基于幅度隨機前沿的工業(yè)水資源利用效率測度

張 峰，薛惠鋒，王海寧

（1.中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院，北京 100048；2.山東省低碳經(jīng)濟技術(shù)研究院，山東 淄博 255012）

基于幅度隨機前沿的工業(yè)水資源利用效率測度

張 峰1,2，薛惠鋒1，王海寧1

（1.中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院，北京 100048；2.山東省低碳經(jīng)濟技術(shù)研究院，山東 淄博 255012）

文章將隨機前沿分析與幅度調(diào)整測定方法相結(jié)合，構(gòu)建RAM-SFA-RAM三階段工業(yè)水資源利用組合效率測度模型，選取資本、勞動和水資源投入指標，工業(yè)增長與廢水污染物排放分別為期望與非期望產(chǎn)出指標，引入經(jīng)濟層次、人口素質(zhì)和高技術(shù)導(dǎo)向水平作為環(huán)境變量，并利用中國30個省市2002-2014年歷史數(shù)據(jù)進行實證分析。結(jié)果表明，效率測定過程中統(tǒng)計噪音與環(huán)境規(guī)制因素不可被忽略，環(huán)境變量對投入與產(chǎn)出松弛均體現(xiàn)出不同程度的影響，除高技術(shù)導(dǎo)向?qū)ν度胨沙谶^剩與產(chǎn)出松弛不足呈良好控制作用外，經(jīng)濟層次與人口素質(zhì)對工業(yè)資本和水資源投入、勞動投入松弛過剩呈正向影響；通過對工業(yè)水資源利用效率調(diào)整可使多數(shù)省市的效率排名發(fā)生改變，而調(diào)整后的效率排名表示工業(yè)水資源利用效率已呈現(xiàn)四大梯度分布特征，多數(shù)地區(qū)效率處于“一般”水平，“領(lǐng)先”水平的區(qū)域最少，進一步印證現(xiàn)階段國內(nèi)工業(yè)水資源利用效率值仍具有較大的提升空間。

隨機前沿分析；工業(yè)；水資源利用；環(huán)境因素

一、引 言

中國工業(yè)化和城市化進程不斷加快，工業(yè)取用水量也呈現(xiàn)出較大幅度的增長，工業(yè)取水已占到社會取水總量的1/4左右。目前，工業(yè)用水已經(jīng)成為僅次于農(nóng)業(yè)用水的第二大用水大戶，一個百萬人口規(guī)模的城市，每天的工業(yè)生產(chǎn)用水約需60萬噸以上［1］。僅2014年，中國工業(yè)用水量已突破1356億m3，同比2000年的1 139.1億m3，漲幅達到217m3。這進一步的加劇了工業(yè)生產(chǎn)用水與居民生活用水和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水三者之間的矛盾。同時，為落實最嚴格水資源管理制度，提高工業(yè)用水效率，由工業(yè)和信息化部、水利部、國家統(tǒng)計局和全國節(jié)約用水辦公室聯(lián)合印發(fā)《重點工業(yè)行業(yè)用水效率指南》，用以指導(dǎo)工業(yè)企業(yè)開展節(jié)水對標達標，加強節(jié)水技術(shù)改造，推進節(jié)水型企業(yè)建設(shè)?？梢?，如何從戰(zhàn)略的高度充分認識工業(yè)節(jié)水的重要性和緊迫性，切實加強工業(yè)節(jié)水工作，大幅度的提高工業(yè)用水效率，緩解水資源瓶頸制約和環(huán)境壓力，提高工業(yè)節(jié)水意識以確保工業(yè)經(jīng)濟和整個社會的健康可持續(xù)發(fā)展，是實現(xiàn)中國工業(yè)成功轉(zhuǎn)型升級的重要保障。

