基于EBM的水資源失衡風險導致的社會經(jīng)濟損失模型及應(yīng)用

姜秋香，王 天，王子龍，付 強，趙蚰竹，董玉潔，周智美

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基于EBM的水資源失衡風險導致的社會經(jīng)濟損失模型及應(yīng)用

姜秋香，王 天，王子龍※，付 強，趙蚰竹，董玉潔，周智美

（東北農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院，哈爾濱 150030）

水資源系統(tǒng)與區(qū)域經(jīng)濟息息相關(guān)，利用經(jīng)濟數(shù)值反映水資源系統(tǒng)風險所致?lián)p失將更加直觀。該文為了通過經(jīng)濟數(shù)值定量評價水資源失衡導致的風險，首先構(gòu)建水資源失衡導致的經(jīng)濟損失風險模型，應(yīng)用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（epsilon-based measure，EBM）模型計算水資源利用效率，并結(jié)合黑龍江省水價及人均工資確定水資源失衡導致的經(jīng)濟損失值；然后，在EBM的基礎(chǔ)上添加二階段Tobit模型進一步分析水資源失衡風險經(jīng)濟損失原因。結(jié)果表明，2000—2020年黑龍江省由水資源投入不足導致的最小經(jīng)濟損失值為75.2億元（2008年）、最大值為425.1億元（2013年）；水資源最小產(chǎn)出經(jīng)濟損失值為1 119億元（2000年）、最大值為11 068億元（2012年）。2000—2015年黑龍江省水資源風險經(jīng)濟損失逐年上升，水資源產(chǎn)出經(jīng)濟損失均占水資源風險經(jīng)濟損失的90%以上，預計2020年水資源風險經(jīng)濟損失為8 138.7億元。在研究時段內(nèi)黑龍江省水資源風險經(jīng)濟損失較高，水資源利用效率較低。黑龍江省水資源系統(tǒng)受到產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟發(fā)展水平和水利基礎(chǔ)設(shè)施投資等驅(qū)動因素影響，需加大第二產(chǎn)業(yè)投入和水利基礎(chǔ)建設(shè)投資，從而降低水資源風險經(jīng)濟損失，為后續(xù)水資源系統(tǒng)風險規(guī)避措施的制定提供支持。

水資源；經(jīng)濟分析；模型; EBM；Tobit；黑龍江省

0 引 言

水資源系統(tǒng)是人類生活和社會發(fā)展必不可少的支撐系統(tǒng)之一。隨著社會發(fā)展和科學技術(shù)的不斷進步，水資源系統(tǒng)與社會經(jīng)濟的關(guān)系愈發(fā)緊密。近年由于水資源利用不當、分配不合理、供需失衡和水環(huán)境惡化，導致水資源系統(tǒng)風險增大，不僅制約了社會經(jīng)濟的發(fā)展，同時也帶來的巨大的經(jīng)濟損失[1-4]。因此，研究水資源系統(tǒng)風險對社會經(jīng)濟的影響和制約關(guān)系，成為破解水資源對經(jīng)濟增長禁錮的關(guān)鍵。國內(nèi)外學者在探索水資源系統(tǒng)與經(jīng)濟耦合關(guān)系方面做出了巨大貢獻。從宏觀研究角度看，賈玲等[5]提出基于會計核算和統(tǒng)計核算的負債表核算思路，前者為核算水資源提供決策方案，后者反映經(jīng)濟與水資源之間的債權(quán)關(guān)系，從不同角度精細化水資源管理，為其提供切實可靠的理論依據(jù)；唐曉城[6]在經(jīng)濟增長理論框架下構(gòu)建了測度水資源要素對經(jīng)濟增長約束模型，分析了山東省水資源的阻尼系數(shù)，說明水資源風險越高對經(jīng)濟的約束越強；Setlhogile等[7]通過水環(huán)境經(jīng)濟核算體系（SEE-Water）深度討論了水資源量和經(jīng)濟指標的關(guān)系，闡述了水資源量越低對經(jīng)濟社會的影響越大，側(cè)面表明水資源系統(tǒng)與經(jīng)濟密不可分。從微觀方法角度看，曹永強等[8]構(gòu)建了水資源與經(jīng)濟協(xié)調(diào)系數(shù)模型，研究表明遼寧省水資源與經(jīng)濟結(jié)合不緊密，仍有提升空間；成琨等[9]依據(jù)水資源投入產(chǎn)出模型，分析出黑龍江省隨著農(nóng)業(yè)、工業(yè)和建筑業(yè)等部門水資源利用效率逐步提高，社會經(jīng)濟進入高速增長時期；張振龍等[10]基于水資源利用和經(jīng)濟增長的關(guān)聯(lián)視角，采用向量自動回歸（vector auto regressive，VAR）模型、脈沖響應(yīng)和方差分解得出了水資源效率與經(jīng)濟增長的動態(tài)關(guān)系。

