南京市水資源利用效率研究

林 昕，劉嘉熙

(1.河海大學(xué)商學(xué)院，江蘇 南京 211100；2.同濟(jì)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海 200092)

南京市水資源利用效率研究

林 昕1，劉嘉熙2

(1.河海大學(xué)商學(xué)院，江蘇 南京 211100；2.同濟(jì)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海 200092)

以南京市為研究對象，構(gòu)建了南京市水資源利用效率評價(jià)指標(biāo)體系。選用基于時(shí)間序列的DEA模型，分別對不考慮非期望產(chǎn)出情況的水資源利用效率和考慮非期望產(chǎn)出下的水資源利用效率進(jìn)行測算。對比兩種情況下的效率值，發(fā)現(xiàn)在環(huán)境約束下，考慮非期望產(chǎn)出的南京市水資源利用效率比不考慮非期望產(chǎn)出下的效率值提高了。引入環(huán)境效率概念，解釋了其原因在于節(jié)能減排、環(huán)境治理工作取得成效、環(huán)境效率提高所致。

水資源；利用效率；時(shí)間序列DEA模型；環(huán)境效率；南京市

水資源的可持續(xù)利用是社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境健康的重要保障。南京市屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，2005—2013年全市的年降水量均值為 1 090.3 mm，水資源總量均值為28.11億 m3，人均水資源量不足290 m3。

實(shí)現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展，解決當(dāng)前水資源問題，是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的要求，其關(guān)鍵在于提高水資源利用效率。對南京市水資源利用效率進(jìn)行研究，不僅對南京市實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義，也可為其他地區(qū)的水資源利用提供一定的借鑒。

1 水資源的內(nèi)涵及研究發(fā)展

水資源的定義有廣義和狹義之分，廣義上是指對人類有直接或間接使用價(jià)值，能作為生產(chǎn)資料或生活資料的天然水體，狹義上指人類可以直接使用的用水。本文所研究的水資源是指可以被人類直接開發(fā)利用的，比如工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水、生活用水和生態(tài)用水。

國外很早就開始對資源利用效率進(jìn)行研究。18世紀(jì)初，有學(xué)者開始注意到人口與資源、環(huán)境問題。進(jìn)入到20世紀(jì)，隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人口持續(xù)膨脹，水資源供需出現(xiàn)矛盾，水資源問題得到廣泛關(guān)注，許多學(xué)者預(yù)言21世紀(jì)水問題將是最嚴(yán)重的全球性問題[1-2]。到了20世紀(jì)90年代，開始深層次討論水資源可持續(xù)利用問題。國外學(xué)者對水資源利用效率的研究很大程度上集中在農(nóng)業(yè)水資源利用上，對工業(yè)用水、城市用水以及綜合用水效率的研究相對較少。

我國對水資源問題越來越重視，對水資源利用的研究也越來越深入。但國內(nèi)學(xué)者在對水資源利用效率進(jìn)行評價(jià)時(shí)，更多側(cè)重于經(jīng)濟(jì)發(fā)展與用水之間的關(guān)系，對不同地區(qū)采用的準(zhǔn)則和方法也一樣，缺少對各個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及自然地理、氣候條件的綜合考慮，同時(shí)也很少考慮到生態(tài)環(huán)境與用水效率之間的關(guān)系。

筆者在構(gòu)建南京市水資源利用效率評價(jià)指標(biāo)時(shí)，全面綜合考慮了各種影響因素，將生態(tài)環(huán)境納入到指標(biāo)中，考慮了生產(chǎn)過程中的非期望產(chǎn)出COD(化學(xué)需氧量)排放量，更真實(shí)地反映了南京市水資源利用效率。

2 南京市用水指標(biāo)分析

南京雖處于沿江地區(qū)，但水資源時(shí)空分布不均，本地水資源不足，加之水環(huán)境遭到破壞，南京市水資源狀況令人擔(dān)憂，水資源利用效率相對較低，浪費(fèi)情況較為嚴(yán)重，這將制約南京市的可持續(xù)健康發(fā)展。

有關(guān)用水指標(biāo)有很多，本文選取萬元GDP用水量、萬元工業(yè)增加值用水量這兩個(gè)有代表性的指標(biāo)來分別代表綜合用水、工業(yè)用水情況。南京市2005—2013年用水指標(biāo)情況見表1和圖1。

