黑龍江省灌溉用水效率時(shí)空差異及其節(jié)水潛力分析

羅沖+姜博+張文琦+初楠臣+李曉慶+王玉迪

摘要：提高灌溉用水利用效率是節(jié)約農(nóng)業(yè)用水的關(guān)鍵。以黑龍江省12個(gè)地級(jí)行政區(qū)劃單位為研究單元，利用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法（data envelopment analysis，簡(jiǎn)稱DEA）對(duì)2005—2014年黑龍江省灌溉用水效率進(jìn)行測(cè)算，分析黑龍江省灌溉用水效率的演變態(tài)勢(shì)，并進(jìn)一步分析黑龍江省各市的節(jié)水潛力，以期為黑龍江省農(nóng)業(yè)水資源高效利用提供科學(xué)指導(dǎo)。結(jié)果表明，2005—2014年間，黑龍江省整體灌溉用水效率得分不高，多年平均值為0.73，而且灌溉用水效率呈不斷下降的趨勢(shì)，包括灌溉用水純技術(shù)效率和灌溉用水規(guī)模效率都有不同程度的下降；黑龍江省灌溉用水效率空間差異明顯，伊春、牡丹江與黑河的灌溉用水綜合效率較高；通過(guò)對(duì)黑龍江省各市灌溉用水節(jié)水潛力的評(píng)估發(fā)現(xiàn)，黑龍江省灌溉用水節(jié)水潛力巨大，其中齊齊哈爾是黑龍江省節(jié)水潛力最大的地區(qū)。

關(guān)鍵詞：黑龍江；灌溉用水效率；節(jié)水潛力；時(shí)空差異；農(nóng)業(yè)水資源

中圖分類號(hào)： F323.213文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）23-0254-04

水資源短缺問(wèn)題的核心是效率問(wèn)題，研究如何提高有限的農(nóng)業(yè)水資源的利用效率是解決水資源短缺、發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和保障國(guó)家糧食安全的迫切需要[2]。2015年，我國(guó)農(nóng)業(yè)用水量達(dá)到3 870億m3，其中農(nóng)業(yè)用水占63.5%。隨著我國(guó)小康社會(huì)的全面建成，生活用水比例將大大增加，農(nóng)業(yè)用水比例進(jìn)一步減少[3]。但為確保糧食安全，耕地的灌溉面積繼續(xù)增加，這就需要更加科學(xué)地分配水資源。目前，黑龍江省耕地灌溉用水所占用的水資源占用水總量的60%以上，可見(jiàn)，解決黑龍江省水資源問(wèn)題的關(guān)鍵是解決耕地灌溉用水問(wèn)題[4]，這不但要加強(qiáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的工程節(jié)水、農(nóng)藝節(jié)水措施，還需要進(jìn)一步研究黑龍江省灌溉用水的時(shí)空差異，為合理解決用水矛盾提供理論參考。

關(guān)于灌溉用水效率，很多學(xué)者運(yùn)用很多方法從不同的層面研究過(guò)此問(wèn)題[5-13]，但對(duì)黑龍江省市域灌溉用水效率的研究較少。本研究擬全面評(píng)價(jià)黑龍江省水資源利用現(xiàn)狀和農(nóng)業(yè)水資源使用情況，剖析黑龍江省農(nóng)業(yè)水資源短缺的嚴(yán)峻形勢(shì)，對(duì)國(guó)內(nèi)外水資源效率方面的研究進(jìn)行梳理，在認(rèn)識(shí)技術(shù)效率內(nèi)涵、衡量其評(píng)價(jià)方法、確定其評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，將水資源投入作為和其他資源投入要素一樣的內(nèi)生變量，基于2005—2014年黑龍江省各市的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)，選取數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法（data envelopment analysis，簡(jiǎn)稱DEA）分析各地區(qū)的灌溉用水技術(shù)效率和灌溉用水規(guī)模效率，并估算各市的農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力，以期為今后制定相關(guān)政策提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1黑龍江省水資源利用概況

