中國綠色水資源利用效率的時空分布差異

章恒全，蔡曉瑩，黃元龍，張陳俊

(1.河海大學(xué)商學(xué)院，江蘇 南京 211100； 2.河海大學(xué)企業(yè)管理學(xué)院，江蘇 常州 213022)

現(xiàn)階段，我國存在水資源利用效率低、環(huán)境污染嚴重、人均用水不平均等問題。水資源南多北少，東多西少；人均水資源占有量不足世界人均占有量的1/4；2018年我國用水總量為39.30億m3，而全國廢水排放量高達13.32億m3，占用水總量的33.72%[1-2]。為解決上述問題，習近平總書記在中國共產(chǎn)黨第十九次全國代表大會報告中，倡導(dǎo)“加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國”的理念，旨在促進改善水生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)社會、經(jīng)濟和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

通過測算水資源利用效率值可以提高用水效率。目前學(xué)術(shù)界對于水資源利用效率測算的研究大致可以分為4個階段：第一階段的評價方法為只考慮單個投入要素和單個產(chǎn)出要素的單要素效率評價法[3]，即期望產(chǎn)出一定，以較少的水資源投入獲得更高的水資源利用效率。第二階段是全要素水資源利用效率測度的研究。由于水資源的利用過程與勞動力、設(shè)備和能源等要素息息相關(guān)，所以在單要素評價法基礎(chǔ)上拓展投入指標維度，主要有隨機前沿法(SFA)[4]和數(shù)據(jù)包絡(luò)法(DEA)[5]，兩者共同點是產(chǎn)出指標均為期望指標。第三階段是考慮廢水排放等非期望產(chǎn)出的水資源利用效率研究，將DEA模型逐漸拓展為SBM、SE-DEA等[6-7]模型，考慮環(huán)境效益，得到更加精確的水資源利用效率值。第四階段是從靜態(tài)角度考慮水資源利用效率值，部分學(xué)者引入ML指數(shù)，綜合評價水資源利用效率值[8-11]。

綜上所述，目前學(xué)者對水資源利用效率的測度進行了比較深入的研究，共同點是投入、產(chǎn)出指標均是資本、勞動力、資源總量和GDP，且將GDP作為唯一產(chǎn)出指標，得出資源利用效率與經(jīng)濟發(fā)展水平不呈正相關(guān)關(guān)系的結(jié)論。但是現(xiàn)有研究存在以下不足：①針對綠色水資源利用效率的研究較少，缺乏同時考慮經(jīng)濟、環(huán)境和社會相關(guān)投入要素的研究分析，尤其缺乏對社會發(fā)展因素的探究；②針對綠色水資源利用效率測的研究沒有考慮廢水排放等環(huán)境污染問題，造成綠色水資源利用效率值偏高；③現(xiàn)有研究在投入產(chǎn)出端評價指標建立不夠全面，缺少科學(xué)性；④缺少對水資源時空分布差異的統(tǒng)籌性研究。

鑒于此，本文根據(jù)除西藏外30個省市自治區(qū)2008—2016年的面板數(shù)據(jù)，拓展指標維度，在投入端加入能源消耗量指標，期望產(chǎn)出端加入HSDI指數(shù)指標，非期望產(chǎn)出端加入廢水排放量指標，沿用SBM模型，為全面考慮綠色水資源利用效率值的動態(tài)和靜態(tài)變化，選取ML指數(shù)測算其動態(tài)效率，在分析時間差異的基礎(chǔ)上，采用泰爾指數(shù)解釋水資源省際間的空間分布差異原因，以期為我國綠色水資源有效利用提出有效意見。

1 綠色水資源概念

面向綠色可持續(xù)發(fā)展的大背景，提高用綠色水資源利用效率是指增加正產(chǎn)出，減少相關(guān)投入和非期望產(chǎn)出。因此，綠色水資源利用效率的定義為考慮環(huán)境污染及相關(guān)污染處理費用、通過消耗水資源獲得的經(jīng)濟、社會和環(huán)境產(chǎn)出與所投入要素量的比值[12]。