表1 2005—2013年南京市主要用水指標(biāo) m3

數(shù)據(jù)來源：2005—2013年南京市水資源公報(bào)、南京統(tǒng)計(jì)年鑒

圖1 2005—2013年南京市用水指標(biāo)變化情況

由表1和圖1可以看出：

(1) 從2003年開始，南京市的萬元GDP用水量一直呈下降趨勢，該指標(biāo)可以反映一個(gè)地區(qū)的用水整體情況。一般情況來說，該值越小說明水資源利用效率越高。

(2) 南京市萬元工業(yè)增加值用水量除有稍許波動之外，也一直呈下降趨勢。萬元工業(yè)增加值用水量是指一個(gè)地區(qū)在統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，工業(yè)新用水量與工業(yè)增加值的比值。萬元工業(yè)增加值用水量呈下降趨勢，說明南京市工業(yè)用水效率在逐步提高。

2 水資源利用效率測算指標(biāo)體系

構(gòu)建水資源利用效率評價(jià)指標(biāo)應(yīng)做到全面真實(shí)地反映出水資源利用情況。筆者根據(jù)以下3個(gè)原則構(gòu)建水資源利用效率評價(jià)指標(biāo)：科學(xué)性原則、全面性原則以及可操作性原則。

2.1 指標(biāo)體系確立

在經(jīng)濟(jì)學(xué)中，一般認(rèn)為資本、勞動力、資源是生產(chǎn)活動必不可少的三要素。結(jié)合上述原則，筆者欲從以下方面確定投入產(chǎn)出指標(biāo)。

2.1.1 投入指標(biāo)

(1) 水資源投入指標(biāo)

水資源利用效率評價(jià)的投入指標(biāo)中選擇用水總量，本文中的用水總量主要是每年新用水量，不包括重復(fù)利用水量，這樣可以確保更真實(shí)地反映出用水情況。

(2) 資金投入指標(biāo)

資金的投入對經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展有著重要作用，同時(shí)，充足的資金在供水和治污基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面又起到關(guān)鍵作用。固定資產(chǎn)投資額對改善公眾物質(zhì)文化水平，進(jìn)一步調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大固定資產(chǎn)的再生產(chǎn)具有極大作用。本文選取全社會固定資產(chǎn)投資額作為水資源利用的資金投入指標(biāo)。

(3) 勞動力投入指標(biāo)

勞動力是經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中必不可少的生產(chǎn)要素，本文選取從業(yè)人數(shù)作為水資源利用的勞動力投入指標(biāo)。從業(yè)人數(shù)是指從事一定勞動并合法取得勞動報(bào)酬的人數(shù)，可以用來反映一定時(shí)期內(nèi)對勞動力資源的利用狀況。

2.1.2 產(chǎn)出指標(biāo)

(1) 期望產(chǎn)出

資源的投入使用必定會帶來經(jīng)濟(jì)效益，水資源的投入所帶來的經(jīng)濟(jì)效益最直接的反映就是國民生產(chǎn)總值(GDP)，本文選擇GDP作為水資源利用的期望產(chǎn)出指標(biāo)。大多數(shù)文獻(xiàn)[3-6]在構(gòu)建水資源利用效率評價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，都選擇了GDP作為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出指標(biāo)。在對農(nóng)業(yè)水資源利用效率評價(jià)時(shí)選擇GDP中的農(nóng)業(yè)產(chǎn)值[7]，在對工業(yè)用水效率評價(jià)時(shí)用GDP中的工業(yè)產(chǎn)值作為產(chǎn)出指標(biāo)[8]。

(2) 非期望產(chǎn)出

資源的利用會帶來“好”的產(chǎn)出，但同時(shí)也會帶來“壞”的產(chǎn)出，如污染物。水資源在利用的時(shí)候會帶來經(jīng)濟(jì)的增長，同時(shí)也不能忽視帶來環(huán)境污染，如工業(yè)廢水和生活廢水中的COD(化學(xué)需氧量)、氨氮等污染物，這些就是非期望產(chǎn)出，給生態(tài)環(huán)境帶來了破壞?？紤]數(shù)據(jù)的可獲性，本文選擇COD排放量作為南京市水資源利用的非期望產(chǎn)出。

