中國生態(tài)地理區(qū)城市水資源利用效率及影響因素

任玉芬,蘇小婉,2,賀玉曉,王效科,歐陽志云

1 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室,北京城市生態(tài)系統(tǒng)研究站,北京 100085 2 河南理工大學資源環(huán)境學院,焦作 454000

水是事關(guān)國計民生的基礎性自然資源和戰(zhàn)略性經(jīng)濟資源,是生態(tài)環(huán)境的控制性要素。我國人多水少,水資源時空分布不均,供需矛盾突出,全社會節(jié)水意識不強、用水粗放,水資源利用效率與先進國家存在較大差距,水資源短缺成為生態(tài)文明建設和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的制約因素?；诖?我國頒布和制定了一系列加強水資源利用管理和生態(tài)文明建設的制度和政策。2012年國務院頒布實施《關(guān)于實行最嚴格水資源管理制度的意見》,意見明確嚴格控制用水總量,全面提高用水效率,加快節(jié)水型社會建設,促進水資源可持續(xù)利用和經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變,推動經(jīng)濟社會發(fā)展與水資源水環(huán)境承載能力相協(xié)調(diào),保障經(jīng)濟社會長期平穩(wěn)較快發(fā)展。2013年水利部《關(guān)于加快推進水生態(tài)文明建設工作的意見》指出,把生態(tài)文明理念融入到水資源開發(fā)、利用、治理、配置、節(jié)約、保護的各方面,堅持節(jié)約優(yōu)先、保護優(yōu)先和自然恢復為主的方針,以落實最嚴格水資源管理制度為核心,通過優(yōu)化水資源配置、加強水資源節(jié)約保護、實施水生態(tài)綜合治理、加強制度建設等措施,大力推進水生態(tài)文明建設,實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用。2015年國務院《關(guān)于加快推進生態(tài)文明建設的意見》要求,加強用水需求管理,以水定需、量水而行,抑制不合理用水需求,促進人口、經(jīng)濟等與水資源相均衡,建設節(jié)水型社會,推廣高效節(jié)水技術(shù)和產(chǎn)品,發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè),加強城市節(jié)水,推進企業(yè)節(jié)水改造。2017年《國務院關(guān)于全民所有自然資源資產(chǎn)有償使用制度改革的指導意見》和2019年國務院辦公廳印發(fā)《關(guān)于統(tǒng)籌推進自然資源資產(chǎn)產(chǎn)權(quán)制度改革的指導意見》指出,建立健全包括水資源在內(nèi)的各領(lǐng)域自然資源資產(chǎn)有償使用制度和自然資源資產(chǎn)產(chǎn)權(quán)制度分別是加強生態(tài)保護、促進生態(tài)文明建設的核心制度和重要基礎性制度。這一系列制度和政策將水資源管理和水生態(tài)文明建設提升至國家發(fā)展的戰(zhàn)略地位,提高水資源利用效率作為緩解水資源供需矛盾的有力措施,是水資源管理的核心環(huán)節(jié),也是建設節(jié)水型社會的重要途徑,更是促進最嚴格水資源管理制度實施和水生態(tài)文明建設的關(guān)鍵手段。

水資源利用問題的核心是效率問題,國外研究主要集中在農(nóng)業(yè)用水效率和供水效率等方面,如See[1]采用數(shù)據(jù)包絡分析模型,對2003年東南亞地區(qū)七個國家40家公共水務公司的技術(shù)效率及其影響因素進行評估分析,結(jié)果表明人口密度、國企規(guī)模與技術(shù)效率顯著相關(guān),人口密度高的地區(qū)運行水務設施更有效率,國有水務企業(yè)績效略低于其他形式的公共水務企業(yè)。Lee和Jung等[2]對咸海盆地不同作物類型和灌溉方式下農(nóng)業(yè)用水效率進行估計,發(fā)現(xiàn)作物類型和灌溉方式的選擇可以提高水資源利用水量效益和經(jīng)濟效益。Lombardi等[3]采用數(shù)據(jù)包絡分析對意大利水行業(yè)不同性質(zhì)企業(yè)、不同地區(qū)企業(yè)、不同規(guī)模企業(yè)效率進行比較并分析其影響因素,為建立高效可持續(xù)水部門提供糾正政策和措施參考。國內(nèi)專家在水資源利用效率方面的研究一方面是從不同行業(yè)[4-7]或生態(tài)系統(tǒng)[8-9]角度的各用水部門利用效率,另一方面是從地域角度的整體水資源利用效率[10-15],本文所關(guān)注的城市水資源利用效率就屬于后者,即城市各類用水部門的綜合用水效率。汪克亮等[16]構(gòu)建EBM-Tobit兩階段效率模型,分析2005—2014年長江經(jīng)濟帶11個省市工業(yè)綠色水資源效率特征,結(jié)果表明研究期內(nèi)長江經(jīng)濟帶工業(yè)綠色水資源效率較低,地區(qū)差異特征明顯,經(jīng)濟發(fā)展水平、工業(yè)化程度、工業(yè)用水強度、科技進步、政府環(huán)境規(guī)劃力度、地區(qū)差異對長江經(jīng)濟帶工業(yè)綠色水資源效率的影響方向、力度和顯著性均存在差異。海霞等[17]基于超效率數(shù)據(jù)包絡模型,測算了京津冀城市群工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活以及綜合用水效率,并從人口、經(jīng)濟、社會與土地等不同城市化角度,全面分析城市發(fā)展水平與用水效率之間的相互關(guān)系。丁緒輝等[18]利用非期望產(chǎn)出SE-SBM模型和Tobit模型,探討2003—2015年中國各省市水資源利用效率及其影響因素,研究發(fā)現(xiàn)水資源效率總體上呈現(xiàn)先下降后增加的U型發(fā)展趨勢,東、中、西部水資源利用效率呈梯度發(fā)展勢態(tài),區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平、水資源豐富程度、工農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、政府干預與水資源利用效率呈現(xiàn)負相關(guān),進出口需求影響不顯著。