對(duì)黑龍江省總用水量、農(nóng)業(yè)用水量、工業(yè)用水量及生態(tài)用水量4個(gè)要素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。在2005—2014年，黑龍江省農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的70%以上，并且還在增長(zhǎng)，10年間，農(nóng)業(yè)用水量從200億m3增加到300億m3，增幅為50%。所以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)用水可持續(xù)發(fā)展是黑龍江省實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要一環(huán)，而農(nóng)業(yè)用水大部分用于灌溉，所以研究黑龍江省灌溉用水效率是非常有意義的。

1.2DEA模型

DEA方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于可以使用多個(gè)投入、產(chǎn)出指標(biāo)，基于研究對(duì)象，使用DEA方法能更加全面地反映影響灌溉效率要素的多樣性，并且可以對(duì)灌溉用水非效率的區(qū)域提出改善的方向[14]。為反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中規(guī)模報(bào)酬可變的實(shí)際情況，選用規(guī)模報(bào)酬可變的BCC模型來(lái)分析黑龍江省的灌溉用水效率。

Dεminθ-ε[e⌒Ts-+eTs+]；

s.t.∑kj=1xjλj+s-=θx0

∑kj=1yjλj-s+=y0，λj≥0，s-≥0，s+≥0

∑kj=1λj=1，j=1，2，3，…，k。

并且，e⌒T=（1，1，1，…，1）∈Em，eT=（1，1，1，…，1）∈Es，ε為阿基米德無(wú)窮小量。若線性規(guī)劃（Dε）的最優(yōu)解用λ0、s-0、s+0、θ0表示，則有：

（1）若θ0=1，則決策單元DMUj0為弱DEA有效（BCC）；

（2）若θ0=1，并且s-0=0，s+0=0，則決策單元DMUj0為DEA有效（BCC）。

1.3分向量效率模型

由于只考慮水資源投入的技術(shù)效率，而不考慮任何其他投入要素的技術(shù)效率，因此需要引入Fare提出的“分向量”技術(shù)效率[15]?；谝?guī)模報(bào)酬可變模型（variable return scale，簡(jiǎn)稱VRS）的第i個(gè)投入的分向量技術(shù)效率由以下線性規(guī)劃問(wèn)題決定：

轉(zhuǎn)換成minθλθk；

-yi+Yλ≥0；

θkXKi-Xkλ≥0；

Xn-ki-Xn-kλ≥0；

N1′λ=1；

λ≥0。

在DEA模型Sub-Vector形式中，第1項(xiàng)“-yi+Yλ≥0”和第4項(xiàng)“N1′λ=1”與VRS模型定義相同，第2項(xiàng)約束條件“θkXki-Xkλ≥0”中Xki表示第i個(gè)生產(chǎn)決策單元第k項(xiàng)投入。在第3項(xiàng)約束條件“Xn-ki-Xn-kλ≥0”中，Xn-ki和Xn-k表示除第k種投入之外，其他所有的投入要素之和。θk是第i個(gè)生產(chǎn)決策單元的第k種投入的分向量純技術(shù)效率，它表示的是在保證現(xiàn)有產(chǎn)出水平不變的前提下，比起與其對(duì)應(yīng)的最佳生產(chǎn)點(diǎn)可以減少灌溉水資源投入的比例。將式中約束條件“N1′λ=1”去掉，便可得到基于規(guī)模報(bào)酬不變模型（constant reture scale，簡(jiǎn)稱CRS）的分向量總技術(shù)效率。

1.4數(shù)據(jù)來(lái)源

所用數(shù)據(jù)來(lái)源于《黑龍江統(tǒng)計(jì)年鑒2006—2015》《中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒2006—2015》《中國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒2006—2015》。