根據(jù)上述內(nèi)容，筆者建立了南京市水資源利用效率評價(jià)指標(biāo)體系(表2)。

表2 南京市水資源利用效率評價(jià)指標(biāo)體系

2.2 時(shí)間序列DEA模型

本文所研究的是2005—2013年南京市水資源利用效率，是基于時(shí)間序列的，而DEA大多應(yīng)用于對橫截面數(shù)據(jù)的處理分析[9-11]，如果想要把DEA運(yùn)用到分析時(shí)間序列數(shù)據(jù)，那么傳統(tǒng)DEA就不適用，因?yàn)橐獰o法假設(shè)在所有時(shí)間點(diǎn)上技術(shù)水平是相同的。1999年，Lynde[12]等建立了一種基于時(shí)間序列的DEA模型來分析生產(chǎn)率和效率的變化情況。

用yt∈R來定義在時(shí)間點(diǎn)t上的產(chǎn)出，設(shè)生產(chǎn)yt需要m種投入，xt∈Rm則表示生產(chǎn)yt的投入向量。用S={(yt,xt)∶t=1,2,…,n}表示觀察期n個(gè)時(shí)間點(diǎn)內(nèi)所有的投入和產(chǎn)出的生產(chǎn)可能集。同時(shí)設(shè)f:Rm→R為單調(diào)遞增的凹函數(shù)，參數(shù)θt∈R,At∈R及vt∈Rm，可以如下表示生產(chǎn)技術(shù)：

(1)

式中：vt為松弛變量；At為技術(shù)進(jìn)步指數(shù)，在t=n時(shí)值為1，θt=1表示時(shí)間t時(shí)的所有投入利用的綜合技術(shù)效率。當(dāng)vt=0,表示沒有松弛變量，θt=1表示綜合技術(shù)效率為1，即在現(xiàn)有的技術(shù)水平下，投入資源充分利用。當(dāng)vt=0且θt=1時(shí)，函數(shù)可以變成yt=f(Atxt)，這是個(gè)不考慮資源利用中存在無效率的標(biāo)準(zhǔn)模型。值得注意的是，方程1說明技術(shù)是不可逆的，也就是說技術(shù)進(jìn)步是與知識的積累相關(guān)的，并且如果松弛變量為0，資源被充分利用，標(biāo)準(zhǔn)化An=1，得到y(tǒng)t=f(xt)。因此可以把f定義為最佳生產(chǎn)前沿面，除非At=1，否則一般情況下這個(gè)前沿面在時(shí)間t

在時(shí)間為t時(shí)，產(chǎn)出為yt，用ut表示投入的有效向量，則ut=θtAtxt-θtAtvt。DEA方法是用數(shù)據(jù)包絡(luò)來估計(jì)最佳生產(chǎn)前沿面f和參數(shù)θt,At和vt。

y=(y1,y2,…,yn)T表示輸出矩陣，xt=(x1t,x2t,…,xmt)T表示在時(shí)間t時(shí)m種投入向量，X=(x1,x2,…,xn)T表示輸出矩陣，在規(guī)模報(bào)酬固定的前提下，得到如下線性規(guī)劃模型:

(2)

以上關(guān)于時(shí)間序列的DEA模型中沒有考慮存在非期望產(chǎn)出的情況，本文在借鑒該模型的基礎(chǔ)上，考慮非期望產(chǎn)出(badout)的弱可處置性，給模型(2)加上線性約束條件，用b=(b1,b2,…,bn)T表示非期望產(chǎn)出矩陣，考慮非期望產(chǎn)出改進(jìn)后的模型如下：

(3)

2.3 南京市水資源利用效率測算

2.3.1 不考慮非期望產(chǎn)出的南京市水資源利用的經(jīng)濟(jì)效率測算

(1) 投入產(chǎn)出指標(biāo)相關(guān)性分析

考慮到DEA模型的限制條件，必須對構(gòu)建的投入產(chǎn)出評價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行合理化分析。本文采用eviews6.0對指標(biāo)體系進(jìn)行相關(guān)性分析，確保指標(biāo)體系中投入指標(biāo)的變動必然會對產(chǎn)出產(chǎn)生影響，這樣才能對水資源利用效率進(jìn)行科學(xué)有效的評價(jià)。

南京市2005—2013年水資源利用投入產(chǎn)出原始數(shù)據(jù)如表3所示。

數(shù)據(jù)來源：2005—2013年南京市水資源公報(bào)、南京統(tǒng)計(jì)年鑒

運(yùn)用eviews6.0對投入指標(biāo)和產(chǎn)出指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，分析結(jié)果如表4所示。