由于區(qū)域自然環(huán)境條件、社會經(jīng)濟條件、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、水資源稟賦、水資源利用方式等諸多因素的影響,中國水資源利用效率表現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異特征。因此研究探討水資源利用效率區(qū)域差異是解決中國水資源供需矛盾一個重要的可能途徑,是建立節(jié)水型社會、統(tǒng)籌區(qū)域發(fā)展、落實科學發(fā)展觀的基本要求[19],也是實行最嚴水資源管理制度、促進生態(tài)文明建設的必然需求。生態(tài)地理區(qū)作為綜合反映溫度、水分、生物、土壤等自然要素的空間格局及資源環(huán)境匹配的區(qū)域系統(tǒng),是認識區(qū)域生態(tài)環(huán)境特征、制定環(huán)境治理措施的基礎,是生態(tài)恢復保護、因地制宜地利用自然資源和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展重要依據(jù)[20]。本文根據(jù)楊勤業(yè)等[21]對中國地理生態(tài)區(qū)域系統(tǒng)的研究結(jié)果,同時考慮城市地理分布狀況及研究尺度等因素,選取全國284個地級及以上城市按照其所處生態(tài)地理區(qū)進行分類,由圖1可知,全國地級及以上城市主要分布在亞熱帶濕潤區(qū)、溫帶半濕潤區(qū)、溫帶濕潤區(qū)、溫帶半干旱區(qū)、溫帶干旱區(qū)五個生態(tài)地理區(qū),其城市分布數(shù)量分別為150、75、28、18、13,占比為52.82%、26.41%、9.86%、6.34%和4.58%?；诖?采用分類數(shù)據(jù)包絡分析模型對2007—2016年全國地級及以上城市水資源利用效率進行分類測算,分析全國和生態(tài)地理區(qū)水資源利用效率特征和區(qū)域差異,構(gòu)建Tobit回歸模型探究全國和生態(tài)地理區(qū)城市水資源效率的影響因素,提出改進水資源利用效率的對策和建議,為生態(tài)地理區(qū)因地制宜地利用水資源、加強水資源管理、實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用、促進區(qū)域可持續(xù)發(fā)展等方面提供新的角度和切入點。

圖1 中國生態(tài)地理區(qū)城市空間分布

1 研究方法和數(shù)據(jù)來源

1.1 分類數(shù)據(jù)包絡分析

水資源利用效率評測主要有三類,第一類是比值法,即采用水資源消耗系數(shù)對用水效率進行表征,如單位GDP用水量、單位用水產(chǎn)出等[22-24],評價過于單一且多用于宏觀層面；第二類是綜合指標體系法,即基于水資源的經(jīng)濟、社會、自然、生態(tài)、環(huán)境等屬性,構(gòu)建綜合指標體系和目標函數(shù)來評價水資源在多維度上的產(chǎn)出效率[25-29],目前未形成普遍認可的評價指標體系；第三類是基于全要素效率的測度方法,全要素水資源利用效率測度的是水資源配置效率,即水資源要素與其他投入要素一起參與生產(chǎn)的有效程度,目前最常用測算方法為數(shù)據(jù)包絡分析法(Data Envelopment Analysis,DEA)[30-34]。DEA通過保持決策單元(Decision Making Unit,DMU)輸入或輸出不變,借助數(shù)學規(guī)劃和統(tǒng)計數(shù)據(jù)將DMUs投影到生產(chǎn)前沿面上,通過比較與前沿面的偏離程度來確定DMUs的相對有效性。相較于其他兩種方法,DEA具有不受投入產(chǎn)出指標數(shù)據(jù)量綱影響、無需考慮投入產(chǎn)出指標間函數(shù)關(guān)系等優(yōu)勢,被廣泛應用于資源、環(huán)境等諸多領(lǐng)域。

傳統(tǒng)DEA沒能考慮到不同DMUs所處經(jīng)營或競爭環(huán)境差異,將全部DMUs投影到同一前沿面進行評估,將造成測算結(jié)果偏差,因為期待處于“較差”處境的DMUs完全效仿“較好”處境DMUs是不合理的[35]。根據(jù)分類數(shù)據(jù)包絡分析(Categorical Data Envelopment Analysis,Categorical DEA)思想,先對DMUs按照一定屬性分類,然后從處境“最差”的一類DMUs開始,僅類別內(nèi)DMUs作為參考集測算績效值；之后以一類為單位逐一擴大DMUs參考集,測算增加分類DMUs績效值,直到將處境最“好”的一類DMUs績效值測算完畢。這樣分類嵌套運算過程確保只有具有相同或更差環(huán)境DMUs可以成為參考單元,能夠有效避免因采用統(tǒng)一生產(chǎn)前沿面約束所有DMUs帶來的不合理。

