Spatio-temporal Evolution of Water Utilization Structure in the Guanzhong Region

doi:10.11988/ckyyb.20231334

Abstract

Abstract:

Analyzing the spatiotemporal evolution characteristics of water use structure in core areas is crucial for optimizing water resources management and promoting the coordinated development of social economy and ecological environment. We employed the methods of information entropy, Lorentz curve, Gini coefficient, and location entropy, which mutually corroborated and complemented each other from different perspectives, to uncover the spatiotemporal evolution and spatial distribution characteristics of the water use structure in the Guanzhong region of China over the past decade. Findings indicate that from 2012 to 2021, the overall water use structure in the Guanzhong region evolved towards greater balance, and the spatial distribution disparity of water use structure gradually diminished. Nevertheless, spatial distribution differences existed among various types of water use, particularly in ecological environment and urban public water use. Moreover, significant disparities were observed in the water use structure among cities (districts) in the Guanzhong region. The water use structures of the Xixian (west Xianyang) New District and Xi’an City were the most balanced, whereas that of Weinan City was the most unbalanced. These results are largely consistent with the actual situation, offering valuable references for optimizing water resources allocation and scientifically planning the water use structure in the Guanzhong region.

Key words: water use structure, spatio-temporal evolution, information entropy, Lorenz Curve, Gini coefficient, location entropy

CLC Number:

TV213.4水利资源的管理、保护与改造

Cite this article

LEI Xin-yan, YANG Yin-ke, MA Shuai, SUN Jian-feng. Spatio-temporal Evolution of Water Utilization Structure in the Guanzhong Region[J]. Journal of Changjiang River Scientific Research Institute, 2025, 42(4): 61-70.

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Figures/Tables 11

Fig.1 Geographical location and administrative zoning map of the Guanzhong region

Table 1 Basic data of water use in Guanzhong region as well as its six cities and two districts from 2012 to 2021

