内蒙古自治区用水结构演变与水资源承载能力分析.pdf

人民黄河YELLOWRIVER第45卷S12023年6月Vol.45，Sup.1Jun.，2023注：数据来源于内蒙古自治区水利厅发布的 内蒙古自治区水资源公报（20112020年）年份2011201220132014201520162017201820192020总用水量/亿m3184.70184.35183.22182.01185.78190.28187.98192.09190.88194.42农灌用水量/亿m3126.60119.08115.63118.80120.54120.40120.85124.15121.92124.29占比/%68.5464.5963.1165.2764.8863.2864.2964.6363.8763.93林牧渔业用水量/亿m314.4516.2817.8318.7419.6518.8017.2616.1917.7015.69占比/%7.828.839.7310.3010.589.889.188.439.278.07工业用水量/亿m323.5823.5523.6519.7318.7517.3815.7215.9214.5813.41占比/%12.7712.7712.9110.8410.099.138.368.297.646.90城镇公共用水量/亿m33.053.013.192.862.742.732.872.883.142.35占比/%1.651.631.741.571.471.431.531.501.651.21居民生活用水量/亿m36.977.377.537.607.677.908.168.358.529.27占比/%3.774.004.114.184.134.154.344.354.464.77生态用水量/亿m310.0515.0615.3914.2816.4323.0723.1224.6025.0229.41占比/%5.448.178.407.858.8412.1212.3012.8113.1115.13表1内蒙古自治区20112020年用水结构收稿日期：2022-08-30基金项目：赤峰市“玉龙人才”工程支撑课题作者简介：李国佳（1983），男，内蒙古赤峰人，高级工程师，硕士，从事水利技术推广和水资源研究工作E-mail：内蒙古自治区用水结构演变与水资源承载能力分析李国佳，乌琼，李江玉，韩秀艳，王丹（赤峰市水利事业发展中心，内蒙古 赤峰 024000）摘要：为了对内蒙古自治区用水结构和水资源承载能力进行分析,引入信息熵理论、洛伦兹曲线、基尼系数和水资源负载指数对其进行研究。结果表明：内蒙古自治区的地下水用量逐年减少，用水结构的信息熵和均衡度相对较高，分别大于1.0和0.6，用水结构相对稳定，农灌和林牧渔业用水量整体处于相对平均；工业和城镇公共用水仍然差距较大；居民生活用水整体处于相对合理。内蒙古自治区的水资源利用程度较高，大部分地区开发潜力较小，各盟（市）应根据经济发展实际情况有针对性地制定水资源管理政策,确保水资源合理有序开发。关键词：用水结构；信息熵；洛伦兹曲线；基尼系数；水资源负载指数中图分类号：TV213.4文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2023.S1.017随着内蒙古自治区经济发展和人口增加，当地对水资源的需求不断增加，加之部分地区存在着不合理开采、超采及浪费现象，导致很多盟（市）出现不同程度的缺水问题。诸多学者对我国部分地区水资源用水结构和水资源开发潜力进行了分析，但对用水结构演变研究多采用单一方法，各方法之间相互佐证不足，测算结果差异性对比不充分。本文对内蒙古自治区20112020年用水结构变化进行研究，利用信息熵理论、洛伦兹曲线、基尼系数和水资源负载指数等方法进行数理统计分析，得到用水演变过程和现阶段的水资源开发潜力，以期为各级行政部门决策提供参考。1内蒙古自治区20112020年用水结构演变1.1水资源状况内蒙古自治区横跨我国东北、华北、西北地区。据 2020年内蒙古自治区水资源公报，2020年平均降水量311.2 mm，折合降水总量3 599.39亿m3，较多年平均值增加10.3%，属平水年份。