無論從宏觀或微觀角度上分析，水資源系統(tǒng)與社會經(jīng)濟發(fā)展密不可分。從宏觀研究角度上，目前研究僅從側(cè)面角度闡明水資源對經(jīng)濟的重要性，不能定量衡量水資源對經(jīng)濟的影響程度。本文提出水資源系統(tǒng)風險經(jīng)濟損失模型，可以將無形的水資源風險轉(zhuǎn)變?yōu)槎康慕?jīng)濟數(shù)值，從直觀數(shù)據(jù)中展現(xiàn)水資源風險對經(jīng)濟的影響。從微觀方法角度上，上述方法需要給定投入產(chǎn)出指標之間明確的函數(shù)關(guān)系，或者通過構(gòu)建模型中的關(guān)聯(lián)系數(shù)解決投入產(chǎn)出指標間無定量函數(shù)的問題，此類研究均需額外增加計算量；同時，該函數(shù)關(guān)系無法完全表達投入產(chǎn)出指標間的定量關(guān)系，缺乏對指標之間的整體考慮。因此，本文在綜合考慮水資源系統(tǒng)特性和社會經(jīng)濟關(guān)系的基礎(chǔ)上，嘗試應(yīng)用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析中的EBM模型（epsilon- based measure，EBM）解決投入產(chǎn)出指標關(guān)系確定過程中存在的計算量大和缺乏整體性的問題。該模型是一種非參數(shù)的統(tǒng)計估計方法，在計算多種投入和多種產(chǎn)出指標的效率計算過程中，無需給出指標間的定量關(guān)系，而通過比較決策單元偏離有效生產(chǎn)前沿面的程度評價決策單元的有效性[11]。由于EBM模型有著不需要預先估計參數(shù)的特點，因此在避免主觀因素、簡化算法和減少誤差等方面有著巨大的優(yōu)越性[12]。

本文首先構(gòu)建水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失函數(shù)，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[13]預測2020年各城市投入與產(chǎn)出指標，而后運用EBM模型投影獲得投入產(chǎn)出指標的冗余量，在此基礎(chǔ)上計算黑龍江省水資源失衡風險經(jīng)濟損失值，以此量化水資源失衡風險對經(jīng)濟的影響程度；其次，應(yīng)用Tobit模型對水資源失衡風險經(jīng)濟損失值進行二階段分析，得到區(qū)域水資源失衡風險經(jīng)濟損失的驅(qū)動因素，結(jié)合水資源利用效率進一步提出解決黑龍江省水資源配置不合理和降低水資源失衡風險經(jīng)濟損失等問題的方案，為后續(xù)降低水資源系統(tǒng)帶來的風險提供參考。

1 研究方法

1.1 水資源失衡導致的風險經(jīng)濟損失模型

經(jīng)濟作為定量衡量水資源系統(tǒng)風險損失的重要媒介，其直觀性和準確性無可替代[14]。本文設(shè)水資源系統(tǒng)有種投入、種產(chǎn)出和個決策單元，則水資源失衡風險帶來的潛在經(jīng)濟損失為：

水資源作為支撐社會的重要基石，是不可或缺的戰(zhàn)略資源。導致水資源失衡的影響因素很多，本文在借鑒文獻[15-18]的基礎(chǔ)上采用HHM-RFRM方法[19]對水資源系統(tǒng)的投入產(chǎn)出指標進行篩選，以保證選擇的指標具有代表性和全面性。最終確定農(nóng)業(yè)用水量、工業(yè)用水量和就業(yè)人數(shù)作為水資源風險經(jīng)濟損失模型的投入指標，第一產(chǎn)業(yè)GDP、第二產(chǎn)業(yè)GDP、第三產(chǎn)業(yè)GDP和地區(qū)GDP作為產(chǎn)出指標。

