基于水資源利用技術(shù)效率的區(qū)域用水總量控制

胡震云,雷貴榮,韓 剛

(1.河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京 210098;2.河海大學(xué)商學(xué)院,江蘇 南京 210098;3.徐州市水利局,江蘇 徐州 221002)

用水總量控制是對(duì)用水定量化的宏觀(guān)管理,其內(nèi)涵主要是指根據(jù)流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源特點(diǎn),確定流域和行政區(qū)域用水總量控制指標(biāo),協(xié)調(diào)區(qū)域用水定額指標(biāo),實(shí)行流域用水總量控制和定額管理相結(jié)合的水資源管理制度[1].目前,我國(guó)節(jié)水型社會(huì)建設(shè)已把水資源總量控制與定額管理制度作為管理體系的核心,并取得了很大的成效[1-7],但在用水總量控制實(shí)踐中,還存在著需要繼續(xù)完善和發(fā)展的內(nèi)容.比如,用水總量控制的目的在于促進(jìn)水資源的合理開(kāi)發(fā)、優(yōu)化配置、全面節(jié)約,緩解日益突出的水資源供需矛盾,途徑是提高水資源用水效率[8],核心是提高用水的技術(shù)效率,而從全國(guó)各地總量控制和定額管理制度實(shí)施階段成果來(lái)看,不同地區(qū)使用的總量控制和定額管理的指標(biāo)雖然不盡相同,也考慮到了用水效率,但不外是取水總量、用水總量、取水定額、用水定額和耗水定額等,指標(biāo)較單一,常用指標(biāo)為萬(wàn)元產(chǎn)值用水量、灌溉水利用系數(shù)等,無(wú)法進(jìn)行部門(mén)、行業(yè)間用水效率的綜合比較分析[9],沒(méi)有綜合考慮用水戶(hù)的投入和產(chǎn)出.為了給用水總量控制提供新的思路,本文利用經(jīng)濟(jì)學(xué)中的相關(guān)理論和方法,給出基于水資源利用技術(shù)效率的區(qū)域用水總量控制內(nèi)涵和測(cè)算模型.

1 基于水資源利用技術(shù)效率的區(qū)域用水總量控制理念和思路

1.1 水資源利用技術(shù)效率的概念和內(nèi)涵

效率是指在現(xiàn)有技術(shù)條件下,如何才能使資源的使用效果最佳,也就是說(shuō),如何才能使資源達(dá)到帕累托最優(yōu)狀態(tài).

技術(shù)是指一定時(shí)期內(nèi)要素投入與產(chǎn)出之間的穩(wěn)定對(duì)應(yīng)關(guān)系.技術(shù)效率是微觀(guān)經(jīng)濟(jì)學(xué)效率研究的2大概念之一,英國(guó)劍橋大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)家Farrell于1957年首次從投入角度提出了技術(shù)效率的概念.技術(shù)效率強(qiáng)調(diào)對(duì)技術(shù)的利用程度.從產(chǎn)出角度看,技術(shù)效率是指相同投入下經(jīng)濟(jì)單元實(shí)際產(chǎn)出與理想產(chǎn)出(最大可能性產(chǎn)出)的比率;從投入角度看,技術(shù)效率是指相同產(chǎn)出下理想投入(最小可能性投入)與實(shí)際投入的比率.技術(shù)效率用來(lái)衡量經(jīng)濟(jì)單元獲得最大產(chǎn)出(或投入最小成本)的能力,表示經(jīng)濟(jì)單元的實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)接近前沿面的程度,能夠很好地反映經(jīng)濟(jì)單元在已有技術(shù)下的效率.由于技術(shù)效率具有可比性、綜合性等優(yōu)點(diǎn),所以技術(shù)效率的理論、應(yīng)用以及軟件開(kāi)發(fā)得以迅速發(fā)展.

人類(lèi)的需要是無(wú)止境的,人類(lèi)為了滿(mǎn)足無(wú)止境的需要必須調(diào)動(dòng)與利用現(xiàn)有的各項(xiàng)資源去組織生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)活動(dòng).但是,由于水資源的稀缺,個(gè)人和社會(huì)必須對(duì)稀缺水資源約束下,生產(chǎn)什么、如何生產(chǎn)以及如何分配生產(chǎn)成果作出選擇.從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度來(lái)看,評(píng)價(jià)這種選擇優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)就是效率,對(duì)水資源而言,就是人們?nèi)绾卧诩榷ǖ募夹g(shù)和環(huán)境條件下,用有限的水資源實(shí)現(xiàn)最大的潛在生產(chǎn)力.