中國生態(tài)地理系統(tǒng)按照溫度、水分等指標劃分,水分指標在一定程度上體現(xiàn)了地區(qū)的水資源條件,即城市所處地區(qū)越是干旱,水量越是匱乏,水資源越是不易獲取,開發(fā)成本也越高,水資源利用處境也越困難。因此,采用分類DEA將從水資源條件境況“最差”的溫帶干旱區(qū)的DMUs開始,之后以生態(tài)地理區(qū)為單位,依次逐一增加溫帶半干旱區(qū)、溫帶半濕潤區(qū)、溫帶濕潤區(qū)、亞熱帶濕潤區(qū)擴大DMUs的參考集,測算得出全國生態(tài)地理區(qū)DMUs的績效值。本文選用基于投入角度的規(guī)模報酬不變假設下的CCR模型,通過分類DEA嵌套運算得出全部城市水資源利用的綜合效率,用來衡量整體投入產(chǎn)出效率,是對決策單元資源配置能力、資源使用效率等多方面能力的綜合衡量與評價。需要注意的是各類別DMUs的效率值為該類別第一次進行測算時出現(xiàn)的效率值。

CCR模型中,假設有n個決策單元,每個決策單元DMUj有m項投入Xj(x1j,x2j,…,xmj,xij>0),s項產(chǎn)出Yj(y1j,y2j,…,ysj,yij>0),λj為決策單元投入和產(chǎn)出的權(quán)向量,每個決策單元DMUj的效率值θ,滿足：

(1)

其中,效率值θ處于0—1之間,當θ=1時,決策單元為DEA有效,當θ<1時,則為DEA無效,此時θ值越大表示該決策單元效率越高。以2007—2016年我國284個地級及以上城市市轄區(qū)全社會固定資本投資額(104元)、市轄區(qū)年供水總量(104t)、市轄區(qū)年末總?cè)丝?104人)分別作為資本、資源和人口投入要素,以市轄區(qū)地區(qū)生產(chǎn)總值(104元)作為經(jīng)濟產(chǎn)出要素。數(shù)據(jù)主要源于2007—2016年《中國城市統(tǒng)計年鑒》,個別城市缺失數(shù)據(jù)取其前后兩年均值,其中,全社會固定資本投資額和地區(qū)生產(chǎn)總值均按照2007年不變價格計算。

1.2 變異系數(shù)分析法

變異系數(shù)分析法是空間差異性研究最常用的方法之一,本文采用變異系數(shù)來測度中國生態(tài)地理區(qū)城市水資源利用效率差異和動態(tài)變化。計算公式如下：

(2)

其中,C為變異系數(shù),E為全國城市或生態(tài)地理區(qū)水資源利用效率的平均值,n為城市或生態(tài)地理區(qū)個數(shù),Ei為城市或生態(tài)地理區(qū)水資源利用效率。

1.3 Tobit回歸模型

由于通過分類DEA模型測算出的效率值是0—1之間的截尾數(shù)據(jù),使用普通最小二乘法(Ordinary Least Squares,OLS)進行回歸估計,會導致不一致性的估計結(jié)果,故關(guān)于水資源利用效率及其影響因素的研究多采用DEA-Tobit兩階段模型,使用最大似然估計法(Maximum Likelihood Estimation,MLE)對構(gòu)建的Tobit模型進行效率值影響因素的回歸分析。水資源利用效率受多方面因素影響,綜合現(xiàn)有相關(guān)研究,同時考慮樣本可獲得性、可觀察性以及代表性,選擇與城市息息相關(guān)的市轄區(qū)人口、土地城市化、土地利用結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、城市供水、用水結(jié)構(gòu)和水資源管理政策等8個指標,構(gòu)建Tobit回歸模型來考察全國和生態(tài)地理區(qū)城市水資源利用效率的影響因素。影響因素指標變量定義詳見表1,基于以上影響指標構(gòu)建Tobit模型如下：

表1 影響因素指標定義和說明

E=β0+βiXi+μi

(3)

其中,E為城市水資源利用效率,β0為常數(shù)項,βi為回歸系數(shù)；Xi為解釋變量；μi為擾動項,i=1,2,…，n。

2 結(jié)果與分析

2.1 全國城市水資源利用效率總體特點

2007—2016年我國城市水資源利用效率均值為0.536,全國水資源效率總體水平較低。全國城市水資源利用效率隨時間變化具有年代際差異,2007—2012年間綜合效率呈波動下降趨勢,2012—2016年波動上升,整體變化幅度較小,年均增長率為-0.321%(圖2)。全國城市水資源利用效率值存在顯著差異,效率最大值可達1,最小值為0.204,極差為0.796,標準差為0.184。全國城市間水資源利用效率變異系數(shù)隨時間在0.363上下波動,具有明顯的波動點,2007—2008年間猛增至最大值,區(qū)域間用水效率差距增大；隨后呈波動下降趨勢, 2011—2012年下降勢態(tài)最顯著,城市水資源利用效率間差距逐漸縮小(圖2)。