1.2 EBM模型

本文選取數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(data envelopment analysis, DEA)計算水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失模型中投入產(chǎn)出指標的冗余量。在DEA方法中EBM模型可以通過比較決策單元偏離有效生產(chǎn)前沿面的程度評價決策單元的有效性。在此基礎(chǔ)上，通過決策單元對生產(chǎn)前沿面的投影確定各投入產(chǎn)出指標的冗余量[20-24]。目前，EBM模型在管理科學、系統(tǒng)工程和決策分析、技術(shù)評價等領(lǐng)域已有大量成功的應(yīng)用案例[25-27]。

為了獲得水資源系統(tǒng)投入產(chǎn)出指標的冗余量，需對水資源利用效率值進行投影[28]。本文構(gòu)建水資源利用效率EBM模型如下：

1.3 Tobit模型

水資源利用效率受到水資源稟賦、社會經(jīng)濟發(fā)展、水利工程投資、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和節(jié)水技術(shù)等多因素影響。為了明確水資源利用效率的主導影響因素，制定科學合理的、符合區(qū)域特點的水資源高效利用的政策，本文選取Tobit模型進行水資源利用效率驅(qū)動因素分析。

由于水資源利用效率值為(0,1]區(qū)間內(nèi)的連續(xù)數(shù)據(jù)，符合Tobit模型中的極大似然數(shù)方法[30]。因此，本文構(gòu)建基于極大似然數(shù)Tobit的水資源利用效率驅(qū)動因素分析模型如下[30]：

2 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)域概況

黑龍江省位于中國東北部，多年平均水資源總量為810億m3，但人均水資源量僅有2 047 m3[31]，遠低于世界公認的平均水平（9 200 m3）[32]。第一產(chǎn)業(yè)作為黑龍江省主導產(chǎn)業(yè)，其擁有的水資源量高達60%以上，然而第一產(chǎn)業(yè)GDP僅占黑龍江省地區(qū)GDP的1/3，導致單方水產(chǎn)生的經(jīng)濟效益（2.76元/m3）低于全國平均水平（4.45元/m3）。盡管黑龍江省在近些年進行經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，但粗放型的經(jīng)濟增長方式尚未得到根本轉(zhuǎn)變，黑龍江省第二、三產(chǎn)業(yè)仍不發(fā)達，在一定程度上加劇了水資源的浪費。由于區(qū)域位置、資源稟賦、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等問題的存在，導致黑龍江省水資源系統(tǒng)存在時空分配不均、供需不平衡、水資源過度浪費和水資源利用效率低等風險，限制了區(qū)域的社會經(jīng)濟發(fā)展，使水資源系統(tǒng)風險成為黑龍江省目前亟待解決的問題。

盡管黑龍江省近年經(jīng)濟增長逐年回升，但經(jīng)濟下行壓力仍然較大[33]，相對于其他發(fā)展大省和直轄市，黑龍江省總體經(jīng)濟仍然相對落后。因此，應(yīng)依據(jù)黑龍江省經(jīng)濟發(fā)展狀態(tài)提出解決水資源配置不合理和降低水資源風險經(jīng)濟損失等問題的方案，實現(xiàn)區(qū)域水資源系統(tǒng)持續(xù)健康發(fā)展。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文以黑龍江省水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失入手，開展水資源失衡風險評價相關(guān)研究。黑龍江省三大產(chǎn)業(yè)GDP值、就業(yè)人數(shù)、人均工資和水價等數(shù)據(jù)均來源于《黑龍江統(tǒng)計年鑒》[34]，農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活用水量等數(shù)據(jù)來源于《黑龍江省水資源公報》[35]。

3 結(jié)果與分析

3.1 水資源系統(tǒng)投入產(chǎn)出指標預測

為了進一步對未來黑龍江省水資源失衡風險進行探究，本文采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（artificial neural network，ANN）中的誤差反向傳播網(wǎng)絡(luò)（BP網(wǎng)絡(luò)）[36]預測2020年黑龍江省以及各城市的水資源系統(tǒng)投入產(chǎn)出指標。為保證預測結(jié)果準確，利用1952—2015年的歷史數(shù)據(jù)和預測數(shù)據(jù)進行精度檢驗（見表1）。通過相關(guān)文獻可知，預測精度達到80%以上即為符合精度要求[37]。由表1可知，BP網(wǎng)絡(luò)對投入產(chǎn)出指標預測精度符合要求，因此可以利用2020年投入產(chǎn)出指標預測數(shù)據(jù)進行水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失計算。

