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.河海大學商學院，江蘇 南京 211100； 2.河海大學企業管理學院，江蘇 常州 213022)

現階段，我國存在水資源利用效率低、環境污染嚴重、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黨第十九次全國代表大會報告中，倡導“加快生態文明體制改革，建設美麗中國”的理念，旨在促進改善水生態環境，實現社會、經濟和環境的協調發展。

通過測算水資源利用效率值可以提高用水效率。目前學術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出要素的單要素效率評價法[3]，即期望產出一定，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、設備和能源等要素息息相關，所以在單要素評價法基礎上拓展投入指標維度，主要有隨機前沿法(SFA)[4]和數據包絡法(DEA)[5]，兩者共同點是產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。第四階段是從靜態角度考慮水資源利用效率值，部分學者引入ML指數，綜合評價水資源利用效率值[8-11]。

綜上所述，目前學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、產出指標均是資本、勞動力、資源總量和GDP，且將GDP作為唯一產出指標，得出資源利用效率與經濟發展水平不呈正相關關系的結論。但是現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，缺乏同時考慮經濟、環境和社會相關投入要素的研究分析，尤其缺乏對社會發展因素的探究；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境污染問題，造成綠色水資源利用效率值偏高；③現有研究在投入產出端評價指標建立不夠全面，缺少科學性；④缺少對水資源時空分布差異的統籌性研究。

鑒于此，本文根據除西藏外30個省市自治區2008—2016年的面板數據，拓展指標維度，在投入端加入能源消耗量指標，期望產出端加入HSDI指數指標，非期望產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和靜態變化，選取ML指數測算其動態效率，在分析時間差異的基礎上，采用泰爾指數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

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

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

2 模型方法與數據來源

2.1 SBM模型

測度效率值根據是否已知生產函數的具體形式可分為參數法和非參數法，參數法以隨機前沿分析法(SFA)[3]為代表，非參數法以數據包絡分析法(DEA)[5]為代表。SFA法僅適用于多投入單產出的情況，而DEA法與SFA法相比，優點在于無需考慮投入、產出指標之間的函數關系，避免了人為主觀因素的影響，是一種在多投入、多產出狀態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。

傳統的DEA法在測度效率上容易產生變量松弛現象，且忽視了非期望產出帶來的影響，結果存在虛高的現象。Tone[13]將目標函數加入松弛變量，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。

2.2 ML指數模型

ML指數的理論基礎是基于環境技術可行性集合方向性距離函數理論[11]。與傳統的Malmquist全要素生產率指數模型相比，ML指數拓展了測算維度，可以測算因環境污染產生的非期望產出。孫才志等[10-11]利用ML指數法測算長江經濟帶綠色水資源利用效率，均涉及非期望產出的影響。

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

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

Dt(xut,yut,zut,gut)=maxβ

(3)

(4)

ECTC

(5)

式中：EC為技術效率變化指數；TC為技術進步變化指數，以1為評價標準。

2.3 泰爾指數

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

(6)

(7)

(8)

(9)

2.4 指標選取和數據來源

研究全國30個省市自治區2008—2016年的綠色水資源利用效率，從經濟、社會和環境3個維度，建立7個指標，將指標劃分為投入型指標和產出型指標兩類。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、實際固定資產投資和就業人數；產出型指標分為期望產出和非期望產出，用GDP、HSDI指數、廢水排放量來衡量。具體指標說明如下，數據均來自2008—2016年各省統計年鑒。

a. 用水量。以2008—2016年水資源消耗總量作為資源投入指標。

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

c. 實際固定資產投資。指通過貨幣已經建造和購置固定資產活動的工作量。

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生的水資源量。

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

f. HSDI指數。基于聯合國開發計劃署提出的人類發展指數(HDI)，在“預期壽命、教育水準和生活質量”3項基礎變量的基礎上加入環境影響因素，構建人類可持續發展指數(HSDI)[14-15]，將其作為社會期望產出之一。數據還來自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為人類可持續發展指數；H1為預期壽命指數；L為各地區人口出生時的預期壽命數；H2為教育發展指數；K為綜合毛入學率，其中小學、中學、大學入學率各占1/3；A為成人識字率；H3為GDP指數；G為人均GDP；H4為環境影響指數；I為環境損耗指數，根據人均廢水排放量、人均工業固體廢物排放量、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。以工業污水排放和生活污水排放之和衡量，作為非期望產出指標。數據還來自2008—2016年各省的環境年鑒。