圖2 全國城市水資源利用效率和變異系數(shù)變化趨勢

近十年我國城市水資源利用效率年均值空間分布如圖3所示,其中水資源利用有效(=1.0)城市有9個,占全國地級及以上城市總數(shù)比重為3.17%；高效率(0.9—1.0)城市數(shù)量為8個,占比為2.82%；中等效率(0.7—0.9)城市40個,占比14.08%；低效率(0.5—0.7)城市數(shù)量78,占比為27.46%；無效率(<0.5)城市149個,占比52.46%。由此可見,我國城市水資源利用效率普遍偏低,79.93%的城市用水效率低于0.7,導致全國整體用水水平較低,城市間水資源利用效率值差異顯著且空間分布不平衡。

圖3 全國城市水資源利用效率年均值空間分布

2.2 生態(tài)地理區(qū)城市水資源利用效率特征

中國各生態(tài)地理區(qū)城市水資源效率隨時間呈現(xiàn)不同的發(fā)展勢態(tài),相對干旱的溫帶干旱區(qū)、溫帶半干旱區(qū)水資源利用效率隨時間呈“M”型變化趨勢,且整體呈下降趨勢；相對濕潤的溫帶半濕潤區(qū)、溫帶濕潤區(qū)與全國城市水資源利用效率的變化趨勢基本一致；亞熱帶濕潤區(qū)總體上呈“W”型勢態(tài)波動上升(圖4)。生態(tài)地理區(qū)間水資源利用效率變異系數(shù)隨時間在0.193上下顯著波動,且存在明確的變化分界點,2007—2008年間猛增至最大值,城市間用水效率差距增大；隨后呈波動下降趨勢,2011—2012年間出現(xiàn)明顯下降,生態(tài)地理區(qū)間水資源利用效率間差距逐漸縮小(圖4)。

圖4 生態(tài)地理區(qū)水資源利用效率和變異系數(shù)變化趨勢

溫帶干旱區(qū)、溫帶半干旱區(qū)、溫帶半濕潤區(qū)、溫帶濕潤區(qū)和亞熱帶濕潤區(qū)五大生態(tài)地理區(qū)水資源利用效率平均值分別為：0.813、0.704、0.596、0.588、0.452,呈現(xiàn)溫帶干旱區(qū)>溫帶半干旱區(qū)>溫帶半濕潤區(qū)>溫帶濕潤區(qū)>亞熱帶濕潤區(qū)的格局,即用水效率整體上由西北向東南依次遞減(圖5)。對生態(tài)地理區(qū)城市進行詳細分析可知：溫帶干旱區(qū)中,84.62%的城市效率值大于0.7,這部分中近一半城市水資源利用效率大于0.9；溫帶半干旱區(qū)中,效率值大于0.7的城市占比為44.44%,效率值高于0.9的城市有11.11%；溫帶半濕潤區(qū)中,29.33%的城市效率高于0.7,其中只有不到五分之一的城市用水效率超過0.9；溫帶濕潤區(qū),除了佳木斯市效率達到1以外,用水效率均不超過0.9,且效率值高于0.7的城市僅有21.43%；亞熱帶濕潤區(qū),僅有6.67%的城市效率值超過0.7,而73.33%的城市效率值低于0.5(圖3)。綜上可知,生態(tài)地理區(qū)城市水資源利用效率值和空間分布差異明顯,相對干旱生態(tài)地理區(qū)城市水資源效率普遍高于相對濕潤區(qū)域,且具有顯著的空間分布規(guī)律。

圖5 生態(tài)地理區(qū)城市水資源利用效率年均值空間分布圖

2.3 全國和生態(tài)地理區(qū)城市水資源利用效率影響因素

對2007—2016年全國城市和各生態(tài)地理區(qū)城市水資源利用效率及其影響因素面板數(shù)據(jù)進行回歸分析,Tobit回歸模型的估計結(jié)果見表2。

(1)市轄區(qū)人口與城市水資源利用效率呈顯著正向相關(guān),回歸系數(shù)為0.0077且在10%水平上顯著(表2),在其他條件不變的情況下,市轄區(qū)人口密度每上升1%,城市水資源利用效率將提高0.77%。市轄區(qū)人口密度增加意味著市區(qū)人口增多和集聚,越來越多的人口從以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為生逐步向以非農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活方式轉(zhuǎn)變,有利于提高人力資本,推動生產(chǎn)率提升和城市生態(tài)文明建設,從而降低水資源消耗強度。這與呂素冰等[36]和郭蕾[37]的研究不謀而合,他們認為城鎮(zhèn)人口比重增加對用水效益、用水效率具有很強的正向性影響。從五大生態(tài)地理區(qū)來看,城市市轄區(qū)人口對各區(qū)域城市水資源效率的影響存在差異,對亞熱帶濕潤區(qū)具有顯著的正向影響,對其余四區(qū)影響沒能通過顯著性檢驗,甚至產(chǎn)生負向作用(表2)。這可能是因為溫帶干旱區(qū)、溫帶半干旱區(qū)、溫帶半濕潤區(qū)和溫帶濕潤區(qū)城市人口城市化水平和質(zhì)量相對較低,農(nóng)村轉(zhuǎn)移到市區(qū)人口大多進入勞動密集型行業(yè)和傳統(tǒng)服務業(yè)等用水低效行業(yè),同時由于人力資本水平不高以及轉(zhuǎn)移人口帶來的就業(yè)、基建、資金等壓力,導致城市招商引資和出口時難以吸收外資和出口技術(shù)溢出效應,不利于技術(shù)水平發(fā)展和用水效率提升[38]。