表1 BP網(wǎng)絡(luò)預測模型的精度檢驗

3.2 黑龍江省水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失計算

利用式（2）～式（3）可計算2000—2020年各城市投入產(chǎn)出指標冗余量，即真實指標數(shù)據(jù)相對于理論最佳指標數(shù)據(jù)的差值。例如，2015年齊齊哈爾市農(nóng)業(yè)用水投入為17.51億m3，而EBM模型計算的理論最佳投入為13.19億m3，二者之差的4.32億m3農(nóng)業(yè)用水量即為冗余量，同理計算各個城市的各投入產(chǎn)出指標冗余量。在EBM模型計算投入指標冗余量的基礎(chǔ)上，結(jié)合黑龍江省實際經(jīng)濟狀況，將投入指標單位價格代入式（1）中，獲得由水資源投入不足導致的經(jīng)濟損失。EBM模型計算的產(chǎn)出指標冗余量為直接定量經(jīng)濟數(shù)值，該值則代表投入充足時產(chǎn)出不足時導致的經(jīng)濟損失。利用水資源風險經(jīng)濟損失模型分別計算2000—2020年各城市由水資源投入不足導致的經(jīng)濟損失和水資源產(chǎn)出經(jīng)濟損失值（見表2和表3）。

表2 2000—2020年各城市由水資源投入不足導致的經(jīng)濟損失

表3 2000—2020年各城市水資源產(chǎn)出經(jīng)濟損失值

由表2可知，在研究時段內(nèi)，雞西市、綏化市、齊齊哈爾市、哈爾濱市、大慶市、佳木斯市、雙鴨山市、七臺河市和鶴崗市的由水資源投入不足導致的經(jīng)濟損失較低，占同期地區(qū)GDP的1.04%以下，說明該區(qū)域水資源分配合理，水資源利用效率較高，可以保證水資源高效利用。大興安嶺地區(qū)、牡丹江市和伊春市在2000—2020年的水資源投入總經(jīng)濟損失值均在800億元左右，該區(qū)域水資源投入經(jīng)濟損失值之和占黑龍江省總投入經(jīng)濟損失值的68.0%。因此，該區(qū)域需要重點關(guān)注水資源高效利用的問題，通過合理分配水資源，加強居民的節(jié)水意識，將有限的水資源合理投入優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，從而降低由水資源投入不足導致的經(jīng)濟損失。2000—2020年黑河市由水資源投入不足導致的總經(jīng)濟損失僅占黑龍江省總投入損失值的11.9%，表明該區(qū)域水資源利用狀態(tài)尚可，僅需適當優(yōu)化水資源配置，加大水利建設(shè)投資，實現(xiàn)水資源的高效利用。

水資源產(chǎn)出經(jīng)濟損失是指通過EBM模型計算的理論地區(qū)GDP與實際地區(qū)GDP的差值。由表3可知，研究時段內(nèi)伊春市、牡丹江市和綏化市水資源產(chǎn)出經(jīng)濟損失較高，說明政府需要重點關(guān)注該區(qū)域的水資源利用問題，需要通過改善用水分配制度，同時降低水資源的浪費，才能降低水資源產(chǎn)出經(jīng)濟損失。大慶市、哈爾濱市和雙鴨山市水資源產(chǎn)出經(jīng)濟損失值較小，表征該區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)合理，水資源產(chǎn)出經(jīng)濟效益較高。大興安嶺地區(qū)、黑河市、雞西市、齊齊哈爾市、佳木斯市、鶴崗市和七臺河市的水資源產(chǎn)出經(jīng)濟損失值處于中等狀態(tài)，由于該區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)存在一定問題，同時浪費了一部分水資源，導致其地區(qū)GDP與理論地區(qū)GDP有一定差距。

為了進一步分析黑龍江省水資源失衡風險對經(jīng)濟的影響程度，將由水資源投入不足導致的經(jīng)濟損失和產(chǎn)出經(jīng)濟損失相加，獲得水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失值，并與地區(qū)GDP進行比較，得到水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失及其占地區(qū)GDP的比例（見圖1）。

圖1 2000—2020年黑龍江省水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失及其占地區(qū)GDP比例

通過圖1可知，雖然黑龍江省2000—2015年水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失不斷上升，但水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失占地區(qū)GDP的比例呈現(xiàn)波動降低的趨勢，說明此時段黑龍江省經(jīng)濟處于高速發(fā)展的階段，同時水資源系統(tǒng)正向好的方向發(fā)展。按照目前水資源利用趨勢，在2020年黑龍江省水資源風險經(jīng)濟損失值占地區(qū)GDP的比例達到41.7%，與2015年相比有大幅提升，說明由于水資源的不合理投入，導致水資源風險經(jīng)濟損失加大，需針對黑龍江省的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和水利建設(shè)投入等方面進行政策調(diào)整，有效降低水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失。