2結(jié)果與分析

2.1黑龍江省灌溉用水純技術(shù)效率endprint

利用Onfront 2.1軟件分析，通過(guò)DEA線性規(guī)劃模型的運(yùn)算得出規(guī)模報(bào)酬可變的黑龍江省灌溉用水效率（表1）。規(guī)模報(bào)酬可變假設(shè)下的灌溉用水技術(shù)效率測(cè)算的是除去規(guī)模效率影響之后的純技術(shù)效率。

由表1可看出，在2005年到2014年，哈爾濱、鶴崗、伊春、七臺(tái)河、牡丹江與黑河這6個(gè)地區(qū)的灌溉用水純技術(shù)效率等于或接近1.00，這表明黑龍江省有一半的地區(qū)灌溉效率處于生產(chǎn)前沿面，而且黑龍江省分布在各個(gè)方位，這表明灌溉效率值與該市所處的方位沒(méi)有必然聯(lián)系。通過(guò)比較2005年到2014年的灌溉用水純技術(shù)效率，2014年全省的灌溉效率要比2005年低0.09。齊齊哈爾、雞西、雙鴨山、大慶與佳木斯的灌溉效率基本呈下降趨勢(shì)，只有綏化的灌溉效率呈上升趨勢(shì)，大慶一直是黑龍江省灌溉效率最低的地區(qū)，而且沒(méi)有改善的趨勢(shì)；2005年綏化的灌溉效率為0.87，到2007年及以后灌溉效率一直為1.00，說(shuō)明綏化的灌溉效率有明顯改善。

從2005年到2014年黑龍江省各地區(qū)的平均值來(lái)看，黑龍江省各地區(qū)的灌溉效率還是存在明顯差異的。其中哈爾濱、鶴崗、伊春、七臺(tái)河、牡丹江、黑河與綏化處于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可能性集的前沿面上，在灌溉用水純技術(shù)效率方面實(shí)現(xiàn)灌溉用水的最佳使用，其他地區(qū)還處于灌溉用水效率相對(duì)低下的狀態(tài)，其中大慶市的灌溉用水效率平均值最低，為0.55，這意味著大慶市在現(xiàn)在農(nóng)業(yè)產(chǎn)出水平下可以節(jié)約45%的灌溉用水。在2005—2014年，按照農(nóng)業(yè)灌溉用水純技術(shù)效率排序較靠前的有哈爾濱、鶴崗、伊春、七臺(tái)河、牡丹江、黑河、綏化，相對(duì)較靠后的有佳木斯、雞西、雙鴨山、齊齊哈爾、大慶。

2.2黑龍江省灌溉用水規(guī)模效率

規(guī)模效率評(píng)價(jià)的是生產(chǎn)決策單元是否是在最佳規(guī)模狀態(tài)下生產(chǎn)的。決策單元的效率值越高，越接近最佳規(guī)模生產(chǎn)狀態(tài)。利用Onfront 2.1軟件分析DEA的線性規(guī)劃問(wèn)題，可得出各市的規(guī)模效率情況（表2）。

由表2可以看出，大慶、伊春、牡丹江、黑河的灌溉用水達(dá)到最佳規(guī)模，其他地區(qū)的灌溉用水均沒(méi)有達(dá)到最佳規(guī)模。根據(jù)規(guī)模效率的原理，假如一個(gè)地區(qū)的規(guī)模效率小于1，那么就需要調(diào)整這一區(qū)域的輸水規(guī)模，使這一地區(qū)的輸水規(guī)模達(dá)到最佳狀態(tài)。鶴崗的灌溉用水規(guī)模效率最低，并且在波動(dòng)中有下降趨勢(shì)，2014年鶴崗市的灌溉用水規(guī)模效率只有043，說(shuō)明要讓鶴崗市的灌溉用水規(guī)模效率達(dá)到最高值，該地區(qū)的輸水規(guī)模還需要提高57%。2014年，按農(nóng)業(yè)灌溉用水規(guī)模排序由高到低的有伊春（牡丹江、黑河）、大慶、雞西、雙鴨山，這些地區(qū)的灌溉用水規(guī)模效率都大于0.90，均處于較高水平，其次是齊齊哈爾、哈爾濱、綏化、佳木斯、七臺(tái)河，這些地區(qū)的灌溉用水規(guī)模效率在0.5～0.9，處于中等水平， 最低的為鶴崗，