因此,水資源利用技術(shù)效率可以定義為:在健康的水資源管理體制和有效的水資源市場(chǎng)調(diào)節(jié)機(jī)制下,在既定的技術(shù)和環(huán)境條件下,一定水資源投入數(shù)量的情況下獲得最大產(chǎn)出的能力或在一定產(chǎn)出數(shù)量的情況下所需要的最小水資源投入量的程度.水資源利用技術(shù)效率能夠很好地反映用水單元在已有技術(shù)下的效率.

1.2 基于水資源利用技術(shù)效率的區(qū)域用水總量控制思路

基于水資源利用技術(shù)效率的區(qū)域用水總量控制是指以行政區(qū)為取用水單元,實(shí)行區(qū)域用水總量控制,且用水總量控制分為2個(gè)層次:第1層為控制水量,是在區(qū)域范圍內(nèi),遵循有效性、公平性和可持續(xù)性的原則,利用各種工程與非工程措施,按照資源配置準(zhǔn)則和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的規(guī)律,通過(guò)合理抑制需求、保障有效供給、維護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等手段和措施,對(duì)多種可利用水源在區(qū)域間和各用水部門(mén)間進(jìn)行的配置后各區(qū)域的用水總量,一般可為現(xiàn)行的用水總量控制量.第2層為目標(biāo)水量,是基于水資源利用技術(shù)效率的考慮區(qū)域用水戶(hù)現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)、用水結(jié)構(gòu)、水資源管理制度、用水意識(shí)、投資能力等綜合因素的能達(dá)到的目標(biāo)水量.該水量指明了區(qū)域節(jié)水潛力,可為節(jié)水型社會(huì)建設(shè)提供有價(jià)值的指導(dǎo).

由于水資源利用技術(shù)效率是基于投入、產(chǎn)出的效率評(píng)價(jià),因此適合具有明顯投入、產(chǎn)出的農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水的效率測(cè)算.基于水資源利用技術(shù)效率的區(qū)域用水總量控制主要是指工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)用水的用水總量控制.

基于水資源利用技術(shù)效率的區(qū)域用水總量控制的意義如下:(a)節(jié)水的核心就是提高利用效率.從技術(shù)效率的概念可以看出,它追求資源的節(jié)約,因?yàn)樗饬康氖墙?jīng)濟(jì)主體生產(chǎn)一定量產(chǎn)品所需的最小用水量占實(shí)際用水量(投入水平)的百分比.因此,在進(jìn)行節(jié)水型社會(huì)建設(shè)時(shí)只有以水資源技術(shù)效率作為約束,才能起到提倡節(jié)約的目的.(b)水資源技術(shù)效率指出了用水戶(hù)在現(xiàn)有的技術(shù)條件下實(shí)際產(chǎn)出與理想產(chǎn)出的距離,而該理想產(chǎn)出是該用水戶(hù)在現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)、用水結(jié)構(gòu)、水資源管理制度、用水意識(shí)、投資能力等因素綜合作用下能達(dá)到的目標(biāo),更符合實(shí)際,用水戶(hù)通過(guò)努力能達(dá)到該目標(biāo),這就會(huì)刺激用水戶(hù)采取各種措施提高水資源利用效率.(c)包含一定經(jīng)濟(jì)效率水平的生產(chǎn)力是制度變遷和創(chuàng)新的根本性決定因素,以水資源技術(shù)效率作為約束進(jìn)行區(qū)域用水總量控制能提高水資源利用效率,進(jìn)而能推動(dòng)水資源管理制度的變遷與創(chuàng)新,提高水資源管理水平.

綜上所述,本文進(jìn)行基于水資源利用技術(shù)效率的區(qū)域用水總量控制的研究,目的是在理論上對(duì)總量控制問(wèn)題進(jìn)行補(bǔ)充和完善,實(shí)踐上為我國(guó)用水總量控制、改善和提高水資源技術(shù)效率提供有價(jià)值的指導(dǎo).

2 基于水資源利用技術(shù)效率的區(qū)域目標(biāo)水量測(cè)算模型

2.1 水資源利用技術(shù)效率測(cè)算

目前技術(shù)效率的評(píng)價(jià)方法主要有2類(lèi):一類(lèi)是非參數(shù)方法,以數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)為代表;另一類(lèi)是參數(shù)方法,以隨機(jī)前沿分析(SFA)為代表.SFA方法[10-12]區(qū)分了統(tǒng)計(jì)誤差項(xiàng)與管理誤差項(xiàng),可以更好地避免和減輕不可控因素對(duì)非效率的影響,使結(jié)果更為接近實(shí)際.與之相比,DEA方法忽略了樣本之間的差別,且把可控和不可控因素都?xì)w為非效率,從而在一定程度上影響了結(jié)果的準(zhǔn)確性[13].因此,運(yùn)用隨機(jī)生產(chǎn)前沿分析方法,能夠更加科學(xué)、合理地測(cè)算水資源利用技術(shù)效率.