在研究時段內(nèi)，2008年黑龍江省水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失及其占地區(qū)GDP比例的增長率均最大。結(jié)合表2和表3可知，2008年黑龍江省由水資源投入不足導致的經(jīng)濟損失值較2007年降低了54%（88.2億元），而水資源產(chǎn)出經(jīng)濟損失值卻增加了344%（4250億元），同時，地區(qū)GDP僅增加17%，由此導致2008年黑龍江省水資源風險經(jīng)濟損失及其GDP的比例增長率最大。究其原因，主要是受制于全球經(jīng)濟危機，導致產(chǎn)品滯銷或低價出售，使黑龍江省地區(qū)GDP增幅較小、水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失占比增加。

在研究時段內(nèi)，2012年黑龍江省水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失及其占地區(qū)GDP比例均達到最大值。結(jié)合表3可知，2012年黑龍江省水資源產(chǎn)出經(jīng)濟損失值最高（11 068億元），同期水資源投入經(jīng)濟損失值為249.3億元，水資源風險經(jīng)濟損失占地區(qū)GDP的比例為82.6%，說明2012年黑龍江省水資源的不合理利用導致的經(jīng)濟損失較大。2008年黑龍江省由水資源投入不足導致經(jīng)濟損失值最?。?5.2億元）、2013年由水資源投入不足導致的經(jīng)濟損失最大（425.1億元）； 2000年水資源產(chǎn)出經(jīng)濟損失值最?。? 119億元）、2012年產(chǎn)出經(jīng)濟損失最大（1 1 068億元）。2000—2015年黑龍江省水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失逐年上升，水資源產(chǎn)出經(jīng)濟損失均占水資源風險經(jīng)濟損失的90%以上，預計2020年水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失為8 138.7億元

3.3 水資源利用效率及驅(qū)動因素分析

3.3.1 水資源利用效率分析

通過EBM模型計算水資源投入產(chǎn)出指標冗余量時，不僅可以計算水資源利用效率，同時利用水資源利用效率可間接反映水資源風險與經(jīng)濟之間的關(guān)系：水資源系統(tǒng)風險越大，水資源利用效率越低，水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失越高（見表4）。

表4 黑龍江省各城市水資源利用效率

注：由于篇幅限制，僅展示部分水資源利用效率。

Note: Due to space limitations, only part of water use efficiency is shown.

從時序角度分析：雖然黑龍江省水資源利用效率呈現(xiàn)上升趨勢，但水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失仍然逐年升高，說明黑龍江省水資源系統(tǒng)仍處于高風險狀態(tài)，需要針對影響黑龍江省水資源利用效率的驅(qū)動因素提出有效的措施。

從城市尺度分析：大興安嶺地區(qū)水資源利用效率存在波動，而水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失呈現(xiàn)下降的趨勢，說明該地區(qū)并未尋找到適宜的水資源利用方向，需要通過合理分配水資源、穩(wěn)定發(fā)展趨勢。黑河市水資源利用效率呈現(xiàn)平穩(wěn)上升狀態(tài)，同時其水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失值穩(wěn)步降低，需要穩(wěn)定現(xiàn)有水資源分配規(guī)律并相對擴大其優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。齊齊哈爾市水資源利用效率和水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失呈現(xiàn)強烈波動趨勢，說明齊齊哈爾市未找到水資源管理方向，需要穩(wěn)定優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，同時明確水資源高效利用的產(chǎn)業(yè)，減少水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失，提升水資源利用效率。鶴崗市、七臺河市和佳木斯市作為以第一產(chǎn)業(yè)為主導的地區(qū)，水資源利用效率相對較低，并且波動性較大，同時水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失較高，體現(xiàn)了該區(qū)域農(nóng)業(yè)用水效率低，漫灌現(xiàn)象仍然嚴重，需要政府和農(nóng)戶相互合作提高用水效率。位于西部城市的哈爾濱市、大慶市和綏化市持續(xù)保持較高的水資源利用效率，同時水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失值遠低于其他城市，說明該區(qū)域找到契合自身特點的水資源發(fā)展路線。