地区	用水类型	用水量/(亿m³)
地区	用水类型	2012年	2013年	2014年	2015年	2016年	2017年	2018年	2019年	2020年	2021年
关中地区	农田灌溉	26.41	26.10	26.54	26.12	25.47	25.70	24.65	23.00	21.16	20.67
	林牧渔畜	5.23	5.06	5.09	5.26	5.46	5.63	5.70	5.81	5.94	6.24
	工业	8.43	8.71	8.99	9.42	8.96	9.13	8.96	9.12	5.52	5.41
	城镇公共	1.93	2.00	1.97	2.07	2.34	2.39	2.50	2.90	3.72	4.24
	居民生活	8.29	8.40	8.58	8.91	8.78	9.07	9.22	9.31	9.15	9.71
	生态环境	1.42	1.90	2.08	2.40	2.57	2.97	4.18	3.81	4.47	5.10
西安市	农田灌溉	5.42	5.38	5.44	5.60	5.61	5.66	5.38	4.57	4.27	3.77
	林牧渔畜	1.05	0.87	0.98	0.98	1.04	1.01	1.11	0.94	1.52	1.71
	工业	3.65	3.86	4.07	4.21	4.24	4.35	4.46	4.45	1.78	1.73
	城镇公共	1.21	1.24	1.25	1.28	1.51	1.59	1.65	1.85	2.62	2.85
	居民生活	4.10	4.10	4.11	4.25	4.09	4.19	4.32	4.35	4.59	5.01
	生态环境	1.03	1.50	1.61	1.88	1.98	2.23	2.77	2.64	3.17	3.54
铜川市	农田灌溉	0.19	0.17	0.17	0.19	0.22	0.22	0.18	0.22	0.19	0.18
	林牧渔畜	0.12	0.12	0.12	0.14	0.10	0.12	0.12	0.11	0.14	0.14
	工业	0.33	0.35	0.35	0.29	0.22	0.24	0.18	0.19	0.19	0.20
	城镇公共	0.03	0.03	0.03	0.04	0.05	0.05	0.05	0.05	0.04	0.06
	居民生活	0.22	0.21	0.22	0.23	0.23	0.23	0.24	0.24	0.23	0.24
	生态环境	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.03	0.03	0.03	0.06	0.06
宝鸡市	农田灌溉	3.94	4.03	4.25	4.27	4.19	4.28	4.20	3.94	3.47	3.07
	林牧渔畜	0.88	0.89	0.86	0.87	1.08	1.15	1.13	1.09	1.45	1.80
	工业	0.85	0.89	0.93	1.03	1.00	1.07	1.04	0.99	0.65	0.62
	城镇公共	0.13	0.15	0.15	0.18	0.18	0.16	0.18	0.23	0.27	0.33
	居民生活	1.24	1.29	1.38	1.45	1.42	1.40	1.46	1.39	1.20	1.25
	生态环境	0.09	0.09	0.11	0.12	0.15	0.18	0.20	0.21	0.14	0.15
咸阳市	农田灌溉	6.50	6.32	6.17	6.01	5.49	5.70	5.63	4.60	4.86	5.07
	林牧渔畜	1.30	1.18	1.22	1.25	1.25	1.18	1.11	1.03	0.49	0.52
	工业	1.86	1.87	1.88	1.97	1.96	1.85	1.67	1.31	0.91	0.89
	城镇公共	0.27	0.29	0.29	0.32	0.34	0.32	0.35	0.38	0.31	0.43
	居民生活	1.29	1.26	1.30	1.39	1.43	1.62	1.54	1.37	1.12	1.32
	生态环境	0.13	0.14	0.15	0.19	0.18	0.21	0.47	0.31	0.44	0.40
渭南市	农田灌溉	9.91	9.77	10.11	9.63	9.58	9.54	8.94	8.99	7.57	7.91
	林牧渔畜	1.78	1.89	1.80	1.91	1.91	0.01	0.07	0.02	1.89	1.64
	工业	1.37	1.34	1.33	1.46	1.11	1.13	1.17	1.10	1.06	1.06
	城镇公共	0.25	0.25	0.21	0.22	0.22	0.23	0.23	0.28	0.28	0.36
	居民生活	1.22	1.33	1.35	1.37	1.37	1.39	1.43	1.39	1.40	1.20
	生态环境	0.10	0.10	0.14	0.15	0.17	0.23	0.58	0.36	0.39	0.65
韩城市	农田灌溉	0.25	0.23	0.22	0.22	0.17	0.15	0.14	0.11	0.08	0.08
	林牧渔畜	0.07	0.07	0.07	0.07	0.05	0.06	0.11	0.12	0.10	0.12
	工业	0.35	0.38	0.41	0.44	0.41	0.47	0.39	0.41	0.31	0.40
	城镇公共	0.02	0.02	0.02	0.01	0.02	0.02	0.02	0.03	0.03	0.03
	居民生活	0.13	0.13	0.13	0.13	0.14	0.13	0.13	0.13	0.16	0.15
	生态环境	0.03	0.03	0.03	0.02	0.05	0.07	0.11	0.06	0.04	0.06
杨陵区	农田灌溉	0.20	0.20	0.18	0.20	0.21	0.15	0.18	0.09	0.12	0.11
	林牧渔畜	0.03	0.04	0.04	0.04	0.03	0.10	0.05	0.10	0.06	0.06
	工业	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.05	0.05	0.06	0.06
	城镇公共	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.06	0.03
	居民生活	0.09	0.08	0.09	0.09	0.10	0.11	0.10	0.10	0.10	0.11
	生态环境	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.05
西咸新区	农田灌溉								0.48	0.60	0.48
	林牧渔畜								0.40	0.29	0.25
	工业								0.62	0.56	0.45
	城镇公共								0.06	0.11	0.15
	居民生活								0.34	0.35	0.43
	生态环境								0.18	0.21	0.19

Table 1 Basic data of water use in Guanzhong region as well as its six cities and two districts from 2012 to 2021

