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基于Moran' s I指数的新疆地区用水效率的空间关联分析
时间:2019-07-16 11:22:59    来源:www.xiandaishangye.cn    浏览次数:    杂志首页    我来说两句()

  陈长清  艾克热木·阿布拉  塔里木河流域干流管理局  新疆库尔勒  841000 

基金项目:“塔里木河流域主要产业水资源利用效率研究”TDSHHX1601

 

摘要:木文以2016新疆各地区的万元增加值用水量为研究对象,运用Moran's l指数对新疆地区用水效率全局和局部空间差异性演变特征进行了研究。研究表明,2016年新疆各地州的用水的Moran's I=0.347353新疆各地区的用水效率局部聚集化效应明显,尤其是用水效率的高值区域和低值区域集聚特征十分显著,南疆的阿克苏地区和喀什地区处于高-高地区,吐鲁番地区处于低-低地区,南北差异比较明显。建议完善水权制度,改善水利基础条件,加强水管理,提高利用效率。

关键词:新疆;用水效率;空间分析;Moran' s I指数

 

2011年中央一号文件明确提出 “三条红线”是落实最严格水资源管理制度的核心和关键,节约水资源,促进用水结构调整,提高水资源利用效率是有效手段。新疆气候干燥,降水少,蒸发强,水资源对经济社会发展和稳定具有重要作用。

空间自相关自1950年Moran等提出以来,已经被广泛应用于多个研究领域,如数字图象处理、流行病学调查、生物学、区域经济、生态学、社会学领域的空间规律分析。空间自相关分析是通过观测值的空间分布验证是否在空间上具有自相关性的分析方法。本文采用Geoda空间分析软件,建立新疆各地州的空间关联模型,来探讨新疆各地州用水效率的空间关联性。

 

一、区域概况与数据来源

新疆总面积166万平方公里,是中国面积最大、陆地边境线最长的省级行政区。自西部大开发以及对口援疆政策实施以来,新疆经济社会发展成就显著,截至2016全年实现地区生产总值(GDP)9617.23亿元,比上年增长7.6%。三次产业结构为17.1∶37.3∶45.6。随着地区经济的发展,水资源的需求量逐渐增大,本文以2016年新疆14个地级市作为研究对象,结合新疆的市域行政区划图,选取万元增加值用水量作为区域用水效率的衡量指标。

万元增加值用水量(m3/万元)=用水总量(m3/国内生产总值(万元)。其中,区域万元增加值用水量越小,表明区域用水效率越高;区域万元增加值用水量越大,表明区域用水效率越低。从表1可以看出,新疆各地区万元增加值用水量用水效率差异大,2016年乌鲁木齐的万元增加值用水量为43.683/万元克拉玛依市万元增加值用水量为86.473/万元、昌吉回族自治州万元增加值用水量为268.283/万元、哈密市的万元增加值用水量为398.483/万元,这些地区的元增加值用水量比较低,用水效率高。孜勒苏柯尔克孜自治州的万元增加值用水量为1130.253/万元,阿克苏地区的万元增加值用水量为1368.313/万元,阿勒泰地区的万元增加值用水量为1508.523/万元,喀什地区的万元增加值用水量为1552.793/万元,和田地区的万元增加值用水量为1969.683/万元,这些地区的万元增加值用水量超过1000多3,用水效率低。

          1   2016年新疆各地区的用水效率表

地区

万元增加值用水量

(m3/万元)

地区

万元增加值用水量

(m3/万元)

乌鲁木齐市

43.68

阿勒泰地区

1508.52

克拉玛依市

86.47

哈密市

268.28

昌吉回族自治州

398.48

巴音郭楞蒙古自治州

598.20

博尔塔拉蒙古自治州

573.60

阿克苏地区

1368.31

吐鲁番市

596.66

喀什地区

1552.79

塔城地区

765.64

和田地区

1969.68

伊犁州直属

573.66

克孜勒苏柯尔克孜自治州

1130.25

二、研究方法

     空间自相关分为全局空间自相关和局部空间自相关两大类,Moran's I指数法是最为基本和重要的方法。

(一)空间自相关

全局Moran指数I的计算公式为:

       (公式1)

其中,n为观测值个数。 xixjij的空间位置,Wij表示在空间位置关系的情况, i与j相邻时候,Wij的值为1;i与j不相邻时候,Wij的值为0。 对于Moran莫兰指数,可以用标准化统计量Z来检验n个区域是否存在空间自相关关系,Z的计算公式为: 

           (公式2)

