吳澤雄 張海明 孟令鵬 樊 靜 張藝銘

（1.江蘇省水文水資源勘測局泰州分局 泰州 225300 2.江蘇省水文水資源勘測局宿遷分局 宿遷 223800）

泰州市位于江蘇省中部，區(qū)域內(nèi)河網(wǎng)分布較為密集，雖然過境水資源相對豐富，但受地理位置、人口等因素影響，仍屬于資源型缺水城市。研究泰州市水資源利用的空間分布特征和用水結(jié)構(gòu)的演變對進一步提高用水效率、優(yōu)化用水結(jié)構(gòu)、改善地區(qū)生態(tài)環(huán)境具有重要的意義。本文以洛倫茲曲線、區(qū)位熵和基尼系數(shù)理論為基礎(chǔ)，通過對泰州市水資源利用結(jié)構(gòu)整體性趨勢及時空分布均衡性進行分析研究，為協(xié)調(diào)長江中下游城市區(qū)域用水結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)規(guī)劃提供了科學依據(jù)，對優(yōu)化水資源配置，實現(xiàn)用水效益最大化等具有重要意義。

1 研究方法

1.1 洛倫茲曲線

洛倫茲曲線數(shù)學表達式如下：

式中：L(y)為洛倫茲曲線方程式；F(x)為有序個體的累積分布函數(shù)；μ 為一個均值。

不同研究對象的累積曲線y=f(x)和絕對平均線y=x 距離的大小表示研究對象空間分配的均衡程度，即距離絕對平均線y=x 越遠，研究對象的空間分配差距越大，相反空間分配越均衡。

1.2 區(qū)位熵

計算出各區(qū)域某種用水的區(qū)位熵，是繪制洛倫茲曲線的前提條件。本文中區(qū)位熵為各研究區(qū)域各類用水累積百分比與總用水累積百分比的比值，即洛倫茲曲線中的斜率大小，區(qū)位熵表達式如下：

式中：LQ 為區(qū)位熵；Qin為i 區(qū)域第n 種類型產(chǎn)業(yè)的用水量；Qn為泰州市第n 種類型產(chǎn)業(yè)的總用水量；Qi為i 區(qū)域總用水量；Q 為泰州市總用水量。

1.3 基尼系數(shù)

區(qū)域用水空間均衡分布情況雖然可以通過洛倫茲曲線來直觀地表示，但是洛倫茲曲線并不能滿足區(qū)域用水空間均衡分布定量分析的需要。在洛倫茲曲線的基礎(chǔ)上，通過計算基尼系數(shù)，可定量描述各行業(yè)用水的區(qū)域空間分布情況。水資源在自然界中的分布存在著非常明顯的不平衡性特征，利用基尼系數(shù)能夠較好地描述水資源的匹配程度。其數(shù)學計算公式為：

式中：G 為基尼系數(shù)；f（x）為洛倫茲方程式。G 越小，表示要素越均衡，G 越大，表示要素越不均衡。本次評價分析采用國際公認的評價區(qū)間劃分標準，基尼系數(shù)評價結(jié)果如表1 所示。

表1 基尼系數(shù)評價結(jié)果表

2 泰州市用水結(jié)構(gòu)分析

2.1 泰州市用水結(jié)構(gòu)的演變

以泰州市2012—2019年水資源公報為基礎(chǔ)資料進行分析，2012—2019年泰州市總用水量整體呈下降趨勢。農(nóng)田灌溉和林牧漁畜用水量逐年下降，占總用水量的比例也逐年下降。生活用水總量不斷增加，占總用水量的比例也不斷增加。工業(yè)用水量并無明顯增加，但由于總用水量逐年下降，工業(yè)用水量在用水總量中的占比呈上升趨勢。

2012年起泰州市秉承大水利理念打造泰州生態(tài)之城，生態(tài)環(huán)境用水量2019年比2012年增加近一倍，在用水總量中的占比也增加了一倍，雖然生態(tài)環(huán)境用水量的增幅較大，但總量依然很低。

2.2 用水結(jié)構(gòu)整體趨勢性

泰州市2014—2019年各類用水洛倫茲曲線如圖1 所示，2014—2019年工業(yè)用水的空間分布情況有較明顯的增長，農(nóng)田灌溉用水基尼系數(shù)波動較小，而其他類型用水的空間分布狀況則均呈一定的下降趨勢。工業(yè)用水在向部分地區(qū)集中，地區(qū)間差異程度呈擴大趨勢；生活用水的空間分布差異性降低；生態(tài)環(huán)境用水的空間分布更加均衡。

圖1 泰州市不同類型用水的洛倫茲曲線構(gòu)成圖

表2 對泰州市2014—2019年各類用水的基尼系數(shù)進行了計算匯總，統(tǒng)計結(jié)果顯示，泰州市工業(yè)用水空間分布差異程度呈現(xiàn)出逐年擴大趨勢，生態(tài)環(huán)境、林牧漁畜和生活用水空間分布差異程度呈現(xiàn)出縮小趨勢。