二、文獻回顧

世界各國工業(yè)化水平存在不同程度的差異性，但對于諸多發(fā)展中國家而言，其工業(yè)化進程直接決定了國家經(jīng)濟發(fā)展的命脈。對此，愈來愈多的國內(nèi)外學(xué)者通過不斷拓寬研究視角，以期能夠進一步挖掘工業(yè)水資源可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Αlnouri等（2015）［2］認為當前工業(yè)用水普遍存在耗水量大、外排污染嚴重、水處理成本較高等系列問題，難以支撐工業(yè)長期發(fā)展的需求，利用水網(wǎng)絡(luò)集成的方法能夠通過相異的工業(yè)用水單元，達到新鮮水利用、廢水排放最優(yōu)控制的基本目標。Yousen等（2015）［3］認為中國工業(yè)系統(tǒng)中水資源利用與減排具有較大提升空間，尤其是在各地區(qū)工業(yè)水資源利用效率差異化顯著的情況下，強化政策導(dǎo)向作用與水資源儲備戰(zhàn)略成為關(guān)鍵。Mousavi等（2016）［4］提出基于水資源和能源使用的生產(chǎn)流程及技術(shù)服務(wù)模型體系，其重點在于可根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的實際特點對水資源的使用效率進行動態(tài)評估，進而利用生產(chǎn)參數(shù)控制系統(tǒng)對生產(chǎn)過程水資源的消耗進行不同情境下的仿真模擬。Walsh等（2016）［5］認為提高工業(yè)水資源開發(fā)利用的管理水平是企業(yè)履行社會責(zé)任重要過程，而在實際的企業(yè)運營過程中，水資源利用的成本控制易被忽略，其強調(diào)企業(yè)水資源利用監(jiān)管需要進一步完善水資源價值評估體系及其仿真系統(tǒng)，并將信息通信技術(shù)引入其整個過程，以此緩解工業(yè)發(fā)展中的水資源不足、浪費嚴重等問題。國內(nèi)諸多學(xué)者在工業(yè)水資源利用效率、污染控制、影響機制等問題上也展開了多方面的探討。例如沈滿洪等（2015）［6］通過評估中國28個省市工業(yè)水資源利用效率及污染排放狀況，發(fā)現(xiàn)在全國工業(yè)水資源利用效率總體上呈穩(wěn)步上升的態(tài)勢下，局部地區(qū)仍出現(xiàn)了工業(yè)全要素生產(chǎn)效率下降的現(xiàn)象。買亞宗等（2014）［7］將樣本擴大至30個省市，分別建立了工業(yè)用水效率與環(huán)境效率測度模型，研究發(fā)現(xiàn)各區(qū)域經(jīng)濟產(chǎn)出水平雖然較高，但同時對水環(huán)境產(chǎn)生的不良影響卻異常嚴峻，特別是西部工業(yè)用水污染問題嚴重，而南方表現(xiàn)出較高的工業(yè)節(jié)水潛力。

目前，國內(nèi)外工業(yè)水資源利用效率測度最常用的方法主要集中于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法（Data Envelop?mentAnalysis，DEA）與隨機前沿函數(shù)分析法（Stochas?tic Frontier Analysis，SFA）。Guangyao等（2016）［8］認為傳統(tǒng)DEA模型容易忽視因松弛測度誘發(fā)的投入冗余或產(chǎn)出不足的問題，可通過構(gòu)建SBM（Slack-based Measure）模型，引入松弛變量優(yōu)化DEA相對效率分析的過程。Molinos-Senante等（2016）［9］認為傳統(tǒng)DEA模型雖在測度水資源使用效率方面具有較高的便捷性，但是其存在一個明顯的缺陷，即所使用的統(tǒng)計數(shù)據(jù)存在誤差而導(dǎo)致其存在不確定性，影響投入與產(chǎn)出測度結(jié)果的準確性。Carvalho等（2016）［10］將貝葉斯統(tǒng)計與隨機前沿分析相結(jié)合，對區(qū)域水行業(yè)經(jīng)濟產(chǎn)出密度進行分析，驗證其組合模型可克服傳統(tǒng)統(tǒng)計方法對小樣本分析的誤差過大的問題。Ferro等（2011）［11］利用普查數(shù)據(jù)對拉丁美洲各地區(qū)工業(yè)水行業(yè)效率進行了前沿分析，試圖根據(jù)探討結(jié)論提出適合區(qū)域用水效率提升的路徑。楊虹等（2015）［12］選取工業(yè)行業(yè)的首位用水大戶火核電行業(yè)作為研究對象，對其行業(yè)用水特點進行DEA分析，發(fā)現(xiàn)在過去較長時間內(nèi)其用水總量及裝機規(guī)模保持較高增長態(tài)勢，但近年來用水總量逐步趨于穩(wěn)定，用水效率逐漸提高，并呈現(xiàn)由東南沿海到西北內(nèi)陸遞增的宏觀特征。岳立等（2013）［13］基于超效率DEA模型，選取全國31省市經(jīng)濟、工業(yè)用水相關(guān)面板數(shù)據(jù)，按照規(guī)模報酬可變及其固定情況進行了工業(yè)用水效率分析，認為中國工業(yè)用水效率顯著提高的轉(zhuǎn)折點出現(xiàn)于2007年，但總體用水效率水平仍然偏低。陳關(guān)聚等（2013）［14］利用規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)面板數(shù)據(jù)，分析中國工業(yè)全要素水資源利用效率，研究表明目前已形成各地區(qū)效率值自東向西呈逐漸減弱的基本格局。黎銳鋒（2015）［15］基于SFA模型測度廣東省工業(yè)水資源利用效率，研究發(fā)現(xiàn)該地區(qū)工業(yè)水資源利用效率的變化與其工業(yè)化水平呈正相關(guān)，尤其是在2000年后，其效率值得到穩(wěn)步提升。