綠色水資源利用效率內(nèi)涵主要包含三方面：①經(jīng)濟內(nèi)涵，指單位時間內(nèi)單位水資源投入帶來的經(jīng)濟效益最大化；②生態(tài)環(huán)境內(nèi)涵，即水資源利用過程中減少非期望產(chǎn)出量，緩解環(huán)境污染問題；③社會內(nèi)涵，考慮人是社會的主體，實現(xiàn)人與自然、社會和諧共處。

2 模型方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 SBM模型

測度效率值根據(jù)是否已知生產(chǎn)函數(shù)的具體形式可分為參數(shù)法和非參數(shù)法，參數(shù)法以隨機前沿分析法(SFA)[3]為代表，非參數(shù)法以數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(DEA)[5]為代表。SFA法僅適用于多投入單產(chǎn)出的情況，而DEA法與SFA法相比，優(yōu)點在于無需考慮投入、產(chǎn)出指標之間的函數(shù)關(guān)系，避免了人為主觀因素的影響，是一種在多投入、多產(chǎn)出狀態(tài)下利用多目標決策模型對決策單元進行相對效率評價的方法。

傳統(tǒng)的DEA法在測度效率上容易產(chǎn)生變量松弛現(xiàn)象，且忽視了非期望產(chǎn)出帶來的影響，結(jié)果存在虛高的現(xiàn)象。Tone[13]將目標函數(shù)加入松弛變量，改進模型，提出了非徑向、非角度的SBM模型(slacks-based measure)，使綠色水資源利用效率值測度更加準確[12]，計算公式如下：

(1)

(2)

當θ≥1時，綠色水資源利用效率達到有效利用狀態(tài)。

2.2 ML指數(shù)模型

ML指數(shù)的理論基礎(chǔ)是基于環(huán)境技術(shù)可行性集合方向性距離函數(shù)理論[11]。與傳統(tǒng)的Malmquist全要素生產(chǎn)率指數(shù)模型相比，ML指數(shù)拓展了測算維度，可以測算因環(huán)境污染產(chǎn)生的非期望產(chǎn)出。孫才志等[10-11]利用ML指數(shù)法測算長江經(jīng)濟帶綠色水資源利用效率，均涉及非期望產(chǎn)出的影響。

ML指數(shù)計算思路為：①通過DEA技術(shù)構(gòu)建經(jīng)濟的生產(chǎn)可能性邊界；②使用方向距離函數(shù)計算每個生產(chǎn)決策單元與經(jīng)濟中生產(chǎn)可能性邊界之間的距離；③基于兩個周期的方向距離函數(shù)計算此期間的ML指數(shù)。

當t時期第u個決策單元的投入產(chǎn)出為(xkt,ykt,zkt;gkt)，基于ML指數(shù)的線性規(guī)劃方程為

Dt(xut,yut,zut,gut)=maxβ

(3)

(4)

ECTC

(5)

式中：EC為技術(shù)效率變化指數(shù)；TC為技術(shù)進步變化指數(shù)，以1為評價標準。

2.3 泰爾指數(shù)

SBM模型和ML指數(shù)可以闡釋我國綠色水資源利用效率值動態(tài)及靜態(tài)變化。為進一步描述綠色水資源利用效率值的區(qū)域差異，引入泰爾指數(shù)，計算公式如下：

(6)

(7)

(8)

(9)

2.4 指標選取和數(shù)據(jù)來源

研究全國30個省市自治區(qū)2008—2016年的綠色水資源利用效率，從經(jīng)濟、社會和環(huán)境3個維度，建立7個指標，將指標劃分為投入型指標和產(chǎn)出型指標兩類。其中，投入型指標分為資源投入、資本投入和勞動力投入3個維度，三級指標為用水量、能源消耗總量、實際固定資產(chǎn)投資和就業(yè)人數(shù)；產(chǎn)出型指標分為期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出，用GDP、HSDI指數(shù)、廢水排放量來衡量。具體指標說明如下，數(shù)據(jù)均來自2008—2016年各省統(tǒng)計年鑒。

a. 用水量。以2008—2016年水資源消耗總量作為資源投入指標。

b. 就業(yè)人數(shù)。以2008—2016年各省市自治區(qū)的城鎮(zhèn)單位就業(yè)人數(shù)作為勞動力投入指標，以本年末和上一年年末就業(yè)人員數(shù)量的均值衡量。