表2 泰州市2014—2019年不同類型用水基尼系數(shù)及評價結(jié)果統(tǒng)計表

2.3 用水結(jié)構(gòu)空間均衡性

以《泰州市水資源公報（2019）》等為基礎(chǔ)資料，對2019年泰州市7個行政區(qū)進行用水結(jié)構(gòu)均衡分析，對5 類用水空間均衡分布情況進行統(tǒng)計，并繪制泰州市2019年不同類型用水洛倫茲曲線圖，結(jié)果如圖2 所示。

通過分析圖2 中的洛倫茲曲線可知，不同類型用水空間分布存在著差異。借助洛倫茲曲線可以對不同類型用水空間分布情況有直觀地了解，缺點是無法滿足定量分析的需求。

2.4 均衡差異程度

泰州市區(qū)域用水需求量比較大，其中需求量較高的主要是工業(yè)用水、生活用水以及生態(tài)環(huán)境用水。為了進一步了解泰州市各行政區(qū)用水量空間分布均衡程度差異的原因，將各種類型用水量的區(qū)位熵按行政區(qū)進行計算，2019年泰州市不同類型用水區(qū)位熵數(shù)值統(tǒng)計表如表3 所示。

表3 2019年泰州市不同類型用水區(qū)位熵數(shù)值統(tǒng)計表

農(nóng)田灌溉用水在不同用水類型中表現(xiàn)最為均衡，除興化市、姜堰區(qū)、泰興市外，泰州市其他行政區(qū)的區(qū)位熵均小于1.0，建議興化市、姜堰區(qū)、泰興市進一步調(diào)整農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)、繼續(xù)推廣節(jié)水灌溉，以減少灌溉用水需求，提高農(nóng)業(yè)用水效率。

林牧漁畜用水方面，海陵區(qū)的林牧漁畜用水區(qū)位熵最高為1.88，這是海陵區(qū)積極推進林牧漁畜產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的體現(xiàn)。

工業(yè)用水方面，醫(yī)藥高新區(qū)區(qū)位熵最高為4.52，遠高于其他行政區(qū)，建議醫(yī)藥高新區(qū)進一步提高工業(yè)節(jié)水水平，同時優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

生活用水方面，海陵區(qū)、高新區(qū)生活用水比例較高，生活用水區(qū)位熵分別為2.39 和2.72，遠超出其他區(qū)域，建議海陵區(qū)、高新區(qū)積極倡導科學節(jié)水，大力推廣生活節(jié)水器具，進一步提高生活用水效率。

生態(tài)環(huán)境用水方面，高新區(qū)生態(tài)環(huán)境用水區(qū)位熵最高為2.73，是生態(tài)環(huán)境用水區(qū)位熵最低值姜堰區(qū)0.38 的2.63 倍。建議各行政區(qū)切實加強對生態(tài)環(huán)境保護的意識，采取更為有效的環(huán)境整治措施，以期實現(xiàn)各行政區(qū)生態(tài)環(huán)境、社會和經(jīng)濟的均衡發(fā)展。

通過對泰州市2019年用水結(jié)構(gòu)的空間分布均衡程度和專門化程度的研究，能夠直觀地了解泰州市不同類型用水現(xiàn)狀年下的空間分布情況。相應部門在做產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局和水資源優(yōu)化配置時，應進一步加強用水管理監(jiān)督，充分考慮各行政區(qū)的用水情況，提高水資源利用效率，優(yōu)化用水結(jié)構(gòu)，更加重視生態(tài)用水，以實現(xiàn)泰州市水資源利用效益最大化。

3 結(jié)論

（1）泰州市總用水量整體呈下降趨勢，主要原因是農(nóng)田灌溉和林牧漁畜用水量逐年下降。

（2）泰州市用水結(jié)構(gòu)比例相對穩(wěn)定，農(nóng)田灌溉用水空間分布較為均衡，隨著時間變化，林牧漁畜、生活和生態(tài)環(huán)境用水空間差異程度呈現(xiàn)出縮小態(tài)勢，工業(yè)用水空間差異程度呈現(xiàn)出逐步擴大態(tài)勢。

（3）泰州市用水結(jié)構(gòu)比例分配存在一定差異，但各類用水空間分布較為均衡。

（4）泰州市各行政區(qū)均衡差異性表明，各行政區(qū)在水資源條件、水資源利用特點、功能規(guī)劃、社會經(jīng)濟情況及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等方面均存在差異性，各行業(yè)用水側(cè)重點也不同。

（5）通過計算所得區(qū)位熵、基尼系數(shù)及所繪制的洛倫茲曲線，本文較為清晰地揭示了泰州市2014—2019年各類型用水空間分布變化特點，提出了進一步優(yōu)化水資源配置和提高用水效益的建議，有助于泰州市在落實最嚴格水資源管理制度和保持社會經(jīng)濟發(fā)展的過程中，因地制宜調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用■