綜上所述，隨著對工業(yè)水資源利用研究視角及手段的逐漸豐富，工業(yè)用水基礎(chǔ)理論已有較大進展，但是相比農(nóng)業(yè)用水理論研究，工業(yè)水資源利用研究成果相對較少，且還未形成一套成熟的理論體系，尤其是在國內(nèi)研究中，對工業(yè)用水理論的探索還不夠深入，尚存在一定的研究空間。尤其是工業(yè)水資源利用效率的測度方法相對較為單一，目前研究主要采用傳統(tǒng)DEA模型及SFA模型，這兩類分別以投入產(chǎn)出、計量經(jīng)濟的角度展開研究，雖然均滿足測度指標較少情況的下的工業(yè)用水效率分析，但是DEA模型使用的前提是假設(shè)參評單元具有一致的運作環(huán)境，而在實際情況中難以滿足，而SFA模型對數(shù)據(jù)的強制性的正向調(diào)整也易引起前沿面的位置改變，造成效率測度誤差。為此，鑒于工業(yè)水資源利用效率評估的重要性及其現(xiàn)有測度方法的局限性，本文選取非強制性幅度調(diào)整RAM（Range Adjusted Mea?sure）-SFA-RAM三階段組合效率分析方法構(gòu)建工業(yè)水資源利用效率測度模型［16］，將影響工業(yè)用水效率的環(huán)境要素納入模型構(gòu)建的考慮范疇，以期更加客觀的辨識工業(yè)水資源利用效率時序演化特點，為中國工業(yè)發(fā)展與節(jié)水政策提供方法參考。

三、構(gòu)建效率測度模型

Step1：效率值初算。鑒于Cooper等（1999）［17］提出的幅度調(diào)整RAM模型可通過引入數(shù)據(jù)集合幅度概念，將其倒數(shù)作為權(quán)系數(shù)，滿足非正值數(shù)據(jù)平移不變性與單位不變性，避免對數(shù)據(jù)強制性正向處理，同時在建立目標函數(shù)時可確保松弛變量的權(quán)系數(shù)穩(wěn)定等優(yōu)勢，選取其作為工業(yè)水資源利用效率的初步效率測度模型。

其中，xαi指生產(chǎn)單元i的第α項投入；yβi指生產(chǎn)單元i的第β項產(chǎn)出；指被測度生產(chǎn)單元的第α項投入的過剩，指被測度生產(chǎn)單元的第β項產(chǎn)出的不足，即為模型松弛變量；各指標觀測數(shù)據(jù)幅度計算如下：

Step2：投入產(chǎn)出調(diào)整。假設(shè)ηαi、καi與ηβi、κβi分別表示生產(chǎn)單元i對于投入松弛變量α與產(chǎn)出松弛變量β的統(tǒng)計噪音和規(guī)制無效，分別表示由模型（1）取得生產(chǎn)單元i的投入松弛α與產(chǎn)出松弛 β，則根據(jù)Cobb-Douglass生產(chǎn)函數(shù)，構(gòu)建引入松弛成本型SFA函數(shù)如下：

根據(jù)C-D道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)對松弛變量的非線性要求，按照公式（5）與（6），對投入與產(chǎn)出數(shù)據(jù)分別調(diào)整如下：其中，分別指調(diào)整后的投入、產(chǎn)出值；分別指投入與產(chǎn)出松弛去除規(guī)制無效καi、κβi后，受環(huán)境與統(tǒng)計噪音影響所引發(fā)的效應(yīng)值。