地区	用水类型	用水量/(亿m³)
地区	用水类型	2012年	2013年	2014年	2015年	2016年	2017年	2018年	2019年	2020年	2021年
关中地区	农田灌溉	26.41	26.10	26.54	26.12	25.47	25.70	24.65	23.00	21.16	20.67
	林牧渔畜	5.23	5.06	5.09	5.26	5.46	5.63	5.70	5.81	5.94	6.24
	工业	8.43	8.71	8.99	9.42	8.96	9.13	8.96	9.12	5.52	5.41
	城镇公共	1.93	2.00	1.97	2.07	2.34	2.39	2.50	2.90	3.72	4.24
	居民生活	8.29	8.40	8.58	8.91	8.78	9.07	9.22	9.31	9.15	9.71
	生态环境	1.42	1.90	2.08	2.40	2.57	2.97	4.18	3.81	4.47	5.10
西安市	农田灌溉	5.42	5.38	5.44	5.60	5.61	5.66	5.38	4.57	4.27	3.77
	林牧渔畜	1.05	0.87	0.98	0.98	1.04	1.01	1.11	0.94	1.52	1.71
	工业	3.65	3.86	4.07	4.21	4.24	4.35	4.46	4.45	1.78	1.73
	城镇公共	1.21	1.24	1.25	1.28	1.51	1.59	1.65	1.85	2.62	2.85
	居民生活	4.10	4.10	4.11	4.25	4.09	4.19	4.32	4.35	4.59	5.01
	生态环境	1.03	1.50	1.61	1.88	1.98	2.23	2.77	2.64	3.17	3.54
铜川市	农田灌溉	0.19	0.17	0.17	0.19	0.22	0.22	0.18	0.22	0.19	0.18
	林牧渔畜	0.12	0.12	0.12	0.14	0.10	0.12	0.12	0.11	0.14	0.14
	工业	0.33	0.35	0.35	0.29	0.22	0.24	0.18	0.19	0.19	0.20
	城镇公共	0.03	0.03	0.03	0.04	0.05	0.05	0.05	0.05	0.04	0.06
	居民生活	0.22	0.21	0.22	0.23	0.23	0.23	0.24	0.24	0.23	0.24
	生态环境	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.03	0.03	0.03	0.06	0.06
宝鸡市	农田灌溉	3.94	4.03	4.25	4.27	4.19	4.28	4.20	3.94	3.47	3.07
	林牧渔畜	0.88	0.89	0.86	0.87	1.08	1.15	1.13	1.09	1.45	1.80
	工业	0.85	0.89	0.93	1.03	1.00	1.07	1.04	0.99	0.65	0.62
	城镇公共	0.13	0.15	0.15	0.18	0.18	0.16	0.18	0.23	0.27	0.33
	居民生活	1.24	1.29	1.38	1.45	1.42	1.40	1.46	1.39	1.20	1.25
	生态环境	0.09	0.09	0.11	0.12	0.15	0.18	0.20	0.21	0.14	0.15
咸阳市	农田灌溉	6.50	6.32	6.17	6.01	5.49	5.70	5.63	4.60	4.86	5.07
	林牧渔畜	1.30	1.18	1.22	1.25	1.25	1.18	1.11	1.03	0.49	0.52
	工业	1.86	1.87	1.88	1.97	1.96	1.85	1.67	1.31	0.91	0.89
	城镇公共	0.27	0.29	0.29	0.32	0.34	0.32	0.35	0.38	0.31	0.43
	居民生活	1.29	1.26	1.30	1.39	1.43	1.62	1.54	1.37	1.12	1.32
	生态环境	0.13	0.14	0.15	0.19	0.18	0.21	0.47	0.31	0.44	0.40
渭南市	农田灌溉	9.91	9.77	10.11	9.63	9.58	9.54	8.94	8.99	7.57	7.91
	林牧渔畜	1.78	1.89	1.80	1.91	1.91	0.01	0.07	0.02	1.89	1.64
	工业	1.37	1.34	1.33	1.46	1.11	1.13	1.17	1.10	1.06	1.06
	城镇公共	0.25	0.25	0.21	0.22	0.22	0.23	0.23	0.28	0.28	0.36
	居民生活	1.22	1.33	1.35	1.37	1.37	1.39	1.43	1.39	1.40	1.20
	生态环境	0.10	0.10	0.14	0.15	0.17	0.23	0.58	0.36	0.39	0.65
韩城市	农田灌溉	0.25	0.23	0.22	0.22	0.17	0.15	0.14	0.11	0.08	0.08
	林牧渔畜	0.07	0.07	0.07	0.07	0.05	0.06	0.11	0.12	0.10	0.12
	工业	0.35	0.38	0.41	0.44	0.41	0.47	0.39	0.41	0.31	0.40
	城镇公共	0.02	0.02	0.02	0.01	0.02	0.02	0.02	0.03	0.03	0.03
	居民生活	0.13	0.13	0.13	0.13	0.14	0.13	0.13	0.13	0.16	0.15
	生态环境	0.03	0.03	0.03	0.02	0.05	0.07	0.11	0.06	0.04	0.06
杨陵区	农田灌溉	0.20	0.20	0.18	0.20	0.21	0.15	0.18	0.09	0.12	0.11
	林牧渔畜	0.03	0.04	0.04	0.04	0.03	0.10	0.05	0.10	0.06	0.06
	工业	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.05	0.05	0.06	0.06
	城镇公共	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.06	0.03
	居民生活	0.09	0.08	0.09	0.09	0.10	0.11	0.10	0.10	0.10	0.11
	生态环境	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.02	0.05
西咸新区	农田灌溉								0.48	0.60	0.48
	林牧渔畜								0.40	0.29	0.25
	工业								0.62	0.56	0.45
	城镇公共								0.06	0.11	0.15
	居民生活								0.34	0.35	0.43
	生态环境								0.18	0.21	0.19

