南京市水資源利用效率研究

林 昕，劉嘉熙

(1.河海大學商學院，江蘇 南京 211100；2.同濟大學經濟與管理學院，上海 200092)

南京市水資源利用效率研究

林 昕1，劉嘉熙2

(1.河海大學商學院，江蘇 南京 211100；2.同濟大學經濟與管理學院，上海 200092)

以南京市為研究對象，構建了南京市水資源利用效率評價指標體系。選用基于時間序列的DEA模型，分別對不考慮非期望產出情況的水資源利用效率和考慮非期望產出下的水資源利用效率進行測算。對比兩種情況下的效率值，發現在環境約束下，考慮非期望產出的南京市水資源利用效率比不考慮非期望產出下的效率值提高了。引入環境效率概念，解釋了其原因在于節能減排、環境治理工作取得成效、環境效率提高所致。

水資源；利用效率；時間序列DEA模型；環境效率；南京市

水資源的可持續利用是社會經濟可持續發展和生態環境健康的重要保障。南京市屬于亞熱帶季風氣候，2005—2013年全市的年降水量均值為 1 090.3 mm，水資源總量均值為28.11億 m3，人均水資源量不足290 m3。

實現社會可持續發展，解決當前水資源問題，是建設資源節約型、環境友好型社會的要求，其關鍵在于提高水資源利用效率。對南京市水資源利用效率進行研究，不僅對南京市實現可持續發展具有重要現實意義，也可為其他地區的水資源利用提供一定的借鑒。

1 水資源的內涵及研究發展

水資源的定義有廣義和狹義之分，廣義上是指對人類有直接或間接使用價值，能作為生產資料或生活資料的天然水體，狹義上指人類可以直接使用的用水。本文所研究的水資源是指可以被人類直接開發利用的，比如工業用水、農業用水、生活用水和生態用水。

國外很早就開始對資源利用效率進行研究。18世紀初，有學者開始注意到人口與資源、環境問題。進入到20世紀，隨著工業經濟的發展，人口持續膨脹，水資源供需出現矛盾，水資源問題得到廣泛關注，許多學者預言21世紀水問題將是最嚴重的全球性問題[1-2]。到了20世紀90年代，開始深層次討論水資源可持續利用問題。國外學者對水資源利用效率的研究很大程度上集中在農業水資源利用上，對工業用水、城市用水以及綜合用水效率的研究相對較少。

我國對水資源問題越來越重視，對水資源利用的研究也越來越深入。但國內學者在對水資源利用效率進行評價時，更多側重于經濟發展與用水之間的關系，對不同地區采用的準則和方法也一樣，缺少對各個地區經濟發展以及自然地理、氣候條件的綜合考慮，同時也很少考慮到生態環境與用水效率之間的關系。

筆者在構建南京市水資源利用效率評價指標時，全面綜合考慮了各種影響因素，將生態環境納入到指標中，考慮了生產過程中的非期望產出COD(化學需氧量)排放量，更真實地反映了南京市水資源利用效率。

2 南京市用水指標分析

南京雖處于沿江地區，但水資源時空分布不均，本地水資源不足，加之水環境遭到破壞，南京市水資源狀況令人擔憂，水資源利用效率相對較低，浪費情況較為嚴重，這將制約南京市的可持續健康發展。

有關用水指標有很多，本文選取萬元GDP用水量、萬元工業增加值用水量這兩個有代表性的指標來分別代表綜合用水、工業用水情況。南京市2005—2013年用水指標情況見表1和圖1。

表1 2005—2013年南京市主要用水指標 m3

數據來源：2005—2013年南京市水資源公報、南京統計年鑒

圖1 2005—2013年南京市用水指標變化情況

由表1和圖1可以看出：

(1) 從2003年開始，南京市的萬元GDP用水量一直呈下降趨勢，該指標可以反映一個地區的用水整體情況。一般情況來說，該值越小說明水資源利用效率越高。

(2) 南京市萬元工業增加值用水量除有稍許波動之外，也一直呈下降趨勢。萬元工業增加值用水量是指一個地區在統計期內，工業新用水量與工業增加值的比值。萬元工業增加值用水量呈下降趨勢，說明南京市工業用水效率在逐步提高。

