湘西自治州水資源利用效率及驅動因素分析

李 楊，尹常亮，歐朝敏

(1.湖南農業(yè)大學經濟學院，長沙410128；2.湖南師范大學資源與環(huán)境科學學院，長沙 410081；3.國防科技大學系統(tǒng)工程學院，長沙 410073)

0 引 言

隨著社會經濟的迅速發(fā)展，水資源利用與社會經濟發(fā)展的矛盾日愈凸現(xiàn)，如何提高區(qū)域水資源利用效率的問題頗受關注。近十多年來，國內外學者從不同視角，運用不同方法探討了區(qū)域水資源利用效率及其影響因素[1-6]，為更深入的研究區(qū)域水資源利用效率奠定了良好的基礎。湖南湘西曾被稱為“五溪蠻荒之地”，社會民族矛盾劇烈，經濟增長十分遲緩。隨著西部大開發(fā)與長江經濟帶戰(zhàn)略的實施，湘西自治州地區(qū)經濟發(fā)展水平得到了提高。但與湖南中東部地區(qū)經濟發(fā)展水平的差距日益擴大，其中一個重要原因就是因受地形地貌影響，水利基礎設施差，季節(jié)性和工程性缺水嚴重，進而水資源短缺在較大程度上制約了該地區(qū)經濟的快速發(fā)展。鑒于此，本文從靜態(tài)與動態(tài)二個維度定量評價湘西自治州2006-2016年水資源利用效率，揭示水資源利用效率的時空差異及其驅動因素，為湘西自治州合理開發(fā)利用水資源以及制定提高水資源利用效率的戰(zhàn)略措施提供理論參考。

1 研究區(qū)域、數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

湘西自治州位于湖南西北部，被稱為湖南省的“西北門戶”， 與貴州、湖北、重慶三省市交界，被稱為“鄂、湘、黔、渝咽喉”之地。行政區(qū)總面積達到15 486 km2，管轄瀘溪縣、鳳凰縣、花垣縣、保靖縣、古丈縣、永順縣、龍山縣、吉首市8個縣市(圖1)。區(qū)域內屬于亞熱帶季風濕潤氣候，雨量充分，境內核算總水量213.7 億m3，年平均徑流量達132 億m3，但年內分配不均。2016年全州三大產業(yè)結構比重為15.2∶31.2∶53.6。第一、二、三產業(yè)對經濟增長的貢獻率分別為7%、27.6%、65.3%。然而，與湘鄂渝黔四省市的多個相鄰縣市相比，因為自然和歷史等緣由該地域生產力水平水資源水平均相對低下。

圖1 湘西自治州行政區(qū)劃圖Fig.1 The administrative map of Xiangxi Autonomous Prefecture

1.2 數(shù)據(jù)采集與來源

鑒于統(tǒng)計數(shù)據(jù)的可獲取性，全州8縣市水資源利用效率指標的原始數(shù)據(jù)均來自于《湖南水資源公報》(2006-2016年)、《湘西自治州水資源公報》(2006-2016年)，或湘西自治州水利廳相關統(tǒng)計網(wǎng)站；全州8縣市的社會經濟原始數(shù)據(jù)均取自于湘西自治州統(tǒng)計年鑒(2006-2016)和湘西自治州統(tǒng)計局和相關統(tǒng)計網(wǎng)站。

1.3 研究方法

1.3.1 數(shù)據(jù)包絡(DEA)方法

數(shù)據(jù)包絡分析方法(DEA)是由美國運籌學家 Charnes，Coopor 和 Rhodes于 1978 年提出，該方法的原理主要通過保持決策單元(DMU)的輸出或者輸入不變，借助對于輸入—輸出的觀察值來確定相對有效的生產前沿面。在有效性的評價方面，除了DEA方法之外，還有其他的一些方法，但DEA方法比其他的一些方法更優(yōu)越，用處也更廣泛。其優(yōu)點在于只需要區(qū)別投入與產出，不需要對指標進行無量綱化處理，能夠直接進行技術效率與規(guī)模效率的分析而無須再定義一個特殊的函數(shù)模式，并且對樣本數(shù)量的要求不高?；谝?guī)模收益不變的C2R模型和基于規(guī)模收益可變的BC2模型是 DEA 的基礎模型。BC2模型只在C2R模型的基礎上增加了凸性假設 ∑λ*j=1，從而將技術效率分解純技術效率和規(guī)模效率兩部分。本文所采用的BC2模型如下：