由表4可以看出，產(chǎn)出GDP與各項(xiàng)投入是正相關(guān)，說明增加投入會帶來經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出的增加，因此指標(biāo)的選取是合理可行的。

(2) 效率測算

不考慮非期望產(chǎn)出時(shí)的南京市水資源利用效率即經(jīng)濟(jì)效率，反映了資源投入使用帶來的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出情況。

借助lingo11.0，運(yùn)用模型(2)對不考慮非期望產(chǎn)出的南京市水資源利用的效率進(jìn)行測算，結(jié)果如表5所示。

表5 不考慮非期望產(chǎn)出的南京市水資源利用的經(jīng)濟(jì)效率

由表5可以看出，在不考慮非期望產(chǎn)出的情況下，南京市水資源利用效率均值為0.977，整體水平較高，也就是說在同等投入下帶來的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出水平較高。這9年間非DEA有效的年份達(dá)到7個(gè)，占樣本總數(shù)的77.78%。這9年水資源利用效率非DEA有效的原因是因?yàn)榇嬖谌肆Y源和用水資源的浪費(fèi)，尤其是人力資源，南京擁有豐富的人力資源，但是資源沒有得到合理配置，造成浪費(fèi)。

2.3.2 考慮非期望產(chǎn)出的南京市水資源利用的綜合效率測算

如果只考慮水資源利用帶來的經(jīng)濟(jì)效益，不考慮在生產(chǎn)過程中的污染物給效率帶來的影響，那樣必定會造成不能真實(shí)反映水資源利用情況。本文將非期望產(chǎn)出納入指標(biāo)，具體選擇了COD排放量這個(gè)指標(biāo)。南京市2005—2013年COD排放量情況如表6和圖2所示。

表6 2005—2013年南京市COD排放量情況 萬t

數(shù)據(jù)來源：2005—2013年南京市環(huán)境狀況公報(bào)

圖2 2005—2013年南京市COD排放量趨勢圖

由圖2可以看出，南京市COD排放量呈下降趨勢，尤其是2011年COD排放量最低。這是因?yàn)?011年是“十二五”的第一年，南京市環(huán)境保護(hù)力度加強(qiáng)，用在環(huán)境保護(hù)上的直接投入達(dá)到了南京市生產(chǎn)總值的2.6%(159.53億元)，對污染物的減排工作更加重視，污染物減排工作取得一定時(shí)效。

關(guān)于投入和產(chǎn)出指標(biāo)之間的相關(guān)性分析，3.3.1小節(jié)已作分析，產(chǎn)出指標(biāo)和投入指標(biāo)是合理可行的，此處可省略分析。

運(yùn)用lingo11.0和模型(3)對南京市2005—2013年水資源利用綜合效率進(jìn)行測算，運(yùn)算結(jié)果如表7的顯示。

表7 2005—2013年考慮非期望產(chǎn)出的南京水資源利用效率情況

由表7可以看出，2005—2013年考慮非期望產(chǎn)出的情況下，南京市水資源利用綜合效率均值為0.996，整體水平較高。2005—2013年9年間有6年綜合效率達(dá)到DEA有效，投入和產(chǎn)出都達(dá)到最優(yōu)。

從投入冗余來看，2010年、2011年、2012年和2013年DEA無效，都存在投入冗余，這也是這幾年DEA無效的原因。2010年的固定資產(chǎn)投資額和從業(yè)人員數(shù)存在冗余，說明資金存在不合理配置，人力資源浪費(fèi)。2011年和2012年的從業(yè)人員數(shù)和用水量存在冗余，用水結(jié)構(gòu)不合理，水資源使用浪費(fèi)。南京市在發(fā)展過程中水資源和人力資源投入過多，投入不合理，可以減少對資源的投入，從而節(jié)約水資源。

2.3.3 南京市水資源利用的環(huán)境效率測算

表8 南京市水資源利用環(huán)境效率情況

數(shù)據(jù)來源：由表5和表7整理所得

表9 南京市水資源利用效率情況

注：平均效率是指經(jīng)濟(jì)效率、綜合效率和環(huán)境效率的幾何平均值

圖3 不同效率對比圖

由表8可以得出：2008年、2012年和2013年的環(huán)境效率為1，說明增加環(huán)境約束后對這3年的水資源利用效率測算分析沒有影響；其余幾年的環(huán)境效率都小于1，說明環(huán)境治理導(dǎo)致了投入資源的浪費(fèi)，導(dǎo)致期望產(chǎn)出GDP的減少，也說明這幾個(gè)年份環(huán)境治理對水資源利用效率的影響還有提升的潛力。