表2 Tobit模型回歸結(jié)果

(2)土地城市化水平與城市水資源利用效率相關(guān)性不顯著,但表現(xiàn)出正向性影響(表2)。建設用地面積比重增加時,生產(chǎn)要素自由流通更容易,解放和發(fā)展生產(chǎn)力所需的條件相對也更成熟。同時城市建設用地擴張促使農(nóng)業(yè)用地等非建設用地逐漸向工業(yè)用地、商業(yè)服務設施用地等建設用地轉(zhuǎn)化,非農(nóng)產(chǎn)值占比增多,城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化[39],經(jīng)濟產(chǎn)出增加降低了萬元GDP水資源消耗,水資源利用效率相應提升。從五大生態(tài)地理區(qū)來看,土地城市化對溫帶半濕潤區(qū)、溫帶濕潤區(qū)和亞熱帶濕潤區(qū)城市用水效率影響為正,其中溫帶濕潤區(qū)沒有通過顯著性檢驗(表2)。溫帶干旱區(qū)、溫帶半干旱區(qū)城市發(fā)展水平處于較低層次,通常通過犧牲資源和環(huán)境效益來發(fā)展經(jīng)濟,粗放式地繼續(xù)擴大建設用地面積,不利于提高單位土地資源經(jīng)濟產(chǎn)出,對水資源利用產(chǎn)生較大的負面影響。

(3)土地利用結(jié)構(gòu)與城市水資源利用效率在10%水平下顯著正相關(guān)(表2),即增加居住用地占建設用地面積比重,有利于提高城市水資源利用效率。增加居住用地供給,能夠帶動城市建筑行業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,增加勞動就業(yè)機會,同時能夠滿足城市居民居住需要,承載更多的勞動人口,有利于城市經(jīng)濟產(chǎn)出提升[40],使得水資源利用得到更有效地利用。從五大生態(tài)地理區(qū)來看,土地利用結(jié)構(gòu)對各區(qū)域的影響作用有所不同,與亞熱帶濕潤區(qū)城市水資源效率呈現(xiàn)顯著正相關(guān)性,其余四區(qū)顯著性不明顯,其中溫帶半干旱區(qū)、溫帶半濕潤區(qū)表現(xiàn)為正向影響,而對溫帶干旱區(qū)、溫帶濕潤區(qū)的影響為負向(表2)。居住用地面積占比在一定程度上反映了居住用地開發(fā)強度,居住用地開發(fā)不僅影響城市土地投入和產(chǎn)出效益,且與城市居民生活水平、城市環(huán)境質(zhì)量有著千絲萬縷的關(guān)系[41]。居住用地過度的、無序的擴張,不合理的土地利用結(jié)構(gòu),與我國資源利用集約化宗旨不符,不利于土地資源經(jīng)濟產(chǎn)出、人民生活水平和城市環(huán)境質(zhì)量的提升,對水資源不利影響加重。溫帶干旱區(qū)、溫帶半干旱區(qū)、溫帶半濕潤區(qū)、溫帶濕潤區(qū)和亞熱帶濕潤區(qū)居住用地占建設用地比重的多年平均值分別為33.19%、31.87%、31.88%、35.69%和31.80%,溫帶干旱區(qū)和溫帶濕潤區(qū)明顯高于其他三個地區(qū),這與土地利用結(jié)構(gòu)對不同區(qū)域用水效率影響方向的差異相符合。

(4)經(jīng)濟發(fā)展水平與城市水資源利用效率之間相關(guān)關(guān)系顯著,呈現(xiàn)出正向性影響(表2),即人均GDP增加會促進城市水資源利用效率提高,這與馬海良等[42]和任俊霖等[43]的研究結(jié)論一致。經(jīng)濟發(fā)展水平越高,產(chǎn)業(yè)聚集程度、生產(chǎn)管理和技術(shù)水平也越高,促使用水效率提升。另外,經(jīng)濟水平越高意味著投資能力較強,能將更多資源用于科技發(fā)展、供水治污設施和水環(huán)境保護等方面,進而形成良性循環(huán),從而進一步提升用水效率。從五大生態(tài)地理區(qū)來看,經(jīng)濟發(fā)展水平對生態(tài)地理區(qū)均具有顯著的正向作用,但對各區(qū)域的影響程度有所差異(表2)。區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平與水資源利用效率一般呈現(xiàn)倒“U”型關(guān)系,整體上我國目前還未達到拐點處[18],經(jīng)濟發(fā)展水平處于拐點左側(cè)時,經(jīng)濟發(fā)展水平處于不同發(fā)展階段時,對水資源利用效率的提升作用也有所不同。

