國家中心城市水資源及供水結(jié)構(gòu)的地區(qū)差異性分析

李運(yùn)濤，王亞迪，暴占軍

（1.河南省水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司，河南 鄭州 450016；2.河南西水東引供水有限公司，河南 鄭州 450000；3.河南省豫北水利勘測設(shè)計(jì)院有限公司，河南 安陽 455000）

1 引 言

國家中心城市是我國政府在城市規(guī)劃編制系統(tǒng)中設(shè)置的最高等級單位。2010年以來，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、發(fā)展和改革委員會先后發(fā)文發(fā)函明確提出支持北京、天津、上海等9個(gè)城市建設(shè)國家中心城市。國家中心城市處于國家城市化發(fā)展的核心區(qū)位，承擔(dān)著國家戰(zhàn)略使命重任，不僅代表著國家和民族的城市化建設(shè)形象，并且引領(lǐng)著周邊地域的經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展［1］。

水資源是基礎(chǔ)性自然資源和戰(zhàn)略性經(jīng)濟(jì)資源，城市生活生產(chǎn)與生態(tài)文明建設(shè)都離不開水資源的安全保障。隨著國家中心城市建設(shè)持續(xù)深入開展，城市經(jīng)濟(jì)社會規(guī)模不斷擴(kuò)大，對自然資源的需求越來越大，水資源短缺成為城市發(fā)展短板的問題顯得日益突出，高水平的城市供水安全保障成為國家中心城市高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的戰(zhàn)略性內(nèi)容。目前對于國家與城市水資源保障的研究有很多，比如：夏軍等［2］針對全球變化影響下我國面臨的水安全問題，綜述了變化環(huán)境下水安全問題研究最新進(jìn)展，提出了水安全保障的若干對策與建議；施春紅等［3］構(gòu)造評價(jià)指標(biāo)體系分析了影響城市供水安全的各個(gè)方面。通過查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，專門針對9個(gè)國家中心城市水資源保障及地區(qū)差異性問題的研究很少。因此，研究分析國家中心城市的水資源利用及供水結(jié)構(gòu)，為城市建設(shè)發(fā)展提供用水安全保障，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 研究區(qū)概況

目前我國共有9個(gè)國家中心城市，其中2010年首批明確的有5個(gè)，包括北京、天津、上海、重慶4個(gè)直轄市和作為國家對外開放南大門的廣東省會廣州市，這5個(gè)國家中心城市分別位于京津冀、長三角、西部、粵港澳等國家戰(zhàn)略引領(lǐng)的重要區(qū)域，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平在國內(nèi)名列前茅，并在政治、科教、文衛(wèi)、交通等領(lǐng)域具有戰(zhàn)略地位［4］。2016年以來，成都、武漢、鄭州和西安先后被納入國家中心城市建設(shè)序列，這4座城市分別為我國西南、中南、中原、西北地區(qū)大省的省會，作為國家的區(qū)域中心和交通咽喉要地，具有很強(qiáng)的競爭發(fā)展能力和輻射帶動能力。

從城市與流域分布角度來看，北京市與天津市位于海河流域；成都市、重慶市在長江流域的上游地區(qū)，成都位于長江支流岷江流域，重慶地處長江干流與支流嘉陵江的交匯處；武漢市位于長江中游地區(qū)，坐落在長江的干流與支流漢江的交匯處；上海市置身長江流域下游末端，既通江又達(dá)海；廣州市位于珠江流域的下游地區(qū)，珠江干流橫穿城區(qū)；鄭州市緊靠黃河南岸，大部分屬淮河流域；西安市地處黃河的支流渭河流域。河流孕育了中華文明，國家中心城市與重要江河流域關(guān)系極為密切。9個(gè)國家中心城市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展各具優(yōu)勢和特色，發(fā)展程度具有差異性。2020年上海市的地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)到38 700.58億元，在9個(gè)國家中心城市中最高，是西安市地區(qū)生產(chǎn)總值10 020.39億元的近4倍；廣州市2020年人口為1 874萬人，水資源量為73.65億m3；北京市2020年的人口為2 189萬人，但水資源量僅為25.76億m3，處于人多水少的狀況。

