基于超效率DEA的江蘇省用水效率研究

沈欣媛;趙 敏,2

(1.河海大學商學院,江蘇南京 211100;2.江蘇省水資源與可持續(xù)發(fā)展研究中心,江蘇南京 210098)

基于超效率DEA的江蘇省用水效率研究

沈欣媛1;趙 敏1,2

(1.河海大學商學院,江蘇南京 211100;2.江蘇省水資源與可持續(xù)發(fā)展研究中心,江蘇南京 210098)

運用超效率DEA方法,結合江蘇省水利現(xiàn)代化目標的要求建立指標體系,并將水利投入對地區(qū)生產總值的貢獻率作為輸出指標加以運用,對江蘇省13個省轄市2011年的用水效率進行排序和評價,分析省轄市DEA有效或無效的原因,并提出相應的對策和建議。

超效率DEA;用水效率;江蘇省

當前,水資源匱乏已成為全球性問題。我國水資源十分緊缺,人均占有量為2200m3左右,約占世界平均水平的1/4,被聯(lián)合國列為水資源緊缺國家之一。面對日益嚴峻的形勢,2011年中央1號文件和中央水利工作會議要求實行最嚴格的水資源管理制度。為了更好地落實中央精神,2012年2月國務院頒發(fā)了《關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》,明確了用水總量控制、用水效率控制和水功能區(qū)限制納污3條紅線,以實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用,維護河湖生態(tài)健康,優(yōu)化配置和節(jié)約保護水資源。江蘇省2011年水資源總量為492.4億m3[1],人均用水量為625m3,屬于嚴重缺水地區(qū)。為保障經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展,江蘇省提出力爭用5年左右的時間,初步建成現(xiàn)代化的水利綜合保障體系,因此,研究全省各省轄市用水結構的現(xiàn)狀,尋求最佳節(jié)水增效的途徑,既是實現(xiàn)水利現(xiàn)代化的要求,更是經(jīng)濟社會發(fā)展的客觀需求。

用水效率反映了一定區(qū)域內水資源利用狀況,與該區(qū)域的社會經(jīng)濟發(fā)展水平密切相關。與發(fā)達國家相比,我國對水資源的管理尚有一定的差距,大部分地區(qū)用水效率較低,且各個省份、各個地區(qū)的用水效率差異明顯。用水效率的重要性已成為學術界和社會關注的焦點。同時,如何提高水資源利用的效率水平,也是各國水資源政策制定者重視的問題。我國《水法》也針對農業(yè)用水效率、工業(yè)用水效率和生活用水效率的提高制定了相關的政策,在目前水資源有限的前提下,提高用水效率是緩解水危機的有效途徑之一。隨著我國經(jīng)濟社會的持續(xù)發(fā)展和2020年江蘇省建成現(xiàn)代化水利保障系統(tǒng)總目標的實現(xiàn),對用水效率的研究在全省水資源緊缺的前提下呈現(xiàn)出更加緊迫和重要的態(tài)勢。

1 文獻綜述

國內很多專家學者對用水效率進行了研究,如李紅新[2]運用 DEA方法對遼寧省 14個城市1999—2005年的用水效率進行了研究,通過對結果的分析,提出了“規(guī)模冗余度”和“技術冗余度”兩個概念;陸蕾[3]通過建立影響工業(yè)用水效率因素的模型,分析了這些因素對浙江省工業(yè)用水效率影響的程度,并對浙江省工業(yè)用水效率進行了打分;姜楠[4]運用改進的DEA方法,計算出各指標冗余率從而得到用水相對效率,通過得到的相對效率對我國用水在時空上的差異特征進行研究,并分析了存在差異的原因;薛川燕[5]在研究中結合黑河流域張掖段的實際,按縣計算出工業(yè)、農業(yè)等用水效率,與各縣地區(qū)生產總值相比較,發(fā)現(xiàn)技術變動對用水效率的提高非常敏感,用水量與用水效率負相關,地區(qū)生產總值、第二產業(yè)所占比重與用水效率正相關;劉渝等[6]運用DEA的方法,測算出湖北省水資源利用效率,并對這些地區(qū)進行了排序,通過計算效率、生態(tài)效率分析了17個市水資源利用效率及效率低下的原因,并提出了相應的建議和對策。筆者借鑒相關的研究成果,運用數(shù)據(jù)包絡法對江蘇省13個省轄市的用水效率進行分析探討,為江蘇省各省轄市水資源利用前景和城市可持續(xù)發(fā)展提供建議。