2.3黑龍江省灌溉用水綜合技術(shù)效率

綜合技術(shù)效率主要考察一個(gè)地區(qū)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，每個(gè)投入要素的技術(shù)利用狀況和各個(gè)要素資源的配置狀況，一個(gè)地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源配置是否協(xié)調(diào)合理，最新技術(shù)是否應(yīng)用于生產(chǎn)要素上，都能通過(guò)綜合技術(shù)效率得分得到體現(xiàn)。利用Onfront 2.1軟件分析，得出各市綜合技術(shù)效率情況（表3）。

由表3可見(jiàn)，伊春、牡丹江和黑河這3個(gè)地區(qū)每年的灌溉用水綜合技術(shù)效率整體等于或接近1.00，證明這3個(gè)地區(qū)的灌溉用水是比較均衡的。除處于前沿面的伊春、牡丹江和黑河3個(gè)地區(qū)之外，其他地區(qū)的DEA基本小于1.00。其中，雞西、佳木斯、綏化、雙鴨山與七臺(tái)河是中等效率地區(qū)，灌溉用水綜合技術(shù)效率處于0.60～0.80之間，而齊齊哈爾、鶴崗、大慶為低效率地區(qū)，灌溉用水綜合技術(shù)效率低于0.60。通過(guò)分析全省的均值發(fā)現(xiàn)，黑龍江省的綜合技術(shù)效率呈下降趨勢(shì)，灌溉用水綜合技術(shù)效率從2005年的0.89下降到2014年的067，下降了0.22，說(shuō)明與現(xiàn)有生產(chǎn)條件下可行的最小灌溉水投入量相比，黑龍江省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)浪費(fèi)了將近33%的水資源。

2.4黑龍江省各市節(jié)水潛力評(píng)估

由于技術(shù)效率測(cè)量的是實(shí)際灌溉用水量與在產(chǎn)出水平和其他要素投入水平都不變的情況下，最小可能灌溉用水投入之間的差距。由于資源總是流向效益更高的部門，而水資源可利用總量在一定時(shí)期內(nèi)是不變的，隨著工業(yè)的快速發(fā)展和人們生活水平的提高，工業(yè)用水和生活用水量增加，必定擠占農(nóng)業(yè)灌溉用水，灌溉用水占總用水量的比例已出現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)。因此，有必要在計(jì)算出灌溉用水技術(shù)效率的基礎(chǔ)上估算出各地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)水潛力。設(shè)農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀用水為W，灌溉用水技術(shù)效率為IWUTE，那么技術(shù)無(wú)效度為1-IWUTE，農(nóng)業(yè)最佳用水量W1=W×IWUTE，那么農(nóng)業(yè)可節(jié)約用水量 WS=W×（1-WTE）。根據(jù)以上計(jì)算方法估計(jì)2014年節(jié)水潛力。

由表4可以看出，齊齊哈爾市的灌溉用水總量不是黑龍江省最多的，但其農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力是最高的，占全省可節(jié)約灌溉用水的31.53%。其次為大慶、哈爾濱、綏化、佳木斯，最大可節(jié)約灌溉用水量都超過(guò)12億m3。伊春、牡丹江與黑河的灌溉用水在現(xiàn)有的技術(shù)條件下已經(jīng)達(dá)到了合理利用，在保證農(nóng)業(yè)產(chǎn)出確定的情況下沒(méi)有減少灌溉用水量的潛力。這些地區(qū)如果要節(jié)約農(nóng)業(yè)用水量，則需要提高資源配置效率，即通過(guò)優(yōu)化水資源與其他資源投入比例來(lái)實(shí)現(xiàn)。總體來(lái)說(shuō)，哈爾濱、大慶、齊齊哈爾等3市節(jié)水潛力約占全省節(jié)水潛力的60%，說(shuō)明哈爾濱、大慶、齊齊哈爾3市不僅是用水大戶，而且也是節(jié)水大戶。

