基于DEA模型的長三角地區(qū)綠色用水效率分析

羅時(shí)純 華睿 宋安娜

摘要：選取2002—2017年長江三角洲區(qū)域（長三角地區(qū)）3省1市的用水總量、固定資產(chǎn)投資總額、就業(yè)人數(shù)、廢水排放量4個(gè)投入量及GDP產(chǎn)出量，構(gòu)造了DEA-Malmquist指數(shù)模型，結(jié)合環(huán)境因素對其綠色用水效率進(jìn)行了剖析。結(jié)果表明，3省1市的綠色用水效率在2010年和2015年處于明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，顯示出節(jié)水政策和水污染治理政策落實(shí)的重要性;研究期間TFP全要素指數(shù)大于1，但技術(shù)效率呈現(xiàn)不變甚至退步的趨勢，其中安徽省最為明顯。因此指出在落實(shí)節(jié)水政策、保證技術(shù)進(jìn)步、擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模的同時(shí)也要注重產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：綠色用水效率;DEA-Malmquist指數(shù);規(guī)模效應(yīng);環(huán)境保護(hù);長三角地區(qū)

Abstract： The total water consumption， fixed assets investment， employment figure， amount of discharged wastewater and GDP output of three provinces and one city in the Yangtze River Delta from 2002 to 2017 were choosed to construct the DEA-Malmquist index model. The green water efficiency of the provinces was analysed，combining with environmental factors. The result showed that year 2010 and year 2015 were two obvious turning points of green water efficiency in three provinces and one city， which showed the significance of water conservation and water pollution governance policy implementation; During the study period， TFP total factor index was greater than 1， but technical efficiency showed a regressive trend， especially in Anhui Province. Therefore， the provinces should pay attention to optimizing industrial structure while implementing water-saving policies， ensuring technological progress and expanding industrial scale.

Key words： green water efficiency;DEA and Malmquist index;economies of scale;environmental protection;Yangtze river delta region

長江三角洲區(qū)域（簡稱長三角地區(qū)）是中國經(jīng)濟(jì)開放程度最高、城市化水平以及人口密集度最高、政策最健全、成長速度最快的地區(qū)之一。2016年6月經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，皖江城市帶的8個(gè)隸屬于安徽的城市劃入長三角地區(qū)，國家提出要將長三角地區(qū)城市群建設(shè)成為擁有全球影響力的世界級城市群，著力打造改革新高地，爭當(dāng)開放新尖兵，構(gòu)筑生態(tài)環(huán)境新支撐，帶頭發(fā)展新經(jīng)濟(jì)，創(chuàng)造聯(lián)動發(fā)展新模式[1，2]。自此，上海市、江蘇省、浙江省和安徽省均成為長江三角洲不可分割的一部分。

長三角地區(qū)倚靠長江主干流，包含太湖及其周邊湖泊，占地面積廣，水資源總量豐富。但由于人口高度密集、城市建設(shè)用水需求量大，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展對當(dāng)?shù)丨h(huán)境承載能力造成很大的壓力。水質(zhì)惡化，污染嚴(yán)重的問題成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要原因之一[3]。與此同時(shí)，響應(yīng)國家“十三五”政策中的節(jié)水規(guī)定，將合理利用水資源、減少水資源消耗總量、提高綠色用水效率落到實(shí)處，成為該地區(qū)城市發(fā)展的重要突破點(diǎn)之一[4，5]。

