基于公平性的水功能区水环境容量分配方法研究 Water Environmental Capacity Allocation Method for Water Function Area Based on Fairness

doi:10.12677/JWRR.2012.14040

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Journal of Water Resources Research 水资源研究, 2012, 1, 274-278

http://dx.doi.org/10.12677/jwrr.2012.14040 Published Online August 2012 (http://www.hanspub.org/journal/jwrr.html)

Water Environmental Capacity Allocation Method for

Water Function Area Based on Fairness*

Yiwen Xie1, Ho ngbo Zha ng2, Xian Li3, Yo ngyu Zhou1, Jiamin Hu1

1College of Chemical and Environmental Engineering, Dongguan University of Technology, Dongguan

2China Nuclear Power Design Co., Ltd., Shenzhen

3Institute of Environment Science Research, Dongguan

Email: 323100301@qq.com

Receiv ed: Apr. 29th, 2012; revised: May 17th, 2012; accepted: May 28th, 2012

Abstract: Gini coefficient distribution method is one for water environmental capacity in the water func-

tional area on the basis of the allocation principle of fairness and the criterion of Gini coefficient, with com-

prehensively considering a variety of factors. The example research shows that the ratio of COD capacity

distribution accounting Gini coefficient of total industry production based on Gini coefficient distribution

method is from 0.47 (unfairness) down to 0.29 (relatively fairness) through the water environmental capacity

allocation of towns in the Dongyin Canal water function area in Dongguan City, the rest Gini coefficient of

factors all are in the scope of fairness. The results display that, all Gini coefficient is in the range of fairness

by more factors introduced to comprehensively evaluate and the distribution capacity of objects adjusted for

Gini coefficient distribution method. Also, the water environmental capacity allocation in the water function

area is more fair and reasonable.

Keywords: Gini Coefficient; Water Functional Area; Water Environmental Capacity; Allocation

基于公平性的水功能区水环境容量

分配方法研究*

谢毅文 1，张洪波 2，李娴3，周咏瑜 1，胡嘉敏 1

1东莞理工学院化学与环境工程学院，东莞

2深圳中广核工程设计有限公司，深圳

3东莞市环境科学研究所，东莞

Email: 323100301@qq.com

收稿日期：2012 年4月29 日；修回日期：2012 年5月17 日；录用日期：2012 年5月28 日

摘要：基尼系数分配法是一种基于公平性为分配原则、以基尼系数为分配依据、综合考虑多个影响

因素作用的水功能区水环境容量分配方法。通过东莞市东引运河水功能区内镇街水环境容量分配实例

研究显示，基于基尼系数分配法的COD 容量分配对工业总产值的基尼系数由等比例分配法分配得出

的0.47(不公平)下降到 0.29(相对公平)，其余影响因素的基尼系数均处于公平范围。结果表明，基尼系

数分配法通过引入多个影响因素进行综合评价，调整分配对象分配容量使基尼系数均符合公平范围，

从而使水功能区水环境容量分配更具有公平性和合理性。

关键词：基尼系数；水功能区；水环境容量；分配

*基金项目：广东高校优秀青年创新人才培养项目(LYM10123)，广东省科技厅项目(2010B050300010)，广东省水利科技创新项目(2009-39)，

中山大学重大项目培育和新兴交叉学科项目(10lgzd11)及东莞理工学院创新人才培养计划项目(E3496108)资助。

作者简介：谢毅文(1980-)，男，汉族，广东东莞人，讲师，博士，研究方向为水资源水环境保护。

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谢毅文，等：基于公平性的水功能区水环境容量分配方法研究

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1. 前言

水功能区是根据流域或区域的水资源状况，并考

虑水资源开发利用现状和经济社会发展对水量和水

质的需求，在相应水域划定的具有特定功能，有利于

水资源的合理开发利用和保护，能够发挥最佳效益的

区域。2002 年4月水利部印发了《中国水功能区划(施

行)》，2003 年5月水利部制定《水功能区管理办法》

并于 2003 年7月开始施行。其后，全国各省、市、

县对各自水功能区划做了复核与调整，并按照批准实

施的水功能区划制定水环境容量总量分配方案及入

河污染物控制管理措施。市县一级行政区的水功能区

常跨越多个乡镇行政区，水功能区的水环境容量总量

如何在其所包含的多个乡镇间进行合理分配成为一

个关符于各乡镇切身利益及市县社会经济发展大局

的热点问题。目前，水环境容量总量分配有等比例分

配法、层次分析法和 Delphi 法等[1]，但以上方法具有

一定的缺陷性，如层次分析法和 Delphi法考虑因素全

面、科学性强，但数据获取困难且过程繁琐，权重或

因素受主观影响大，实用性较差，应用较少；而目前

应用较多的是等比例分配法，等比例分配法对数据要

求低、使用简单方便，但其明显缺乏科学性和公平性

[2]。基于目前应用方法的缺陷和不足，从分配方法的

科学性和公平性的角度出发，参考前人在基尼系数应

用方面的研究成果[2-8]，提出基尼系数分配法来进行水

功能区水环境容量总量分配，即通过计算同一水功能

区内各乡镇水环境容量分配对多个影响因素的基尼

系数及评价其公平性，以此为依据进行水功能区各乡

镇水环境容量总量分配。

Figure 1. Lorentz (Gini coefficient) curve

图1. 洛仑兹(基尼系数)曲线图

A，实际分配曲线右下方的面积为B，并以 A(A B)