Fig.2 Lorentz curve diagram

Table 2 Criterion of Gini coefficient evaluation

基尼系数G/%	[0,20)	[20,30)	[30,40)	[40,50)	[50,100)
评价结果	绝对平均	较为平均	相对合理	差距较大	差距悬殊

Table 2 Criterion of Gini coefficient evaluation

基尼系数G/%	[0,20)	[20,30)	[30,40)	[40,50)	[50,100)
评价结果	绝对平均	较为平均	相对合理	差距较大	差距悬殊

Fig.3 Trend of water use in Guanzhong region from 2012 to 2021

Fig.4 Change trend of water use proportions in Guanzhong region from 2012 to 2021 and their 10-year averages

Fig.5 Changes of information entropy and equilibrium degree of water use structure in Guanzhong region and its six cities and two districts from 2012 to 2021

Fig.6 Lorentz curves of different types of water use in Guanzhong region from 2012 to 2021

Fig.7 Lorentz curves of different types of water use in Guanzhong region in 2012 and 2021

Table 3 Gini coefficients of different types of water use in Guanzhong region during 2012-2021

年份	农田灌溉用水		林牧渔畜用水		工业用水		城镇公共用水		居民生活用水		生态环境用水
年份	基尼系数/%	评价结果	基尼系数/%	评价结果	基尼系数/%	评价结果	基尼系数/%	评价结果	基尼系数/%	评价结果	基尼系数/%	评价结果
2012	15.65	绝对平均	13.26	绝对平均	21.55	较为平均	33.51	相对合理	23.75	较为平均	44.96	差距较大
2013	16.17	绝对平均	18.06	绝对平均	22.61	较为平均	32.62	相对合理	21.79	较为平均	49.69	差距较大
2014	16.90	绝对平均	15.15	绝对平均	23.47	较为平均	34.73	相对合理	21.01	较为平均	47.18	差距较大
2015	16.42	绝对平均	17.75	绝对平均	20.91	较为平均	32.83	相对合理	19.94	绝对平均	46.99	差距较大
2016	17.24	绝对平均	17.83	绝对平均	23.51	较为平均	34.67	相对合理	18.07	绝对平均	45.25	差距较大
2017	17.59	绝对平均	20.48	较为平均	23.75	较为平均	35.76	相对合理	17.12	绝对平均	43.00	差距较大
2018	18.09	绝对平均	19.84	绝对平均	22.17	较为平均	34.57	相对合理	16.89	绝对平均	33.67	相对合理
2019	21.55	较为平均	22.50	较为平均	24.95	较为平均	33.30	相对合理	17.58	绝对平均	38.01	相对合理
2020	21.39	较为平均	21.97	较为平均	16.31	绝对平均	37.93	相对合理	18.29	绝对平均	39.86	相对合理
2021	25.17	较为平均	23.61	较为平均	15.97	绝对平均	34.62	相对合理	20.75	较为平均	37.16	相对合理

Table 3 Gini coefficients of different types of water use in Guanzhong region during 2012-2021

年份	农田灌溉用水		林牧渔畜用水		工业用水		城镇公共用水		居民生活用水		生态环境用水
年份	基尼系数/%	评价结果	基尼系数/%	评价结果	基尼系数/%	评价结果	基尼系数/%	评价结果	基尼系数/%	评价结果	基尼系数/%	评价结果
2012	15.65	绝对平均	13.26	绝对平均	21.55	较为平均	33.51	相对合理	23.75	较为平均	44.96	差距较大
2013	16.17	绝对平均	18.06	绝对平均	22.61	较为平均	32.62	相对合理	21.79	较为平均	49.69	差距较大
2014	16.90	绝对平均	15.15	绝对平均	23.47	较为平均	34.73	相对合理	21.01	较为平均	47.18	差距较大
2015	16.42	绝对平均	17.75	绝对平均	20.91	较为平均	32.83	相对合理	19.94	绝对平均	46.99	差距较大
2016	17.24	绝对平均	17.83	绝对平均	23.51	较为平均	34.67	相对合理	18.07	绝对平均	45.25	差距较大
2017	17.59	绝对平均	20.48	较为平均	23.75	较为平均	35.76	相对合理	17.12	绝对平均	43.00	差距较大
2018	18.09	绝对平均	19.84	绝对平均	22.17	较为平均	34.57	相对合理	16.89	绝对平均	33.67	相对合理
2019	21.55	较为平均	22.50	较为平均	24.95	较为平均	33.30	相对合理	17.58	绝对平均	38.01	相对合理
2020	21.39	较为平均	21.97	较为平均	16.31	绝对平均	37.93	相对合理	18.29	绝对平均	39.86	相对合理
2021	25.17	较为平均	23.61	较为平均	15.97	绝对平均	34.62	相对合理	20.75	较为平均	37.16	相对合理

Fig.8 Location entropy distribution of different types of water consumption in Guanzhong region in 2021

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