如何以更少的水資源消耗換取更多的產(chǎn)品和服務(wù)輸出是研究用水效率的出發(fā)點(diǎn)。近年來，許多學(xué)者通過不同的方法對一些地區(qū)的用水效率進(jìn)行了研究，分析的范圍主要集中在國家整體和省級層面。在國家層面上，雷玉桃等[6]利用SFA模型對中國工業(yè)用水效率進(jìn)行了差異分析，并建立回歸方程來辨別其影響因素;李靜等[7]利用MINDS模型以及Tobit模型對中國工業(yè)用水效率及其影響因子的作用進(jìn)行了分析。在省級層面上，任俊霖等[8]利用超效率DEA模型和Malmquist指數(shù)對長江經(jīng)濟(jì)帶的省會城市用水效率進(jìn)行了研究，并總結(jié)出相關(guān)的影響因素;佟金萍等[9]從宏觀角度出發(fā)，利用超效率DEA-Tobit模型在流域?qū)用鏈y算了長江流域的農(nóng)業(yè)用水效率，并分析其效應(yīng);沈欣媛等[10]利用超效率DEA模型評價(jià)江蘇省各市的用水效率，分析了有效及無效地區(qū)的用水情況;史毅超等[11]利用DEA和Malmquist指數(shù)對浙江省的用水效率進(jìn)行了分析，從時(shí)間點(diǎn)的對比到動態(tài)比較，并引入了投入冗余量指標(biāo)。

通過對相關(guān)研究分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的用水效率研究主要從國家整體及省內(nèi)部進(jìn)行分析，大多未引入環(huán)境污染這一指標(biāo)。本研究將廢水排放量作為環(huán)境效應(yīng)的代表指標(biāo)，研究在環(huán)境約束下的綠色用水效率。通過分析長三角地區(qū)3省1市（上海市、江蘇省、浙江省和安徽?。┑挠盟什罹?，以尋求共同進(jìn)步的方法。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

1.1.1 DEA方法 DEA（Data envelopment analysis）即數(shù)據(jù)包絡(luò)分析，是用于評價(jià)決策部門之間相對有效性的一種研究方法。以生產(chǎn)前沿面為基礎(chǔ)，將多投入多產(chǎn)出的分式規(guī)劃問題利用模型變化成相對效率的線性規(guī)劃問題[12]。DEA減少了對多種變量之間綱的統(tǒng)一要求，變量之間的權(quán)重關(guān)系也可以忽略不計(jì)，將復(fù)雜的規(guī)劃轉(zhuǎn)變?yōu)樽顑?yōu)化的簡單求解。當(dāng)決策單元位于生產(chǎn)前沿面上時(shí)則可以判定該決策單元效率值為1，為有效單元;而其余的效率值小于1，為非有效單元。對于非有效單元可以從投入與產(chǎn)出兩個(gè)角度來求解出該單元的松弛變量，從而尋找到優(yōu)化的最佳途徑。因此DEA不僅可以評價(jià)各省的綠色用水效率，還可以尋找出最佳的改進(jìn)突破口。

DEA模型分為CCR和BCC模型兩種情況，其主要區(qū)別在于規(guī)模效應(yīng)。CCR運(yùn)行的前提是規(guī)模效益不變假設(shè)，即產(chǎn)出與投入同比例增加或減少。BCC則遵循規(guī)模報(bào)酬變化的假設(shè)，將綜合效益分解成規(guī)模效益和純技術(shù)效益兩部分。為避免因使用CCR模型出現(xiàn)分類一致性問題，防止與各地區(qū)綠色用水效率的規(guī)模報(bào)酬一般為可變期望的現(xiàn)實(shí)因素矛盾，加之本研究對象是在國內(nèi)GDP生產(chǎn)總值不變的情況下降低整個(gè)省的用水總量，因而選擇投入導(dǎo)向型的BCC模型[13]。其線性規(guī)劃為：

其中，[qi]表示第i個(gè)單位產(chǎn)出，[Q]表示總產(chǎn)出量，[xi]表示第i個(gè)投入，[X]表示總投入量，[λ]表示權(quán)重，[θ]表示投入角度的技術(shù)效率。

此外，考慮到國內(nèi)GDP產(chǎn)出量不是由用水總量一個(gè)要素所決定，故在測量綠色用水效率時(shí)還引入了固定資產(chǎn)投資總額、就業(yè)人數(shù)、廢水排放量 3個(gè)投入要素，從而構(gòu)造了一個(gè)多角度投入要素的框架。其中需指出的是，由于廢水排放量是伴隨用水總量的投入而產(chǎn)生的一種“副產(chǎn)品”，將其作為投入指標(biāo)進(jìn)行測算，視為水資源環(huán)境的投入成本即機(jī)會成本[14]。