(5)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與城市水資源利用效率呈現(xiàn)顯著正向相關(guān)關(guān)系(表2),即隨著第二產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟占比提高,水資源利用效率隨之增加。這一結(jié)論得到錢文婧和賀燦飛[44]、買亞宗等[45]研究的支持,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)作為影響資源利用的重要因素,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,特別是降低產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中高物耗行業(yè)比重是構(gòu)建節(jié)能產(chǎn)業(yè)重要途徑,第二產(chǎn)業(yè)作為中國經(jīng)濟快速增長的主要動力,隨著第二產(chǎn)業(yè)比重的增加,城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化,促使更多的水資源從高水耗低效率的農(nóng)業(yè)分配到經(jīng)濟效益更高的產(chǎn)業(yè),提高了單位耗水量的經(jīng)濟產(chǎn)出和用水效益。從五大生態(tài)地理區(qū)來看,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對溫帶干旱區(qū)、溫帶半干旱區(qū)、溫帶半濕潤區(qū)和溫帶濕潤區(qū)城市水資源利用效率具有顯著正向影響,與亞熱帶濕潤區(qū)呈負相關(guān)(表2)。產(chǎn)生這種現(xiàn)象可能的解釋是亞熱帶濕潤地區(qū)水資源相對豐富,企業(yè)節(jié)水意識和節(jié)水措施較差,用水效率偏低,第二產(chǎn)業(yè)增加意味著水資源投入冗余增多,工業(yè)污水排放量增加,不利于水資源利用效率的提升。

(6)城市供水對城市水資源利用效率具有顯著負影響(表2),隨著市轄區(qū)人均供水量增多,城市水資源利用效率將出現(xiàn)下降勢態(tài)。原因可能是我國城市水資源利用方式、用水結(jié)構(gòu)等不合理,節(jié)水意識較差,水資源浪費現(xiàn)象嚴重,資源規(guī)模報酬遞減,從而導致水資源利用效率下降。從五大生態(tài)地理區(qū)來看,城市供水對各生態(tài)地理區(qū)城市水資源利用效率的影響顯著,且均呈現(xiàn)明顯負影響,但在不同區(qū)域產(chǎn)生不同程度的影響效果(表2)。相對干旱的溫帶干旱區(qū)和溫帶半干旱區(qū),城市經(jīng)濟發(fā)展水平較低,科技水平不高,城市基礎建設相對落后,不利于城市供水能力和凈水能力的提升,城市供水過程中水資源損失量增多,水資源的無形浪費也更嚴峻。

(7)用水結(jié)構(gòu)與城市水資源利用效率負相關(guān),在1%水平上顯著(表2),居民用水量比重增加,將會導致水資源利用效率下降。俞雅乖和劉玲燕[46]的研究表明無論是生活、生態(tài)用水還是農(nóng)業(yè)、工業(yè)等生產(chǎn)用水都會對環(huán)境造成了一定負影響,且對水資源利用效率負向影響顯著,其中生活用水的影響程度最大?？梢?居民生活用水量占比越高,對城市水生態(tài)造成的損害以及用水效率的負作用也越大,這與水資源綠色、循環(huán)、高效利用宗旨不符,不利于用水效率改善。從五大生態(tài)地理區(qū)來看,用水結(jié)構(gòu)對五大生態(tài)地理區(qū)城市水資源利用效率的影響迥異,其中對溫帶干旱區(qū)和溫帶濕潤區(qū)城市水資源利用效率影響顯著,對其余三區(qū)影響較小,且除亞熱帶濕潤區(qū)表現(xiàn)為正向影響外,其余四區(qū)的影響均為負向(表2)。由于生態(tài)地理區(qū)環(huán)境氣候、人口分布和居民生活習慣等方面的差異,亞熱帶濕潤地區(qū)城市居民用水量大,占城市供水比重年均值高達44.06%,遠遠高于其他四個生態(tài)地理區(qū),因此其居民污水排放量、污水處理設備和維護成本投入也相應提升,城市居民面對日益增加的水資源需求和昂貴的污水處理費,其用水方式和觀念隨之改變,有利于減輕居民用水對水環(huán)境和用水效率的不利影響。

(8)水資源管理政策對全國和生態(tài)地理區(qū)城市水資源利用效率均產(chǎn)生顯著負向作用(表2),即執(zhí)行最嚴水資源利用管理辦法后,水資源利用效率較之前有所下降。執(zhí)行最嚴水資源利用管理辦法后,促使城市水資源配置發(fā)生適應性調(diào)整,扭曲了當下市場機制對水資源的“有效”配置,故導致水資源利用效率出現(xiàn)下降。生態(tài)地理區(qū)在經(jīng)濟發(fā)展水平、資源市場發(fā)育程度以及市場機制靈敏度等方面存在差別,在政府政策干預下,市場這個看不見的手做出及時反應,對減輕水資源配置扭曲的程度也有所不同,因此相對發(fā)達的濕潤地區(qū),水資源管理政策對城市水資源利用效率的負向影響更小。需要注意的是,2012年實施最嚴水資源利用管理辦法后,全國水資源利用效率水平開始逐漸提高,城市間用水效率差距減小(圖2)?？梢?政府加大水資源管理力度,加快節(jié)水型社會建設,促進水資源可持續(xù)利用和經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變,用水效率雖出現(xiàn)暫時性跌落,但總的來說,積極落實最嚴水資源利用管理辦法顯然有利于全面提升水資源利用效率。