為了進一步分析黑龍江省各城市未來發(fā)展情況，將水資源利用效率劃分為高效率、較高效率、中等效率和低效率4個等級[38]，應(yīng)用ArcGIS繪制2020年水資源利用效率等級空間分布圖（見圖2）。從整體來看，2020年黑龍江省各城市水資源利用效率不高，絕大部分地區(qū)的水資源利用效率處于中等效率。從空間差異性看，水資源利用效率呈現(xiàn)南北方向高，東西方向低的現(xiàn)象，東部地區(qū)的水資源利用效率整體低于其他地區(qū)。在東部城市中，水資源利用效率由西南向東北方向增長，盡管雙鴨山市水資源利用效率相對較高（0.68），但仍處于中度水資源利用效率區(qū)間[39]。西部城市的水資源利用效率由東北向西南方向增加。南部和北部城市水資源利用相對高于其他城市，同時該區(qū)域的水資源風險經(jīng)濟損失值也低于其他地區(qū)，說明該區(qū)域水資源配置較合理，保持現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和水資源分配制度即可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

綜上所述，由于黑龍江省水資源配置出現(xiàn)問題，以及地理位置、歷史發(fā)展狀況、水資源分配程度等區(qū)別，導致各個城市的水資源利用效率兩極分化現(xiàn)象越來越嚴重，需對其進行水資源利用效率驅(qū)動因素分析，結(jié)合區(qū)域特點制定水資源利用效率提高措施。

3.3.2 驅(qū)動因素分析

水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失值的降低是水資源系統(tǒng)風險得到解決的最直觀表現(xiàn)，需要針對各個城市的發(fā)展現(xiàn)狀提出降低水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失的解決方案。水資源利用效率驅(qū)動因素指標的選取以科學性、客觀反映區(qū)域環(huán)境、經(jīng)濟和社會發(fā)展為原則[40]，選取第一產(chǎn)業(yè)比例、第二產(chǎn)業(yè)比例、人均GDP、人均水資源量、水利投資和水價等指標進行驅(qū)動因素分析。本文將水資源利用效率驅(qū)動因素指標值和各城市水資源利用效率年平均值代入式（4），分析各驅(qū)動因素與水資源利用效率的關(guān)聯(lián)度（見表5）。

圖2 2020年黑龍江省水資源利用效率等級空間分布圖

表5 水資源利用效率與驅(qū)動因素的關(guān)聯(lián)度

注：*、**和***分別代表顯著性通過0.10.05和0.01的水平檢驗“–”表示該數(shù)據(jù)與參考數(shù)列共線，無參考意義。

Note: *, **, and *** are significance at 0.1, 0.05 and 0.01 levels, respectively. "–" indicates that the data is collinear with the reference sequence and meaningless.

依據(jù)表5可知，除大興安嶺地區(qū)、黑河市外其他城市水資源利用效率與第一產(chǎn)業(yè)比例在0.01水平上呈現(xiàn)顯著相關(guān)性，大興安嶺地區(qū)和黑河市與第一產(chǎn)業(yè)比例在0.05水平上呈現(xiàn)相關(guān)性。除黑河市和伊春市外其他城市水資源利用效率與第二產(chǎn)業(yè)比例在0.01水平上呈現(xiàn)顯著相關(guān)，伊春市水資源利用效率與第二產(chǎn)業(yè)比例在0.05水平上呈現(xiàn)相關(guān)性。通過0.05顯著水平檢驗的城市需提高農(nóng)業(yè)水資源投入，促進第二產(chǎn)業(yè)科技進步，保持現(xiàn)有水資源分配模式，提升水資源利用效率，降低水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失，使地區(qū)GDP穩(wěn)步提升。

黑河市、雞西市、綏化市、齊齊哈爾市、大慶市、哈爾濱市、佳木斯市、鶴崗市、雙鴨山市和七臺河市水資源利用效率與人均GDP在0.01水平上呈現(xiàn)顯著相關(guān)，大興安嶺地區(qū)、伊春市和牡丹江市水資源利用效率與人均GDP在0.05水平上呈現(xiàn)相關(guān)性。說明上述城市有良好的產(chǎn)業(yè)凝聚力和優(yōu)秀的管理水平，需要加強居民的節(jié)水思想意識、提升企業(yè)水資源管理水平。