c. 實際固定資產(chǎn)投資。指通過貨幣已經(jīng)建造和購置固定資產(chǎn)活動的工作量。

d. 能源消耗總量。新加入能源消耗總量為投入指標，即通過能源耗損所產(chǎn)生的水資源量。

e. GDP。以2008—2016年30個省市自治區(qū)的地區(qū)生產(chǎn)總值作為期望產(chǎn)出指標，消除價格因素平減之后所得。

f. HSDI指數(shù)?；诼?lián)合國開發(fā)計劃署提出的人類發(fā)展指數(shù)(HDI)，在“預(yù)期壽命、教育水準和生活質(zhì)量”3項基礎(chǔ)變量的基礎(chǔ)上加入環(huán)境影響因素，構(gòu)建人類可持續(xù)發(fā)展指數(shù)(HSDI)[14-15]，將其作為社會期望產(chǎn)出之一。數(shù)據(jù)還來自2010年第二次人口普查資料。指標分解和計算公式如下：

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

式中：H為人類可持續(xù)發(fā)展指數(shù)；H1為預(yù)期壽命指數(shù)；L為各地區(qū)人口出生時的預(yù)期壽命數(shù)；H2為教育發(fā)展指數(shù)；K為綜合毛入學(xué)率，其中小學(xué)、中學(xué)、大學(xué)入學(xué)率各占1/3；A為成人識字率；H3為GDP指數(shù)；G為人均GDP；H4為環(huán)境影響指數(shù)；I為環(huán)境損耗指數(shù)，根據(jù)人均廢水排放量、人均工業(yè)固體廢物排放量、人均廢氣排放量、人均耗電量4個指標的均值決定。

g. 廢水排放量。以工業(yè)污水排放和生活污水排放之和衡量，作為非期望產(chǎn)出指標。數(shù)據(jù)還來自2008—2016年各省的環(huán)境年鑒。

3 實證分析與結(jié)果

3.1 綠色水資源靜態(tài)效率測度

使用DEA Slover軟件，采用SBM模型對2008—2016年30個省市自治區(qū)的綠色水資源利用效率進行測度，各省綠色水資源利用效率計算結(jié)果見表1，數(shù)值越大效率越高。

將30個省市自治區(qū)劃分為東中西三部分，其中東部為北京市、天津市、河北省、遼寧省、上海市、江蘇省、浙江省、福建省、山東省、廣東省、海南省、山西省，中部為吉林省、黑龍江省、安徽省、江西省、河南省、湖北省、湖南省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、廣西壯族自治區(qū)，西部為重慶市、四川省、貴州省、云南省、陜西省、甘肅省、青海省、寧夏回族自治區(qū)、新疆維吾爾自治區(qū)。

總體而言，2008—2016年各省市自治區(qū)綠色水資源利用效率呈現(xiàn)波動且有輕微上升趨勢，達到DEA有效的僅有天津市。其中，效率值較高的有北京市、上海市、江蘇省和浙江省。其中，2010—2013年期間綠色水資源利用效率呈下降趨勢，降低了12.3%，低谷值為0.615。從2013年起綠色水資源

表1 我國30個省(市、區(qū))2008—2016年綠色水資源利用效率

利用效率出現(xiàn)回升，年平均綠色水資源利用效率值一直圍繞0.600波動。

從區(qū)域維度分析，我國綠色水資源利用效率東部最高，中部次之，西部最低，說明綠色水資源利用效率和地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平大致呈現(xiàn)線性關(guān)系。原因可能在于東部降水豐富，技術(shù)水平高，人們環(huán)境保護意識顯著，因此綠色水資源利用效率相對較高。中部和西部綠色水資源利用效率值均低于均值水平，且兩者之間差距逐漸減少，但最高值依然低于0.800，尚未達到DEA有效。2009—2013年間，全國綠色水資源利用效率顯著提升，上升18.2%，這可能是因為2010年《中國環(huán)境政策》的頒布在一定程度上遏制了廢水排放等環(huán)境問題，提高了綠色水資源利用效率的原因。我國東中西部綠色水資源利用效率變化趨勢見圖1。

