江西省水資源利用效率時空演變及其影響因素

吳向東 許新發 成靜清 溫天福 劉章君 吳佳琪

摘要：提高水資源利用效率是解決區域用水矛盾和水污染的有效途徑，對推動水資源節約集約利用具有重要意義。利用非期望產出超效率SBM模型，測度了江西省11個地級市2010～2018年水資源利用效率，分析了其時空演變特征;并運用Tobit模型，分析了影響水資源利用效率的主要因素。結果表明：① 江西省城市水資源利用效率整體呈波動上升趨勢，由2010年的0.800波動上升至2018年的0.813;② 各地市水資源利用效率差異明顯，南昌市、鷹潭市、新余市水資源利用效率大于1.00，吉安市、宜春市、景德鎮市水資源利用效率偏低，景德鎮市效率最不穩定;③ 環境約束力、經濟發展水平對水資源利用效率提升具有顯著正向促進作用，水資源稟賦高、第一產業比重增加、城鎮化建設則抑制水資源利用效率的提升。根據研究結果，建議江西省應根據各地經濟發展實際情況有針對性地制定水資源管理政策，嚴格監測環境污染物的排放。

關 鍵 詞：水資源利用效率; 時空演變; 非期望產出; 超效率SBM模型; Tobit回歸; 江西省

中圖法分類號： TV213.4

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.12.014

0 引 言

水資源是維持生物多樣性、生態平衡和社會經濟發展的基礎。隨著經濟持續增長和城市化的快速推進，不合理、粗放型的水資源利用導致水污染和水資源短缺問題日益凸顯，而提高水資源利用效率，推動水資源節約集約利用是必然選擇。開展城市水資源利用效率評價并分析其區域時空特征及影響因素，有利于推動區域水資源節約集約利用。水資源利用效率涉及到社會經濟的多個方面，其實質反映的是生產投入成本與產出水平之間的比例關系，具有多指標投入、產出及多指標綜合決策的特點。因此，從投入與產出角度給水資源利用效率測度帶來了更多的選擇，許多學者對此開展了大量研究。比如孫秀秀等[1]采用投入產出表評價了山東省三大產業用水效率及其變化情況;龐慶華等[2]和李嘉琪等[3]基于數據包絡分析（data envelopment analysis，DEA）模型，從投入和產出角度，分別對全國七大流域水資源利用效率和長江經濟帶城市生態效率進行了科學評價;鄭樂等[4]從工業方面選取多個投入和產出指標評價了寧夏工業用水效率;朱達等[5]從社會經濟和水資源方面分別選取5個投入指標和6個產出指標，對中國31個省會城市的用水效率進行了評價;雒占福等[6]以中國290個地級市為研究對象，從城市供水多指標投入和產出角度評價了城市供水的綜合效率。

目前，數據包絡分析（DEA）模型由于具有事先無須考慮指標的主客觀賦權和無量綱化前處理，便可測度決策單元（decision making unit，DMU）多指標投入與產出相對效率等方面的優勢，而被廣泛應用于水資源利用效率評價[5，7-8]。推動區域水資源節約集約利用的關鍵是在提高水資源利用效率的同時，盡可能地降低污廢水排放等不符合人類期望的產出。Andersen等[9]于1993年提出了超效率DEA模型，Tone[10]將水污染排放物等不符合人類期望的指標作為非期望產出，對超效率DEA模型做了進一步拓展，提出了非期望產出的超效率數據包絡分析（slacks based measure，SBM）模型，納入非期望產出的超效率數據包絡分析可以更加科學客觀地評價水資源利用效率，近年來得到了廣泛應用。比如秦騰等[11]將氨氮排放量作為非期望產出指標評價了全國省際水資源利用效率，發現水資源利用效率存在顯著的空間關聯網格局;劉曉君等[12]運用超效率模型，將COD排放量作為非期望產出指標，對西部省份用水效率及其動態演進特征進行了分析。張煒等[13]將廢污水排放量作為非期望產出要素，采用超效率SBM 模型，評價了2009～2015年陜西省城市水資源利用效率。劉渝等[14]以農業氨氮和COD排放量作為雙變量非期望產出，對農業水資源與環境效率進行了評價。