(1)

(1)

式中：n為所在子集DMU的個數(shù)；ε為非阿基米德無窮小量；θ為決策單元的有效值；λj為從新構造一個有效決策單元第j個決策單元的組合比例。該式計算出的是湘西自治州8個縣市水資源利用的純技術效率值(PTE)，去掉凸性假設求解得到的是各縣市水資源利用的技術效率值(TE)[7]。

(1)當θ*=1，且s*+=0，s*-=0時，表示該決策單元為DEA有效，該地區(qū)水資源利用效率同時為純技術有效和規(guī)模有效；

(2)當θ*=1，但s*+，s*-至少有一個大于0時，則決策單元為弱DEA有效，該地區(qū)水資源使用效率不是同時為純技術效率最佳和規(guī)模最佳。

(3)當θ*<1時，則決策單元不是DEA有效，該地區(qū)水資源利用效率不是純技術效率最佳，也不是規(guī)模最佳。

1.3.2 Malmquist全要素生產力(TFP)指數(shù)方法

Malmquist生產率指數(shù)是由瑞典經濟學家和統(tǒng)計學家StenMalmquist在1953年首先提出的，一直到1994年RolfFare等人將這一理論的一種非參數(shù)線性規(guī)劃法與DEA理論相結合，這才使得Malmquist指數(shù)被學者們普遍使用。由于全要素生產率反映了決策單元在某個時間段內水資源利用的動態(tài)效率，以及技術進步和管理效率的變化情況， 因此被認為Malmquist全要素生產力(TFP)指數(shù)方法是處理長時間序列數(shù)據(jù)的好方法。

Malmquist 指數(shù)可以分解為：

M=ECTC

(2)

式中：EC為技術效率變化指數(shù)，主要反映了決策單元對現(xiàn)有技術的利用情況。TC為技術進步變化指數(shù)，主要反映了生產技術進步對決策單元的影響。技術效率指數(shù)EC還可以進一步分解為純技術效率變動指數(shù)(PEC) 和規(guī)模效率變化指數(shù)(SEC) ，即：

EC=PECSEC

(3)

techch體現(xiàn)了從t期到t+ 1期的技術生產邊界的推移程度，即技術變動指數(shù)，又稱為“前沿面移動效應”，且 techch>1 表示技術進步，反之相反。effch體現(xiàn)了從t期到t+ 1期的相對技術效率的變化程度，即技術效率變動指數(shù)，又稱作“追趕效應”，而且，effch>1表示DMU在t+ 1期與t+ 1前沿面的距離相對于t期與t期的前沿面的間隔較近，相對效率提高，反之相反。pech>1意味著管理的改善使效率發(fā)生了改進；反之相反。sech> 1表示DMU從長期來看向最優(yōu)規(guī)模接近；反之相反[8]。

1.3.3 變量選取

(1)資本因素、勞動力因素和自然因素等是影響人類生產活動的重要因素，這三者的有效組合能帶動經濟的發(fā)展[9]。在根據(jù)數(shù)據(jù)可獲得性及參考相關文獻的基礎上，本文將選擇社會固定資本投資總額作為資本要素投入，總用水人口作為勞動因素投入，總用水量作為投入指標，以各縣市年度生產總值作為產出指標。考慮兼顧數(shù)據(jù)的可獲得性，本文總用水人口采用的是各縣市常住人口數(shù)。

盡管環(huán)境變量對水資源利用效率有著顯著的影響，但不在決策單元有效的控制范圍之內，所以又被稱為外部因素。外部因素又包括社會經濟因素?？紤]兼顧到數(shù)據(jù)的可獲得性，選取了各縣市經濟發(fā)展水平和產業(yè)結構作為環(huán)境指標。

(2)經濟發(fā)展水平的高低對水資源利用效率也會產生不同程度的影響[10]。我們選用人均GDP作為衡量該地區(qū)經濟發(fā)展程度的指標。

(3)產業(yè)結構對地區(qū)的用水量的影響很大，從而對用水效率產生一定的影響。這意味著產業(yè)結構的合理性能提高水資源的利用效率[11,12]，于是該指標用第一產業(yè)對GDP的占有率來衡量。