用水结构演变是指某一地区不同时间各个行业用水量与地区用水总量的比值变化情况。目前，内蒙古自治区可供水源主要为地表水和地下水，其他水源用量较小。将用水类型和行业分为农灌、林牧渔业、工业、城镇公共、生活和生态6个部分，各部分用水量和占比见表1。1.2用水结构演变分析1.2.1信息熵在用水结构演变中的应用用信息熵分析用水结构变化规律。设定第i个用水类型或行业所用水量占总水量的比重为pi，用水单位数为m，mi=1pi=1，则用水系统的信息熵公式为H（x）=-mi=1piln pi（0pi1）（1）每一量度发生所传达的信息量：Hi=-ln pi0，则信息熵H0。当各用水单位用水量相等时，信息熵为最大：Hmax=ln m（2）各用水类型或行业的用水量属于动态变化过程，仅通过信息熵不能很好体现用水结构的演变过程。通常需设定均衡度M 1：M=H/ln m（3）0M1，M越趋向于0说明用水结构越不均衡，M越趋向于1说明用水结构越均衡。在信息熵的基础上配合均衡度可以更准确地表达用水结构的变化。20112020年内蒙古自治区的用水结构信息熵呈现稳中有升的态势，说明用水结构由单一的农灌用水向多行业用水转变，原因主要是自治区实施了节水灌溉工程，农业灌溉用水比重大幅度降低，节约的水量向其他行业倾斜。用水结构均衡度均大于0.5，除2011年均衡度为0.6外，其余年份均衡度均在0.65上下波动，说明用水结构基本趋于稳定，各行业用水合理有序。1.2.2洛伦兹曲线在用水结构演变中的应用洛伦兹曲线数学表达式2为f（x）=1y0 xdF（x）（4）式中：F（x）为有序个体的累计分布函数；为均值。20112020年内蒙古自治区在用水结构上存在显著差异，其中：农灌用水量占比差异性最小，在2014年前接近高度平均；32人 民 黄 河2023年S1生态用水量占比的差距最大，差异性随着时间的增长逐渐减小；林牧渔业、工业、城镇公共、生活、生态环境用水空间差异性不明显，基本趋于相对合理，且差异性基本保持稳定。1.2.3基尼系数在用水结构演变中的应用意大利统计学家Corrado Gini于1912年提出基尼系数概念，用来测算收入分配的不均等。基尼系数取值为0到100%，计算公式为G=210 x-f（x）dx（5）基尼系数越接近0说明收入分配越平均，基尼系数越接近100%表示分配不均等性越高。f（x）函数不易通过公式表达，在一般情况下采用三角形面积法对基尼系数进行估算3：G=n-1x=1（AxBx+1-Ax+1Bx）（6）式中：G为基尼系数；Ax、Ax+1分别为x、x+1分区的总用水量累计百分比；Bx、Bx+1分别为x、x+1分区的各类型用水量的累计百分比；n为区域的个数。基尼系数评价等级3：0G20%为绝对平均，20%G30%为相对平均，30%G40%为相对合理，40%G50%为差距较大，50%G100%为差距巨大。国际上，一般将基尼系数 40%设置为临界值，大于等于40%说明该行业用水量差距较大。对20112020年内蒙古自治区各行业用水量进行计算得出基尼系数，结果见表2。表220112020年内蒙古自治区各部门用水基尼系数%年份2011201220132014201520162017201820192020农灌G15.7817.7421.4519.9920.1322.1022.1621.5722.0920.79评价等级绝对平均绝对平均相对平均绝对平均相对平均相对平均相对平均相对平均相对平均相对平均林牧渔业G23.6928.9825.3520.3820.7820.0123.4823.6333.5429.80评价等级相对平均相对平均相对平均相对平均相对平均相对平均相对平均相对平均相对合理相对平均工业G38.2033.3332.3636.0834.3136.1039.3841.2847.3949.99评价等级相对合理相对合理相对合理相对合理相对合理相对合理相对合理差距较大差距较大差距较大城镇公共G39.5040.8145.0648.8346.1946.3546.0740.5342.4045.08评价等级相对合理差距较大差距较大差距较大差距较大差距较大差距较大差距较大差距较大差距较大居民生活G42.3437.9538.5539.6938.9939.5840.0839.3839.7143.73评价等级差距较大相对合理相对合理相对合理相对合理相对合理差距较大相对合理相对合理差距较大生态G49.3968.0675.3876.5572.0768.8371.5365.3962.0057.91评价等级差距较大差距巨大差距巨大差距巨大差距巨大差距巨大差距巨大差距巨大差距巨大差距巨大2结果与讨论采用水资源负载系数对内蒙古自治区的水资源承载能力进行评价。