山東省沿黃城市水資源利用效率與提升策略研究

蘇菁菀SU Jing-yu；崔露月CUⅠLu-yue；劉書琴LⅠU Shu-qin；崔玉欣CUⅠYu-xin；郎雨潔LANG Yu-jie

（中國石油大學（華東）經濟管理學院，青島 266580）

0 引言

黃河流域作為中國的生態屏障、能源化工基地和重要經濟地帶，于我國的生態環境建設與社會環境發展中具有非常重要的地位。但是，黃河流域生態環境極其脆弱，水資源缺失的情況嚴峻，水土嚴重流失，自然災害經常發生，加上貧困人口的分布較為集中，經濟社會發展滯后，扶貧攻堅的任務仍舊非常艱巨，這就向黃河流域的可持續發展發起挑戰。據山東省水利廳提供的《水資源情況介紹資料》，山東省多年平均淡水資源僅占全國水資源總量的1.1%。全省人均占有水資源量不到全國人均占有量的1/6，位居全國各省（市、自治區）倒數第三位。可見，山東省水資源總量不足，水資源與人口、耕地資源嚴重失衡。

目前，黃河流域生態保護和高質量發展已經上升為國家戰略，習近平總書記也對該流域發展提出了明確的要求，明確強調黃河流域是我國重要的生態屏障和重要的經濟地帶，是打贏脫貧攻堅戰的重要區域，在我國經濟社會發展和生態安全方面具有舉足輕重的地位。山東省作為黃河下游的省份，“十四五”時期山東省利用國家、省重大戰略機遇推動水資源高效利用，制定了《山東省“十四五”水利發展規劃》，推動各市區新舊動能轉換、推動高質量發展。沿黃城市如何高效節約地利用水資源，提升城市用水效率，對于山東省沿黃城市高質量發展均具有顯著意義。因此研究山東省沿黃城市水資源利用策略對山東省發展十分重要并具有戰略性意義。

本文在以往研究的基礎上，引入了污水等非期望產出作為參考指標。以山東省沿黃城市為研究對象，選取用水量、人口、固定資產作為測度水資源利用效率的投入指標，各產業GDP 作為期望產出指標，各產業污水作為非期望產出指標，根據建立的指標體系，利用超效率DEA 模型將評估指標體系中的多個指標轉換為一個具有代表性的綜合指數，對山東省沿黃城市水資源的利用效率進行綜合的評價，分析其差異性。研究成果有助于深入了解山東省沿黃城市水資源利用效率現狀，提出適合不同城市的水資源效率提升策略，有助于提升山東省沿黃城市高質量發展水平。

1 文獻綜述

已有學者對水資源利用效率問題展開大量研究，并取得了階段性成果。當前，國內外學者對于水資源利用效率的研究，數據測度方面主要有三種方法[1]：即指標體系評價法[2，3]、隨即前沿分析法（SFA）[4，5]以及數據包絡分析法（DEA）[6，7]。當前DEA 方法的使用最為廣泛，這種測算方法相對全面和客觀，Hu[8]運用數據包絡法（DEA）對1997—2004 年的中國30 個地區的生活用水和生產用水進行全要素水資源利用效率研究。買亞宗等[9]在全要素的生產框架下，基于數據包絡分析模型對工業用水的水資源利用效率進行評價。

廢水的產生與用水是緊密相連的，污染物會給水環境造成嚴重的破壞，但減少污染物的排放需要增加投入（例如進行生產技術改造、安裝污水處理等設施）或控制產出（如禁止高污染項目的實施、高污染工廠的關閉等）。如果地區重視環境績效將本可以用于生產的投入分配到污染治理活動中，如果沒有考慮污染物下降，就會得到全要素生產率下降的錯誤結論，導致效率測度出現一些偏差[10-12]。

現有研究不足在于：一、在分析用水效率時大多未對環境績效加以考慮，但污染物的排放對于城市經濟發展存在負面影響，得出的結論存在一定偏差。二、現有研究多局限于水資源本身的評價，對于區域水資源的利用特點沒有詳盡分析，導致研究的可行性較差。三、目前文獻大多是針對中國農業用水效率進行研究，關注黃河流域水資源利用效率的研究相對較少，而考慮到流域上下游的城市功能定位的研究則更少。