2 結果與分析

2.1 2006-2016年水資源利用效率的空間分異特點

運用DEA2.1軟件對湘西自治州8個縣市的數(shù)據(jù)進行測算，得到技術效率、純技術效率和規(guī)模效率，而綜合效率=純技術效率×規(guī)模效率[13]，并對每年各個縣市的水資源效率值分別求均值(表1)。通過對比分析表1和圖2中的信息，可以看出該地區(qū)各縣市水資源利用效率的分異特點：

首先，從純技術效率角度來看：花垣縣、吉首縣和古丈縣的純技術效率均值為1，達到了純技術效率有效，這意味著在目前的技術和管理水平上，花垣縣、吉首縣和古丈縣的投入資源得到了有效利用，各種資源之間的組合達到了最優(yōu)。而永順縣和龍山縣的純技術效率水平卻較低，這暗示著永順縣和龍山縣要進一步優(yōu)化投入要素的結構， 同時產業(yè)結構也需進行優(yōu)化調整。

第二，從規(guī)模效率角度來看：大部分縣市的規(guī)模效率都比較高，接近最優(yōu)規(guī)模，然而部分縣的規(guī)模效率和純技術效率相差比較大，例如永順縣和龍山縣的規(guī)模效率都較大程度地高于純技術效率，說明這些縣只是在一味地盲目擴大規(guī)模，卻忽視了技術水平和管理制度等的改善，使綜合效率并沒有得到實質上的提升， 這就需要通過提高純技術效率來提高整體的效率。古丈縣的規(guī)模效率水平比較低，但純技術效率比較高。這說明古丈縣加大投入并沒有帶來產出明顯的增長效率。由此認為，投入的資源規(guī)模過大反而導致不必要的資源浪費，應該采取經濟和技術手段來增加經濟的產出，從而使水資源利用效率得到更大的提高[14]。

第三，從綜合效率的角度來看：僅吉首市和花垣縣達到了DEA有效，這說明投入和產出都達到了最優(yōu)狀態(tài)，技術和規(guī)模效率都有效。瀘溪縣、永順縣、龍山縣、古丈縣、鳳凰縣和保靖縣均為非DEA有效，其中，古丈縣的水資源利用效率最低，僅為0.62， 這表明古丈縣的規(guī)模效率無效是導致其綜合效率無效的主要緣由， 則需要加強技術水平的提高，以提高水資源的利用效率。其次永順縣的綜合效率水平比較低，這就迫切需要加強資源的優(yōu)化配置和提高科學技術水平。

第四，從各縣市的均值角度來看，吉首市和花垣縣的技術效率均值為1，說明在2006-2016年，這兩個縣的資源配置得到了優(yōu)化，投入產出結構比較合理。永順縣、古丈縣的技術效率均值都低于0.65，處于相對較低的效率水平，表明投入和產出結構還存在不合理的狀況。

表1 2006-2016年湘西自治州8個縣市水資源利用效率值Tab.1 Water resource utility efficiency of eight counties and districts of Xiangxi Autonomous Prefecture，2006-2016

圖2 2006 -2016年湘西8個縣市水資源利用效率比較Fig.2 Comparisons of the water resource utility efficiency in eight counties and districts of Xiangxi Autonomous Prefecture，2006-2016

2.2 2006-2016年水資源利用效率的時序變化特點

根據(jù)測算出得出2006-2016年湘西自治州水資源利用效率值(表2)，通過分析表2數(shù)據(jù)，可知水資源利用效率值具有如下時序變化特點。

表2 2006-2016年湘西自治州逐年水資源利用效率值Tab.2 Annual water resource utility efficiency of Xiangxi Autonomous Prefecture，2006-2016