國家中心城市供水安全保障是戰(zhàn)略性重大問題，供水水源的選擇尤其重要，其中既包含地表水、地下水等常規(guī)水源，又包括雨污水和其他水源。9個(gè)國家中心城市的水資源開發(fā)利用狀況具有顯著的差異性。上海市地表水資源豐富，2020年上海公共供水幾乎全部取自長江口及黃浦江上游的四大水源地，其中地表水72.47億m3、地下水0.01億m3、其他水0.14億m3。北京市大力發(fā)展雨污水處理利用等技術(shù)，2020年利用非常規(guī)水資源12億m3，占總供水量的29.6%。為了更好地建設(shè)國家中心城市，補(bǔ)齊城市建設(shè)發(fā)展過程中的水資源支撐短板，需要選擇合適的研究方法對9個(gè)國家中心城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及其水資源分布情況開展科學(xué)分析。

3 數(shù)據(jù)來源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

本研究所用數(shù)據(jù)包括水資源量、不同類型水源的供水量和經(jīng)濟(jì)社會指標(biāo)等，主要來源于國家及相關(guān)?。▍^(qū)）的水資源公報(bào)和統(tǒng)計(jì)年鑒。將2014—2018年數(shù)據(jù)求平均值，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行國家中心城市發(fā)展與區(qū)域水資源開發(fā)利用的地區(qū)差異性研究，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

表1 2014—2018年國家中心城市發(fā)展與區(qū)域水資源指標(biāo)數(shù)據(jù)均值

3.2 研究方法

3.2.1 水資源開發(fā)利用率

水資源開發(fā)利用程度可以用水資源開發(fā)利用率（總供水量與當(dāng)?shù)厮Y源總量的比值）表征，該數(shù)值越大，則區(qū)域供水潛力越小、供水安全保障能力越低。水資源開發(fā)利用率計(jì)算公式為

式中：Ki為第i個(gè)國家中心城市的水資源開發(fā)利用率，用百分比表示；Si為第i個(gè)國家中心城市的總供水量，億m3；Wi為第i個(gè)國家中心城市的當(dāng)?shù)厮Y源總量，億m3；n為國家中心城市的數(shù)量，n=9。

3.2.2 基尼系數(shù)

基尼系數(shù)是衡量地區(qū)人口收入分布差異的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在水資源規(guī)劃研究中常被用來測算區(qū)域水資源量及其開發(fā)利用的均衡狀況。本文將基尼系數(shù)用來分析國家中心城市人均水資源占有量、人均年供水量、人均GDP以及水資源開發(fā)利用率等城市發(fā)展與水安全保障指標(biāo)在多個(gè)區(qū)域的分布均衡狀況及整體差異程度。以計(jì)算人均年供水量的基尼系數(shù)為例，首先計(jì)算各個(gè)國家中心城市的年供水量和人口數(shù)量分別占9個(gè)城市總量的比例，然后按照9個(gè)城市人均年供水量大小進(jìn)行排序，分別計(jì)算出年供水量和人口數(shù)量的累加占比。國家中心城市人均年供水量的基尼系數(shù)G計(jì)算公式［5］為

式中：Mi為第i個(gè)國家中心城市年供水量在9個(gè)城市總量中的累加占比；Pi為第i個(gè)國家中心城市的人口數(shù)量在9個(gè)城市總量中的累加占比。

基尼系數(shù)在0～1之間取值，該值越接近0表示人均年供水量分布越均衡（地區(qū)差異性越小），越接近1表示人均年供水量分布越不均衡（地區(qū)差異性越大）。按照上述計(jì)算方法，可以計(jì)算人均水資源占有量、人均GDP、水資源開發(fā)利用率等城市發(fā)展與水安全保障指標(biāo)的基尼系數(shù)。將9個(gè)國家中心城市看作一個(gè)整體，用基尼系數(shù)來衡量這9個(gè)城市指標(biāo)數(shù)據(jù)分布的不均衡性及整體差異程度［6］。

3.2.3 不平衡指數(shù)