值表示不平等程度，该值被称为基尼系数。基尼系数

在0~1之间变化，系数越大，表示越不均等(不公平)，

系数越小，表示越均等(公平)[9]。

2.2. 基尼系数的计算方法

基尼系数的计算方法有很多，主要有四种有代表

性的估算方法[10]，分别是直接计算法、分组计算法、

拟和曲线法[11]和分解法。本研究拟考虑采用分组计算

法求算基尼系数。

分组计算法有点类似用几何定义计算记分的方

法，在 X轴上寻找 n个分点，将洛仑兹曲线下方的区

域分成 n部分，每部分用以直代曲的方法计算面积，

然后加总求出面积。分点越多，就越准确，当分点达

到无穷大时，则为精确计算。实际应用中常采用的计

算公式是：



iii i

i1 i1

Gxy2x1s







  (1)

式中：xi代表按收入分组后各组的人口数占总人口数

的比重；yi代表按收入分组后，各组人口所拥有的收

入占收入总额的比重；si代表累计收入百分比，

ii12

syy y



。

2. 基尼系数法分配法的建立

2.1. 基尼系数的基本原理

基尼系数(或称洛伦兹系数)是由意大利经济学家

基尼(Gini)于1922 年根据洛伦兹曲线提出的[9]。基尼

系数是经济学中综合考察经济社会中居民收入分配

差异状况的指标，可较直观地反映不同收入的居民在

收入分配中所处的位置及分配公平的大致程度，已在

国际上得到了广泛应用[8]。基尼系数是根据洛伦兹曲

线图中的面积来计算的(见图1)，设收入的实际分配曲

线(洛伦兹曲线)和绝对平等分配曲线之间的面积为

2.3. 分配对象、影响因素及合理范围

水功能区水环境容量分配对象为处于同一水功

能区内的多个乡镇，同时处于两个或以上水功能区的

乡镇则按面向不同水功能区的排污比例划分出相应

部分作为分配对象。可能影响水功能区水环境容量总

量分配的因素有以下几类：1) 社会因素，包括人口、

GDP、工业总产值等；2) 自然因素，包括流域面积、

谢毅文，等：基于公平性的水功能区水环境容量分配方法研究

第1卷 · 第4期

河流长度、水资源量等；3) 综合因素，包括人口密度、

水质、环保投入等。对不同的区域，影响因素可以根

据实际情况有所增减，所选因素应较好地反映该区域

的社会、经济等属性，且可以量化及获得较为准确的

数据。由于本文以广东省东莞市东引运河水功能区为

例，考虑到东莞市是全国著名制造业城市，人口众多，

经济发达，经过分析选择人口、工业总产值和用水量

作为该区域的评价指标。

在以基尼系数评价水功能区排污公平性之前，需

界定基尼系数的合理范围。按照国际惯例，将水功能

区水环境容量分配的基尼系数公平范围界定为：0~0.2

为公平，0.2~0.3为相对公平，0.3~0.4 为相对不公平，

0.4~0.5 为不公平，0.5 以上为高度不公平[12]。

2.4. 基尼系数法的技术路线

基尼系数法其技术路线(见图 2)为：1) 按照水功

能区内各乡镇的规划年污染物入河量比例对水环境

容量总量作初步分配，同时收集各乡镇的相关影响因

素数据(人口、用水量和工业总产值)。2) 计算各影响

Figure 2. The technology roadmap of Gini coefficient distribution

method

图2. 基尼系数分配法技术路线

因素与容量初次分配的基尼系数，并绘制洛伦兹曲

线。3) 依据各基尼系数评价分配方案的合理性，如所

有基尼系数均在合理范围内，则认为现有的分配比例

合理；如某影响因素的基尼系数处于不合理范围，则

认其为主要影响因素，通过对各乡镇水环境容量分配

进行调整，修正其基尼系数回到合理范围以内。4) 调

整各乡镇容量分配使主要影响因素的基尼系数降低

的过程中，其他因素的基尼系数也会发生相应变化，

某些因素基尼系数会上升，甚至超过合理范围，所以

在调低主要影响因素基尼系数的同时也要计算其他

因素的基尼系数，通过反复调整分配最终使所有影响

因素的基尼系数均在合理范围。

3. 实例分析

本文以东莞市东引运河二级水功能区(东引运河

工业农业用水区)为例应用基尼系数分配法进行水功

能区水环境容量总量分配实例研究。东莞市位于广东

省珠江三角洲广州与深圳、香港之间的黄金通道上，

是全国有名的工业城市，经济发达，人口众多。东引

运河是东莞市一条人工挖掘的重要水道，流经东莞市

主城区及虎门、厚街等 13 个发达镇街，所以东引运

河水功能区水环境容量分配对象包括东莞市 13 镇街

的全部或部分。本实例研究采用人口、用水量、工业

总产值为影响因素，对水功能区COD水环境容量进

行基尼系数法分配计算，同时采用等比例法进行分配

计算并做对比分析。东引运河水功能区各镇街(乡镇)