水资源负载指数4通常采用一定范围内的水资源所能承载的人口和国内生产总值来体现，可在一定程度上反映该地区的承载水平和开发潜能。计算公式为C=K/WPG（7）式中：C为水资源负载指数；P为人口数量；G为国内生产总值（GDP）；W为水资源总量；K为与降水有关的系数。由表3、表4可以看出，内蒙古自治区的水资源负载指数为12.11，属级。内蒙古自治区的水资源时空分布差异较大，12个盟（市）的水资源利用程度和今后的开发潜力明显不均，包头市、乌海市的水资源负载指数超过100，呼和浩特市、赤峰市、通辽市、鄂尔多斯市、巴彦淖尔市、乌兰察布市、阿拉善盟水资源负载指数介于10到100之间，水资源利用程度很高，水资源开发利用潜力很小。锡林郭勒盟的水资源负载指数介于5到10之间，水资源开发程度高、潜力较小。兴安盟和呼伦贝尔市的水资源负载指数分别属和级，水资源利用程度中等和较低，开发潜力较大和大。但呼伦贝尔市、兴安盟的气温较低，生态环境相对脆弱，在发展经济的同时很容易导致生态环境破坏，因此可在保护生态环境的基础上适当进行发展，打造祖国北部边疆亮丽风景线，更好践行“绿水青山就是金山银山”的发展理念。3结语（1）20112020 年，内蒙古自治区的用水量结构变化呈现向好的发展态势，地下水用量逐年减少，用水结构的信息熵和均衡度相对较高，分别大于 1.0 和 0.6，用水结构相对稳定，农灌和林牧渔业用水量整体处于相对平均，工业和城镇公共用水仍然差距较大，居民生活用水整体处于相对合理。（2）内蒙古自治区水资源承载能力基本达到极限，仅有极少数盟（市）水资源开发潜力较大，但生态相对脆弱，要进一步加大生态用水的力度，持续改进工业用水由地下水向再生水的发展，加快农业供给侧结构改革，确保工业良性发展，加快城镇化公共服务，科学调度生活用水，对地下水进行优化配置，在满足水资源承载能力的前提下，科学对第一、二、三产业用水结构进行配置，使内蒙古自治区的用水结构更加优化。参考文献：1 王利娇，李恩宽，王富强，等.基于信息熵和均衡度的鄂尔多斯用水结构演变分析 J.黄河水利职业技术学院学报，2021，33（3）：19-23.2 陈良，杨银科，刘宇，等.基于洛伦兹曲线的甘肃省用水结构分析 J.长江科学院院报，2021，38（5）：25-33.3 马蕊.青海省用水结构分析 J.中国农村水利水电，2022（5）：164-170.4 杨艳昭，张伟科，刘登伟.内蒙古水土资源平衡及其水资源承载能力 J.干旱区地理，2008（3）：436-441.【责任编辑张华兴】表3水资源负载指数分级CC105C102C51C2C1C=0级别水资源利用程度很高，潜力很小高，潜力较小中等，潜力较大较低，潜力大低，潜力很大未开发水资源开发评价需采取外区域调水措施开发条件困难开发条件中等开发条件较容易兴修水利工程，开发条件很容易开发很容易表42020年内蒙古自治区各盟（市）水资源负载指数地级市呼和浩特包头乌海赤峰通辽鄂尔多斯呼伦贝尔巴彦淖尔乌兰察布兴安盟锡林郭勒盟阿拉善盟全区水资源量/亿m39.407.180.3426.6838.9922.37304.284.778.1947.5330.363.83503.93人口/万人344.61270.9455.66403.60287.32215.36224.29153.87170.63141.69110.7126.242 404.92GDP/亿元2 800.682 787.36563.141 763.601 276.643 533.661 172.20874.00826.89547.92839.84304.7517 359.8负载指数96.15116.19494.6828.7814.0637.441.4676.8843.114.639.6423.3512.11级别 33