由于數據包絡分析模型測度的水資源利用效率均是大于0的，因此對水資源利用效率的分析往往是一個角點解的問題。于是，已有研究利用Tobit回歸模型，將下界設置為0來對水資源利用效率進行影響因素分析。比如應卓暉等[15]采用SBM-DEA 和Tobit 模型，對河南省用水效率影響因素進行實證分析，結果發現第二產業比重增大會正向促進水資源利用效率的提升，農業用水比重增加會起反向抑制作用。丁緒輝等[16]從經濟發展水平、水資源稟賦等方面，運用Tobit 模型，分析了省（市）間水資源利用效率的影響因子。

江西省作為長江經濟帶重要省份之一，對長江中下游生態安全起著重要的屏障作用，科學評價水資源利用效率，對推動江西省水資源節約集約利用，維持江西省經濟持續增長與生態優勢具有重要意義。已有學者對江西省水資源利用效率進行了研究[17-18]，但評價過程均沒有考慮與水資源利用效率有關的環境變量。為此，本文采用非期望產出導向的超效率SBM模型，對江西省11個地級市2010～2018年的水資源利用情況進行評價，以探討江西省城市水資源利用效率及其時空動態演變的趨勢;并從資源稟賦、經濟環境、政策約束3個方面選取相關變量進行Tobit回歸分析，來探究水資源利用效率的主要影響因子，以期為江西省水資源節約集約利用提供決策依據。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究方法

1.1.1 超效率SBM模型

在生產過程中，通常希望污染物排放等對環境產生危害而不符合人類期望的產出越小越好。非期望產出超效率SBM模型可綜合考慮投入、產出及伴生的污染物排放等非期望產出，而且能夠有效對處于前沿面的決策單元（DMU）作出進一步評價，以區分有效DMU之間的效率差異。模型構建如下：

minρ=1mmi=1xxik1r1+r2（r1s=1yd/ydsk+r2q=1yu/yuqk）（1）

s.t.x-≥nj=1，j≠kxijλj;yd≤nj=1，j≠kydsjλj;yd≥nj=1，≠kydqjλjx-≥xk;yd≤ydk;yu≥ykuλj≥0，i=1，2，…，n，j≠0s=1，2，…，r1;q=1，2，…，r2（2）

上述式中：假設決策單元（DMU）為n個，m為每個DMU的投入要素，r1為期望產出，r2為非期望產出，x為投入矩陣中的元素，yd為期望產出矩陣中的元素，yu為非期望產出矩陣中的元素，ρ為水資源利用效率目標值。

1.1.2 Tobit模型

由數據包絡分析方法得到的水資源利用效率除了受選定的投入、產出指標的影響，還會受到其他多種因素的影響，因此，本文將繼續對水資源利用效率的影響因素進行研究。基于超效率SBM模型測度得到的水資源利用效率值均大于0，此時的效率值是左側受限的截斷變量，直接采用最小二乘法進行回歸分析會使參數估計產生偏差，而Tobit 模型[16]可以較好地解決因變量受限的回歸分析問題，于是考慮采用Tobit 模型來檢驗水資源利用效率的影響因素。可將超效率SBM模型測度得到的水資源利用效率值作為被解釋變量，各項影響因素作為解釋變量來構造回歸模型。模型構建如下：

T=0， T′≤0

α+βxi+εi， T′>0（3）

式中：T′為潛在因變量向量，即水資源利用效率測度值;T為截斷因變量向量;α為截距項向量;xi為自變量向量;β為系數向量;擾動項εi獨立且服從正態分布，εi～N（0，σ2）。