本文采用Battese[14]提出的BC模型來(lái)估算水資源利用技術(shù)效率.該模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

式中:i——區(qū)域;t——時(shí)間;Y——產(chǎn)出;f(Xit,β)——生產(chǎn)函數(shù);X ——一組包含水資源的投入變量;β——對(duì)應(yīng)的待估計(jì)參數(shù)向量;v——統(tǒng)計(jì)誤差項(xiàng),包含了生產(chǎn)過(guò)程中不可控制因素,服從半正態(tài)分布N(0,);u——管理誤差項(xiàng),反映了技術(shù)效率損失,服從半正態(tài)分布N(0,),u≥0,且 v與u相互獨(dú)立,并獨(dú)立于投入變量.

產(chǎn)出相同,即式(1)和式(2)相等,則可求得第 i個(gè)個(gè)體在第t期的水資源技術(shù)效率

γ接近于0時(shí),表明實(shí)際產(chǎn)出與可能最大產(chǎn)出的差距主要來(lái)源于不可控制因素造成的誤差;而 γ接近于1時(shí),則說(shuō)明誤差主要來(lái)源于隨機(jī)變量,需要采用隨機(jī)前沿模型.

2.2 區(qū)域農(nóng)業(yè)用水目標(biāo)水量測(cè)算模型

對(duì)農(nóng)業(yè)用水構(gòu)建C-D生產(chǎn)函數(shù)形式的隨機(jī)前沿分析模型.農(nóng)業(yè)投入變量為:(a)勞動(dòng)力投入,以農(nóng)業(yè)總勞動(dòng)力計(jì)算,不包括農(nóng)村從事工業(yè)、服務(wù)業(yè)等的勞動(dòng)力;(b)機(jī)械動(dòng)力投入,以農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力計(jì)算,包括耕作、排灌、收獲、農(nóng)業(yè)運(yùn)輸?shù)戎饕糜谵r(nóng)業(yè)的各種動(dòng)力機(jī)械的動(dòng)力總和;(c)化肥投入,以年度內(nèi)實(shí)際用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的化肥施用量(折純量)計(jì)算,主要包括氮肥、磷肥、鉀肥和復(fù)合肥等;(d)農(nóng)藥投入,以年度內(nèi)實(shí)際用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的農(nóng)藥使用量計(jì)算;(e)有效灌溉面積投入,以每年實(shí)際的有效灌溉面積計(jì)算,為灌溉工程或設(shè)備已經(jīng)配備的、能夠進(jìn)行正常灌溉的水田和水澆地面積之和;(f)農(nóng)業(yè)用水量.構(gòu)建的C-D生產(chǎn)函數(shù)形式的農(nóng)業(yè)用水隨機(jī)前沿模型為

式中:YA——農(nóng)業(yè)產(chǎn)值;LA——農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的勞動(dòng)力;M——農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的機(jī)械總動(dòng)力;F——農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥使用量;P——農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的農(nóng)藥使用量;G——有效灌溉面積;WA——農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的水資源投入.

式(5)和式(6)相等,可得第i個(gè)地區(qū)在時(shí)間t的農(nóng)業(yè)水資源利用技術(shù)效率TAit為

農(nóng)業(yè)用水目標(biāo)水量為

2.3 區(qū)域工業(yè)用水目標(biāo)水量測(cè)算模型

工業(yè)用水的技術(shù)效率測(cè)算基本原理與農(nóng)業(yè)用水技術(shù)效率測(cè)算相同,根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際,選擇如下變量:工業(yè)產(chǎn)值YI;固定資產(chǎn)凈值年平均余額K,是固定資產(chǎn)凈值在報(bào)告期內(nèi)余額的平均數(shù);工業(yè)從業(yè)人數(shù)LI;生產(chǎn)用水量WI,指工、礦企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中,用于制造、加工、冷卻、空調(diào)、凈化、洗滌等方面的用水和企業(yè)內(nèi)部其他用水的數(shù)量.

構(gòu)建超對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)形式的工業(yè)用水隨機(jī)前沿模型

工業(yè)用水技術(shù)效率測(cè)算原理同農(nóng)業(yè)用水技術(shù)效率測(cè)算原理,可得工業(yè)用水技術(shù)效率TIit為

工業(yè)用水目標(biāo)水量為

3 徐州市用水總量控制實(shí)證分析

徐州市為全國(guó)節(jié)水型社會(huì)建設(shè)的試點(diǎn)城市之一,用水總量控制為其核心工作之一.徐州市境內(nèi)多年平均可用水資源量約為35.63億m3,人均水資源占有量為380m3左右.