從整體來看，技術效率、純技術效率和規(guī)模效率都呈現(xiàn)波動狀態(tài)(圖3)。其中技術效率的均值為0.821，說明2006-2016年整體效率不算高，存在無效率情況。而純技術效率的均值為0.899，低于規(guī)模效率均值0.918，表明在2006-2016年間，該地區(qū)各個縣市的規(guī)模效率接近于最優(yōu)規(guī)模水平，然而技術和管理水平卻相對較低。以全州而言，技術效率走勢與純技術效率相類似，由此認為，技術效率較低是妨礙綜合技術效率提升的主要原因。以不同時段而論，在2014年技術效率、純技術效率和規(guī)模效率為最低水平，表明當年各縣市水資源的利用很不不合理。在2009年有個低谷，這可能與國際金融風暴有關[15]，導致各種生產要素受到一定的影響。進而對水資源的利用也產生的較大的影響。由于我國處于自主探索階段，走的是“先破壞再治理”的道路，再加上湘西自治州是少數(shù)民族聚集地，又身處內陸，經濟發(fā)展水平不高，使得該地區(qū)的技術效率低下。在國家的“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略和長江經濟帶大開發(fā)、大保護戰(zhàn)略的推動下，湘西自治州有了較大的生產要素的投入，所以2006-2016年間規(guī)模效率的波動幅度相對較小。2006年到2013年，各種生產要素的積極投入使湘西自治州的經濟發(fā)展的很快。技術效率、純技術效率、規(guī)模效率都在呈上升趨勢。但是到了2014年經濟發(fā)展遇到障礙，產業(yè)結構不合理的調整，使技術效率、純技術效率、規(guī)模效率呈下降趨勢。2015-2016年新一輪產業(yè)結構調整優(yōu)化完成后，水資源利用效率值又呈上升趨勢。由此可以認為，加大新興科學技術的投入與研發(fā)是提高湘西自治州經濟發(fā)展水平和提高水資源利用效率的重要舉措。

圖3 2006-2017年湘西自治州逐年水資源利用效率值比較Fig.3 Comparisons of the annual water resource utility efficiency of Xiangxi Autonomous Prefecture，2006-2016

2.3 基于Malmquist 生產力指數(shù)的水資源利用效率時空變化因素

運用DEAP2.1 軟件對2006 -2016年湘西自治州8個縣市的水資源利用效率序列數(shù)據(jù)進行Malmquist生產力指數(shù)動態(tài)效率分析，得到全州8個縣市逐年全要素生產力指數(shù)及其分解的計算結果(表3)。表中的5個指數(shù)依次為技術效率變化指數(shù)effch、技術進步指數(shù)techch、純技術效率變動指數(shù)pech、規(guī)模效率變動指數(shù)sech和全要素生產率變化指數(shù)tfpch。其中，tfpch=effch×techch、effch=sech×pech。

表3 2006-2016年湘西自治州全要素生產率指數(shù)均值及其分解指標Tab.3 The mean value of the total factor productivity indexes and their decomposition indexes of Xiangxi Autonomous Prefecture，2006-2016

2.3.1 時間角度分析

基于表3和圖4數(shù)據(jù)的分析得到如下幾點認識：①湘西自治州整體平均水平有所提高。從水資源利用效率來看，湘西自治州2006-2016年的全要素生產率(TFP)年均增長率為2%，以技術進步指數(shù)提升最大，年均增長率為2.3%。只有2011年出現(xiàn)了2.3%的衰退。tfpch指數(shù)的均值為1.02>1，說明2006-2016年全要素生產率呈現(xiàn)增長趨勢，水資源的利用效率普遍有所提高。從其分解值來看，techch均值為1.023>1，大于effch指數(shù)0.997<1，全要素生產率的變化與技術進步指數(shù)密切相關，這表明全要素生產率增長的原因是由于技術進步指數(shù)得到了提高，而effch指數(shù)卻呈現(xiàn)了小幅度(0.3%)下降趨勢，再從effch指數(shù)的分解值來看，pech指數(shù)和sech指數(shù)均值分別為0.998和0.999，都小于1，說明純技術效率變動指數(shù)和規(guī)模效率變動指數(shù)偏低共同導致了effch指數(shù)的偏低。從圖4來看，tfpch指數(shù)與techch指數(shù)的趨勢大體類似，這也進一步說明了全要素生產率呈現(xiàn)增長的原因主要是因為技術進步才得到了提高，值得指出的是effch指數(shù)較低也在一定程度上妨礙了全要素生產率的提升。②從技術效率變化(effch)的角度看，2008年、2010年、2013年、2015年和2016年都出現(xiàn)了增長趨勢，其中以2014年、2014年出現(xiàn)最低值，總體上看，技術效率呈現(xiàn)增減波動變化趨勢，這意味著技術效率在時序上不穩(wěn)定。③從技術進步(techch)的角度看，只有2010年、2013年和2015年的增長率是小于1的，技術進步的快慢直接影響到全要素生產率變動指數(shù)(tfpch)增長的快慢。這說明技術是制約湘西自治州8個縣市水資源利用效率的主導因素。

圖4 2007-2016年湘西自治州全要素生產率指數(shù)均值及其分解指標比較Fig.4 Comparisons of the TFP mean value and their decomposition indexes of Xiangxi Autonomous Prefecture，2007-2016