3結(jié)論

在借鑒前人研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法的DEA-BCC模型，對(duì)黑龍江省以及12個(gè)地級(jí)市的灌溉用水效率進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，主要得到以下結(jié)論：

（1）2005—2014年間，黑龍江省整體灌溉用水綜合技術(shù)效率得分不高，多年平均值為0.73，且整體呈下降的趨勢(shì)，包括灌溉用水純技術(shù)效率和灌溉用水規(guī)模效率都有不同程度的下降。從灌溉用水純技術(shù)效率來(lái)看，黑龍江省的平均值從2005年的0.94下降到2014年的0.85，10年間下降0.09，說(shuō)明黑龍江省這些年的灌溉技術(shù)提高幅度跟不上農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的提高幅度。從灌溉用水規(guī)模效率來(lái)看，黑龍江省的平均值從2005年的0.94到2014年的0.80，下降了0.14，下降幅度比灌溉用水純技術(shù)效率更大，表明黑龍江省灌溉用水規(guī)模從相對(duì)協(xié)調(diào)逐步走向失調(diào)。2005—2014年，黑龍江省整體灌溉用水綜合技術(shù)效率從0.89變?yōu)?.67，下降0.22，下降較為明顯，說(shuō)明黑龍江省灌溉用水效率的下降趨勢(shì)非常明顯，亟須遏制住其下降勢(shì)頭，提高整體灌溉用水效率。endprint

（2）全省各市之間的灌溉用水效率也有明顯的不同。其中，從灌溉用水綜合技術(shù)效率來(lái)看，伊春、牡丹江與黑河這3個(gè)市的灌溉用水效率在這幾年里或多數(shù)年份里一直處于有效或高效的地位，而這些灌溉用水效率較高的區(qū)域要么是降水比較多、水資源分布比較廣的地區(qū)，要么是經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)、農(nóng)業(yè)水利設(shè)施比較完善的地區(qū)。從灌溉用水純技術(shù)效率來(lái)看，在2005—2014年中，哈爾濱、鶴崗、伊春、七臺(tái)河、牡丹江與黑河這6個(gè)地區(qū)整體得分為1.00或0.99，說(shuō)明這些地區(qū)能高效利用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入的水資源要素。從灌溉用水規(guī)模效率來(lái)看，大慶、伊春、牡丹江與黑河等地區(qū)的得分在大多數(shù)年份里為1.00或接近1.00，說(shuō)明這些地區(qū)的灌溉用水規(guī)模比較協(xié)調(diào)。通過(guò)對(duì)比分析各地方技術(shù)灌溉用水綜合效率、純技術(shù)效率和規(guī)模效率，可以發(fā)現(xiàn)，一些地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率較低，主要是規(guī)模效率的作用，如綏芬河市；而其他一些地區(qū)，主要是純技術(shù)效率低造成的，如同江市、富錦市、密山市。為此，要想提高灌溉水利用效率，就要根據(jù)不同地區(qū)的情況相應(yīng)地提高其純技術(shù)效率和規(guī)模效率。

（3）通過(guò)對(duì)黑龍江省各市灌溉用水節(jié)水潛力的評(píng)估可以發(fā)現(xiàn)，齊齊哈爾市是黑龍江省節(jié)水潛力最高的地區(qū)，節(jié)水潛力占全省可節(jié)約灌溉用水的31.53%。其他地區(qū)節(jié)水潛力由高到低為大慶、哈爾濱、綏化、佳木斯，最大可節(jié)約灌溉用水量均超過(guò)12億m3。哈爾濱、大慶、齊齊哈爾等3市節(jié)水潛力占全省節(jié)水潛力的60%，可見(jiàn)這3市不僅是用水大戶，而且也是節(jié)水大戶。

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