1.1.2 Malmquist指數(shù) Malmquist指數(shù)法在動態(tài)效率變化趨勢的研究中使用偏多，由于可靈活轉(zhuǎn)換為較為簡潔的參數(shù)和非參數(shù)模型，因而十分適用于對多投入、多產(chǎn)出及面板數(shù)據(jù)的分析，同時(shí)測量出生產(chǎn)要素效率。全要素生產(chǎn)效率指數(shù)TFP可以進(jìn)行如下分解：

其中Effch為技術(shù)效率變化指數(shù);Tech為技術(shù)進(jìn)步變化指數(shù);Pech為純技術(shù)效率變化指數(shù);Sech為規(guī)模效率變化指數(shù)。

由于DEA模型對綠色用水效率的分析是靜態(tài)的，因此結(jié)合Malmquist 指數(shù)法的動態(tài)分析，能夠更加全面直觀地分析長三角地區(qū)綠色用水效率的變化情況。

1.2 數(shù)據(jù)來源

2002—2017年長三角地區(qū)3省1市用水總量、固定資產(chǎn)投入總額、國內(nèi)生產(chǎn)總值、廢水排放量及GDP指數(shù)均來自2003—2018年的《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》，其中廢水排放量是由工業(yè)廢水排放總量與生活污水排放總量相加得出。就業(yè)人數(shù)來自3省1市2003—2018年統(tǒng)計(jì)年鑒。固定資產(chǎn)投入總額和GDP均以2002年價(jià)格為基礎(chǔ)進(jìn)行了處理并匯總，最后運(yùn)用軟件Deap 2.1進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 長三角地區(qū)綠色用水效率評價(jià)

為考察長三角地區(qū)3省1市的整體用水情況，將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總，利用投入角度的BCC模型進(jìn)行綠色用水效率的測量及分析，結(jié)果如圖1、圖2和表1所示。

1）從時(shí)間來看，由圖1可知，2002—2010年，長三角地區(qū)用水效率呈現(xiàn)整體平穩(wěn)略微下降的趨勢，2010年綠色用水效率下降至0.990，次年開始上升。原因在于2011年是“十二五”計(jì)劃開始的第一年，是城市規(guī)劃用水關(guān)鍵性的一年。在此期間中國頒布了最嚴(yán)格的節(jié)水政策和環(huán)境污染治理政策，使得整個(gè)長三角地區(qū)居民的節(jié)水護(hù)水意識增強(qiáng)，綠色用水效率開始增長，呈現(xiàn)出動態(tài)性的上漲趨勢。還可以看出，2015年之后整個(gè)長三角地區(qū)的綠色用水效率增長速率較之前有了進(jìn)一步的提升。國家于2015年頒布了《水污染防治行動計(jì)劃》，提出“強(qiáng)化科技支撐”“提高用水效率，把節(jié)水目標(biāo)任務(wù)完成情況納入地方政府政績考核”等一系列行動計(jì)劃，將環(huán)境治理正式納入管理文件之中，為長三角地區(qū)的水資源管理提出了新的要求。2016年作為“十三五”計(jì)劃開始的第一年，長三角地區(qū)3省1市無論是技術(shù)條件還是環(huán)保意識都有了明顯的進(jìn)步，因而在2016年綠色用水效率開始提高。將圖1與圖2相比較可以看出，3省1市的綠色用水效率變化趨勢與整體趨勢相近。