圖1 分地區(qū)綠色水資源利用效率變化趨勢

從單個省分析，含非期望產(chǎn)出指標綠色水資源利用效率均值達到1的僅有天津市、北京市、上海市、江蘇省和浙江省，效率值均在0.900以上。福建省綠色水資源利用效率遠遠低于其他東部省市，這是因為福建省雖地處東部，但由于水資源時空分布不均，閩南地區(qū)人均水資源擁有量低于1 000 m3，遠低于國際平均水平，水旱災(zāi)害頻發(fā)，且年徑流量中超過地表徑流量的2/3是難以利用的，從而造成其綠色水資源利用效率較低。而與之相對比海南省綠色水資源利用效率一直較高，原因在于海南省主要以旅游業(yè)為主，第二大經(jīng)濟來源是農(nóng)業(yè)，節(jié)水潛力巨大。

從綠色水資源利用效率分解來看，2008—2016年規(guī)模效率、技術(shù)效率、綜合效率值如圖2所示。由圖2可知，我國2008—2016年水資源利用3項效率波動性較大，大致呈M形變化，且有緩慢上升的趨勢。其規(guī)模效率在2009—2010年期間急劇上升，2010年達到極大值點1.124，2010—2013年驟減，2013年達到極小值0.923。在于國家政策出臺，各省市自治區(qū)盲目推廣，物極必反造成來年規(guī)模減小。綜合效率和技術(shù)效率基本呈同步變化，可以推斷出技術(shù)因素是影響中國30個省市自治區(qū)綠色水資源利用效率的重要因素。

圖2 綠色水資源利用效率分解時間變化趨勢

3.2 ML指數(shù)綠色水資源動態(tài)效率分析

根據(jù)2008—2016年各省市自治區(qū)的面板數(shù)據(jù)，利用DEA Slover軟件計算綠色水資源利用效率的ML指數(shù)，得到綠色水資源利用效率的動態(tài)變化趨勢，結(jié)果見圖3、圖4。由圖3可知，各省綠色水資源綜合效率呈現(xiàn)下降-上升的波動趨勢，圍繞1.000波動，均值為1.001，在2012—2013年最小，在2015—2016年最大，說明各省市自治區(qū)綠色水資源利用效率總體水平較高，但尚未達到完美的狀態(tài)，個別年份ML指數(shù)相對較低。

圖3 2008—2016年ML指數(shù)趨勢

圖4 2008—2016年各省市自治區(qū)平均ML指數(shù)

從圖4可以看出，對于大部分省市自治區(qū)而言，ML指數(shù)平均值大于1，其中山西省、黑龍江省、江西省、河南省、貴州省、云南省、陜西省、甘肅省、寧夏回族自治區(qū)和新疆維吾爾自治區(qū)除外。ML均值最大的是遼寧省，最小的是山西省。

東中西部各區(qū)域ML指數(shù)平均值如圖5所示。從圖5可知，與東部和西部相比，中部所屬省份的ML指數(shù)平均值波動最大。各區(qū)域在2012—2013年期間ML指數(shù)值均達最低值，原因可能在于2012年中國經(jīng)濟放緩，增速下降到8%以下。

綜合圖3～5的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)ML指數(shù)大于1的年份高于75%，說明我國綠色水資源利用效率呈現(xiàn)正常趨勢，這是由于國家推廣綠色水資源利用，增加了環(huán)境效益，實現(xiàn)了社會-經(jīng)濟-環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

圖5 2008—2016年各區(qū)域ML指數(shù)平均值

3.3 綠色水資源時空差異分析

利用泰爾指數(shù)分析東部、中部和西部對綠色水資源利用效率的貢獻率，結(jié)果見表2。

從表2可以看出，根據(jù)泰爾指數(shù)的分解結(jié)果，地區(qū)內(nèi)部綠色水資源利用效率差距加大，地區(qū)之間差距較大，占65.175%，即地區(qū)之間的差異是我國綠色水資源利用效率差距形成的主要原因。其中東部貢獻率最高，且各區(qū)域貢獻率逐年緩慢上升。所以提高綠色水資源利用效率的重點在于縮小其地區(qū)內(nèi)部的差異，但也不能忽視地區(qū)之間差異。