2.3.2 空間角度分析

湘西自治州8個縣市2006 -2016年各自年平均具體生產力指數(shù)如表4所示，通過分析表4數(shù)據(jù)得到二點認識：①從湘西自治州8個縣市全要素生產率(TFP)變化情況看，各個縣市的全要素生產率(TFP)年均增長為2%，僅技術進步指數(shù)有所提升，年平均增長為2.3%。從圖5中可以看出全要素生產率的變化與技術進步指數(shù)的聯(lián)系要緊密一些，表明技術進步是提高各個縣市全要素生產率的主導因素之一。②從技術效率分解情況來看，純技術效率變動指數(shù)和規(guī)模效率變動指數(shù)均小于1，這意味著純技術效率和規(guī)模效率兩項指數(shù)都阻礙了各個縣市技術效率的提升。③從湘西自治州8個縣市水資源利用效率的變化情況來看，全州每個縣市的全要素生產率變動指數(shù)均大于1，且各個縣市的全要素生產變動指數(shù)與技術進步指數(shù)的變化幅度基本一致，這表明湘西自治州各縣市全要素生產率的變化主要受技術進步的深刻影響。

表4 2006-2016年湘西自治州8個縣市水資源TFP指數(shù)及分解Tab.4 TFP index and their decomposition of water resource in eight counties and districts of Xiangxi Autonomous Prefecture，2006-2016

圖5 2006-2016年湘西自治州8個縣市水資源TFP指數(shù)及分解指標比較Fig.5 Comparisons of TFP index and their decomposition of water resource in eight counties and districts of Xiangxi Autonomous Prefecture，2006-2016

3 結論與討論

(1)從整體上看，2006年-2016年花垣縣和吉首縣實現(xiàn)了DEA有效，而瀘溪縣、永順縣、龍山縣、古丈縣、鳳凰縣和保靖縣均為非DEA有效。則該6個縣可參考和借鑒花垣縣和吉首縣的經驗進行調整，在發(fā)揮自身所擁有的區(qū)域優(yōu)勢的基礎上，加強彼此之間的區(qū)域合作，做到科學知識水平共享。特別是古丈縣和永順縣，生產效率不高，很難提升水資源的利用效率，更需要加強引進科學技術與資本，調整三大產業(yè)結構，優(yōu)化資源的有效配置。從而使湘西自治州的整體經濟效益得到提升，提高水資源的利用效率。

(2)從2006-2016年湘西自治州8個縣市的全要素生產率年均增長為2%，都為正增長，說明對水資源的利用效率在不斷提升。從技術效率變化的角度看，技術效率呈現(xiàn)增減波動變化趨勢，這意味著技術效率在時序上不穩(wěn)定。從技術進步的角度看，技術是制約湘西自治州8個縣市水資源利用效率的主導因素。因此，提高技術效率是提高水資源利用效率的一條必經之路。但是，在依賴技術進步的同時也需加強對技術效率的掌控。政府也可以出臺一些政策，鼓勵新興產業(yè)的興起和發(fā)展，為一些中小企業(yè)提供一條綠色通道，全面提高技術效率。

(3)對于沒有達到DEA有效的縣市，總用水量存在著諸多不合理之處，例如，第一產業(yè)所占比重過大且對GDP增長貢獻率過低；第一產業(yè)過多的用水量。這些都對水資源總體利用效率水平產生較大的影響。永順縣和龍山縣的第一產業(yè)比重偏高，第二、第三產業(yè)的比重就會減少，不利于增加就業(yè)和社會經濟資源的吸收。產業(yè)結構的層次越低，對資源的浪費就越嚴重。應重視對水資源的規(guī)劃，提高農業(yè)基礎設 施水平，降低農業(yè)用水比例。對全州而言，均應該積極地調整產業(yè)結構，尤其是第一產業(yè)的調整。同時加大對第一產業(yè)的投資與科技研發(fā)，比如漫灌換為滴灌，可以極大地減少水資源的浪費，也能極大程度地提升湘西自治州水資源的利用效率。

(4)在研究過程中有些長序列原始數(shù)據(jù)的獲取有很大的難度(縣市合并，或調整)，因而有可能導致本文選擇的DEA模型投入變量不太完善，這些可能會影響分析結果的精度，這需要在以后的研究中展開進一步探討。