基于基尼系数法的全国十大水资源一级区水资源

1 概 述

水资源是一种有限而脆弱的基础性资源，具有经济、社会和生态的多维属性。众所周知，我国水资源总量丰富，多年平均水资源量2.8×1012m3，但人均占有量仅为世界平均水平1/4，且随着经济社会发展，“水多、水少、水脏、水浑”等水问题愈加突出。作为一种基础性资源，水的空间分布不均及与生产、生活水平的不匹配是制约经济社会发展的重要因素。坚持空间均衡，坚持“四水四定”——以水定城、以水定地、以水定人、以水定产是破解水资源短缺难题的必然选择[1]。与其他资源相比，水资源具有独特的流域自然属性。因此，分析研究水问题必须从水循环的基本规律出发，以流域为单元[2]，超脱就水论水的藩篱，协调好水与经济社会间的关系。如何有效地定量描述水与地、水与城、水与人、水与产等经济社会要素的关系，是分析“四水四定”的关键。

据文献调研，基尼系数法具有定量地、科学地描述不同要素的匹配程度的优势，在水资源与其他经济社会要素匹配格局定量化研究方面受到众多学者[3-6]的青睐。尽管已有研究均取得了较好的研究成果，但总的来说仍存在以下问题：①对水资源格局的分析多以行政区域为研究单元，缺乏建立在水循环基础上的流域角度研究。②研究多从空间维度入手，缺乏在时间维度上对水资源格局变化规律的揭示。③当前研究关于水资源与单一要素的匹配程度的描述较多，但具体到单元内部，“四水四定”的首要因素是什么？换言之，基于区域水资源禀赋现状条件，水资源-土地资源、水资源-人口、水资源-产值三者孰为制约经济社会发展的最强水资源约束，在此方面开展的研究较少。

2 研究思路与技术方法

2.1 研究思路

针对以上问题，本次研究依托《中国水资源公报(2004-2013)》系列数据，以流域统筹的视角来研究全国水资源的时空匹配格局，以全国10个水资源一级区为研究对象，以水资源二级区为基本计算单元，运用基尼系数法计算分析各水资源一级区的水资源与土地资源、水资源与人口、水资源与产值的匹配程度并分析各要素的时间变化趋势。研究目的如下：①在空间维度上，从流域角度分析水资源对经济社会发展的约束作用；②在时间维度上，分析各类水资源约束的变化趋势；③识别出各水资源一级区关键的制约因素。研究技术路线见图1。

图1 研究技术路线图

2.2 基尼系数法

作为一个经济学概念，基尼系数(Gini Coefficient)最早由意大利籍学者基尼(Gini)基于洛伦茨曲线推导而出。美国经济学家Paul R. Krugman根据资源的空间分布特点，提出了用于研究区域空间维度上资源匹配的基尼系数求解模型[7]，见图2。

图2 基尼曲线示意图

图2中，横坐标为要素1的累积比例X，取值范围为[0,1]；纵坐标为要素2的累积比例Y，取值范围为[0,1]；理想分布线为图1中斜率为1的直线，记为Y=f1(x)；要素1与要素2的双累积线为图1中的Y=f2(x)；要素1与要素2的基尼曲线为图1中的Y=f3(x)。理想分布线表示在理想情况下，要素1与要素2在空间上呈绝对均匀的分布；双累积线表示实际情况下，要素1与要素2在空间上的分布情况；基尼曲线为双累积线的拟合曲线。基尼系数在数值上等于基尼曲线Y=f3(x)与理想分布线Y=f1(x)所围成的阴影部分A面积的2倍，表征要素1和要素2实际分布与理想情况下的差异。

如前所述，基尼系数在数值上等于基尼曲线与理想线所围成的阴影部分A面积的2倍，计算方法见式(1)：

G=2A=2[f3(x)-f1(x)]dx

本文沿用文献[8-9]对基尼系数的阈值划分：G在0～0.2区间为高度匹配；0.2～0.3区间表示相对匹配；0.3～0.4区间为比较匹配； 0.4～0.5区间为不匹配；超过0.5 为极不匹配。

2.3 趋势分析方法

2.3.1 线性趋势检验

给定n对数据(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),…,(xn,yn)，基于n对数据构造形如的回归方程。一元线性回归对趋势的显著性检验方法可分为3种：①对回归系数的显著性检验，通常使用t检验法；②对回归方程的显著性检验，通常使用F检验法；③对相关系数的显著性检验，即R检验法，一般通过对比相关系数的临界值实现对系列趋势的检验。可以证明，在同一检验水平下，3种检验效果是一致的[10]。

R检验过程见式(2)、式(3)

|R|>Ra

对给定的检验水平a，对比R与相关系数临界值Ra，如果满足式(3)，则认为此水平下，回归效果是显著的。

文章来源：《人口与经济》 网址: http://www.rkyjj.cn/qikandaodu/2020/1013/556.html