不平衡指數(shù)可用來表征城市化發(fā)展的地域差異，在水資源管理中可用來分析不同區(qū)域的水資源開發(fā)利用差異狀況。本文通過計(jì)算9個(gè)國家中心城市地表水、地下水等常規(guī)水源與其他水源供水量的不平衡指數(shù)，分析9個(gè)城市供水水源結(jié)構(gòu)差異程度。城市供水水源結(jié)構(gòu)的不平衡指數(shù)有兩種：一種是常規(guī)水源與其他水源供水量的不平衡指數(shù)，另一種是地表水與地下水供水量的不平衡指數(shù)。以常規(guī)水源與其他水源供水量的不平衡指數(shù)為例，其計(jì)算公式為

式中：I為常規(guī)水源與其他水源供水量的不平衡指數(shù)，I越大，表示常規(guī)水源與其他水源類型的供水量在9個(gè)城市中的差異性就越大；Yi為第i個(gè)國家中心城市的常規(guī)水源供水量在9個(gè)城市常規(guī)水源供水總量中的占比；Xi為第i個(gè)國家中心城市的其他水源供水量在9個(gè)城市其他水源供水總量中的占比；di為第i個(gè)城市常規(guī)水源與其他水源供水量占比相對差異程度的量化數(shù)值，di＞0表示第i個(gè)國家中心城市的常規(guī)水源供水量在9個(gè)城市中的占比大于其他水源，該值越大說明常規(guī)水源與其他水源供水量占比的差異程度就越大，常規(guī)水源與其他水源供水結(jié)構(gòu)就越不平衡。

同理，可以測算地表水與地下水等不同水源結(jié)構(gòu)類型的不平衡指數(shù)。di可以用來衡量某一國家中心城市供水水源結(jié)構(gòu)的差異程度，而不平衡指數(shù)I則是9個(gè)國家中心城市供水水源結(jié)構(gòu)整體差異情況的測算指標(biāo)。通過綜合運(yùn)用不平衡指數(shù)I及di值，可以衡量地區(qū)供水水源的差異程度并剖析水資源問題成因，及時(shí)為優(yōu)化調(diào)整國家中心城市水源結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。

3.3 計(jì)算結(jié)果分析

按照上述計(jì)算方法，利用9個(gè)國家中心城市2014—2018年的平均值，分別計(jì)算各城市人均指標(biāo)與水資源開發(fā)利用率，并綜合計(jì)算9個(gè)城市總體的平均值（見表2）與基尼系數(shù)，然后測算城市供水水源結(jié)構(gòu)中常規(guī)水源與其他水源供水量不平衡指數(shù)（I1=0.216 8）、地表水源與地下水源供水量不平衡指數(shù)（I2=0.163 1），di值見表3。

表2 國家中心城市人均指標(biāo)與水資源開發(fā)利用率

表3 國家中心城市供水水源結(jié)構(gòu)的不平衡指數(shù)計(jì)算結(jié)果

（1）人均水資源占有量反映區(qū)域水資源的稟賦水平，是分析國家中心城市水安全保障程度的重要指標(biāo)。9個(gè)國家中心城市人均水資源占有量的差異性較大，基尼系數(shù)高達(dá)0.53。重慶市降水量大，轄區(qū)河流眾多，人均水資源量高達(dá)1 893 m3，是9個(gè)國家中心城市均值的3倍，是鄭州（77 m3）的24倍，可見地區(qū)差異巨大；重慶、廣州、成都、武漢的水資源稟賦較好，能夠?yàn)閲抑行某鞘腥丝谝?guī)模擴(kuò)大和經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到良好的基礎(chǔ)支撐作用［7］；上海的人均水資源量雖然較?。▋H為202 m3），但黃浦江及長江等過境水為地區(qū)供水安全提供了堅(jiān)強(qiáng)保障；西安、北京、天津、鄭州的人均水資源占有量相對較小，將會面臨國家中心城市格局變化與水資源短缺的現(xiàn)實(shí)問題，必須高度重視。