1.2 指標選取與數據來源

1.2.1 超效率SBM模型的指標選取

水資源利用效率是指水資源、資本和勞動力等生產要素的投入與其經濟、環境產出的比率[19]，本質上是以盡可能少的水資源投入來獲得盡可能大的經濟產出和生態保護。參考鞏燦娟[20]、劉曉君[12]、Pan[21]等研究成果中的指標體系，考慮數據的可獲取性，最終以固定資產投資額、全社會從業人員、總用水量作為投入指標，以GDP作為期望產出指標，以COD排放量作為非期望產出指標，構建水資源利用效率測度的指標體系（見表1）。

1.2.2 數據來源

各指標體系的數據來源于歷年《江西統計年鑒》和《江西省水資源公報》，并由各市統計年鑒或水資源公報進行補充，最終整理匯總得到2010～2018年江西省11個地級市的面板數據來進行水資源利用效率分析。

2 結果與分析

2.1 江西省城市水資源利用效率時序變化

2.1.1 水資源利用效率階段性變化特征

利用非期望產出的超效率SBM模型，采用DEA-SOLVER Pro5.0軟件，對江西省11個地級市2010～2018年的水資源利用效率進行測度，測度結果如表2所列。從水資源利用效率整體變化來看，2010～2018年，江西省水資源利用效率整體呈波動上升的趨勢，由2010年的0.800上升到2018年的0.813，這與羅勇等[18]采用模糊評價法得出的江西省水資源綜合利用能力整體呈上升趨勢的結論基本一致。從各年測度結果來看，可分為2010～2012年，2013～2015年和2016～2018年3個階段變化特征。其中：① 2010～2012年，水資源利用效率整體呈上升趨勢，在2012年水資源利用效率達到最高，反映出該階段經濟發展迅速、國內生產總值高速增長提升了水資源利用效率。② 2013～2015年，水資源利用效率開始下降，2015年整體效率達到最低值0.731，反映出該階段經濟發展粗放、水資源利用結構不合理，與水資源利用相伴的生態環境問題凸顯。③ 2016～2018年，水資源利用效率又開始逐步回升，自十八屆五中全會提出創新、協調綠色、開放、共享的五大發展理念后，江西省著力推進鄱陽湖流域等生態文明建設，注重經濟綠色發展，各地開始注重水資源節約集約利用和水污染治理，水資源利用效率得到整體回升，但是與長江經濟帶沿岸省份相比[22]，整體效率低于平均水平，仍有待進一步提升。

2.1.2 水資源利用效率的時序異常值分析

為進一步分析江西省各地市水資源利用效率的時序演變趨勢，利用SPSS18.0繪制了江西省11個地級市水資源利用效率箱體圖，通過箱體圖來直觀地展示各地市水資源利用效率的分散狀況，箱體和線段越短，則水資源利用效率分布越集中，反之則分布越分散。分析箱體圖中極大異常值出現的原因，可以為各地水資源利用效率提升提供更好的借鑒;分析極小異常值出現的原因，則可以為有效避免水資源利用效率大幅降低提供參考[20]。

由圖1可以看出，江西省部分地市的水資源利用效率離散程度高、變化較大。贛州市、景德鎮市、上饒市和宜春市2010～2018年的水資源利用效率離散程度高，其中，景德鎮市水資源利用效率離散程度最高，說明該市的水資源利用效率最不穩定。南昌市、萍鄉市、新余市、鷹潭市和撫州市的水資源利用效率分布相對集中，效率相對穩定，其中，鷹潭市的水資源利用效率離散程度最小，效率最穩定。

圖1中共出現4組異常值，分別出現在贛州市、吉安市、九江市和南昌市。其中，贛州市異常值出現在2010年和2011年，說明贛州市水資源利用效率整體在下降;吉安市、九江市、南昌市在2018年均出現異常值，吉安市和南昌市則在2018年出現了極大異常值，說明這3個市的水資源利用效率在上升。究其原因，贛州市在其他變量正常變動的情況下，污廢水排放等非期望產出增加，2013年城市污水處理率降幅較大，由2012年的63.1%降低至45.7%，因而出現了水資源利用效率大幅下降。2018年吉安市GDP增長幅度相對較大，而且城市污水處理水平有了大幅提高，因而出現了水資源利用效率極大異常值;但是，吉安市水資源利用效率整體水平低于其他城市，需要在加強市域生態環境保護的同時，著力提高經濟發展水平。2018年，南昌市和九江市通過建設水生態文明試點和節水型城市，在大力發展經濟的同時，通過不斷優化產業結構，提高城市污水處理率以降低非期望產出等措施來提高水資源利用的產出效率，因而出現了水資源利用效率極大異常值。