四、研究尺度與數(shù)據(jù)來源

按 照 Cobb-Douglass生產(chǎn)函 數(shù) F( ) s,p=結(jié)合工業(yè)水資源利用實況，投入指標分別選取工業(yè)資本存量（zbl）②、工業(yè)從業(yè)人員年均數(shù)（cys）與工業(yè)新鮮水取用量（wyl）③作為資本、勞動與水資源投入代表性指標；產(chǎn)出指標界定為期望產(chǎn)出與非期望產(chǎn)出2方面，其中選取工業(yè)增加值（zip）作為期望產(chǎn)出代表性指標，非期望產(chǎn)出選用工業(yè)廢水排放量（fsp）、化學(xué)需氧量（cod）與氨氮排放量（nal）作為測度指標。根據(jù)區(qū)域發(fā)展理論，區(qū)域工業(yè)水資源利用通常要立足于該地區(qū)經(jīng)濟與社會發(fā)展的實際背景，其過程所涉及其影響要素復(fù)雜多樣、區(qū)域之間差異性顯著，但受其數(shù)據(jù)可得性、可操作性等制約實現(xiàn)無法全面分析，同時考慮提高區(qū)域間水資源利用效率公平性比較，分別選取經(jīng)濟層次（ecl）、人口素質(zhì)（pel）、高技術(shù)導(dǎo)向水平（crq）作為工業(yè)水資源利用的環(huán)境變量，其中經(jīng)濟層次選用區(qū)域人均國民生產(chǎn)總值表示，人口素質(zhì)利用區(qū)域人均教育經(jīng)費表示，技術(shù)導(dǎo)向利用區(qū)域高技術(shù)產(chǎn)業(yè)R&D經(jīng)費與主營業(yè)務(wù)收入比例表示。上述各指標中，涉及貨幣度量的指標均基于2001年可比價格進行轉(zhuǎn)化，以消除價格因素的影響。

考慮數(shù)據(jù)的可得性，本文選取中國30個省市（西藏、香港、澳門與臺灣除外）2002-2014年的歷史數(shù)據(jù)作為工業(yè)水資源利用效率的研究單元。所用數(shù)據(jù)主要源于《中國統(tǒng)計年鑒》（2003-2015）、《中國工業(yè)經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒》（2003-2015）、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》（2003-2015）、《水資源公報》（2002-2014）和各地市統(tǒng)計年鑒。各變量的描述性統(tǒng)計見表1所列。

表1 變量描述性統(tǒng)計

五、評價與結(jié)果分析

運用Stata軟件對各省份投入與產(chǎn)出所對應(yīng)的松弛變量進行測定，并基于RAM模型對工業(yè)水資源利用測度中各變量進行隨機前沿分析，結(jié)果見表2（其中，以2002-2014年樣本期間每間隔3年為節(jié)點，選取2002年、2006年、2010年和2014年的投入產(chǎn)出松弛SFA測度結(jié)果作為其代表性趨勢）?？梢娪^測樣本的SFA分析中，除了2006年的變量zip的測度之外，其余變量總方差均顯著不為0。說明評估區(qū)域工業(yè)水資源利用效率時，其統(tǒng)計噪音與環(huán)境規(guī)制因素不可被忽略，而測度的各環(huán)境變量對投入與產(chǎn)出松弛呈現(xiàn)不同的作用模式與程度。

據(jù)表2，可知經(jīng)濟層次于2002-2010年期間對工業(yè)資本投入松弛過剩始終維持在正向影響，但正向效應(yīng)逐漸變?nèi)酰?014年時轉(zhuǎn)為負向作用，說明過去較長一段時間內(nèi)隨著區(qū)域經(jīng)濟的增長，資本投入浪費問題正在逐步減緩；而其對勞動投入過剩的作用則呈現(xiàn)正負波動，即在2006年時其作用呈負，說明該階段勞動投入利用效率相對較高，到2010年時體現(xiàn)出了相對顯著的勞動力過剩問題，而在2014年時再次出現(xiàn)了良性轉(zhuǎn)變；對于水資源投入松弛，經(jīng)濟水平在樣本研究期內(nèi)的作用程度雖然呈逐步降低的趨勢，但始終為正，說明工業(yè)水資源投入過剩問題依舊嚴峻；而對于期望產(chǎn)出松弛，經(jīng)濟水平僅于2002年時為正向作用，其余年份下均為負值，說明經(jīng)濟層次越高，工業(yè)經(jīng)濟增長不足越小，而對于非期望產(chǎn)出松弛，于2002年和2006年時其作用為負，說明期間工業(yè)廢水排放相對較高，而該現(xiàn)狀于2010年時得到好轉(zhuǎn)，即經(jīng)濟水平對非期望產(chǎn)出松弛不足出現(xiàn)正向作用，到2014年時該問題得到進一步改觀。