数据见表 1(数据来源于 2007 年东莞市第一次全国污

染源普查成果)。

2007 年东引运河水功能区COD 入河量为 57,360

t，需要削减至该水功能区的总 COD 水环境容量

23,122 t。基尼系数计算结果显示(见表2)，采用等比

例方法对水功能区COD 容量做初次分配时，COD 容

量对人口和用水量的基尼系数处于 0~0.2 高度公平范

围，但 COD 容量对工业总产值的基尼系数为 0.47，

处于 0.4~0.5 不公平范围。考虑到东莞市是全球重要

制造业中心，所以在水环境容量分配中忽略工业的影

响是不合理，适当参考工业总产值因素进行分配具有

合理性和科学性。

以基尼系数分配法(技术路线见图 2)采用工业总

产值、人口、用水量为影响因素进行水功能区 COD

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谢毅文，等：基于公平性的水功能区水环境容量分配方法研究

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Table 1. Data of towns in Dongguan canal water function area

表1. 东莞市东引运河水功能区各镇街数据表

分配对象分配对象占该镇街比

例人口用水量

(万m3)

工业总产值

(万元) COD 入河量

(t)

等比例法分配容量

(t)

基尼系数法分配容量

(t)

茶山镇 95% 172,272 3748 2,176,437 4620 1862 2620

东城区 69% 228,896 9214 3,615,578 5667 2284 2338

东坑镇 100% 100,762 3044 785,394 2625 1058 1225

横沥镇 80% 145,651 3050 3,020,624 3300 1330 1300

厚街镇 100% 485,284 12,170 2,006,068 11,328 4566 3128

虎门镇 55% 352,977 8237 362,708 9029 3640 719

寮步镇 30% 76,793 2241 533,169 1812 730 1012

南城区 87% 137,079 11,561 2,494,038 5071 2044 2571

企石镇 100% 99,176 2439 2,526,391 1985 800 1585

桥头镇 90% 89,258 3433 4,386,655 2368 955 1768

沙田镇 30% 39,779 1360 170,603 1321 532 321

石排镇 99% 126,231 2838 2,131,814 2867 1156 2367

莞城区 100% 237,455 7366 1,167,274 5367 2163 2167

合计 2,291,613 70,700 25,376,755 57,360 23,122 23,122

Table 2. Comparison of Gini coefficients computed by proportional

distribution method and Gini coefficient distribution method

表2. 等比例分配法与基尼系数分配法的基尼系数比较

分配方法等比例分配法基尼系数分配法

影响因素工业总产值人口用水量工业总产值人口用水量

基尼系数 0.47 0.07 0.17 0.29 0.30.29

容量分配，由于 COD 容量对工业总产值基尼系数严

重超出公平范围，由此认为工业总产值是主要影响因

素，以其基尼系数为主要依据对各镇街分配的 COD

容量进行调整。以工业总产值基尼系数为主要依据进

行容量分配调整会导致人口和用水量的基尼系数上

升，由于必须考虑其他因素的公平性，需要经过反复

计算和调整，一方面将通过调整将工业总产值基尼系

数下降到公平范围内，另一方面通过反复验算保证人

口和用水量基尼系数上升不超出公平范围，以保证水

功能区水环境容量分配的公平性和合理性。

计算结果(表2)显示，基于基尼系数分配法的 COD

容量分配方案中 COD 容量对工业总产值的基尼系数

由原来 0.47下降到 0.29，处于相对公平范围；人口和

用水量的基尼系数有所上升，由原来的 0.07 和0.17

上升到 0.3 和0.29，但仍处于相对公平范围。由于基

于基尼系数的 COD容量分配既考虑了工业因素(工业

总产值)，也考虑了社会(人口)及用水现状(用水量)，

而且三者基尼系数均处于公平范围内，所以可以认为

该分配结果是合理的。

4. 结语

综合以上分析可见，基尼系数分配法是一种基于

公平性为分配原则、以基尼系数为分配依据、综合考

虑多个影响因素作用的水功能区水环境容量分配方

法。对于市县级水功能区水环境容量分配，如果不综

合考虑区域现实情况及社会经济特征，而采用简单的

等比例分配法进行水环境容量分配，可能会导致容量

资源分配错位，进而影响社会经济发展全局。通过东

莞市东引运河水功能区水环境容量基尼系数分配法

实例研究显示，基尼系数分配法通过引入多个基尼系

数评价影响因素，基于公平性原则进行分配，使水环

境容量分配结果对各影响因素的基尼系数均符合于

公平范围，可以充分考虑分配区域的社会、经济、生

态的实际情况，避免容量资源分配错位，使水环境容

量分配方案更具公平性和合理性。所以，基尼系数分

配法对于影响因素复杂、利益诉求多样化的区域应该

有较好的实用性。

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