E(Ii) 为理论期望值。VAR(Ii)为理论方差。数学期望EI=-1/(n-1)。

正的空间自相关时候,Z值显著为正值,相似的观测值具有空间集聚状态。负的空间自相关,Z值显著为负值,观测值具有散开分布状态。

)局部空间自相关

    局部Moran’s I的计算公式为:    (公式3)

n为观测值个数。 xixjij的空间位置,Wij表示在空间位置关系的情况, i与j相邻时候,Wij的值为1;i与j不相邻时候,Wij的值为0。

三、结果分析

(一)全局空间自相关分析

通过表1的数据,代入到公式(1)和公式(2),并以各地区的万元增加值用水量的标准化后的值作为横坐标,万元增加值用水量的标准化空间滞后值作为纵向坐标,画出散点图以及归回线,见下图1。回归直线的斜率就是万元增加值用水量的用水效率自相关性Moran's I指数。Moran's I=0.347353,指数为正值,这说明各地州万元增加值用水量在空间分布上呈正相关,表明各地州的用水效率存在相似性。

新疆各地州用水效率Moran散点图.jpg 

1新疆各地州用水效率Moran散点图    

                                       

)局部空间自相关分析

本文用Moran散点图和LISA集聚图分别进行局部自相关分析。

局部相关性均与全局相关性分析吻合。见图1万元增加值用水量的Moran散点图中,各点主要分布在第一、三象限,说明用水集聚的现象比较明显,某地区的万元增加值用水量比较高,用水效率低的地区,它周围地区的万元增加值用水量也比较高,用水效率也比较低;反之,自身的万元增加值用水量也比较低,用水效率高的地区,其周围地区的用水效率也比较高。

在局部LISA集聚图图中,见图2,深红色表示high-high,即自身和周边的观测指标都高。浅蓝色表示high-low,即自身高,周边地区低。深蓝色表示low-low,自身和周围地区都低。浅红色表示low-high,自身低,周围高。因此,high-highlow-low位置被称为空间聚集,high-lowlow-high位置被称为空间离散。分析图2可知,新疆用水效率的空间分布存在明显的地带性,尤其是代表用水效率的万元增加值用水量高值区域(high-high)和低值区域(low-low)集聚特征十分显著,根据2016年新疆各地用水效率Lisa聚类图(图2),南疆的阿克苏地区和喀什地区处于high-high地区,说明阿克苏地区和喀什地区以及与其相邻的和田地区和柯尔克孜克孜勒苏自治州都处于用水效率低的地区,即整个南疆用水效率低。根据2016年新疆各地用水效率Lisa聚类图(图2),吐鲁番地区处于low-low地区,说明吐鲁番地区及其周边的乌鲁木齐市、昌吉回族自治州、哈密地区处于用水效率比较高的地区,这些地区处于北疆地区水资源相对来说比较丰富。从图2可以看出,high-lowlow-high的区域没有出现,即自身用水效率高而周边水效率低的地区在研究年度不显著,自身用水效率低而周边用水效率高地区在研究年度不显著,也充分表明了南疆与北疆用水效率的类似性,南疆用水效率低,北疆用水效率高。

 

2016年新疆各地用水效率Lisa聚类图.jpg 

2  2016年新疆各地用水效率Lisa聚类图       

四、结论与建议

    本文采用Moran's I指数对2016年新疆各地区的用水效率进行了全局自相关和局部相关分析,主要结论如下:

新疆各地区的用水效率在空间分布上呈正相关,空间邻接地区的万元增加值用水量存在相似性。新疆各地区的用水效率局部聚集化效应明显,尤其是用水效率的高值区域和低值区域集聚特征十分显著,落后的地区两极分化,经济发展相对落后的地区其用水效率也相对低下。在Lisa聚类图中,南疆的阿克苏地区和喀什地区处于high-high地区,吐鲁番地区处于low-low地区,说明阿克苏地区和喀什地区以及与其相邻的和田地区和柯尔克孜克孜勒苏自治州都处于用水效率低的地区,说明吐鲁番地区及其周边地区处于用水效率比较高的地区,南北差异比较明显。

建议如下: 在新疆,尤其是南疆建立与完善水权制度,改善农业水利基础条件、普及节水灌溉,加强水生态保护与管理。对南疆地区以提高水资源利用效率为根本,要不断加强技术的升级改造,积极发展现代科技含量高的节水生产技术。要规范制度,强化监督,提高节水意识加大对用水的监督与检测,统筹推进对水资源的保护措施,切实提高水资源利用效率的提高。

 

参考文献:

[1]王磊,段学军.长江三角洲地区城市空间扩展研究[J].地理科学,2010(5).

[2]洪国志,胡华颖,李郇.中国区域经济发展收敛的空间计量分析[J].地理学报,2010(12): 1548-1558.

[3]刘会敏,牛叔文,杨振.中国人口死亡水平的空间统计分析[J].中国人口科学,2008(1).

[4]刘炎昆. 新疆水资源可持续发展问题研究[D].新疆农业大学,2013.

[5]魏玲玲,李万明.干旱区水资源与经济发展要素时空匹配实证——以新疆地区为例[J].求索,2014(03).

 

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