2 水資源利用效率測算指標體系

構建水資源利用效率評價指標應做到全面真實地反映出水資源利用情況。筆者根據以下3個原則構建水資源利用效率評價指標：科學性原則、全面性原則以及可操作性原則。

2.1 指標體系確立

在經濟學中，一般認為資本、勞動力、資源是生產活動必不可少的三要素。結合上述原則，筆者欲從以下方面確定投入產出指標。

2.1.1 投入指標

(1) 水資源投入指標

水資源利用效率評價的投入指標中選擇用水總量，本文中的用水總量主要是每年新用水量，不包括重復利用水量，這樣可以確保更真實地反映出用水情況。

(2) 資金投入指標

資金的投入對經濟的快速發展有著重要作用，同時，充足的資金在供水和治污基礎設施建設、保護生態環境等方面又起到關鍵作用。固定資產投資額對改善公眾物質文化水平，進一步調整產業結構，擴大固定資產的再生產具有極大作用。本文選取全社會固定資產投資額作為水資源利用的資金投入指標。

(3) 勞動力投入指標

勞動力是經濟生產中必不可少的生產要素，本文選取從業人數作為水資源利用的勞動力投入指標。從業人數是指從事一定勞動并合法取得勞動報酬的人數，可以用來反映一定時期內對勞動力資源的利用狀況。

2.1.2 產出指標

(1) 期望產出

資源的投入使用必定會帶來經濟效益，水資源的投入所帶來的經濟效益最直接的反映就是國民生產總值(GDP)，本文選擇GDP作為水資源利用的期望產出指標。大多數文獻[3-6]在構建水資源利用效率評價指標體系時，都選擇了GDP作為經濟產出指標。在對農業水資源利用效率評價時選擇GDP中的農業產值[7]，在對工業用水效率評價時用GDP中的工業產值作為產出指標[8]。

(2) 非期望產出

資源的利用會帶來“好”的產出，但同時也會帶來“壞”的產出，如污染物。水資源在利用的時候會帶來經濟的增長，同時也不能忽視帶來環境污染，如工業廢水和生活廢水中的COD(化學需氧量)、氨氮等污染物，這些就是非期望產出，給生態環境帶來了破壞。考慮數據的可獲性，本文選擇COD排放量作為南京市水資源利用的非期望產出。

根據上述內容，筆者建立了南京市水資源利用效率評價指標體系(表2)。

表2 南京市水資源利用效率評價指標體系

2.2 時間序列DEA模型

本文所研究的是2005—2013年南京市水資源利用效率，是基于時間序列的，而DEA大多應用于對橫截面數據的處理分析[9-11]，如果想要把DEA運用到分析時間序列數據，那么傳統DEA就不適用，因為要無法假設在所有時間點上技術水平是相同的。1999年，Lynde[12]等建立了一種基于時間序列的DEA模型來分析生產率和效率的變化情況。

用yt∈R來定義在時間點t上的產出，設生產yt需要m種投入，xt∈Rm則表示生產yt的投入向量。用S={(yt,xt)∶t=1,2,…,n}表示觀察期n個時間點內所有的投入和產出的生產可能集。同時設f:Rm→R為單調遞增的凹函數，參數θt∈R,At∈R及vt∈Rm，可以如下表示生產技術：

(1)

式中：vt為松弛變量；At為技術進步指數，在t=n時值為1，θt=1表示時間t時的所有投入利用的綜合技術效率。當vt=0,表示沒有松弛變量，θt=1表示綜合技術效率為1，即在現有的技術水平下，投入資源充分利用。當vt=0且θt=1時，函數可以變成yt=f(Atxt)，這是個不考慮資源利用中存在無效率的標準模型。值得注意的是，方程1說明技術是不可逆的，也就是說技術進步是與知識的積累相關的，并且如果松弛變量為0，資源被充分利用，標準化An=1，得到yt=f(xt)。因此可以把f定義為最佳生產前沿面，除非At=1，否則一般情況下這個前沿面在時間t

在時間為t時，產出為yt，用ut表示投入的有效向量，則ut=θtAtxt-θtAtvt。DEA方法是用數據包絡來估計最佳生產前沿面f和參數θt,At和vt。

y=(y1,y2,…,yn)T表示輸出矩陣，xt=(x1t,x2t,…,xmt)T表示在時間t時m種投入向量，X=(x1,x2,…,xn)T表示輸出矩陣，在規模報酬固定的前提下，得到如下線性規劃模型:

(2)

以上關于時間序列的DEA模型中沒有考慮存在非期望產出的情況，本文在借鑒該模型的基礎上，考慮非期望產出(badout)的弱可處置性，給模型(2)加上線性約束條件，用b=(b1,b2,…,bn)T表示非期望產出矩陣，考慮非期望產出改進后的模型如下：

(3)