人口素質(zhì)于2002-2006年期間對工業(yè)資本投入松弛過剩維持在正向作用狀態(tài)下，而到2010年時轉(zhuǎn)為負向作用，說明過去較長時間內(nèi)人口素質(zhì)無法有效滿足對資本投入節(jié)控的要求，而近年來隨著對高等教育的關(guān)注力度不斷加大，該問題得到進一步緩解；而對于勞動投入松弛，人口素質(zhì)直到2014年時才出現(xiàn)負向作用，之前始終處于正向作用階段，說明人口素質(zhì)水平的提升，有助于降低勞動投入過剩；對于工業(yè)用水投入松弛，其2006年前均為正向作用，而2010-2014年期間轉(zhuǎn)為負向作用，說明人口素質(zhì)不斷提升，工業(yè)用水投入過剩得到進一步控制；對于產(chǎn)出松弛測度中，人口素質(zhì)對于工業(yè)增長產(chǎn)出不足僅于2002年時表現(xiàn)為正，其余年份下均為負，但負向絕對值有減小趨勢，說明人口素質(zhì)提高有助于緩解工業(yè)增長產(chǎn)出不足的問題，但存在作用程度下降的態(tài)勢，需引起重視；而對于非期望產(chǎn)出不足，人口素質(zhì)于2002年時對其呈負向作用，表明該階段對于人們對于工業(yè)廢水污染未能引起足夠重視，而后期逐漸好轉(zhuǎn)，并到2010年時對于各非期望產(chǎn)出松弛不足均表現(xiàn)出正向作用，說明隨著人口素質(zhì)提高，非期望產(chǎn)出得到有效控制。

高技術(shù)導(dǎo)向水平于2002年時對資本投入松弛過剩呈正向作用，而到2006年時轉(zhuǎn)為負向，該作用顯著且持續(xù)至2014年，說明高技術(shù)產(chǎn)業(yè)研發(fā)水平越高，資本投入過剩越低；與資本投入松弛相似，對于勞動投入變量的松弛，高技術(shù)導(dǎo)向僅于2002年時表現(xiàn)出顯著正向作用，而2006年時轉(zhuǎn)為負向，但其絕對值具有減小的趨勢，表明高技術(shù)導(dǎo)向作用雖有助于降低勞動投入松弛過剩，但存在作用減弱的態(tài)勢；高技術(shù)導(dǎo)向?qū)τ诠I(yè)用水投入松弛過剩則始終保持著負向作用，且其作用程度逐漸變強，說明高技術(shù)產(chǎn)業(yè)研發(fā)水平的提高，有助于緩解工業(yè)用水投入松弛過剩；對于期望產(chǎn)出工業(yè)增長，高技術(shù)導(dǎo)向作用在2002年時還相對薄弱，而到2006年時，對工業(yè)增長產(chǎn)出松弛不足具有負向作用；而對于非期望產(chǎn)出，2002年時高技術(shù)導(dǎo)向?qū)ζ渥饔镁鶠樨?，說明該階段高技術(shù)研發(fā)對工業(yè)廢水防控支持力度不足，而到2006年時，對各項非期望產(chǎn)出松弛不足均轉(zhuǎn)為正向作用，且該作用在后期得到明顯加強，說明高技術(shù)導(dǎo)向?qū)档凸I(yè)廢水及污染具有顯著作用。

表2 投入產(chǎn)出松弛SFA測度結(jié)果

引入上述環(huán)境規(guī)制因素與噪音統(tǒng)計的影響，利用RAM模型分別對調(diào)整前后全國工業(yè)水資源利用效率進行測定。本文分別計算出2002-2014年期間時序狀態(tài)下的全國與東部、中部和西部地區(qū)工業(yè)水資源利用效率變動態(tài)勢，見表3和圖1、圖2所示。

此外，為便于直觀體現(xiàn)模型測度精度及各地區(qū)的效率水平，同時對2002年、2006年、2010年和2014年全國30省市用水效率進行排名分析，見表4。

表3 工業(yè)水資源利用效率測度結(jié)果

圖1 中國工業(yè)水資源利用效率時序變化

圖2 東、中、西部地區(qū)工業(yè)水資源利用效率時序變化

表4 工業(yè)水資源利用效率調(diào)整前后對比

根據(jù)表1與圖1可知，無論是否對投入產(chǎn)出進行調(diào)整，中國宏觀層面的工業(yè)水資源利用效率在整體上均呈現(xiàn)為逐步提高的基本態(tài)勢，調(diào)整前從2002年的0.564提升到2014年的0.700，相應(yīng)期間內(nèi)調(diào)整后的工業(yè)水資源利用效率值也從0.554提高至0.679。按照東、中、西部地區(qū)劃分來看國內(nèi)工業(yè)水資源利用水平變動態(tài)勢（圖2示），可發(fā)現(xiàn)三個地區(qū)之間的效率值存在相對明顯的差異，尤其是工業(yè)水資源利用效率在東部地區(qū)呈現(xiàn)絕對領(lǐng)先的地位，其次依次為中部地區(qū)和西部地區(qū)，其中，盡管各地區(qū)調(diào)整前后的工業(yè)水資源利用效率存在一定差異，但中部地區(qū)的效率水平與全國效率值最為接近，而東部地區(qū)效率值一般要高于全國平均效率值，西部地區(qū)則普遍低于全國平均效率值。