2）從空間來看，浙江省的綠色用水效率最高。由表1可知，2002—2017年浙江省的綠色用水效率有12個(gè)年份，整體效率比較平穩(wěn)。主要因?yàn)檎憬∫恢币詠韺λY源嚴(yán)格管理。浙江省于2003年便開始在長興縣試點(diǎn)河長制，規(guī)范河流管理，為每一條河流甚至是溝渠配置管理者，根據(jù)各地區(qū)的不同水資源狀況進(jìn)行治理，對癥下藥。一方面為治理水污染提出了新的解決方案，嚴(yán)格控制河流廢水排放情況，責(zé)任到人;另一方面也規(guī)范了水資源的使用，促進(jìn)用水總量的控制。隨著河長制的試點(diǎn)，浙江省又在2004年開始了節(jié)水城市的試點(diǎn)工作，為全省的用水管理提供了參考依據(jù)。2007年更是響應(yīng)國家號召，頒發(fā)了《浙江省節(jié)約用水辦法》，優(yōu)化水資源配置，完善一體化改革，大力建設(shè)節(jié)水型城市，促使浙江全省綠色用水效率得到極大的提升?？梢钥闯稣憬〉乃Y源管理利用水平較為先進(jìn)，一直走在各?。ㄊ校┉h(huán)境治理的前列[15]。其他2省1市的水資源管理雖與浙江省存在差距，波動性較大，但由于國家政策的不斷推進(jìn)，各?。ㄊ校┮渤雠_了相應(yīng)的措施。上海市于2017年通過了《上海市水資源若干管理規(guī)定》，嚴(yán)格控制水資源的使用，并將河長制立法推廣，進(jìn)一步加強(qiáng)了長三角地區(qū)水污染聯(lián)合治理;江蘇省2003年頒布實(shí)施了《江蘇省水資源管理?xiàng)l例》，在水資源的管理及污染治理等方面均作出了規(guī)定，并于2017年和2018年進(jìn)行了兩次大規(guī)模的修訂，推動了整個(gè)江蘇省的水資源管理規(guī)范化。安徽省于2017年開始實(shí)施嚴(yán)格的水資源管理?xiàng)l例，對各市進(jìn)行考核并排名，提高了各市規(guī)范水資源管理的積極性。在各省（市）的不斷改進(jìn)下，整體的綠色用水效率均成良好發(fā)展態(tài)勢，有效單元也在逐步增加。

2.2 全要素生產(chǎn)率TFP分解

為了對長三角地區(qū)綠色用水效率進(jìn)行動態(tài)分析，對各年份的增長情況進(jìn)行比較，本研究利用Malmquist指數(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到2002—2017年整個(gè)長三角地區(qū)及各?。ㄊ校┑腡FP指數(shù)。所得結(jié)果如表2和表3所示。

1）從長三角地區(qū)總體情況（表2）來看，TFP增長率為7.90%，說明2002—2017年長三角地區(qū)綠色用水效率呈現(xiàn)整體上升的趨勢。其中綠色用水效率經(jīng)歷了兩個(gè)大幅增長時(shí)期，分別為2010—2011年和2015—2016年。這兩段時(shí)期分別處于“十二五”和 “十三五”規(guī)劃的初始年份，節(jié)水政策得到全面加強(qiáng)，同時(shí)節(jié)水技術(shù)及水污染治理水平也得到了提升。由表2還可以看出，技術(shù)進(jìn)步指數(shù)的變化趨勢與全要素生產(chǎn)率指數(shù)的變化基本一致，整個(gè)研究期間增長了8.40%。但波動也較為明顯，說明節(jié)水、水污染治理以及水資源管理政策沒有得到有效的執(zhí)行，計(jì)劃未落實(shí)到位，進(jìn)而無法形成穩(wěn)步上升的趨勢。

技術(shù)效率指數(shù)平均為0.996，降低了0.40%，分解成純技術(shù)效率指數(shù)和規(guī)模效率指數(shù)分別為0.998和0.997，均呈下降態(tài)勢。說明生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大并沒有為城市綠色用水效率的提高做出實(shí)質(zhì)性的貢獻(xiàn)，一味地規(guī)模擴(kuò)張反而不利于提升綠色用水效率，影響城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。擴(kuò)大城市生產(chǎn)規(guī)模需配合產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的同步優(yōu)化，過分重視前者而忽視后者，不利于城市的健康發(fā)展。