2.3 南京市水資源利用效率測算

2.3.1 不考慮非期望產出的南京市水資源利用的經濟效率測算

(1) 投入產出指標相關性分析

考慮到DEA模型的限制條件，必須對構建的投入產出評價指標體系進行合理化分析。本文采用eviews6.0對指標體系進行相關性分析，確保指標體系中投入指標的變動必然會對產出產生影響，這樣才能對水資源利用效率進行科學有效的評價。

南京市2005—2013年水資源利用投入產出原始數據如表3所示。

數據來源：2005—2013年南京市水資源公報、南京統計年鑒

運用eviews6.0對投入指標和產出指標進行相關性分析，分析結果如表4所示。

由表4可以看出，產出GDP與各項投入是正相關，說明增加投入會帶來經濟產出的增加，因此指標的選取是合理可行的。

(2) 效率測算

不考慮非期望產出時的南京市水資源利用效率即經濟效率，反映了資源投入使用帶來的經濟產出情況。

借助lingo11.0，運用模型(2)對不考慮非期望產出的南京市水資源利用的效率進行測算，結果如表5所示。

表5 不考慮非期望產出的南京市水資源利用的經濟效率

由表5可以看出，在不考慮非期望產出的情況下，南京市水資源利用效率均值為0.977，整體水平較高，也就是說在同等投入下帶來的經濟產出水平較高。這9年間非DEA有效的年份達到7個，占樣本總數的77.78%。這9年水資源利用效率非DEA有效的原因是因為存在人力資源和用水資源的浪費，尤其是人力資源，南京擁有豐富的人力資源，但是資源沒有得到合理配置，造成浪費。

2.3.2 考慮非期望產出的南京市水資源利用的綜合效率測算

如果只考慮水資源利用帶來的經濟效益，不考慮在生產過程中的污染物給效率帶來的影響，那樣必定會造成不能真實反映水資源利用情況。本文將非期望產出納入指標，具體選擇了COD排放量這個指標。南京市2005—2013年COD排放量情況如表6和圖2所示。

表6 2005—2013年南京市COD排放量情況 萬t

數據來源：2005—2013年南京市環境狀況公報

圖2 2005—2013年南京市COD排放量趨勢圖

由圖2可以看出，南京市COD排放量呈下降趨勢，尤其是2011年COD排放量最低。這是因為2011年是“十二五”的第一年，南京市環境保護力度加強，用在環境保護上的直接投入達到了南京市生產總值的2.6%(159.53億元)，對污染物的減排工作更加重視，污染物減排工作取得一定時效。

關于投入和產出指標之間的相關性分析，3.3.1小節已作分析，產出指標和投入指標是合理可行的，此處可省略分析。

運用lingo11.0和模型(3)對南京市2005—2013年水資源利用綜合效率進行測算，運算結果如表7的顯示。

表7 2005—2013年考慮非期望產出的南京水資源利用效率情況

由表7可以看出，2005—2013年考慮非期望產出的情況下，南京市水資源利用綜合效率均值為0.996，整體水平較高。2005—2013年9年間有6年綜合效率達到DEA有效，投入和產出都達到最優。

從投入冗余來看，2010年、2011年、2012年和2013年DEA無效，都存在投入冗余，這也是這幾年DEA無效的原因。2010年的固定資產投資額和從業人員數存在冗余，說明資金存在不合理配置，人力資源浪費。2011年和2012年的從業人員數和用水量存在冗余，用水結構不合理，水資源使用浪費。南京市在發展過程中水資源和人力資源投入過多，投入不合理，可以減少對資源的投入，從而節約水資源。

2.3.3 南京市水資源利用的環境效率測算

表8 南京市水資源利用環境效率情況

數據來源：由表5和表7整理所得

表9 南京市水資源利用效率情況

注：平均效率是指經濟效率、綜合效率和環境效率的幾何平均值

圖3 不同效率對比圖

由表8可以得出：2008年、2012年和2013年的環境效率為1，說明增加環境約束后對這3年的水資源利用效率測算分析沒有影響；其余幾年的環境效率都小于1，說明環境治理導致了投入資源的浪費，導致期望產出GDP的減少，也說明這幾個年份環境治理對水資源利用效率的影響還有提升的潛力。

由表9和圖3可以看出：

(1) 增加環境約束條件后，考慮非期望產出的水資源利用綜合效率比不考慮非期望產出的水資源利用的經濟效率有所提高，這是因為環境效率高，環境治理在發揮作用。南京市每年的COD和氨氮等污染物的減排量都在上升，減排工作進行順利。同時，也說明南京市對原有粗放型經濟和環境污染治理工作起到了一定作用。

