遼寧省水資源利用效率時空差異性分析

劉振宇

(遼寧省撫順水文局，遼寧 撫順 113015)

0 引 言

遼寧地區具有水資源蒸發量大、季節變化性和地域分布不均等多重特性，該區域人均占有量遠低于全國平均水平的1/4。水資源的合理利用與當地人民生活質量、地方經濟發展等密切相關，它關系著區域生態進程和經濟健康發展水平，研究分析時空差異性具有極為重要的意義[1-5]。

針對水資源利用效率我國諸多學者給出了不同的界定，如馬海良等認為獲取人們期望產出時投入的最少水資源即為水資源利用效率。文章結合遼寧省用水現狀和上述學者的觀點，將其定義為產出與投入要素的比率，其中產出要素包括廢水排放量和遼寧地區生產總值，投入要素包括勞動力、固定資產和用水總量?，F有研究側重于工業和農業用水效率方面，如曹思齊等對安徽、上海、浙江和江蘇等省市的工業用水情況利用DEA法預測，發現這些地區的用水效率呈不斷上升趨勢。當前，用水效率評價的常用方法數據包絡法、空間計量法、要素分析法等。林昕等以南京市為例，對考慮和不考慮非期望產出兩種情景下的用水效率利用時間序列DEA模型對比分析，認為用水效率值在考慮非期望產出時顯著提升[6-7]。然而，現有文獻資料考慮各地市時空差異性的水資源利用效率的研究較少，大多數側重于全國范圍影響因素和用水效率研究。文章對遼寧各地區水資源利用效率采用數據包絡分析法DEA研究，在空間和時間尺度上揭示了水資源利用效率變化特征，為提升區域用水效率提出科學有效的建議措施[8]。

1 數據來源

1.1 區域概況

遼寧省地處中國東北地區南部，其地理位置為E118°53′-125°46′，N38°43′-43°26′之間，區域總面積14.8萬km2，為大陸性季風氣候。流域面積超過5000km2、1000-5000km2的河流有17條和31條，主要有中超共用的界河鴨綠江、大凌河、遼河、饒陽河、太子河等。研究區海域遼闊，近海水域面積6.4萬km2，海洋島嶼有長興島、石城列島、大鹿島及里長山列島等266個。

根據遼寧省水資源公報可知(圖1)，遼寧省大中型水庫2010-2017年蓄水量平均值為68.2×108m3，且呈現出波動變化特征，由此進一步說明遼寧地區蓄水量處于不穩定狀態。其中偏枯水年為2010年、2011年、2016年，其余均為偏豐水年。在空間分布上，降水量較為充足的為東部山地丘陵區，中部平原區降水適中，而與內蒙古高原相連的西部山地丘陵區降水較少且風沙干旱嚴重，自東南向西北降水量總體呈減少趨勢[8]。

圖1 遼寧省2010-2017年蓄水量和降水量變化趨勢

1.2 數據來源

從時空差異性的角度利用Max DEA軟件分析遼寧省14個地市水資源利用效率，所需數據來源于2010-2017年遼寧省水資源公報、統計年鑒等資料。

2 研究方法

2.1 模型的構建

采用非參數技術效率分析法為數據包絡分析DEA的基本內容，該方法適用于多產出、多投入的情況且無需量鋼化處理，在醫療衛生、農業、環境等領域均已得到普遍應用。當前，數據包絡分析具有規模報酬可變BC2和不變C2R兩種模型，而對水資源利用效率的研究屬于多產出、多投入的情況，且在實際工程中二者時刻發生變化，因此文章考慮對遼寧省水資源利用效率值選用規模報酬可變的DEA-BC2模型分析[9-11]。

設存在m種投入變量均可對水資源效率產生影響，將其標記為xi，其中i=1，2，…，m；水資源產出變量有q種，將其標記為yr，其中r=1，2，…，q；用水效率目標函數為j，在C2R模型上增加約束條件即可形成BC2模型，其數學表達式為：

(1)

2.2 指標的選取

文章對遼寧14個地市的水資源利用效率運用DEA-BC2模型分析，投入、產出指標的確定原則為以上兩類指標數量乘積大于等于決策單元數量。根據水資源功能特征和現有相關文獻，設定5項投入和產出指標，如表1所示。

評價體系中用水總量為遼寧地區生態、生活、工業、農業用水的總和，城鎮居民、城鄉集體、國有經濟以及其他各類單位投資的總和為固定資產投資額，而遼寧上一年和當年年末就業人數總和的一半為勞動力數量。集中治污設施污水、生活和工業廢水排放的綜合為產出指標中的廢水排放量。遼寧省各地區2010-2017年集中處理的生活和工業廢水重復量數據缺乏，所以對于該指標未考慮重復處理的生活和工業廢水量[12]。未避免名義GDP對地區生產總值的影響，地區實際GDP利用不變價格確定，各指標現狀值見表1。

表1 遼寧水資源利用效率評價體系

3 結果與分析

3.1 水資源利用效率的時間差異性

遼寧省14個地市2010-2017年水資源利用效率見表2，用水效率總體呈現出波動上升趨勢。其中，大連地區的用水效率總體處于1.00水平，這也表明該區域處于有效用水狀態，各項產出在投入要素不降低的情況下不存在等比例下降空間。除大連、營口、本溪和錦州地區外，其余地區的用水效率均呈現出不同幅度的波動型增長趨勢[13]。