原始數(shù)據(jù)通過(guò)徐州市水資源年報(bào)、江蘇省統(tǒng)計(jì)年鑒查得.利用Froniter 4.1軟件,可得徐州地區(qū)的農(nóng)業(yè)用水隨機(jī)前沿模型為

工業(yè)用水隨機(jī)前沿模型為

根據(jù)式(7)和式(10)可得徐州市豐縣、沛縣、銅山縣、睢寧縣、邳州市、新沂市、賈汪區(qū)及市區(qū)的工農(nóng)業(yè)用水技術(shù)效率.表1給出了徐州市全市的工農(nóng)業(yè)用水技術(shù)效率.從表1可知:徐州市農(nóng)業(yè)用水技術(shù)效率呈下降趨勢(shì),均值為85.83%;工業(yè)用水技術(shù)效率呈上升趨勢(shì),均值為77.48%.

徐州市農(nóng)業(yè)用水技術(shù)效率呈下降趨勢(shì),可能存在2個(gè)原因:(a)生產(chǎn)前沿是對(duì)應(yīng)于要素集合的最優(yōu)組合,目前,隨著“三農(nóng)”政策的實(shí)施,農(nóng)業(yè)投入加大,農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步速度加快,生產(chǎn)可能性邊界外移,意味著技術(shù)效率的衡量基準(zhǔn)不斷提高;(b)節(jié)水技術(shù)雖然一直在進(jìn)步,農(nóng)民局限于自身稟賦條件而沒(méi)有對(duì)新技術(shù)很好地加以利用,即節(jié)水技術(shù)的推廣沒(méi)有跟上其他農(nóng)業(yè)技術(shù)的提高速度,相對(duì)農(nóng)業(yè)用水技術(shù)效率也不會(huì)高.

根據(jù)本文對(duì)水資源總量控制的定義,第1層控制水量可為水資源配置后各區(qū)域現(xiàn)行的用水控制量,該水量采用徐州市水資源優(yōu)化配置結(jié)果[15],第2層目標(biāo)水量按式(8)和式(11)進(jìn)行計(jì)算.這樣,可得徐州市分區(qū)域農(nóng)業(yè)用水的目標(biāo)水量測(cè)算結(jié)果(表2)和工業(yè)用水的目標(biāo)水量測(cè)算結(jié)果(表3).

表1 徐州市工農(nóng)業(yè)用水技術(shù)效率測(cè)算結(jié)果Table 1 Results of technical efficiency of agricultural and industrial water utilization in Xuzhou City

表2 徐州市分區(qū)域農(nóng)業(yè)用水目標(biāo)水量測(cè)算結(jié)果Table2 Results of agricultural objective water quantity of regional water consumption control in Xuzhou City

總體而言,徐州市2010年、2020年和2030年50%保證率農(nóng)業(yè)用水配置量分別為221 153.13萬(wàn)m3,204202.17萬(wàn)m3和190957.24萬(wàn)m3,工業(yè)用水配置量分別為46786.55萬(wàn)m3,64089.9萬(wàn)m3和72364.26萬(wàn)m3;徐州市2010年、2020年和2030年50%保證率農(nóng)業(yè)用水總量控制的第2層目標(biāo)水量分別為187 610.32萬(wàn)m3,173149.49萬(wàn)m3和162247.76萬(wàn)m3,工業(yè)用水總量控制的第2層目標(biāo)水量分別為36604.58萬(wàn)m3,49660.17萬(wàn)m3和55994.00萬(wàn)m3.

表3 徐州市分區(qū)域工業(yè)用水目標(biāo)水量測(cè)算結(jié)果Table 3 Results of industrial objective water quantity of regional water consumption control in Xuzhou City

4 結(jié) 語(yǔ)

水資源利用技術(shù)效率是指經(jīng)濟(jì)主體生產(chǎn)一定量產(chǎn)品所需的最少水資源用水量占實(shí)際水資源用水量的百分比.本文從水資源利用技術(shù)效率角度進(jìn)行用水總量控制研究,構(gòu)建了基于水資源利用技術(shù)效率的區(qū)域用水目標(biāo)水量測(cè)算模型,并以徐州市為例進(jìn)行了實(shí)證分析.分析結(jié)果表明,把用水總量控制分為控制水量和目標(biāo)水量2個(gè)層次,利用隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)測(cè)算水資源利用技術(shù)效率,進(jìn)而測(cè)算區(qū)域用水目標(biāo)水量是可行的.

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