2 研究方法

數(shù)據(jù)包絡分析法(Data Envelopment Analysis,簡稱DEA)是一種非參數(shù)方法中的效率評價方法,它是由美國運籌學家查尼斯(A.charnes)和庫柏(W. W.Copper)等學者于1978年以“相對效率評價”作為基礎發(fā)展起來的[7]。DEA由于不需要預先估計參數(shù),因而在避免主觀因素和簡化算法、減少誤差等方面有著巨大的優(yōu)越性。鑒于影響用水效率的因素較多,為了客觀評價各省轄市用水效率的相對有效性,反映各省轄市水資源消耗與經(jīng)濟效益之間的關系,減少相對誤差,筆者選用DEA作為研究方法。

傳統(tǒng)的DEA模型采用C2R和BC2模型,這兩種模型的主要區(qū)別在于規(guī)模報酬是否可變,使用此類模型可以判別各城市用水效率是否有效,并對無效城市進行排序。但對于用水效率完全有效的城市,C2R模型與BC2模型并不能區(qū)別此類城市用水效率的差異。因此,為彌補傳統(tǒng)DEA模型的不足,本文借鑒岳立[8]構建的超效率DEA模型(super-efficiency-DEA,SE-DEA),該模型可以在傳統(tǒng)模型的基礎上對城市用水效率的差異進行對比分析,并對用水效率有效的城市做進一步排序。

超效率DEA模型公式如下:

運用超效率DEA模型進行評價的基本思路是:在評估第n個有效的決策單元DMUn(某省轄市)時,用其他DMU的輸入輸出代替DMUn的輸入輸出,將DMUn排除在DMU整體集合之外。在超效率DEA模型中,若θ≠1,則該城市的超效率值與C2R模型中的綜合效率值一致;若θ=1,則該城市DEA有效,其效率值大于1的部分即為可等比增加的輸入值。超效率值顯示出DEA有效的城市中,輸入可以變化的最大范圍。

3 指標選取

對區(qū)域用水效率進行綜合評價,首先要確定一套評價指標。影響用水效率的因素很多,包括自然因素、技術因素、制度因素等,因此,指標的設置應立足于客觀實際,選擇具有代表性的可量化指標。

社會主要用水分為3個方面:農業(yè)用水、工業(yè)用水和生活用水。在我國,這三者的比例長期維持在7∶2∶1。因此,研究全省各省轄市的用水效率必須考慮這三方面。筆者根據(jù)江蘇各省轄市具體實際,選取了4個輸入指標和一個輸出指標。輸入指標包括:各省轄市水利基建投資、農業(yè)用水、工業(yè)用水和居民生活用水;輸出指標為各省轄市水利投入貢獻率。

水利現(xiàn)代化的實現(xiàn)需要合理的水利投入機制以及強大的資金和政策作為保障,而資金的投入更是各水利工程和水利項目順利實施的基礎。水利資金投入作為基本生產要素,其投入是否到位,資金是否充分利用是實現(xiàn)水利現(xiàn)代化和提高用水效率的關鍵因素之一。水利基建投資作為水利工程項目的主要資金來源,通過固定資產投資的形式形成水利固定資產,并發(fā)揮相應的社會和經(jīng)濟效益。因此,為考察江蘇省用水效率,筆者選取水利基建項目本年完成投資作為輸入指標,用X1表示,該項指標包含中央政府投資和地方政府投資。

據(jù)2011年江蘇水資源公報數(shù)據(jù)顯示,全省總用水量550多億m3中,生產用水占93.2%(生產用水量=農業(yè)用水量+工業(yè)用水量+服務業(yè)用水量),居民生活用水占6.2%,而生態(tài)用水只占0.6%。