2.2 江西省水資源利用效率空間格局演變

為準確地刻畫江西省城市水資源利用效率的空間差異特征，采用雷達圖進行分析。從圖2可以看出：① 2010～2012年，江西省各地市水資源利用效率差異明顯，多數城市水資源利用效率年變化幅度較大，吉安市水資源利用效率最低;② 2013～2015年，江西省各地市水資源利用效率年差異呈縮小趨勢、區域差異增大，贛州市、吉安市和宜春市水資源利用效率較上一階段有較大的降幅;③ 2016～2018年，江西省各地市水資源利用效率年變化幅度增大、區域差異呈縮小趨勢。

為進一步比較江西省各地市水資源利用水平，參照文獻[20]，將各地市水資源利用效率劃分為低水平（0.3～0.5）、較低水平（0.5～0.7）、較高水平（0.7～0.9）和高水平（0.9～1.3）4類，各地市水資源利用效率劃分結果及其空間分布如圖3所示。總體來看，2010～2018年江西省各地市水資源利用水平存在明顯的區

域差異，整體呈現為新余市>南昌市>鷹潭市>景德鎮市>萍鄉市>贛州市>九江市>撫州市>上饒市>宜春市>吉安市的空間分布特征。其中，新余市水資源利用水平最高而且保持穩定，景德鎮市水資源利用效率波動最大，吉安市的水資源利用水平最低;根據傳統的區劃，江西省水資源利用效率呈現贛北地區（南昌市、九江市、新余市、鷹潭市、上饒市、景德鎮市、宜春市、萍鄉市）>贛南地區（贛州市）>贛中地區（吉安市、撫州市）的空間格局特征，從2010～2018年水資源利用效率空間分布的演變來看，高水資源利用效率區域逐漸向經濟水平高的贛北地區集聚。

從圖3可以看出：2010年，水資源利用效率高水平的有新余市、南昌市、鷹潭市和贛州市4市。新余市、鷹潭市、贛州市都屬于資源型城市，鋼鐵、銅、稀土產業發達，而南昌市為省會城市，經濟在省內最發達，以上4個城市在同等水資源總量投入下，產生的經濟效益相對較大，水資源利用效率明顯高于其他城市。水資源利用效率處于較高水平的為萍鄉市和景德鎮市，較低水平的為九江市、上饒市、宜春市和撫州市4市。2012年和2015年贛州市水資源利用效率明顯下降，且降低為較低水平，景德鎮市水資源利用效率2012年上升為高水平，2015年又降低為較高水平;其余各地市的水資源利用效率空間分布與2010年相似，但整體呈波動下降的趨勢，這可能與各地經濟較快增長的同時忽視了資源投入冗余、

環境污染等問題有關。2018年水資源利用效率整體明顯回升，全省不存在水資源利用效率低水平的城市，均上升為較低水平以上。水資源利用效率發生明顯變化的有九江市、上饒市和吉安市。具體來看，九江市和上饒市上升為較高水平，吉安市由低水平上升為較低水平。

研究期間，江西省城市水資源利用效率在不斷發生變化，各地市水資源利用效率內部差異逐漸縮小，正在由非均衡向均衡演變，體現出各地市發展方式的轉變，從以往單一追求經濟高速發展而忽視生態環境保護的低質量發展方式，正逐漸向生態環境保護、高質量發展的方向轉變。