大興安嶺地區(qū)、黑河市、伊春市、牡丹江市和大慶市水資源利用效率與人均水資源量在0.01水平上呈現(xiàn)顯著相關(guān)，雞西市、綏化市、哈爾濱市、佳木斯市和鶴崗市水資源利用效率與人均水資源量在0.05水平上呈現(xiàn)相關(guān)性。說明由于地理位置原因，黑龍江省水資源分布不合理，需要人為將水資源合理分配到各城市。

水利投資只與牡丹江市、綏化市、齊齊哈爾市、大慶市和哈爾濱市水資源利用效率在0.01水平上呈顯著相關(guān)，除牡丹江市、綏化市、齊齊哈爾市、大慶市、哈爾濱市和七臺河市外其余城市均在0.05水平上呈現(xiàn)相關(guān)性。說明黑龍江省大部分地區(qū)水資源的管理水平和技術(shù)水平較高，七臺河市應(yīng)加大水利投資，將水資源合理分配到生產(chǎn)生活中。黑龍江省僅有大興安嶺地區(qū)與水價在0.01水平上呈現(xiàn)顯著關(guān)系，說明水價沒有起到合理配置水資源的目的。作為政府直接調(diào)節(jié)水資源利用效率的杠桿，長期以來，低水價大大降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，因此獲得了超額利潤，同時也造成了嚴重污染，更不能促進節(jié)水，造成環(huán)境污染和資源退化。

通過驅(qū)動因素的分析可知：黑龍江省各城市水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失主要受產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人均GDP、人均水資源量和水利投資的驅(qū)動，需要通過提升第一、二產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率，減少黑龍江省水資源風險經(jīng)濟損失；由于地理位置受到限制，增強人民節(jié)水意識也是間接減少水資源風險經(jīng)濟損失的手段；同時，政府從宏觀上需要增加有關(guān)水利方面的投資。但水價驅(qū)動因素的影響較低，不能正確反映黑龍江省各城市的真實情況，需要政府通過宏觀政策進行引導。

4 討 論

EBM模型研究熱點集中在指標選擇上，盡管原理上并沒有明確限制投入產(chǎn)出指標的選取，但在實際操作中投入產(chǎn)出指標不能任意選取。第一，DEA模型理論對指標數(shù)量進行了限制，根據(jù)“拇指法則”規(guī)定[41]，決策單元個數(shù)不能少于投入、產(chǎn)出指標個數(shù)總和的2倍。當評價指標過多時，易造成有效決策單元偏多，降低DEA模型的區(qū)分度[42]。第二，指標的選取需要盡可能涵蓋希望獲得效率的所有方面，同時投入指標盡可能選取成本型指標。本文在滿足上述要求的前提下選用了HHM和RFRM方法進行指標的篩選。指標選取的方法還有很多，目前被認可的方法有經(jīng)驗判斷法、主成分分析法、因子分析法等，可以通過其他方法進行確定。

在本文中，EBM模型中投入產(chǎn)出指標可以用其他指標進行替代，但需要保證前文所述的具體原則。可以考慮采用糧食總產(chǎn)量替換農(nóng)業(yè)用水量、人口總數(shù)替換就業(yè)人數(shù)、或?qū)⑥r(nóng)業(yè)用水量和工業(yè)用水量合并，添加與水資源系統(tǒng)和社會經(jīng)濟、生態(tài)相關(guān)的城鎮(zhèn)化率、森林覆蓋面積等指標[43]。

5 結(jié) 論

本文以經(jīng)濟數(shù)值定量衡量水資源失衡風險入手，構(gòu)建了水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失模型，結(jié)合EBM模型計算水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失和水資源利用效率，再運用Tobit模型進行驅(qū)動因素分析，主要結(jié)論如下：

1）2000—2020年黑龍江省水資源系統(tǒng)發(fā)展狀況正向好的方向發(fā)展，但水資源失衡風險導致的經(jīng)濟損失仍然較高，需要優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增加水利投資。水資源投入經(jīng)濟損失主要來自大興安嶺地區(qū)、牡丹江市和伊春市，占總水資源投入經(jīng)濟損失的68%。

2）黑龍江省水資源利用效率雖然逐年增加，但數(shù)值不高，部分地區(qū)水資源利用效率逐年降低；水資源利用效率呈現(xiàn)南北高于東西、東部城市低于其他城市的特點。