在生產用水中,按產業(yè)結構劃分,農業(yè)用水占生產用水的 57.19%,工業(yè)用水占生產用水的38.59%,服務業(yè)用水僅占生產用水的4.2%。由此可見,農業(yè)用水是生產用水的絕對大戶,其對用水效率的影響非常大,必須加強農村供水與灌溉管理,實施以節(jié)水為中心的灌溉技術改造,以水利現(xiàn)代化促進農村現(xiàn)代化。江蘇省是經(jīng)濟大省,同時也是工業(yè)大省,雖然萬元工業(yè)增加值用水量與全國平均水平相比較為先進,但仍落后于發(fā)達國家。落實最嚴格的水資源管理制度,需要規(guī)范用水定額用水管理,有效控制工業(yè)用水總量的增長,減少用水浪費。因此,筆者選取農業(yè)用水量和工業(yè)用水量為輸入指標,分別用X2和X3表示;由于服務業(yè)用水量占比較小,且根據(jù)服務業(yè)用水的特點而將其并入工業(yè)用水考慮。

在2011年全省總用水量中,居民生活用水為34.4億m3,占全省總用水量的6.2%。雖然生活用水相較于農業(yè)、工業(yè)用水而言總量較小,但以節(jié)流的理念提出的提高生活用水的效率卻是十分必要的。基本實現(xiàn)水利現(xiàn)代化的主要目標要求實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用,建立水資源配置網(wǎng)絡提高水資源利用效率,優(yōu)先滿足城鄉(xiāng)居民生活用水要求,使居民生活用水預期供水量能夠得到充分滿足的概率達到97%。因此,將居民生活用水作為輸入指標,用X4表示。由于生態(tài)用水量占比較小,且根據(jù)生態(tài)用水的特點而將其并入居民生活用水考慮。

通過查閱大量文獻可以發(fā)現(xiàn),在以往對用水效率的研究中,較多學者采用地區(qū)生產總值作為輸出指標。但由于該指標數(shù)值較大覆蓋面較廣,在對用水效率的研究中并不能直接、準確地反映水利投入所產生的直接社會經(jīng)濟效益,從而使得研究結果的準確性受到一定的影響。因此,筆者選取各省轄市水利投入貢獻率作為輸出指標,用Y表示。

綜上所述,得到輸入和輸出指標見表1所示。

表1 輸入和輸出指標

借鑒康丹玉等[9]運用的計算方法,通過定量分析各行業(yè)固定資產投資與勞動投入對國民經(jīng)濟產出的貢獻大小,得到水利行業(yè)對GDP增長的貢獻率,該貢獻率反映了水利投入的單位變化對地區(qū)經(jīng)濟產生的影響,能較為準確地表現(xiàn)出水利投入所帶來的直接社會經(jīng)濟效益。由于各行業(yè)的投入與地區(qū)經(jīng)濟增長有著密切的關系,出于研究的需要以及數(shù)據(jù)的可獲得性,筆者將農林牧漁業(yè)、采礦業(yè)、制造業(yè)、建筑業(yè)、水利行業(yè)作為五大基礎行業(yè)列出計算。由于各省轄市統(tǒng)計年鑒的限制,不能獲取單獨的水利行業(yè)固定資產投入和勞動投入,因此以水利、環(huán)境和公共設施管理業(yè)的固定資產和勞動投入作為代替。

筆者選取江蘇各省轄市2007—2011年各行業(yè)投資額(含各行業(yè)固定資產投入與各行業(yè)勞動力投入)與相應的地區(qū)生產總值進行計算,獲得各省轄市2011年水利投入對國民經(jīng)濟的貢獻率如表2所示。從表2可知,2011年江蘇各省轄市水利投入對地區(qū)生產總值的貢獻總體較大,對拉動各省轄市的國民經(jīng)濟發(fā)展起到了重大作用。

表2 江蘇省13個省轄市2011年水利行業(yè)貢獻率%

4 實證分析

本文數(shù)據(jù)來源于江蘇省13個省轄市2011年的地方統(tǒng)計年鑒、水資源公報、水利普查公報、《江蘇水利年鑒》和《江蘇統(tǒng)計年鑒》,經(jīng)搜集整理選取各省轄市所需數(shù)據(jù),利用deap2.1和ems1.3軟件進行計算分析,實證結果見表3和表4。