2）從長三角地區(qū)3省1市TFP（表3）具體來看，2002—2017年，TFP指數(shù)均大于1，且浙江省以11.00%的增速位列第一。上海市與江蘇省TFP增長率相近，安徽省的TFP增長率最低，為5.50%，其增長主要由技術(shù)進(jìn)步帶來的。3省1市的技術(shù)效率變化指數(shù)均小于或等于1，由此可見3省1市的規(guī)模效應(yīng)對綠色用水效率未起到促進(jìn)作用，相反在一定程度上帶來了不良影響，其中安徽省的技術(shù)效率指數(shù)下降最為明顯。且不容忽視的是，雖然浙江省TFP指數(shù)增長最為迅速，但其技術(shù)效率指數(shù)也處于下降趨勢，因此可見兩個(gè)省份在擴(kuò)張生產(chǎn)規(guī)模的同時(shí)均未能優(yōu)化好相關(guān)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，過度依賴傳統(tǒng)的第一、第二產(chǎn)業(yè)。值得肯定的是，得益于科技水平進(jìn)步，先進(jìn)的節(jié)水技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，加上政府節(jié)水強(qiáng)制措施的出臺，環(huán)境治理水平穩(wěn)步提升，為各?。ㄊ校┚G色用水效率進(jìn)步做出了巨大貢獻(xiàn)?？傮w而言，整個(gè)長三角地區(qū)缺乏統(tǒng)一的生產(chǎn)規(guī)劃，各省（市）相關(guān)節(jié)水策略及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等均有待加強(qiáng)。

3 結(jié)論與建議

利用DEA-Malmquist模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對長三角地區(qū)3省1市的綠色用水效率及TFP指數(shù)變化進(jìn)行了計(jì)算與分析，得出如下結(jié)論并提出解決對策。

1）根據(jù)DEA模型的分析可知，長三角地區(qū)的綠色用水效率在近年來有了極大的提升，其中浙江省的綠色用水效率最高，起勢也更為平穩(wěn)，這一成果的取得有賴于浙江省嚴(yán)格的水資源管理制度以及節(jié)水城市試點(diǎn)產(chǎn)生的示范效應(yīng)。另外2省1市的綠色用水效率波動較大。因而在“十三五”規(guī)劃接近尾聲時(shí)期，各?。ㄊ校?yīng)該積極響應(yīng)國家節(jié)水號召，落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理政策，具體到市（縣）甚至村，落實(shí)到人。首先落實(shí)河長制嚴(yán)格控制水環(huán)境治理，一方面規(guī)范企業(yè)廢水排放條例，減少工業(yè)廢水的排放，另一方面規(guī)范沿河地帶居民生活污水、養(yǎng)殖牲畜產(chǎn)生的廢水隨意排放現(xiàn)象;其次要擴(kuò)大試點(diǎn)節(jié)水城市規(guī)模，推進(jìn)節(jié)水以及水環(huán)境保護(hù)的宣傳力度，擴(kuò)大環(huán)保意識傳播范圍;最后要加大企業(yè)和居民水資源管理懲罰措施，利用政策規(guī)范用水，讓浪費(fèi)水資源、破壞水環(huán)境的行為無處遁形。總而言之，要讓各?。ㄊ校┰谕七M(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，加強(qiáng)相關(guān)管理部門的作用，控制用水總量，減少廢水排放量，追求綠色用水效率平穩(wěn)提升。

2）根據(jù)Malmquist指數(shù)分析的相關(guān)結(jié)果來看，安徽省的TFP增長率最低，說明其綠色用水效率沒有得到相應(yīng)的提高，這主要是由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)未能跟上規(guī)模擴(kuò)張。其他2省1市的TFP提升明顯，說明這2省1市在節(jié)水政策的落實(shí)與技術(shù)進(jìn)步方面做出了很大的努力，其中浙江省最為突出。同時(shí)長三角地區(qū)3省1市的技術(shù)進(jìn)步指數(shù)均大于1，處于增長態(tài)勢，而技術(shù)效率指數(shù)總是小于或等于1。說明有效提升長三角地區(qū)綠色用水效率的關(guān)鍵點(diǎn)在于優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，降低對一二產(chǎn)業(yè)的依賴程度;加強(qiáng)人才引進(jìn)力度，追求與規(guī)模變化相匹配的技術(shù)提升;拒絕盲目追求規(guī)模效應(yīng)，避免由于一味的擴(kuò)張而導(dǎo)致效率下降或停滯不前;將產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由粗放型向集中型演變，從而促進(jìn)技術(shù)效率的提升。

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