2.3 基于Tobit模型回歸分析水資源利用效率影響因素

上述研究中，采用非期望產出超效率SBM模型測度了江西省11個地市2010～2018年水資源利用效率，并分析了各地市水資源利用效率的時空演變規律。為了進一步探究江西省水資源利用效率的影響因素，根據現有研究成果和可獲得的數據，采用Tobit回歸模型，從資源稟賦、經濟環境、政策約束3個方面來分析水資源利用效率的影響因素。

2.3.1 Tobit模型變量選擇

在資源稟賦方面，參照劉曉君[12]、丁緒輝等[16]的研究成果，選取人均水資源總量（Total water resources per capita，TWRPC）作為解釋變量，反映各地水資源稟賦差異對水資源利用效率的影響。

在經濟環境方面，選取經濟規模、產業結構、城鎮化作為3個解釋變量，用各地人均GDP（Per capita GDP，GDPPC）表示經濟規模;對于產業結構，考慮到南方地區農業用水占比最高[23]，對水資源利用效率影響效應高，因而以各地第一產業產值占總產值比重（Proportion of primary industry，PPI）表示。鞏燦娟等[20]研究表明，城鎮化推進對城市水資源利用具有顯著負向影響，因此，本文選取城鎮人口占總人口比重（Proportion of urban population，PUP）來反映城鎮化的影響。

在政策約束方面，將城市污水處理率（Urban sewage treatment rate，USTR）作為解釋變量，以反映環境規制對水資源利用效率的影響。其中，人均水資源總量、人均GDP的數值相對較大，采用其自然對數值（ln（人均水資源總量）和ln（人均GDP）），以平滑異方差帶來的波動影響。Tobit模型變量如表3所列。

2.3.2 Tobit模型及回歸分析結果

考慮解釋變量和Tobit模型，水資源利用效率和影響因素之間的關系如下：

Ti，t=α+β1ln（TWRPCi，t）+β2ln（GDPPCi，t）+

β3PPIi，t+β4PUPi，t+β5USTRi，t+εi，t

（4）

式中：Ti，t為i地區t年水資源利用效率值;β1，β2，β3，β4，β5為影響因素的回歸系數;α為回歸方程的截距項;εi，t為隨機誤差。Tobit模型回歸結果可利用STATA軟件，采用最大似然估計法進行估計，結果如表4所列。

從表4的回歸結果來看，人均水資源量對水資源利用效率呈顯著負向影響，這說明水資源稟賦高的地區，人們節水意識往往不足，對水資源利用效率提升有顯著抑制作用。人均GDP對水資源利用效率具有顯著正向影響，這意味著經濟社會發展水平提升有力地提升了當地技術水平，進而促進了水資源利用效率的明顯提升。第一產業比重對水資源利用效率呈負向影響，這表明第一產業比重增加將造成水資源利用產值降低，需要進一步優化產業結構來提升水資源利用效率。城鎮人口比重對水資源利用效率呈顯著負向影響，這說明各地在不斷推進城鎮化的進程中，水資源消耗與污廢水排放導致的生態環境負效應不斷增加，進而對水資源利用效率提升起明顯抑制作用。城市污水處理率對水資源利用效率呈顯著正向影響，這表明各地環境約束力的提升極大地促進了水污染治理和生態環境保護能力，產生了較為正向的生態環境效益，有力地提高了水資源利用效率。

綜合來看，環境約束力增強、社會經濟發展水平的提高，均對水資源利用效率提升具有正向促進作用，需要進一步加強;相反，水資源量豐富、第一產業比重增加、城鎮化水平提升不利于水資源利用效率提升，這要求在日常水資源管理過程中需加大節水宣傳力度，著力探索南方豐水地區節水模式，以減少水資源浪費和污廢水排放，同時需注重城鎮化建設質量。

3 結 論

借助于超效率SBM模型來測度2010～2018年江西省11個地市水資源利用效率，并分析水資源利用效率的時序變化和空間演變特征;利用Tobit回歸模型，分析了江西省城市水資源利用效率的主要影響因素，可以得出以下結論。

