·國民經(jīng)濟·

中國城市水資源系統(tǒng)效率實證研究
——基于網(wǎng)絡(luò)BAM模型的分析

王兵宮明麗

現(xiàn)有關(guān)于我國作為發(fā)展中國家的水資源效率的研究，主要集中在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和綜合利用方面，而對城市水務(wù)業(yè)效率這一越來越重要的問題的深入研究相對較少。運用網(wǎng)絡(luò)BAM模型測度我國29個省、市、自治區(qū)在2003-2014年間的城市水資源系統(tǒng)效率，發(fā)現(xiàn)我國城市水資源系統(tǒng)效率存在明顯的時空差異。從空間維度看，生產(chǎn)階段效率呈現(xiàn)“東-中-西”依次下降趨勢，東部地區(qū)城市在綜合效率、生產(chǎn)階段和污水處理階段的表現(xiàn)均優(yōu)于中部和西部城市，西部的綜合效率和污水處理階段效率高于中部；從時間維度看，在2003-2014年間，我國城市水資源系統(tǒng)效率有下降趨勢，投入無效率是水資源系統(tǒng)生產(chǎn)階段無效率的主要原因，投入和合意產(chǎn)出的無效率是影響污水處理階段效率的因素，COD 和 NH4-N存在較大減排空間。建議當(dāng)局關(guān)注我國城市水資源系統(tǒng)的區(qū)域差異，促進中西部地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展并引進先進技術(shù)，提高水資源利用效率和污水處理效率，實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展。

網(wǎng)絡(luò)BAM模型； 中國城市水務(wù)行業(yè)； 水資源系統(tǒng)效率； 無效率分解； 時空差異

一 引 言

城鎮(zhèn)化是中國經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的中心所在，是實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的引擎，將主導(dǎo)中國經(jīng)濟戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型(趙勇，1996[1]；辜勝阻等，2010[2]；王國剛，2010[3])。一方面，城鎮(zhèn)化進程的加速為城市水資源系統(tǒng)建設(shè)提供了廣闊的發(fā)展空間，是城市水資源系統(tǒng)建設(shè)的一次良機；而另一方面，人多水少、水資源時空分布不均是我國基本國情和水情，目前全國城市中有約三分之二缺水，約四分之一嚴重缺水，水資源供需矛盾突出是可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸，水利設(shè)施薄弱仍然是國家基礎(chǔ)設(shè)施的明顯短板①。

城鎮(zhèn)化對城市水資源系統(tǒng)建設(shè)帶來了極大的挑戰(zhàn)，可能觸發(fā)一些更深層次的問題，提高水資源效率可從根本上解決水資源危機，實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展(李世祥等，2008[4]；李志敏和廖虎昌，2012[5]；沈杰等，2014[6])。城市作為水資源管理的基本單元，如何在基于全國城市水資源利用效率水平的基礎(chǔ)上，對單個城市水資源利用效率進行評估，并設(shè)計其用水效率控制目標(biāo)，是完善最嚴格水資源管理制度的重點內(nèi)容(宋國君和何偉，2014)[7]。面對嚴峻的城市水資源供求態(tài)勢，必須把提高“水效率”作為未來城市水資源管理的核心，通過提高“水效率”來保證水資源供給的數(shù)量和質(zhì)量。為達此目的，亟待理清以下幾個問題：當(dāng)前我國城市水資源系統(tǒng)的效率到底處于什么水平？又是什么導(dǎo)致了我國水資源系統(tǒng)的無效率呢？

梳理已有文獻，國內(nèi)學(xué)者主要從農(nóng)業(yè)、工業(yè)、綜合用水效率以及城市水務(wù)行業(yè)等方面開展研究。王學(xué)淵(2008)[8]利用隨機前沿分析(SFA)和數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)方法評價了宏觀層面的農(nóng)業(yè)水資源生產(chǎn)配置效率，并運用趨同檢驗法考察農(nóng)業(yè)水資源生產(chǎn)配置效率的地區(qū)間差異。閆爽(2012)[9]對農(nóng)業(yè)水資源利用效率等相關(guān)概念做出界定，分別從橫向和縱向兩個角度對吉林省西部地區(qū)農(nóng)業(yè)水資源利用效率進行了評價。然而，水資源作為一種自然資源，必須和其他生產(chǎn)要素相結(jié)合才能帶來真正的經(jīng)濟產(chǎn)出(Hu et al.,2006)[10]。佟金萍等(2014)[11]借鑒全要素用水效率的測度思路，運用超效率DEA方法和Tobit模型對農(nóng)業(yè)全要素用水效率進行了測度，并從水資源稟賦、供水結(jié)構(gòu)、種植結(jié)構(gòu)多樣性、制度因素等6個方面分析其對農(nóng)業(yè)全要素水資源效率的影響。Yan et al.(2015)[12]在研究城鎮(zhèn)化對中國農(nóng)業(yè)用水效率及糧食產(chǎn)量的影響時，發(fā)現(xiàn)城鎮(zhèn)化率每增加1%，將會使得可用水資源量減少0.47%，同時糧食作物的產(chǎn)量也會相應(yīng)減少。石廣明等(2013)[13]將數(shù)據(jù)包絡(luò)法和Malmquist指數(shù)相結(jié)合構(gòu)建了動態(tài)水績效指數(shù)，對1999-2005年中國31個省、市、自治區(qū)的工業(yè)水績效進行了分析，發(fā)現(xiàn)水使用效率過低是導(dǎo)致水績效低下的主要原因。程永毅和沈滿洪(2014)[14]利用成本效率DEA模型將要素稟賦因素納入工業(yè)用水效率分析框架，測算中國2002-2011年地區(qū)工業(yè)用水效率的增長，并對其收斂性進行了檢驗。周星星(2014)[15]將我國31個省份劃分為東中西三個不同的地區(qū)，采用聚類分析的方法，對各區(qū)域間用水效率的差異進行了研究。姜蓓蕾等(2014)[16]運用主成分分析法，以全國31個省級行政區(qū)1997-2010年的工業(yè)發(fā)展規(guī)模、資源環(huán)境、工業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)投入、環(huán)境以及經(jīng)濟杠桿等方面的指標(biāo)數(shù)據(jù)為分析樣本，對工業(yè)用水效率驅(qū)動因素進行了篩選分析。在綜合用水效率方面，大部分文獻側(cè)重于區(qū)域水資源效率的研究(廖虎昌和董毅明，2011[17]；趙良仕和孫才志，2013[18]；王瑩和吳兆丹，2015[19]；欒健和周玉璽，2015[20])。