表3 2011年各省轄市用水綜合效率及超效率排名

從表3數(shù)據(jù)可以看出,在貢獻率不變的情況下,無錫、徐州、常州、蘇州、南通、鎮(zhèn)江和泰州的效率值均達到1,表明這幾個城市用水綜合效率達到有效,用水結構達到最優(yōu)。其余城市DEA綜合效率均不為1,表明這些城市在用水效率方面存在不合理結構,仍有可以改進和提升的空間。

4.1 用水綜合效率有效的原因分析

表4 2011年各省轄市水利投入調整值

在2011年DEA有效的7個城市中,徐州市的超效率值最高,用水效率排名第1。徐州市是江蘇省唯一全國首批節(jié)水型城市,并且經(jīng)歷多年復查均保持了“全國節(jié)水型城市”榮譽。該市在水資源相對匱乏、全年缺水近10億m3的情勢下,堅持節(jié)水常抓不懈,成果顯著。近年來,在非常規(guī)水利用、工業(yè)用水重復利用等方面也頗有建樹。因此,從對2011年江蘇省13個省轄市的用水效率分析來看,徐州市的用水效率最高。

其他6個DEA有效的城市中蘇南占4個,蘇中占2個,蘇南地區(qū)的蘇州、無錫、常州、鎮(zhèn)江排名分別為3、4、5、6名,4個城市地處江南地區(qū),與蘇北地區(qū)相比水資源較為豐富,是用水效率較高的城市。其中,無錫市2009年、蘇州市2010年均獲國家節(jié)水型城市稱號。蘇中地區(qū)的泰州市排名第2,這與泰州市在江蘇省內率先發(fā)展節(jié)水型城市密不可分。泰州市于2007年全面啟動節(jié)水型社會示范市創(chuàng)建工作,加大了節(jié)水減排項目的扶持力度,并出臺了一系列管理制度以提高水資源利用效率,建立節(jié)水型社會。經(jīng)過多年努力,在用水總量控制、節(jié)水載體建設、循環(huán)用水、水生態(tài)修復與保護、非傳統(tǒng)水利用等方面取得了顯著的成效。因此,從對2011年江蘇省13個省轄市的用水效率分析來看,泰州市的用水效率是較高的。南通市用水效率排名全省第7,該市用水效率較高主要是由于較早地探索了經(jīng)濟較發(fā)達地區(qū)的節(jié)水路徑,特別是在“零排放”認定、污水處理費減免、“冬灌夏用”節(jié)水技術推廣、水平衡測試實踐、分類水價等方面走在了全省的前列。南通市于2011年以“優(yōu)秀”等次通過國家級節(jié)水型社會建設試點中期評估。

4.2 用水綜合效率無效的原因分析

除以上7個用水效率完全有效的城市外,其余城市均為用水效率無效。由于各城市氣候、地域、發(fā)展程度等存在不同程度的差異,因此用水效率不高的原因也各不相同。

地處蘇南地區(qū)的南京市2011年用水效率并未達到有效水平,在13個省轄市中僅排名第11,用水效率并不高。從表4可以看出,南京市各項輸入指標均出現(xiàn)冗余,存在可以改進和提高的空間。結合實際情況具體分析,從工業(yè)用水方面看,南京重化工產業(yè)發(fā)達,轄區(qū)內石化、電力、冶金、紡織等高耗水、高污染企業(yè)眾多,2011年南京市工業(yè)用水占到用水總量的54.92%,但當年工業(yè)用水重復利用率為89.3%,與國內先進水平相比尚存差距。從農業(yè)用水方面看,該市2011年農田灌溉每hm2用水量為8460m3,顯著高于6915m3的全省平均水平。從居民生活用水方面看,由于南京屬于省會城市,人口密度大,人均年用水量為110.99m3,為全省最高。綜上所述,南京市雖然在2009年獲得國家節(jié)水型城市稱號,2007—2011年水利投入對地區(qū)經(jīng)濟的貢獻率尚可,水利基建資金投入也較高,但面對日益突出的水質型缺水壓力,該市的用水效率還有待提高。因此,為提升南京市的用水效率,工業(yè)用水應采用先進技術、工藝和設備,推廣循環(huán)水利用,實行廢水改造,提高工業(yè)用水重復利用率。水利基建項目投資可適當向小型農田水利工程和大型灌區(qū)改造工程傾斜。同時,還應提倡節(jié)約用水,并在必要時采用調整水價等措施調節(jié)居民生活用水量。