同時，由表4可知，在研究樣本區(qū)間內(nèi)，通過投入產(chǎn)出的調(diào)整可使國內(nèi)多數(shù)省市工業(yè)水資源利用效率排名發(fā)生改變。其中，在2002年的測度結(jié)果中，僅有廣東、浙江、山東、山西、云南、湖北、貴州、新疆、甘肅和青海10個省市排名未發(fā)生改變；對2006年測度結(jié)果調(diào)整數(shù)據(jù)相對較多，僅有重慶、河北、海南、山東、湖南、吉林、新疆、青海8個省市排名維持穩(wěn)定；在2010年的測度結(jié)果中，河南、浙江、福建、海南、山東、內(nèi)蒙古、山西、江蘇、四川、寧夏、甘肅、青海12個省市排名不變；而2014年的效率值測定，北京、浙江、福建、海南、山東、黑龍江、江蘇、吉林、安徽、寧夏、新疆、甘肅、青海13個省市排名未發(fā)生變動。整個觀測期內(nèi)僅有山東與青海2個省市效率排名始終未出現(xiàn)調(diào)整。上述結(jié)果說明規(guī)制因素與噪音統(tǒng)計對區(qū)域工業(yè)水資源利用過程存在相對顯著的差異化影響，因此通過消除上述差異化影響對于準確辨識國家與區(qū)域工業(yè)水資源利用效率實際狀態(tài)具有必要性。

根據(jù)調(diào)整后測度結(jié)果，可知2002-2014年期間中國工業(yè)水資源利用效率總體水平呈穩(wěn)定上升趨勢，尤其是2014年用水效率（0.679）相比2010年（0.618）得到了顯著改善，提高率約達9.9%。此背景下，為提高區(qū)域工業(yè)水資源利用效率對比的可識度，按照效率值小于0.6、0.6~0.7、0.7~0.8，大于0.8的原則劃分其層次水平，依次記為：Ⅰ（較低）、Ⅱ（一般）、Ⅲ（較高）、Ⅳ（領(lǐng)先）等級。可見，各省市2014年工業(yè)用水效率已呈現(xiàn)較為明顯的階梯型分布特征，具體如下：

Ⅳ類區(qū)域涵蓋山東、重慶、天津、河南4個地區(qū)，山東是其中工業(yè)水資源利用效率最高省份，其效率值為0.811，而效率值最低的天津也達到0.803。這些省份具有典型的共性特點，即均是以制造業(yè)為主的特大型工業(yè)城市，對水資源存在較強的依賴性，但是近年來在節(jié)水工藝、技術(shù)及裝備應(yīng)用等方面不斷采取規(guī)制政策，引導(dǎo)行業(yè)展開工業(yè)水資源循環(huán)利用。尤其是山東作為全國經(jīng)濟與人口大省，2014年工業(yè)用水量與耗水量分別達28.64億m3、12.25億m3，指標均處于增長階段，但其工業(yè)用水彈性系數(shù)處于下降趨勢，水資源利用效率在觀測期內(nèi)始終維持在首位；重慶對石化行業(yè)、紡織行業(yè)、食品加工行業(yè)、造紙行業(yè)和鋼鐵行業(yè)等做出重點部署，將2014年萬元工業(yè)增加值用水量控制到71m3等。該結(jié)果說明多年來這些地區(qū)實施工業(yè)節(jié)水政策相對有效，但還具有較強的節(jié)水潛力。