(2) 從平均效率的波動趨勢來看，波動較大，但是目前趨于上升趨勢。南京市在經濟發展追求GDP的同時，也要繼續注重環保工作，加大對環境的治理投入。

綜上所述，可以看出南京市在快速發展經濟的同時也兼顧了環境的保護，走可持續發展道路。但是在取得同樣的產出下可以減少資源的投入，資金、人力和水資源的利用還存在浪費，沒有做到資源的充分利用。

3 政策建議

通過對南京市水資源利用效率的計算分析，結合當前南京市現狀，筆者提出以下建議。

3.1 合理配置人力資源

從2.3.1的計算結果可知：南京市2005—2013年存在水資源利用效率非DEA有效的原因是因為存在人力資源和用水資源的浪費，尤其是人力資源浪費。南京市擁有豐富的人力資源，但是資源沒有做到合理配置，造成浪費。資本的合理規劃主要指對資金和人力資源的合理使用。南京市在人力資源使用上存在冗余，沒有發揮最大效用。南京市人力資源豐富，但是光有量是不夠的，需要提高勞動者的素質，將人力資源優勢轉化為經濟優勢。

3.2 調整用水結構，綜合利用各類水資源

從2.3.2中的2011、2012兩年間用水量存在冗余可以看出，南京市用水結構不盡合理，造成了水資源的浪費。南京市在發展過程中水資源投入過多，投入不合理，可以減少對資源的投入，從而節約水資源。

(1) 污水處理及中水回收利用

提高污水處理回收率，促使污水資源化。加大污水處理和重復利用，既增加了水資源的供應，又避免了生態環境的污染。在一定的社會經濟發展階段，生產、生活污水將會逐漸增大，污水資源化將是實現水資源可持續利用的關鍵因素，是維持社會、經濟、資源、生態環境協調發展的重要措施。

(2) 雨洪的調蓄利用

南京雨洪水量大，通過工程措施調蓄利用雨洪水量，對緩解南京用水壓力和提高水資源利用效率具有重大作用。

3.3 加大環境治理力度

2.3的分析結果表明：增加環境約束條件后，考慮非期望產出的水資源利用綜合效率比不考慮非期望產出的水資源利用的經濟效率有所提高，這是因為環境效率高，環境治理在發揮作用。在水資源利用、水資源保護和污染治理工作等方面需要用完善的法律去規范約束，不但要建立法規體系，還要根據實際情況的變化不斷去完善，目的是為了在高效利用水資源的同時，降低環境污染，提高水資源利用效率，更好地去保障水資源可持續利用發展。

[1] GIBBONS D.The economic value of water[M].Washington,D.C:Resources for the Future,1986:1-5.

[2] DIETER H, NAJMA R.Water regulation: the periodic review[J].Fiseal Studies,1994,15(7):74-94.

[3] 張浩文.蘭州市水資源利用效率研究[D].蘭州：西北師范大學,2012.

[4]馬海良,黃德春,張繼國,等.中國近年來水資源利用效率的省級差異:技術進步還是技術效率[J].資源科學,2012,34(5):794-801.

[5] 李紅新.遼寧省用水效率的時空變化分析及影響因素研究[D].大連：遼寧師范大學,2008.

[6] 廖虎昌.基于DEA和Malmquist指數的西部12省水資源利用效率研究[D].昆明：昆明理工大學,2011.

[7] 佟金萍,馬劍鋒,王慧敏,等.農業用水效率與技術進步:基于中國農業面板數據的實證研究[J].資源科學,2014,36(9):765-1772.

[8] 孫愛軍,董增川,王德智.基于時序的工業用水效率測算與耗水量預測[J].中國礦業大學學報,2007,36(4):547-553.

[9] 廖虎昌，董毅明.基于DEA和Malmquist指數的西部12省水資源利用效率研究[J].資源科學,2011,33(2):273-279.

[10] 買亞宗,孫福麗,石磊,等.基于DEA的中國工業水資源利用效率評價研究[J].干旱區資源與環境,2014,28(11):42-47.

[11] 姜博騫,劉欣.基于DEA-Malmquist的環渤海經濟區水資源利用效率評價[J].資源開發與市場,2015,31(1):49-51.

[12] LYNDE C, RICHMOND J.Productivity and efficiency in the UK: a time series application of DEA[J].Economic Modelling,1999,16(1):105-122.

TV213.4

A

1003-9511(2017)05-0023-05

2017-05-07 編輯：陳玉國)

林昕(1993—)，男，碩士研究生，主要從事工程管理研究。E-mail:609096188@qq.com

10.3880/j.issn.1003-9511.2017.05.005