揚州市地處蘇中屬于豐水型地區(qū),雖然也是國家節(jié)水型城市,但因為水資源時空分布不均,存在水質性缺水等結構性矛盾,過境水是揚州水資源的重要組成部分。由于多方因素的影響,揚州市2011年的用水效率排名全省第8,并未達到有效水平。由表4可以看出,該市的輸入指標均存在少量冗余,同時其水利行業(yè)貢獻率也偏低。因此,首先應加大該市的水利建設資金投入,提高水利行業(yè)對國民經(jīng)濟的貢獻度。其次,該市的農田灌溉畝均用水量較高,農業(yè)用水占當年經(jīng)濟社會年度用水量的比例較大。因此,該市可以將加大農業(yè)節(jié)水灌溉技術的資金投入和技術推廣作為提高揚州農業(yè)用水效率的主要途徑。

宿遷市地處淮河流域,本地水資源量少,主要利用過境水彌補不足,水資源利用較粗放。由于該市經(jīng)濟基礎較為薄弱,地區(qū)生產總值較低,對水利行業(yè)投入相對較少,其農業(yè)節(jié)水灌溉技術和工業(yè)節(jié)水設備改造技術的發(fā)展在很大程度上受到了制約,嚴重影響了水資源利用效率。2011年該市萬元工業(yè)增加值用水量為38m3,居全省最高,農業(yè)灌溉每hm2用水量7860m3,也遠高于全省平均值。工業(yè)與農業(yè)用水量過大,直接影響了宿遷市的用水效率,使得該市2011年用水效率全省排名第12。

淮安市有“洪水走廊”之稱,屬于嚴重缺水地區(qū),由于洪澤湖水質污染,該市自身工業(yè)污染,以及船舶每日排放的油污等原因,淮安市缺水更多表現(xiàn)為水質性缺水。由于該市水資源時空分布不均,攔蓄能力低,人均水資源占有量低,農村生產力比較低下,科技水平相對落后,在原本缺水狀態(tài)下,加上水利投入不足,節(jié)水技術很難落實到農業(yè)、工業(yè)和生活用水上,導致淮安市的用水效率偏低。基于該市的實際情況,其經(jīng)濟發(fā)展水平偏低和水利投入不足是用水效率不高的主要原因所在。因此,應通過加大水利資金投入力度,保持良好水質,改善目前現(xiàn)狀。

鹽城市2011年用水效率最低,僅為0.6297,全省綜合排名最后。該市多年平均降水量南多北少,無論是旱災還是洪災,對本來就不發(fā)達的鹽城都會造成較大影響。由于該市調蓄能力差,水資源時空分布不均,常年水質較差,使其在水資源利用的客觀條件上受到較大的局限。同時,鹽城市整體社會經(jīng)濟基礎比較薄弱,部分城鎮(zhèn)并未建成生活污水處理廠,工業(yè)高耗水、高污染型產業(yè)比重占整個工業(yè)產值的50%。因此,在客觀條件和主觀因素的共同作用下,該市用水效率未達到有效。

連云港市2011年用水效率全省排名第10,也是用水效率較低的省轄市。從地理位置上看,該市地處沂沭泗流域的最下游,過境水量充沛但不易被利用,多為汛期過境洪水,其人均水資源占有量僅為全國平均水平的1/5,屬于水資源嚴重短缺城市。2011年該市農田灌溉每hm2用水量8 190m3,高出全省平均水平1275m3,在大多數(shù)統(tǒng)計年份中,連云港農業(yè)用水量要占到全市用水量的70%左右,2011年全市農業(yè)用水占比達87%。因此,農業(yè)用水效率較低是影響該市綜合用水效率水平的主要原因。