（1） 從時間序列看，江西省水資源利用效率整體呈波動上升趨勢，由2010年的0.800上升到2018年的0.813;其中，8個地市的水資源利用效率與整體變化趨勢相一致，均呈現波動上升趨勢，不同的發展階段各地市水資源利用效率變化不同。

（2） 從空間變化看，江西省各地市的水資源利用效率存在著明顯的區域差異，南昌市、鷹潭市、新余市的水資源利用效率相對較高，吉安市、宜春市、景德鎮市的水資源利用效率相對偏低，景德鎮市效率最不穩定。隨著生態保護優先、高質量發展需求的提出，江西省城市水資源利用效率內部差異正逐漸縮小，由非均衡逐漸轉向均衡。

（3） 從水資源利用效率影響因素分析結果看，環境約束力、經濟發展水平對水資源利用效率提升具有顯著正向促進作用，第一產業比重、水資源量豐富、城鎮化建設則對水資源利用效率提升具有抑制作用。

基于上述研究結果可知：江西省的水資源利用效率整體水平依然不高，而且時空變異性較強，江西省應結合自身水資源稟賦特點，貫徹新發展理念，優化產業結構，加強水資源集約節約利用和水污染防治等技術創新，以全面提升水資源利用效率，具體應包括：

（1） 加強科技創新，促進水資源高效利用。比如贛州市、新余市、鷹潭市等地應注重生態效應，制定合理的用水效率管控目標，促進有色金屬開采與冶煉用水工藝改進，提高水循環利用率;宜春市、吉安市等地應優化農業產業結構，大力發展節水灌溉農業;南昌市、九江市等地應不斷優化工業產業結構，淘汰高耗能等落后產業，積極布局發展高新技術產業。

（2） 不斷創新節水宣傳教育。全面落實國家節水行動，健全用水定額體系，開展工、農業等領域合同節水管理，在高耗水行業尋求水效領跑者突破，努力打造節水標桿企業和標桿園區，培養和提高大眾節水意識，減少水資源浪費。

（3） 推進水權制度建設。健全水權交易制度體系，廣泛開展各類水權交易探索，促使低技術、高污染的行業從粗放型向節約集約型結構轉變，以提高水資源利用效率。

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（編輯：趙秋云）

Spatio-temporal evolution and influencing factors of water resources utilization efficiency in Jiangxi Province

WU Xiangdong，XU Xinfa，CHENG Jingqing，WEN Tianfu，LIU Zhangjun，WU Jiaqi

（Jiangxi Academy of Water Science and Engineering，Nanchang 330029，China）

Abstract：

Improving the water resources utilization efficiency is an effective way to solve the contradiction of regional water use and water pollution，and it is important in promoting the economical and intensive use of water resources.This paper employed super SBM （slacks-based measure） of unexpected output to calculate the utilization efficiency for 11 cities water resources in Jiangxi Province from 2010 to 2018，and analyzed the temporal and spatial evolution characteristics.Tobit regression model was used to analyze the main factors of water resources utilization efficiency.The results showed that：① the overall utilization efficiency of urban water resources in Jiangxi Province was fluctuating and rising.The average value of efficiency increased from 0.800 in 2010 to 0.813 in 2018.② There were obvious differences in the utilization efficiency of water resources among cities.The utilization efficiency of water resources in Nanchang City，Yingtan City and Xinyu City was larger than 1.000;the utilization efficiency of water resources in Jian City，Yichun City and Jingdezhen City was relatively low，the utilization efficiency of water resources in Jingdezhen City was unstable.③ Environmental constraints，economic development level had positive effects on the improvement of water resources utilization efficiency，water resource endowment，proportion of primary industry increased and urbanization construction were not conducive to the improvement of water resource utilization efficiency.It is suggested to formulate water resources management policies according to the level of economic development of each city in Jiangxi Province，and strictly monitor the discharge of environmental pollutants.

Key words：

water resources utilization efficiency;spatio-temporal evolution;unexpected output;super SBM model;Tobit model;Jiangxi Province