3）影響黑龍江省水資源風險經(jīng)濟損失的驅(qū)動因素包括產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人均GDP、人均水資源量和水利投資。城市之間的驅(qū)動因素互不相同，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與大部分城市的水資源利用效率顯著相關(guān)，經(jīng)濟發(fā)展水平和人均水資源量也在不同城市呈現(xiàn)顯著關(guān)系。但水價驅(qū)動因素與大多數(shù)城市的水資源風險經(jīng)濟損失并未出現(xiàn)顯著關(guān)系，說明政府在對水價調(diào)控水資源利用效率的問題上是失敗的，政府需要加強通過水價宏觀調(diào)控水資源利用效率。

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EBM-based social economic loss model of water resources imbalance risk and its application

Jiang Qiuxiang, Wang Tian, Wang Zilong※, Fu Qiang, Zhao Youzhu, Dong Yujie, Zhou Zhimei

(150030,)

The water resources system is closely related to the regional economy. It is more intuitive to use economic value to reflect the losses caused by water system risks such as water resource imbalance and mismatch. In order to evaluate the risk of water resources system through quantitative economic value, this paper firstly constructed the water loss risk economic loss model, and used the EBM model to calculate the water use efficiency, and combined the water price and per capita wage in Heilongjiang Province to determine the water resource risk value. Then, based on the EBM, a two-stage Tobit model was added to analyze the causes of the risk economic loss of the water resources system. The results show that the least economic loss caused by insufficient water resources investment in Heilongjiang Province from 2000 to 2020 is 7.52 billion yuan (2008), the highest is 42.51 billion yuan (2013); the economic loss of minimum output of water resources is 111.9 billion yuan (2000), the highest is 1 106.8 million yuan (2012). From 2000 to 2015, the economic loss of water resources in Heilongjiang Province increased year by year, and the economic loss of water resources output accounted for more than 90% of the economic loss of water resources system. It is estimated that the economic loss of water resources risk in 2020 is 813.87 billion yuan. Jixi, Suihua, Qiqihar, Harbin, Daqing, Jiamusi, Shuangyashan, Qitaihe and Hegang have lower economic losses caused by input and better water resources allocation. The cities with large economic losses caused by output are Yichun, Mudanjiang and Suihua, which require the government to pay more attention to the utilization of water resources in the region. It is necessary to rationally allocate water resources, improve water use efficiency, and reduce the risk economic loss of water resources systems. Hegang, Qitaihe, Jiamusi and other major grain producing areas have greater risk of water resources, greater economic losses and lower water use efficiency. In general, the agricultural water use efficiency in Heilongjiang Province is low, and the phenomenon of flood irrigation is still serious. It is necessary for the government and farmers to cooperate with each other to improve water use efficiency. During the research period, the risk economic loss of water resources system in Heilongjiang Province was large, and the water use efficiency was low. The water use efficiency in most areas was only in the medium range. From the perspective of spatial distribution, water use efficiency is high in the north-south direction and low in the east-west direction. The water use efficiency in the eastern region is lower than that in the other regions. The water resources system of Heilongjiang Province is affected by industrial structure, per capita GDP, per capita water resources and water resources investment. Water price is correlated with water use efficiency in only a few cities, indicating that the government's purpose of regulating water resources through water prices has not been met, and the government needs to introduce relevant policies to change in the future. This article will support the development of risk aversion measures for subsequent water resources systems.

water resources; economic analysis; models; EBM; Tobit; Heilongjiang Province

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.19.014

TV213

A

1002-6819(2018)-19-0104-10

2018-05-28

2018-08-10

國家自然科學基金（51679040）；黑龍江省自然科學基金（面上項目）（E2016004）；黑龍江省普通本科高等學校青年創(chuàng)新人才培養(yǎng)計劃（UNPYSCT-2017022）；黑龍江省博士后資助（LBH-Q17022）

姜秋香，黑龍江佳木斯人，博士，副教授，主要研究方向為水土資源高效利用和管理。Email：jiangqiuxiang2017@163.com

王子龍，山東膠州人，博士，副教授，主要研究方向為寒區(qū)水土資源高效利用。Email：wangzilong2017@126.com

姜秋香，王 天，王子龍，付 強，趙蚰竹，董玉潔，周智美. 基于EBM的水資源失衡風險導致的社會經(jīng)濟損失模型及應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2018，34(19)：104－113. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.19.014 http://www.tcsae.org

Jiang Qiuxiang, Wang Tian, Wang Zilong, Fu Qiang, Zhao Youzhu, Dong Yujie, Zhou Zhimei. EBM-based social economic loss model of water resources imbalance risk and its application[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(19): 104－113. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.19.014 http://www.tcsae.org