根據表2計算結果，按照平均增長速率可將水資源利用效率劃分為>7%、<7%兩種類型。計算結果顯示，2010-2017年水資源利用效率超過7%的地區有6個，依次為丹東、遼陽、沈陽、朝陽、盤錦、阜新地區，這些地區的用水效率波動幅度大且提升速度較快，其中用水效率增速最快的為阜新地區。遼寧地區“十二五”期間的水利工程投資達到765億元，用水效率超過7%的地區中遼陽、阜新的生產總值增長率為12.68%、20.33%，農業重點發展區域為沈陽、沈陽和阜新地區。針對以上6個地區遼寧省水利廳于2015年編制了高效節水方案，從管理、資金和技術等方面加強了對這些地區的節水整治。由此表明，科研技術的進步、資金的支持和經濟水平的發展為提升以上地區水資源利用效率的關鍵原因。

表2 遼寧地區2010-2017年水資源利用效率變化

2010-2017年水資源利用效率<7%的地區有8個，如下兩個方面為引起用水效率增速過低的原因：其一，每年都能達到用水效率最優；其二，這些區域的用水效率增速過于緩慢，且呈現出下降變化特征。從表2可以看出，營口、大連、本溪和錦州地區的用水效率平均值處于0.96-1之間，且部分地區長期處于1.00水平。所以，可以將以上8個地區的用水效率按照0.96再次分類。

雖然營口、大連、本溪和錦州地區的用水效率增速均在7%以內，但上述8個地區的相對效率值一直處于0.96-1之間。錦州地區降水量豐富、水資源充沛，水資源相對效率處于有效狀態與豐富的資源稟賦條件密切相關。大連和營口地區具有明顯的工業發展優勢，為了加強對工業水污染現象的整治有關政府部門印發了《水污染防治工作方案》，強調以兩手發力、空間均衡、節水有效、系統治理為原則提升當地用水效率。本溪地區為大陸性季風氣候，年降水量處于700-1000mm之間，年均蒸發量1110.2mm。2015年，本溪地區完成節水灌溉約4180hm2，用于農業節水工程的建設投資6428萬元，當年完成節水量1106×104m3。

2010-2017年遼寧地區用水效率平均值<0.96且增速低于7%的地區有鞍山、葫蘆島、撫順、鐵嶺。一方面，大部分地區受自然條件影響，其蒸發量大且氣候干燥，如撫順地區的用水效率平均增長量為2.68%，當地經濟發展速度受水資源短缺的制約嚴重；地下水和大氣降水為鞍山地區水資源補給主要來源，季節性河流存在不穩定、水量小等特征，很容易導致河流干枯現象。另一方面，水資源利用效率在一定程度上也對經濟發展水平產生影響。根據遼寧省2017年統計年鑒，鐵嶺工業區的生產總值僅占遼寧的9.6%左右，該地區為東北地區重要的糧食生產基地，水資源供給持續緊張的現象時常出現。

3.2 水資源利用效率的空間差異性

從空間尺度上劃分用水效率數據(如表2)，發現經濟發展程度、科技水平和自然條件等因素均可對水資源利用效率產生影響，且各地區存在明顯差異性。水資源利用處于有效狀態的區域大部分位于遼寧省東南部低山丘陵區，與內蒙古高原相連的西部低山丘陵區仍存在較大的水資源平均效率提升空間。

鄧益斌等認為水資源利用效率在一定程度上受經濟發展水平的影響，文章所得結論與該研究成果一致。遼寧中部和東南部地區的科技水平較高、經濟較為發達，在不斷改革供給側結構的背景下顯著提升了水資源利用效率，污廢水的排放以及違法涉水行為等也得到嚴格的控制。較其他地區而言，西北部的科技水平和經濟發展明顯滯后，因此用水效率總體處于低等水平。趙良仕等提出水資源利用效率與資源稟賦之間存在一定的負相關性，如水資源較為充沛的葫蘆島地區處于無效用水狀態。可見，水資源較為豐富的地區其用水效率低下的原因為居民節水意識薄弱、農田采用漫灌模式等。反之，水資源匱乏的本溪地區，有關部門積極采取多項配套措施和農業節水工作，通過加強節水技術學習不斷提升用水效率。

3.3 對策建議

水資源利用效率受資源稟賦和當地經濟水平等要素影響，其變化趨勢存在空間和時間差異性，對此提出的對策如下：

1)2010-2017年，營口、大連、本溪和錦州地區的用水效率平均值均>0.96，達到水資源有效狀態。為提升水資源利用效率應借鑒這些區域的經驗，應采取增加水資源治理投資、發展各地特色經濟和引入先進的農業灌溉節水技術等措施。

2) 針對用水效率增速緩慢的地區，應重點提高鐵嶺、撫順、葫蘆島等地區的農田灌溉用水效率，合理調整當地產業結構和強化農戶節水灌溉意識，鼓勵和激勵節水灌溉工業企業或農戶。

3) 遼寧東南部地區用水效率明顯低于中部和西北部，遼寧中部應維持當前的用水效率，而東南部仍存在較大的用水效率提升空間，應嚴控工業廢水污染現象和加大水資源合理利用力度；科學技術、經濟發展等因素對西北部地區用水效率影響顯著，對此應加強與高用水效率地區的學習和加快經濟發展。

4 結 論

文章對遼寧各地區水資源利用效率采用數據包絡分析法DEA研究，在空間和時間尺度上揭示了水資源利用效率變化特征，結果顯示2010-2017年期間，遼寧地區的用水效率存在明顯差異性。從時間尺度的的角度，水資源利用效率總體表現出增長趨勢，用水效率增速超過7%的地區占40%，其它大部分地區的增速均在7%以下；從空間尺度的角度，用水效率最高的地區位于東南部，最低的區域為西部地區，為提升區域用水效率提出科學有效的建議措施。