3 實證分析與結果

3.1 綠色水資源靜態效率測度

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果見表1，數值越大效率越高。

將30個省市自治區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、內蒙古自治區、廣西壯族自治區，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、新疆維吾爾自治區。

總體而言，2008—2016年各省市自治區綠色水資源利用效率呈現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)2008—2016年綠色水資源利用效率

利用效率出現回升，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經濟發展水平大致呈現線性關系。原因可能在于東部降水豐富，技術水平高，人們環境保護意識顯著，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《中國環境政策》的頒布在一定程度上遏制了廢水排放等環境問題，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 分地區綠色水資源利用效率變化趨勢

從單個省分析，含非期望產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，水旱災害頻發，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為主，第二大經濟來源是農業，節水潛力巨大。

從綠色水資源利用效率分解來看，2008—2016年規模效率、技術效率、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，各省市自治區盲目推廣，物極必反造成來年規模減小。綜合效率和技術效率基本呈同步變化，可以推斷出技術因素是影響中國30個省市自治區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指數綠色水資源動態效率分析

根據2008—2016年各省市自治區的面板數據，利用DEA Slover軟件計算綠色水資源利用效率的ML指數，得到綠色水資源利用效率的動態變化趨勢，結果見圖3、圖4。由圖3可知，各省綠色水資源綜合效率呈現下降-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，個別年份ML指數相對較低。

圖3 2008—2016年ML指數趨勢

圖4 2008—2016年各省市自治區平均ML指數

從圖4可以看出，對于大部分省市自治區而言，ML指數平均值大于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、寧夏回族自治區和新疆維吾爾自治區除外。ML均值最大的是遼寧省，最小的是山西省。

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

綜合圖3～5的結果，發現ML指數大于1的年份高于75%，說明我國綠色水資源利用效率呈現正常趨勢，這是由于國家推廣綠色水資源利用，增加了環境效益，實現了社會-經濟-環境的可持續發展。

圖5 2008—2016年各區域ML指數平均值

3.3 綠色水資源時空差異分析

利用泰爾指數分析東部、中部和西部對綠色水資源利用效率的貢獻率，結果見表2。

從表2可以看出，根據泰爾指數的分解結果，地區內部綠色水資源利用效率差距加大，地區之間差距較大，占65.175%，即地區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內部的差異，但也不能忽視地區之間差異。

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，各省市自治區省際間綠色水資源利用效率上升趨勢出現錯差，這種錯差在區域層面得到了很好的體現，在泰爾指數分解結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 全國經濟用水量泰爾指數分解值

4 結論與政策啟示

4.1 結論

a. 從時間維度分析，各省市自治區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，東部相比其他區域對綠色水資源利用效率總體差距貢獻影響最大。

c. 從驅動因素分析，技術效率和規模效率是影響綠色水資源利用效率的重要因素，規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，但不是主要驅動因素。技術效率是影響綜合效率的重要指標，技術水平的提高可以促進農業節水以及減少工業污水排放量，較大程度實現水資源的綠色可持續利用。

4.2 建議

a. 合理開發，科學利用。我國水資源分布時空不均，水資源開發量必須滿足水資源可持續利用的基本要求，廢水排放量不能過高依賴于環境對廢水的稀釋自凈能力，以實現經濟、環境和社會的協調發展，貫徹落實科學發展觀。南水北調工程可以對水資源的配置進行優化，是解決區域性水資源匱乏的一項戰略性措施。可以將部分調運水量作為環境、生態等用水，但不能將其全部用于生活、工業及農業，以避免出現調水量愈多，用水量愈增多，污水排放量也隨之增加的困局。

b. 提高技術效率，加大節水技術改造。技術效率是影響我國綠色水資源利用效率的重要指標。①工業生產普遍存在綠色水資源利用效率不高、耗水量較大等問題。調整產業結構、升級改造現有技術及淘汰落后產品等方法不僅可以降低工業用水量，還可以提高水的重復利用率并降低工業廢水排放量，從而減少工業污染，降低生產成本。②農業應大力推動科學灌溉技術，實現智能灌溉、有效節水，同時提高農民節水意識。

c. 建立河長制，實施“五水共治”。全面實施水污染管理治理、水資源生態修復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。強化水資源管理，緊抓“治污水、防洪水、排澇水、保供水、抓節水”，完善監測、監控設施。山丘區中小流域內鎮區防洪控制斷面宜設置水位、流量監測設施，平原河道內防洪控制斷面、重要圩區、重要水利工程等處宜設置水位監測設施。