針對上述問題，文章利用包含非期望產出的全要素分析框架將環境績效納入用水效率的評價之中，選取9 個地區工業、農業、生活三產業的數據對他們的用水效率和水污染物排放效率進行分析，期望全面反映出山東省沿黃城市的地區特征和動態趨勢，為山東省沿黃城市水資源利用與高質量發展策略提供有益啟示。

2 研究設計

2.1 指標選取與數據來源

選取2010-2017 年山東省黃河流域9 個地級行政單元的相關統計數據。本文在借鑒前人做法的基礎上，綜合構建了山東省沿黃城市水資源利用效率的測度指標體系。其中，固定資產投資額（億元）、農業用水（億m3）、工業用水（億m3）、生活用水（億m3）、人口（萬人）為投入指標；GDP（億元）、工業生產總值（億元）、農業生產總值（億元）為期望產出指標；工業污水排放量（萬噸）、農業污水排放量（萬噸）、生活污水排放量（萬噸）為非期望產出指標。

投入、產出指標數據均來自各市的統計年鑒與水資源公報。

鑒于數據的可得性，不同地區的統計口徑出現不一致情況，部分數據通過間接測算和取中值的方式加以處理。

2.2 模型設定

本研究中，水資源利用效率指通過對水資源的利用從而獲得的經濟效益和環境效益，與在此過程中所投入的人力勞動以及資本等要素投入的比值。對于水資源在山東省內的沿黃城市內的利用情況，由于超效率DEA 模型可以測度多投入多產出的特性，非常適合用來對其進行測度。模型公式設置如下：

約束條件：

2.3 研究方法

含非期望產出的DEA 模型：

數據包絡分析算法（即DEA），是著名運籌學家創建的以相對效率為基礎的一種系統分析方法，常用于評價具有相同類型的多投入、多產出的決策單元的有效性，其在避免主觀因素、簡化算法、減少誤差等方面具有較大的優勢，已成為諸多領域中評價效率的最常用分析工具之一。主要通過運用規劃模型估計生產前沿面，DEA 可以保持生產決策單元的投入和產出的量在評價過程中的權重。同時，因為DEA 不需要投入與產出的具體函數表達式，其具有極強的客觀性，能夠解決非客觀因素的問題。

DEA 主要包括CCR 和BCC 兩種模型，這兩種傳統模型不考慮產出之間的差別，認為所有產出都是合理的。然而在實際生產過程中會存在不必要的產出，也就是非期望產出，因此本文在傳統的DEA 基礎上，綜合考慮非期望產出進行相對效率評價。

當前制約生產的重要因素，尤其是在經濟發展等方面，是環境污染。由生產生活所帶來的污染，如污水排放、硫化物等已經大大影響了居民的正常生活。在生產生活中，所產生的污染可以看成是非期望產出，因此結合非期望產出對山東省沿黃城市水資源利用效率進行合理分析是非常必要的。本文以工業、農業、生活廢水排出總量為非期望產出因素，運用數據包絡分析方法對山東省沿黃城市的水資源利用效率做了相對效率評價分析。

3 實證分析

表1 報告的是Matlab 數據處理結果，投入指標有人口數、固定資產投資數、用水量，其中工業用水效率是投入指標為工業用水量的水資源利用效率；農業用水效率是投入指標為農業用水量的水資源利用效率；生活用水效率是投入指標為生活用水量的水資源利用效率。

總體而言，濱州、菏澤、濟南、濟寧和聊城5 個城市的工業用水效率在三類用水效率中最低。由圖1 可見，工業用水方面，德州和東營兩市的工業用水效率在三類用水效率中處于次低位置，盡管各市工業用水效率相差不大，但仍舊能夠說明工業用水效率不高。農業用水方面呈現顯著的地域差異，德州、東營兩市農業用水效率低于80%，而濟南、聊城兩市農業用水效率在95%以上。生活用水效率普遍較高，9 個山東省沿黃城市生活用水效率均高于90%，其中濱州、德州、東營、菏澤、濟寧五個城市的生活用水量超過了95%，并未呈現顯著的地域差異。