3 討論

3.1 全國和生態(tài)地理區(qū)城市水資源利用效率變動趨勢

在全國城市層面,2007年全球經(jīng)濟危機壓力下,中央和地方政府把大量的救市資金投向了基礎設施建設和重化工業(yè),導致資源配置扭曲[30],2008年城市間用水效率差距增大,水資源效率平均水平出現(xiàn)明顯下降。2012年城市用水效率間差異縮小,全國用水效率降至最低水平,可能是由于《關(guān)于實行最嚴格水資源管理制度的意見》的實施,促使要素市場出現(xiàn)暫時性、調(diào)整型要素配置扭曲。2012年后最嚴水資源管理制度得到有效落實,要素市場得以調(diào)控,城市用水效率間差異逐步減小,整體用水效率開始升高?？梢?在城市經(jīng)濟社會快速發(fā)展和水資源保護的雙重壓力下,城市水資源利用效率呈現(xiàn)不同的發(fā)展勢態(tài),我國城市水資源利用效率問題雖出現(xiàn)回暖跡象,但整體水資源利用未達到理想狀態(tài),仍存在較大的進步空間。

在生態(tài)地理區(qū)層面,2007年全球經(jīng)濟危機壓力下,我國生態(tài)地理水資源利用呈現(xiàn)不同的發(fā)展勢態(tài),相對干旱地區(qū)水資源利用效率增大,其他三區(qū)效率值降低,致使2007年相比2008年生態(tài)地理區(qū)間用水效率值差距變大。2012年區(qū)域間水資源利用效率變異系數(shù)驟減,則可能是區(qū)域?qū)λY源開發(fā)利用和管理措施進行了響應性調(diào)整,導致現(xiàn)有資源配置“失衡”,區(qū)域水資源利用效率出現(xiàn)不同程度的下降,區(qū)域間用水效率差異減小。然而由于區(qū)域資源市場發(fā)育程度和調(diào)控能力存在差異,2012年后各生態(tài)地理區(qū)水資源利用效率變化趨勢出現(xiàn)差異,相對高效的地區(qū)效率值下降,相對低效地區(qū)效率值升高,導致生態(tài)地理區(qū)間水資源利用效率差距逐漸縮小。這表明面對社會經(jīng)濟發(fā)展與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展挑戰(zhàn)時,我國生態(tài)地理區(qū)做出各自的響應性調(diào)控,導致了區(qū)域間水資源利用效率差異變動,各生態(tài)地理區(qū)應加強區(qū)域間合作學習,發(fā)揮區(qū)域自身優(yōu)勢改善用水效率,水資源低效率區(qū)域追趕高效率區(qū)域。

3.2 生態(tài)地理區(qū)城市水資源利用效率區(qū)域差異

中國生態(tài)地理區(qū)水資源利用效率空間分布與其生態(tài)地理狀況相符合,這與胡鞍鋼等[47]和李志敏和廖虎昌[48]的研究結(jié)論異曲同工,一方面我國水資源東多西少、南多北少,另一方面我國西北部地理環(huán)境條件較東南地區(qū)更為嚴峻,相對干旱的西北地區(qū)水資源不易獲取,可用水量相對匱乏,節(jié)約意識和觀念較強、節(jié)水措施和管理較完善,城市水資源利用效率也相對較高。城市水資源利用效率與城市發(fā)展息息相關(guān),受城市各方面因素影響,如城市人口、土地城市化、土地利用結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、城市供水、用水結(jié)構(gòu)、政策影響等。需要注意的是,各生態(tài)地理區(qū)城市水資源利用效率受各因素的影響具有顯著差異,對比發(fā)現(xiàn)：溫帶干旱區(qū)城市水資源利用效率影響程度最大的三個變量依次為：經(jīng)濟發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、城市供水；溫帶半干旱區(qū)為：產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟發(fā)展水平、城市供水,溫帶半濕潤區(qū)為：城市供水、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、土地城市化水平,溫帶濕潤區(qū)為：用水結(jié)構(gòu)、城市供水、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),亞熱帶濕潤區(qū)為：經(jīng)濟發(fā)展水平、城市供水、土地利用結(jié)構(gòu)。即對于相對干旱的溫帶干旱區(qū)和溫帶半干旱區(qū),有利于水資源效率改善的影響因素作用程度相對更高,而在相對濕潤的溫帶半濕潤、溫帶濕潤區(qū)和亞熱帶濕潤區(qū),對城市用水效率影響較大的多為具有負向作用的因素。因此,中國生態(tài)地理區(qū)生態(tài)地理特征、城市經(jīng)濟社會發(fā)展各方面的差異可能就是造成不同生態(tài)地理區(qū)水資源利用效率迥異,且其變動趨勢日益復雜的原因。

上述結(jié)論蘊含重要的政策意義：

(1)城市水資源需求涉及社會、經(jīng)濟、生活、生態(tài)環(huán)境等方方面面,水資源利用與管理是一項系統(tǒng)工程,既要重視水資源本身的管理,更要積極引導整個經(jīng)濟社會的共同參與。區(qū)域和城市制定國民經(jīng)濟社會發(fā)展計劃需將水資源高效、可持續(xù)利用作為重要因素考慮,重視水資源利用與城市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的關(guān)系,以節(jié)水減排高效為目的積極引導城市人口政策、經(jīng)濟發(fā)展方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、空間布局、城市用水,以促進水資源的合理配置和節(jié)約利用,保障水生態(tài)環(huán)境良性循環(huán),提高水資源利用效率,加強資源環(huán)境與城市的協(xié)調(diào)發(fā)展。