由表9和圖3可以看出：

(1) 增加環(huán)境約束條件后，考慮非期望產(chǎn)出的水資源利用綜合效率比不考慮非期望產(chǎn)出的水資源利用的經(jīng)濟(jì)效率有所提高，這是因?yàn)榄h(huán)境效率高，環(huán)境治理在發(fā)揮作用。南京市每年的COD和氨氮等污染物的減排量都在上升，減排工作進(jìn)行順利。同時(shí)，也說明南京市對原有粗放型經(jīng)濟(jì)和環(huán)境污染治理工作起到了一定作用。

(2) 從平均效率的波動趨勢來看，波動較大，但是目前趨于上升趨勢。南京市在經(jīng)濟(jì)發(fā)展追求GDP的同時(shí)，也要繼續(xù)注重環(huán)保工作，加大對環(huán)境的治理投入。

綜上所述，可以看出南京市在快速發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)也兼顧了環(huán)境的保護(hù)，走可持續(xù)發(fā)展道路。但是在取得同樣的產(chǎn)出下可以減少資源的投入，資金、人力和水資源的利用還存在浪費(fèi)，沒有做到資源的充分利用。

3 政策建議

通過對南京市水資源利用效率的計(jì)算分析，結(jié)合當(dāng)前南京市現(xiàn)狀，筆者提出以下建議。

3.1 合理配置人力資源

從2.3.1的計(jì)算結(jié)果可知：南京市2005—2013年存在水資源利用效率非DEA有效的原因是因?yàn)榇嬖谌肆Y源和用水資源的浪費(fèi)，尤其是人力資源浪費(fèi)。南京市擁有豐富的人力資源，但是資源沒有做到合理配置，造成浪費(fèi)。資本的合理規(guī)劃主要指對資金和人力資源的合理使用。南京市在人力資源使用上存在冗余，沒有發(fā)揮最大效用。南京市人力資源豐富，但是光有量是不夠的，需要提高勞動者的素質(zhì)，將人力資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

3.2 調(diào)整用水結(jié)構(gòu)，綜合利用各類水資源

從2.3.2中的2011、2012兩年間用水量存在冗余可以看出，南京市用水結(jié)構(gòu)不盡合理，造成了水資源的浪費(fèi)。南京市在發(fā)展過程中水資源投入過多，投入不合理，可以減少對資源的投入，從而節(jié)約水資源。

(1) 污水處理及中水回收利用

提高污水處理回收率，促使污水資源化。加大污水處理和重復(fù)利用，既增加了水資源的供應(yīng)，又避免了生態(tài)環(huán)境的污染。在一定的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段，生產(chǎn)、生活污水將會逐漸增大，污水資源化將是實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用的關(guān)鍵因素，是維持社會、經(jīng)濟(jì)、資源、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的重要措施。

(2) 雨洪的調(diào)蓄利用

南京雨洪水量大，通過工程措施調(diào)蓄利用雨洪水量，對緩解南京用水壓力和提高水資源利用效率具有重大作用。

3.3 加大環(huán)境治理力度

2.3的分析結(jié)果表明：增加環(huán)境約束條件后，考慮非期望產(chǎn)出的水資源利用綜合效率比不考慮非期望產(chǎn)出的水資源利用的經(jīng)濟(jì)效率有所提高，這是因?yàn)榄h(huán)境效率高，環(huán)境治理在發(fā)揮作用。在水資源利用、水資源保護(hù)和污染治理工作等方面需要用完善的法律去規(guī)范約束，不但要建立法規(guī)體系，還要根據(jù)實(shí)際情況的變化不斷去完善，目的是為了在高效利用水資源的同時(shí)，降低環(huán)境污染，提高水資源利用效率，更好地去保障水資源可持續(xù)利用發(fā)展。

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TV213.4

A

1003-9511(2017)05-0023-05

2017-05-07 編輯：陳玉國)

林昕(1993—)，男，碩士研究生，主要從事工程管理研究。E-mail:609096188@qq.com

10.3880/j.issn.1003-9511.2017.05.005