Ⅲ類區(qū)域主要包括河北、廣東、浙江、福建、海南和陜西6個省市。其中廣東作為該類地區(qū)中工業(yè)水資源利用效率最高省市，其效率值達到0.779，同比2010年效率值0.691表現(xiàn)出顯著提高的態(tài)勢，其2014年工業(yè)用水總量為117.0億m3，占用水總量的26.4%，從工業(yè)用水總量上來看，其規(guī)模仍然較高。但該省市的工業(yè)結(jié)構(gòu)主要以輕工業(yè)為主，其中有一批具有耗水少、技術(shù)含量高的高科技產(chǎn)業(yè)，尤其是珠海市，其技術(shù)密集型與資本密集型產(chǎn)業(yè)在全國范圍內(nèi)具有較高的集聚水平。而河北的工業(yè)用水重復(fù)利用率雖然突破至82%，但是該省市工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重，鋼鐵、化工、火電等行業(yè)占到工業(yè)耗水量的80%，對此該省著力進行節(jié)水型企業(yè)建設(shè)，而本文測度結(jié)果表明該建設(shè)取得了一定成效，但后期發(fā)展仍具有較大提升空間。而工業(yè)用水效率最低的陜西效率值達到0.706，其工業(yè)用水量與耗水量分別占其總量的15.4%、8.9%，但工業(yè)廢水排放高達5.6億噸，因此降污減排則成為其后期工業(yè)用水的重點環(huán)節(jié)。

Ⅱ類區(qū)域數(shù)量相對較多，其包括北京、內(nèi)蒙古、上海、黑龍江、廣西、遼寧、江西、江蘇、山西、云南、湖南、吉林、四川和寧夏14個省市。從效率時空分布情況來看，東部地區(qū)有北京、上海、廣西、遼寧、江蘇5個省市，其中效率最高值為江蘇的0.694，多數(shù)地區(qū)效率值處于0.67~0.69之間；中部地區(qū)有江西、山西、湖南、吉林、內(nèi)蒙古、黑龍江6個省市，其中僅有江西（0.692）和內(nèi)蒙古（0.696）2個省市工業(yè)水資源利用效率達到0.69以上，說明整體效率水平依然偏低；而西部地區(qū)中云南、四川、寧夏的工業(yè)用水效率值分別為0.663、0.629、0.617，進一步印證了這些地區(qū)工業(yè)用水效率亟待提升的現(xiàn)況。

Ⅰ類區(qū)域安徽、湖北、貴州、新疆、甘肅和青海6個省市，其中以安徽工業(yè)水資源利用效率最高，其效率值為0.594，而甘肅、青海等省市工業(yè)用水效率普遍偏低，分別為0.548、0.537。安徽省是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大省，其工業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱，近年來，對規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)進行了重點改造與更新，在石化、電力熱力、化纖、黑色金屬等行業(yè)加強工業(yè)重復(fù)用水利用率，但是從本文的實際測度情況來看，其工業(yè)節(jié)水效應(yīng)要進一步加強。受經(jīng)濟地理等因素影響，新疆、甘肅等地區(qū)有色、鋼鐵、化工、紡織等工業(yè)行業(yè)仍處于價值鏈中低端水平，工業(yè)節(jié)水技術(shù)相對落后，導(dǎo)致其工業(yè)用水效率較低，而且在觀測期內(nèi)均各自只出現(xiàn)1次排名調(diào)整，青海則一直處于最低工業(yè)用水效率。

六、結(jié)論與討論

通過利用非強制性幅度調(diào)整RAM-SFA-RAM三階段組合效率分析方法構(gòu)建工業(yè)水資源利用效率測度模型，滿足對其效率評估過程環(huán)境因素與統(tǒng)計噪音的統(tǒng)籌分析及非正值處理，同時在進行投入產(chǎn)出測定時引入環(huán)境因素與松弛之間的非線性函數(shù)，降低了現(xiàn)有工業(yè)水資源利用效率分析模型的測定偏誤。借助該模型優(yōu)勢，在考慮資本、勞動與水資源投入、期望與非期望產(chǎn)出的同時，將經(jīng)濟層次、人口素質(zhì)與高技術(shù)導(dǎo)向水平作為影響工業(yè)用水效率的環(huán)境因素，選取全國30個省市2002-2014年工業(yè)行業(yè)歷史數(shù)據(jù)對其水資源利用效率進行測算。結(jié)果發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計噪音與環(huán)境規(guī)制因素不可被忽略，環(huán)境變量對投入與產(chǎn)出松弛均體現(xiàn)出不同程度的影響，尤其是經(jīng)濟層次對工業(yè)資本、水資源投入松弛過剩均保持正向影響；人口素質(zhì)對勞動投入松弛過剩長期處于正向影響，但對工業(yè)增長產(chǎn)出支持力度存在變?nèi)踮厔荩桓呒夹g(shù)導(dǎo)向水平則對投入過剩與產(chǎn)出不足均表現(xiàn)良好的控制作用。而各省市的工業(yè)用水效率結(jié)果表明，利用投入產(chǎn)出的調(diào)整可使多數(shù)省市工業(yè)水資源利用效率排名發(fā)生改變，整個觀測期內(nèi)僅有山東、青海2個省市未發(fā)生排名變動；同時，國內(nèi)工業(yè)水資源利用效率總體上雖不斷上升，但局部地區(qū)其效率依然偏低，特別是目前工業(yè)水資源利用效率已呈現(xiàn)四大梯度，多數(shù)地區(qū)效率處于“一般”水平，其次為“較高”與“較低”水平，“領(lǐng)先”水平的區(qū)域最少，且該處于該水平的地區(qū)其用水效率值仍具有較大的提升空間，而該階梯型分布的形成是地區(qū)地理環(huán)境、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、政策導(dǎo)向等多方面因素綜合作用的結(jié)果。為此，應(yīng)進一步提高對工業(yè)企業(yè)的節(jié)水技術(shù)標準，形式有效的節(jié)水倒逼機制；各地區(qū)要結(jié)合本區(qū)域工業(yè)發(fā)展特色，深入開展節(jié)水減排技術(shù)的合作，促進良好的經(jīng)驗、技術(shù)溢出效應(yīng)；健全工業(yè)水污染防治政策法規(guī)，加大對企業(yè)亂取亂排處罰標準；完善水權(quán)交易制度與生態(tài)補償機制，采取多元引導(dǎo)措施推動工業(yè)水資源利用效率的提升。