(2)我國區(qū)域生態(tài)地理特征、城市經(jīng)濟社會發(fā)展等方面存在較大差異,不同生態(tài)地理區(qū)城市水資源利用效率差距較大,城市發(fā)展要素對水資源利用的影響也有所差別,故在落實最嚴格水資源管理制度、推進生態(tài)文明建設時,要根據(jù)各地水資源效率和城市發(fā)展實際狀況,因地制宜,切忌“一刀切”。

溫帶干旱地區(qū),大力推動城市經(jīng)濟發(fā)展,發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)、控制第一和第二產(chǎn)業(yè),積極進行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和升級,做好產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移和承接,發(fā)揮地域廣闊、資源豐富等的區(qū)域優(yōu)勢,拓展節(jié)能環(huán)保型新型產(chǎn)業(yè),為水資源效率提升經(jīng)濟基礎；嚴格水資源費征收、使用和管理,倡導用水主體節(jié)水減排,同時發(fā)揮要素市場的積極影響,提升單位水耗產(chǎn)出效益。

溫帶半干旱區(qū),積極引導企業(yè)技術(shù)革新和技術(shù)進步,加大科技投入、技術(shù)人才培養(yǎng)和水資源管理力度,加快第一、二產(chǎn)業(yè)向第三產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)變,促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化改革和經(jīng)濟快速發(fā)展；同時加強環(huán)境監(jiān)測、政府監(jiān)管力度,提升工企業(yè)水資源節(jié)水技術(shù)、污水處理技術(shù),為水資源高效利用提供技術(shù)支撐,推動用水效率的提高。

溫帶半濕潤區(qū),堅持綠色發(fā)展理念,政府應加大環(huán)保宣傳,挖掘節(jié)水潛力,提升重復用水能力和污水處理能力,提高工業(yè)用水效率、農(nóng)業(yè)灌溉系數(shù)和群眾節(jié)水意識,推進節(jié)水型社會建設；推動經(jīng)濟發(fā)展水平和城市化水平提升,促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和升級,調(diào)整城市建設用地優(yōu)化布局,同時應防止人口過于富集,給城市帶來過大的用水壓力。

溫帶濕潤區(qū),重視水資源配置對水資源利用效率的影響,加強水資源管控的同時充分發(fā)揮資源市場調(diào)控作用,推動城市用水方式和用水結(jié)構(gòu)的優(yōu)化；積極實現(xiàn)第二產(chǎn)業(yè)向第三產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型,引導高水耗低效率產(chǎn)業(yè)向低水耗高效率產(chǎn)業(yè)發(fā)展,水資源利用效率應成為水資源配置和調(diào)控的重要影響因素。

亞熱帶濕潤區(qū),在加快經(jīng)濟發(fā)展水平進程中,發(fā)揮區(qū)域優(yōu)勢做好產(chǎn)業(yè)承接,充分利用自然水循環(huán)的更新和自凈能力,以提高水質(zhì)和恢復水生態(tài)系統(tǒng)為目標,嚴控高污染產(chǎn)業(yè)、發(fā)展水處理技術(shù),利用先進的技術(shù)和管理方式促使水資源可持續(xù)利用；須認識到城市人口、城市化進程、土地利用方式和空間布局等對水資源利用效率的影響,城市人口、產(chǎn)業(yè)布局要以水資源可持續(xù)利用為目標,優(yōu)化城市空間格局,促進人水和諧。

4 結(jié)論

利用分類DEA和Tobit回歸模型,評估分析2007—2016年我國生態(tài)地理區(qū)城市水資源利用效率及其影響因素,研究結(jié)果表明：

(1)全國城市層面,我國城市間水資源利用效率值差異顯著,全國城市水資源利用效率總體水平較低,效率均值整體隨時間呈先降后升的波動變化趨勢。

(2)生態(tài)地理區(qū)層面,生態(tài)地理區(qū)水資源利用效率存在明顯差異,效率值呈現(xiàn)溫帶干旱區(qū)>溫帶半干旱區(qū)>溫帶半濕潤區(qū)>溫帶濕潤區(qū)>亞熱帶濕潤區(qū)的分布格局。

(3)全國城市間、生態(tài)地理區(qū)間水資源利用效率差距雖整體上在縮小,但在2007年和2012年出現(xiàn)明顯分界點,即在經(jīng)濟發(fā)展和政策等因素影響下,城市或區(qū)域呈現(xiàn)出不同的發(fā)展勢態(tài),導致了用水效率及其差異的變動。

(4)就全國而言,城市人口、土地利用結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與城市水資源利用效率呈顯著正相關(guān),是提高水資源利用效率的關(guān)鍵途徑；土地城市化顯著性不明顯,但表現(xiàn)出正向性；城市供水、用水結(jié)構(gòu)、政策影響對水資源效率具有顯著負向影響,水資源利用效率進一步改善需注意這些指標的控制。此外,各影響因素對五大生態(tài)地理區(qū)城市水資源利用效率的影響不同,且差異顯著。