5 結論和建議

徐州、泰州、蘇州、無錫、常州、鎮(zhèn)江和南通7個省轄市2011年用水綜合效率在江蘇省處于較高水平,與這7個城市的地理位置絕大部分都處于豐水區(qū),經(jīng)濟較發(fā)達,多年堅持水資源科學管理有關。

蘇北地區(qū)的淮安、鹽城、宿遷、連云港4個省轄市用水綜合效率屬全省較低水平,均位于全省比較嚴重的缺水地區(qū),其中淮安、連云港素有“洪水走廊”之稱,水資源多為過境水,不易攔蓄也不易利用。4個城市多以農業(yè)生產為主,自然氣候影響明顯,如2011年上半年的特大干旱,僅宿遷市為增加灌溉用水就增加農業(yè)成本1.5億元。由于地區(qū)經(jīng)濟欠發(fā)達,地方政府節(jié)水建設投資受到限制,原有的工業(yè)中紡織、化工等高耗水、高污染企業(yè)很難得到治理和轉型。結合這幾個省轄市的經(jīng)濟發(fā)展實際情況,其用水效率的提高并不能以貢獻率不變來調整用水量,而是應當通過增加水利投入來提高水利貢獻率,從而實現(xiàn)用水效率的改善和提高。在實施最嚴格的水資源管理制度下,中央和省級的水資源投資應重點扶持此類水資源緊缺且經(jīng)濟基礎薄弱的城市。在政府資金和政策扶持下,這類城市要大力發(fā)展高效節(jié)水灌溉技術,逐步提高農田灌溉水有效利用系數(shù),改進農業(yè)耕作方式,調整農業(yè)產業(yè)結構,把提高農業(yè)用水效率作為水資源開發(fā)和利用的主要目標。工業(yè)方面應大力推廣工業(yè)節(jié)水新技術,加快高耗水行業(yè)節(jié)水技術改造,逐步淘汰落后的且水耗較高的工藝,促進產業(yè)結構調整,推進清潔生產戰(zhàn)略,提高污水、廢水的重復利用率,重點解決用水大戶和污染大戶存在的問題。

2011年南京和揚州兩個省轄市用水綜合效率在江蘇省處于中等水平。南京和揚州都屬相對缺水地區(qū),人均占有水資源量低。由于地處長江下游,過境水資源豐富,這兩個城市長期以來都是依靠過境水資源來彌補不足,但水質型缺水壓力一直存在。隨著南水北調工程的實施,這兩個城市的過境水資源或多或少都會受到影響。此類水資源相對短缺、經(jīng)濟較發(fā)達的城市要提高用水效率,應當將節(jié)約用水作為主要目標,把建設節(jié)水型社會作為一個長期任務來推行。此類城市應大力開展城市配套建設和節(jié)水改造技術,積極培育節(jié)水增效示范區(qū);完善污水處理系統(tǒng)和泵站建設,提高城市污水處理能力;堅持對高污染企業(yè)的整治和改造,將清潔生產的要求落實到實際生產活動中?；蛲ㄟ^經(jīng)濟手段,采用適當調整水價等措施,將經(jīng)濟手段與技術手段相結合,共同作用于用水效率的提高。同時,還可以采用多種形式,加大對水資源保護、節(jié)約用水的宣傳教育,如南京市采用“以獎代補”形式進行節(jié)水創(chuàng)建,鼓勵用水戶參與其中,將水資源保護的理念融入社會生活的各個方面。

建設節(jié)水型社會是一個長期的任務,落實最嚴格的水資源管理制度,提高用水效率,保障江蘇社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展,任重而道遠。

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F407.9

A

1003 -9511(2015)01 -0009 -05

2014-08 -04 編輯:陳玉國)

10.3880/j.issn.1003 -9511.2015.01.003

江蘇省南水北調工程科技創(chuàng)新項目(KJCX201203);中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項(2011B13114)

沈欣媛(1989—),女,江蘇南京人,碩士研究生,主要從事技術經(jīng)濟及管理研究。E-mail:yuan1989@126.com