國外學(xué)者更多地致力于城市水務(wù)行業(yè)效率的研究。Byrnes et al.(2010)[21]運用DEA方法，測度了新南威爾士和維多利亞州在推行一系列水資源政策之后，城市水務(wù)部門相對技術(shù)效率的變化，結(jié)果表明幾乎所有的節(jié)水政策都會使得相對效率值降低。García-Valias和Muiz(2007)[22]運用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法，考察了1985-2000年間西班牙水務(wù)部門在不同制度體系下的效率值，并測算了潛在的節(jié)水成本。Abbott et al.(2012)[23]利用Malmquist-DEA方法，測算過去二十年里澳大利亞主要中心城市不同水平上的生產(chǎn)率和效率進步，指出應(yīng)該重視那些會對生產(chǎn)率產(chǎn)生影響的外生性變量。Bian et al.(2014)[24]將城市水務(wù)體系分為用水系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上運用DEA方法，測算中國26個省區(qū)2009年城市水務(wù)系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)的效率和整體效率，發(fā)現(xiàn)各地區(qū)的整體效率存在較大差異，凈化系統(tǒng)的無效率是導(dǎo)致整體無效率的主要原因。Buafua(2015)[25]則檢驗了私人部門的加入以及經(jīng)濟管制二者聯(lián)合起來，是如何影響撒哈拉沙漠以南非洲國家的城市水務(wù)行業(yè)的技術(shù)效率，發(fā)現(xiàn)通過績效考核方式對城市水務(wù)部門進行監(jiān)管較之由獨立私人機構(gòu)進行監(jiān)管會產(chǎn)生更高的技術(shù)效率，且私人部門的加入對技術(shù)效率有正向影響。Shi et al.(2015)[26]基于投入產(chǎn)出表，實證檢驗中國西北地區(qū)工業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展對水資源利用效率的影響，發(fā)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化有利于促進水資源使用效率的提高，同時用水效率相對較低的部門有著巨大的節(jié)水潛力。

在研究方法上，以基于參數(shù)的隨機前沿分析法(SFA)和非參數(shù)的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(DEA)為主。李躍(2014)[27]運用基于投入距離函數(shù)的隨機前沿分析模型，采用2003-2011年的省級面板數(shù)據(jù)分析了我國水資源利用效率及其影響因素。卞錦宇等(2014)[28]采用修正的隨機前沿生產(chǎn)函數(shù)，分區(qū)建立以萬元工業(yè)增加值用水量為因變量、影響因子為自變量的工業(yè)用水效率分析模型，識別出各分區(qū)主要影響因子。雷玉桃和黃麗萍(2015)[29]采用隨機前沿生產(chǎn)函數(shù)模型，對我國13個主要工業(yè)省區(qū)1999-2013年的工業(yè)用水效率值以及工業(yè)節(jié)水潛力進行了測度，發(fā)現(xiàn)各省區(qū)不僅工業(yè)用水效率存在差異，節(jié)水潛力也存在明顯差異。孫才志和劉玉玉(2009)[30]基于我國31個省、市、自治區(qū)1997-2007年水資源與社會經(jīng)濟的面板數(shù)據(jù)，利用改進的數(shù)據(jù)包絡(luò)法計算了各地區(qū)在不同時期的水資源利用相對效率，發(fā)現(xiàn)中國的水資源利用在時間和空間上均存在顯著差異；Ananda和Hampf(2015)[31]則運用Global Malmquist-Luenberger (GML)生產(chǎn)率指數(shù)，對澳大利亞城市水資源部門的效率進行了測度。也有學(xué)者采用基于松弛變量的SBM方法對水資源效率進行測度，如李靜和馬瀟璨(2014)[32]以及段海嘯(2015)[33]分別將SBM方法應(yīng)用到對工業(yè)用水效率和農(nóng)村水利設(shè)施投入產(chǎn)出效率研究當(dāng)中。

