得到重庆市三大区块的水资源空间均衡状态,如图1所示｡

由图1可知:①从水资源匹配人口空间均衡(图1(a))来看,2018—2022年渝东南WRAD/PAD稳定于2.5以上,处于均衡状态,渝东北处于(1.5,2.5)之间,总体处于较均衡的状态,主城都市区处于(0,0.5)之间,处于不均衡状态,说明主城都市区水资源与人口协调性较差｡结合统计数据,主城都市区以全市26%水资源量支撑了全市近65%常住人口,研究结果与实际情况一致｡②从水资源匹配GDP的空间均衡(图1(b))来看,2018—2022年渝东南处于均衡状态,渝东北除2018年处于较均衡状态,其余均处于均衡的状态,主城都市区处于不均衡状态,说明主城都市区水资源与GDP协调性较差,结合数据来看,主城都市区以全市26%水资源量支撑了全市近76%地区生产总值,水资源系统承受的压力在3个区块中相对较大｡③从水资源按照地理面积匹配的空间均衡来看,渝东南总体处于临界均衡状态,渝东北逐年改善,由2018年较不均衡状态改善至2022年临界均衡状态,主城都市区状态总体处于较不均衡状态｡

图12018—2022年重庆市三大区块WRAD､WRAD/PAD和WRAD/GAD

总的来看,主城都市区水资源系统支撑的人口和经济总量较大,水资源匹配人口､经济的空间均衡状态相对较差,面临的水资源短缺等问题较其他两区块更大｡渝东北和渝东南水资源空间均衡状态总体处于均衡状态｡

2.1.2重庆市区县水资源空间均衡评价

计算重庆市38个区县的WRAD､WRAD/PAD和WRAD/GAD,根据判断标准,得到重庆市三大区块的水资源空间均衡状态,以2022年为例作图,如图2所示｡

图22022年重庆市各区县水资源空间均衡状态图

由图2可知:①水资源匹配人口方面,主城都市区除了南川区处于较均衡状态以外,其余区县均处于较不均衡状态,南川区2022年处于较均衡的原因是该年份以全市3.62%水资源量承载全市1.78%常住人口,是主城都市区唯一的水资源量占比大于人口占比的区县｡渝东北仅万州区处于较不均衡状态,原因是其为渝东北人口最多的区,2022年人口156.43常住万人,占全市常住人口4.87%,而水资源量占比仅为全市的4.24%,而邻近的开州区以全市7.24%水资源量承载全市3.73%常住人口,云阳县以全市4.79%水资源量承载全市2.88%常住人口,开州区水资源承载压力相对较大,水资源空间均衡状态在该区块相对较差｡渝东南黔江区和秀山县处于较均衡状态,其余处于均衡状态｡②水资源匹配GDP方面,主城都市区所有区县均处于较不均衡状态,这与区块评价结果一致｡渝东北奉节县处于较均衡状态,梁平区､万州区､忠县处于临界状态,其余处于均衡状态｡渝东南所有区县均处于均衡状态,与区块评价结果一致｡③水资源匹配地理面积方面,主城都市区所有区县均处于较不均衡状态｡渝东北的开州区､城口县､巫溪县处于较均衡状态,这3个区县该年份的水资源量分别占全市的7.24%､6.17%､9.66%,在该区块是前三位｡渝东南黔江区处于较不均衡状态,主要原因是水资源量仅占全市2.51%,为该区块是最低｡

2.1.3讨论与分析

(1)研究期内(2018—2022年)重庆市三大区块水资源空间均衡状态呈现空间差异｡集聚度计算结果表明水资源空间均衡状态排序为:水资源匹配人口的均衡状态优于水资源匹配GDP,优于水资源匹配地理面积｡

(2)重庆市水资源与人口匹配关系的空间均衡结果表明,渝东南状态最优,渝东北其次,主城都市区最差｡主城都市区人口多,水资源空间均衡状态差,改善空间均衡状态的关键在于降低水资源承载的压力或者提升水资源承载支撑力,可以结合区域发展规划､产业布局等实现水资源短缺区域的人口向水资源丰富区域流动,降低需求侧水资源承载压力｡此外,规划建设诸如渝西水资源配置的引调水工程,补齐供给侧水资源量短板,提升水资源承载支撑力,实现水资源空间均衡状态提升｡

(3)重庆市水资源与GDP匹配关系的空间均衡结果表明,渝东南状态最优,渝东北其次,主城都市区最差｡主城都市区经济发展,是重庆市经济发展的主要阵地,改善状态的关键在于节约用水,提高用水效率｡同时,进一步优化产业布局,需水量较大的产业布局在水资源丰富的区域｡

3、结论

本研究将水资源量与地理面积､人口数量和GDP匹配,从评价区域占上级区域占比角度出发,提出了区域水资源空间均衡评价的集聚度方法｡评价方法应用于重庆市结果表明重庆市水资源匹配人口､GDP和地理面积的空间均衡状态渝东南最优,其次为渝东北,主城都市区最差｡评价结果符合实际情况,评价方法合理,为区域水资源空间均衡状态评价提供了新的思路｡

参考文献:

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[6]李杰,崔东文.新型群体智能算法优化BIGRU/BILSTM的水资源空间均衡评价[J].中国农村水利水电,2023(11):1-9.

[7]金菊良,孙增金,崔毅,等.基于子区域基尼匹配系数与减法集对势的水资源空间均衡评价方法[J].华北水利水电大学学报(自然科学版),2023(5):61-70.

[8]董涛,董国强,胡勇,等.基于综合基尼系数和减法集对势的区域水资源空间均衡评价与诊断[J].人民珠江,2024(10):15-23.

[9]魏豪杉,王红瑞,郏鹏鑫,等.基于水资源空间均衡的“四水四定”调控模型构建[J].水资源保护,2024(3):71-77.

[10]袁素维,危凤卿,刘雯薇,等.利用集聚度评价卫生资源配置公平性的方法学探讨[J].中国医院管理,2015(2):3-5.

基金资助:重庆市教委科学技术研究项目(KJQN202403802;K202303801);重庆市技术创新与应用发展专项重点项目(HX20240034);重庆水利电力职业技术学院科研项目(K202324);重庆市水利局一般项目(CQS23C01036);