由此可見，我國綠色水資源利用效率在時間和空間上產(chǎn)生了明顯的變化。具體來說，從時間維度的角度，我國各省市自治區(qū)及整體在綠色水資源利用效率上呈上升趨勢，從空間維度來說，各省市自治區(qū)省際間綠色水資源利用效率上升趨勢出現(xiàn)錯差，這種錯差在區(qū)域?qū)用娴玫搅撕芎玫捏w現(xiàn)，在泰爾指數(shù)分解結(jié)果中省際間的空間差異得到了明確清晰的解釋，在2008—2016年間，綠色水資源利用效率的總體差距呈先上升后下降的趨勢，地區(qū)之間的差異逐年下降，東部對綠色水資源利用效率的貢獻率有逐年加大的趨勢。

表2 全國經(jīng)濟用水量泰爾指數(shù)分解值

4 結(jié)論與政策啟示

4.1 結(jié)論

a. 從時間維度分析，各省市自治區(qū)綠色水資源利用效率總體呈緩慢上升趨勢，差距呈下降趨勢，其中，效率值較高的有北京市、上海市、江蘇省和浙江省。說明我國綠色水資源利用效率的提高有了階段性的進步。

b. 從空間維度分析，省際間綠色水資源利用效率存在區(qū)域性差異，總體呈東部大于中部大于西部的空間布局，其中，地區(qū)之間的差距對于各省際間綠色水資源利用效率貢獻率較大，其次，東部相比其他區(qū)域?qū)G色水資源利用效率總體差距貢獻影響最大。

c. 從驅(qū)動因素分析，技術(shù)效率和規(guī)模效率是影響綠色水資源利用效率的重要因素，規(guī)模效率在一定程度上可以提高綠色水資源利用效率的推廣程度，但不是主要驅(qū)動因素。技術(shù)效率是影響綜合效率的重要指標，技術(shù)水平的提高可以促進農(nóng)業(yè)節(jié)水以及減少工業(yè)污水排放量，較大程度實現(xiàn)水資源的綠色可持續(xù)利用。

4.2 建議

a. 合理開發(fā)，科學(xué)利用。我國水資源分布時空不均，水資源開發(fā)量必須滿足水資源可持續(xù)利用的基本要求，廢水排放量不能過高依賴于環(huán)境對廢水的稀釋自凈能力，以實現(xiàn)經(jīng)濟、環(huán)境和社會的協(xié)調(diào)發(fā)展，貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀。南水北調(diào)工程可以對水資源的配置進行優(yōu)化，是解決區(qū)域性水資源匱乏的一項戰(zhàn)略性措施?？梢詫⒉糠终{(diào)運水量作為環(huán)境、生態(tài)等用水，但不能將其全部用于生活、工業(yè)及農(nóng)業(yè)，以避免出現(xiàn)調(diào)水量愈多，用水量愈增多，污水排放量也隨之增加的困局。

b. 提高技術(shù)效率，加大節(jié)水技術(shù)改造。技術(shù)效率是影響我國綠色水資源利用效率的重要指標。①工業(yè)生產(chǎn)普遍存在綠色水資源利用效率不高、耗水量較大等問題。調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、升級改造現(xiàn)有技術(shù)及淘汰落后產(chǎn)品等方法不僅可以降低工業(yè)用水量，還可以提高水的重復(fù)利用率并降低工業(yè)廢水排放量，從而減少工業(yè)污染，降低生產(chǎn)成本。②農(nóng)業(yè)應(yīng)大力推動科學(xué)灌溉技術(shù)，實現(xiàn)智能灌溉、有效節(jié)水，同時提高農(nóng)民節(jié)水意識。

c. 建立河長制，實施“五水共治”。全面實施水污染管理治理、水資源生態(tài)修復(fù)及水資源保護是目前推動我國綠色水資源利用效率提高的重要任務(wù)。強化水資源管理，緊抓“治污水、防洪水、排澇水、保供水、抓節(jié)水”，完善監(jiān)測、監(jiān)控設(shè)施。山丘區(qū)中小流域內(nèi)鎮(zhèn)區(qū)防洪控制斷面宜設(shè)置水位、流量監(jiān)測設(shè)施，平原河道內(nèi)防洪控制斷面、重要圩區(qū)、重要水利工程等處宜設(shè)置水位監(jiān)測設(shè)施。