（2）國家中心城市的人均年供水量及GDP基尼系數(shù)分別為0.18和0.15，相對較小，說明9個(gè)國家中心城市的人均年供水量和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展?fàn)顩r較為均衡。鄭州、成都、西安、重慶4市的人均GDP低于9市平均水平，因此需要緊抓國家中心城市建設(shè)契機(jī)，持續(xù)增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)實(shí)力，提高地區(qū)生產(chǎn)總值；重慶、西安、鄭州、北京、天津5市的人均供水量低于9市平均水平，因此在國家中心城市建設(shè)過程中要注重提升城市供水保障能力。

（3）水資源開發(fā)利用率反映國家中心城市水資源開發(fā)利用水平和地區(qū)用水安全保障能力。9個(gè)國家中心城市水資源開發(fā)利用率的基尼系數(shù)為0.50，說明水資源開發(fā)利用水平分布不均。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水資源開發(fā)利用率大于50%時(shí)，可能出現(xiàn)生產(chǎn)、生活、生態(tài)用水短缺的緊張狀況，將導(dǎo)致超采地下水、占用生態(tài)水、破壞水環(huán)境自凈能力等水問題。因此，除重慶外，其他8個(gè)國家中心城市應(yīng)避免出現(xiàn)水資源開發(fā)利用率過高而產(chǎn)生的水問題。鄭州市水資源匱乏，水資源開發(fā)利用率高達(dá)242%，必須依靠從黃河引水和南水北調(diào)中線工程供水，才能避免出現(xiàn)水危機(jī)。

（4）通過測算不同類型水源供水結(jié)構(gòu)的不平衡指數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)國家中心城市建設(shè)過程中的供水水源結(jié)構(gòu)性問題。2014—2018年，天津、鄭州、西安、北京地下水供水量在9個(gè)城市地下水供水總量中的占比大于各自地表水供水量在9個(gè)城市地表水供水總量中的占比，地下水超采會導(dǎo)致地面沉降、生態(tài)惡化等環(huán)境問題，必須加大節(jié)水力度，加強(qiáng)國家中心城市的引調(diào)水工程規(guī)劃建設(shè)。水資源稟賦較差的城市，常規(guī)水源與其他水源供水量不平衡，需要重視雨污水等非常規(guī)水源供水能力建設(shè)。不平衡指數(shù)I1＞I2，說明9個(gè)城市常規(guī)水源與其他水源供水量的差異程度大于地表水與地下水供水量的差異程度。在建設(shè)國家中心城市的過程中，應(yīng)加大非常規(guī)水供水設(shè)施的建設(shè)力度，優(yōu)化調(diào)整城市供水結(jié)構(gòu)，提高供水安全保障能力。

4 結(jié) 語

9個(gè)國家中心城市存在不同類型和不同程度的水資源及供水結(jié)構(gòu)的地區(qū)差異性問題，人均水資源占有量、水資源開發(fā)利用率的差異性較大，而人均供水量及人均GDP指標(biāo)的差異性相對較小。水資源開發(fā)利用率高的城市應(yīng)積極規(guī)劃建設(shè)引調(diào)水工程，避免出現(xiàn)水資源危機(jī)；部分城市供水水源結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并盡早規(guī)劃建設(shè)再生水利用等其他水源供水設(shè)施。在建設(shè)國家中心城市的過程中必須注重提升城市的供水保障能力，才能有效應(yīng)對城市發(fā)展建設(shè)中可能出現(xiàn)的地下水超采及水資源短缺問題。

目前，各級政府已經(jīng)開始加大引調(diào)水工程的建設(shè)來解決水資源及供水結(jié)構(gòu)的地區(qū)差異性問題。2014年南水北調(diào)中線工程建成以來，已經(jīng)向鄭州、北京、天津3個(gè)國家中心城市持續(xù)提供優(yōu)質(zhì)地表水資源；西安正在加快推進(jìn)引漢濟(jì)渭工程建設(shè)；武漢成為國家水生態(tài)文明建設(shè)試點(diǎn)城市，正在持續(xù)提升水質(zhì)，發(fā)展生態(tài)綠城；水資源相對豐富的廣州啟動了珠三角水資源配置工程，將對國家中心城市建設(shè)提供有力支撐。水資源可持續(xù)利用和區(qū)域供水安全保障是城市高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的重要內(nèi)容，提高國家中心城市的水安全保障能力任重而道遠(yuǎn)。