圖1 山東省沿黃城市水資源利用效率

就其具體原因來說，近年來，各個沿黃城市發展思路與水資源治理政策有所差異，在不同產業上有所側重。部分城市屬于能源型城市（例如：菏澤屬于能化基地、濟寧和泰安是典型的重工業基地等），相關產業在大量利用水資源的同時，也可能會帶來較為嚴重的污染情況，這些都在一定程度上造成了水資源利用效率的差異。

在工業用水效率方面，菏澤市是農業大市，農業用水量占全市的90%，在工業用水方面缺少有效的措施，工業用水效率較為低下；泰安市工業用水效率最高，因為一般而言，地區經濟發展水平不僅能夠帶動該地區產業的發展和技術水平的提高，同時也對工業用水效率的提高具有正向促進作用。此外，泰安市輕重工業占比為較為合理的1∶3，且近年來工業轉型升級取得了較好的效果，在很大程度上提高了泰安市工業用水效率，也使其在所有沿黃城市中最高。

在農業用水效率方面，德州市雖為傳統農業大市，但農業用水相對粗放，每年農業灌溉用水為農業灌溉定額標準的1.42 倍，推進農業節水方面還存在很大的漏洞。東營市全市農業灌溉用地分類較多，另外，為了改善土地鹽堿度較高的問題，其水稻的種植面積還將持續增多，這都在一定程度上影響了該市的農業用水效率。最后，聊城市從2013 年開始一直推動農業向著高產、優質、高效、低耗方向發展，堅持開源節流并重，以科技為先導進行農業節水工程建設，取得了良好的效果。

在生活用水效率方面，德州市地理環境優越，位于環渤海經濟圈、京津冀經濟圈、山東半島藍色經濟區以及黃河三角洲高效生態經濟區交匯區域，其積極落實國家節水行動，在禹城、臨邑、平原、武城等多個縣市開展了農村生活用水節水改革試點工作，取得了良好的成效。

DEA 模型主要解決了投入產出的效率問題，因為投入、產出指標的量綱不一樣，無法直接比較，因此采用了DEA 模型。最后得出的利用效率值越接近于1，說明水資源的利用效率越高，即投入指標對產出的影響越大。因此由結果可知，山東省不同沿黃城市的水資源利用效率提升的側重點不相同，德州、東營等城市農業用水量對提升水資源利用效率的影響大，菏澤、濟南等城市工業用水量對提升水資源利用效率的影響大。

4 結論與政策建議

本文以2010-2017 年山東省黃河流域9 個地級行政單元的相關統計數據為研究對象，探究了山東省沿黃城市水資源利用效率與提升策略。通過實證分析得出以下結論：第一，山東沿黃城市的水資源利用情況存在地域差異，但總體利用效率較低，一定程度上制約發展。2010-2017年，山東省沿黃城市水資源利用效率整體較好，均不小于77%。不同城市、不同類型水資源利用效率值有所不同。可見，山東省沿黃城市水資源低效利用形勢依然嚴峻，水資源利用效率亟待提升；第二，各個城市的水資源利用效率存在顯著的產業差異。工業用水量、生活用水量對山東省沿黃城市水資源利用效率影響較小，農業用水量對山東省沿黃城市水資源利用效率提升影響較大。因此，在制定水資源利用效率提升對策時應綜合考慮不同指標，實施差異化的對策；第三，各個城市可以基于自身產業結構狀況，優先提升制約經濟社會發展最嚴重的產業的用水效率。

本文根據研究結論提出相應的政策建議：第一，山東省沿黃城市要充分利用黃河流域生態保護與高質量發展上升為國家戰略的契機，進行水資源利用基礎設施的更新，推動農業型城市由大水漫灌轉變為噴灌、滴灌，提升水資源利用效率；第二，工業型城市應主動就黃河流域水資源現存問題開展污染治理，注重水污染防治，就水資源利用效率和提升相關問題制定發展戰略，堅定走綠色、可持續以及高質量發展之路；第三，山東省各沿黃城市在與國家戰略對接的過程中應發揮各自地域特色與發展現狀，加強區域合作，進行知識和技術共享。充分發揮規模效應，減少高能耗、高污染產業占比，促進水資源利用效率的提高。