注 釋：

①道格拉斯函數(shù)中s、p、k、l和h分別指經(jīng)濟產(chǎn)出、污染物排放、資本投入、勞動投入和水資源投入。

②部分文獻中選取工業(yè)用水總量作為測度指標，但考慮工業(yè)用水總量中重復(fù)用水強弱是用水效率高低的體現(xiàn)，因此本文選取工業(yè)新鮮水取用量作為工業(yè)用水代表性指標。③工業(yè)資本存量計算公式：其中指地區(qū)i的固定資產(chǎn)凈值，Δki,t指地區(qū)i的名義凈投資，pt指在t年的固定資產(chǎn)投資價格指數(shù)。

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Evaluation of IndustrialWater Resources Utilization Efficiency Based on Range-Adjusted Measure and Stochastic Frontier Analysis Model

ZHANG Feng1,2,XUE Hui-feng1,WANG Hai-ning1
(1.China Academy ofAerospace System Science and Engineering,Beijing 100048,China; 2.Shandong Academy ofLow Carbon Economy&Technology Institute,Zibo 255012,China)

The enhanced hybrid three-stage model is constructed in this paper by range-adjusted measure and stochastic frontier analy?sis.Capital,labor and water resources are used as the inputindexes,and outputindexes are divided into two classes,which mainly include the expected and the unexpected outputby industrial growth and emissions of waste water and pollutants.In addition,the economic level, population quality and the high levelof technical guidance as environmentvariables are introduced into the model,and then the historical data of 30 provincial-level administrative areas in China from 2002 to 2014 is empirically analyzed.The results show that the statistical noise and environmentalregulation factors cannotbe ignored in the process of efficiency evaluation,and environmentvariables have differ?entdegrees of influence on the relaxations ofinputand output.Among them,the high technology oriented has a good control effect on the relaxations of excess inputand insufficientoutput.The economic leveland population quality have positive effects on the inputofindustri?al capital and water resources,and the relaxations of excess labor input;Moreover,the majority of provinces’ranking would be changed through the adjustment of industrial water utilization efficiency,and industrial water utilization efficiency has presented the distribution features ofthe“four gradient”according to the adjusted efficiency ranking.Among them,the efficiency ofmost provinces is the“general”level and the“l(fā)eading”level is the least.The paper also further confirms that the industrial water utilization efficiency still has a great room to be improved in China.

stochastic frontier analysis;industry;water resources utilization;environmentalfactors

F424

A

1007-5097（2017）01-0074-09

［責(zé)任編輯：程 靖］

10.3969/j.issn.1007-5097.2017.01.010

2016-08-20

國家自然科學(xué)基金-廣東聯(lián)合基金重大項目（U1501253）；國家自然科學(xué)基金項目（71371112）；山東省自然科學(xué)基金項目（ZR2012GM020）

張 峰（1989-），男，山東濟南人，博士研究生，研究方向：系統(tǒng)工程，工業(yè)工程；

薛惠鋒（1964-），男，山西萬榮人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：系統(tǒng)工程，管理科學(xué)與工程；

王海寧（1982-），女，山東煙臺人，博士后，研究方向：水環(huán)境系統(tǒng)工程。