以上研究從不同角度且運用不同方法，對國內(nèi)外的水資源利用效率進行了測度和較為全面的分析，但是大部分研究僅考慮投入要素和期望產(chǎn)出(如GDP或工業(yè)總產(chǎn)值)兩方面，而忽略了污染物對效率的影響，導(dǎo)致結(jié)論的局限性，同時也不符合客觀實際。僅有少數(shù)學(xué)者考慮到水污染這一環(huán)境約束，將廢水及COD和氨氮排放量作為非合意產(chǎn)出納入到評價體系中(岳立和趙海濤，2011[34]；馬海良等，2012[35]；孫才志等，2014[36]；Bian et al., 2014[24]；楊騫和劉華軍，2015[37])。而且，目前對中國水資源效率的研究主要集中在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和綜合利用方面，而對城市水務(wù)業(yè)效率的研究較少，國外研究城市水務(wù)行業(yè)效率的文獻相對較多，但集中于研究歐美等發(fā)達國家，對于發(fā)展中國家的研究較少。此外，現(xiàn)有文獻大多將水務(wù)行業(yè)處理成一個“黑箱子”，沒有作為一個系統(tǒng)來考慮，單方面評價用水效率或者污水處理效率，僅Bian et al.(2014)[24]和Wang et al.(2015)[38]進行了初步探索，將水污染處理納入評價體系，但仍存在以下不足：(1)僅研究了某一年或者某兩年內(nèi)的區(qū)域水資源效率問題，時限過短，不足以反映城市水資源效率的總體趨勢和長期變化情況；(2)研究方法存在一定缺陷，Bian et al.(2014)[24]所用的模型屬于初級的線性規(guī)劃模型，無法規(guī)避不可行解等問題，而后者使用的SBM方法，由于方向向量的設(shè)定存在主觀性，同一決策單元在不同的方向向量設(shè)定下所計算出來的效率可能存在偏差(Sueyoshi et al., 2011)[39]；(3)較少分析造成水資源系統(tǒng)無效率的原因，而僅僅側(cè)重于效率的測度，研究不夠深入，不足以為日后水資源系統(tǒng)效率的提高提供有效的建議。

針對上述不足，本文結(jié)合我國城市水資源系統(tǒng)實際情況，采用更加科學(xué)有效的非角度非徑向的網(wǎng)絡(luò)BAM方法，對2003-2014年我國29個省、市、自治區(qū)(香港、澳門、臺灣、西藏和青海地區(qū)因缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)未列為研究對象)的城市水資源系統(tǒng)效率進行測度，并分析造成系統(tǒng)無效率的原因，為我國城市水資源系統(tǒng)效率的提高和經(jīng)濟的健康可持續(xù)發(fā)展提供一定的政策建議和決策參考。接下來的內(nèi)容安排是：第二部分介紹研究方法；第三部分為數(shù)據(jù)處理和實證結(jié)果分析；最后是結(jié)論。

二 研究方法

為了更加準確地測度城市水資源系統(tǒng)的效率值，在網(wǎng)絡(luò)DEA模型和BAM模型的基礎(chǔ)上建立了網(wǎng)絡(luò)BAM模型，利用兩個模型的優(yōu)點，不僅對水資源系統(tǒng)進行了詳細分解，而且由于BAM模型的引入，提高模型的分辨度，使測度出的效率值更貼近實際。

(一)網(wǎng)絡(luò)DEA模型

根據(jù)Tone和Tsutsui(2007)[40]的研究，將規(guī)模報酬可變(VRS)情形下考慮了合意產(chǎn)出、非合意產(chǎn)出以及中間產(chǎn)出的網(wǎng)絡(luò)DEA模型的生產(chǎn)可能性集定義為如下形式：

(1)

(二)BAM模型

Cooper et al.(1999)[41]提出了邊界可調(diào)整的RAM(Range Adjusted Measure)模型，較之傳統(tǒng)的DEA模型有了很大的改進，它不要求投入和產(chǎn)出同比例變化，避免了徑向性問題帶來的計量誤差，使得效率值更加貼近實際情況。同時，計算效率值時也無需考慮基于投入或產(chǎn)出的角度問題，避免了傳統(tǒng)DEA模型計算時的角度問題。但正如Chen(2012)[42]指出的那樣，由于RAM模型中的參數(shù)設(shè)定是由投入和產(chǎn)出的極差構(gòu)成的，這將會使得無效率的值過小，從而造成不同決策單元之間績效難以有效區(qū)分，同時對投入產(chǎn)出之間的相對大小也無法做出解釋。其次，RAM模型僅適用于處理規(guī)模報酬可變(VRS)的情況，對其他情況則不適用。為此，Cooper et al.(2011)[43]在RAM模型基礎(chǔ)上進一步提出了一種同時具有非徑向性、非角度性、可加性以及高辨識度等優(yōu)點的新型DEA模型——BAM(Bounded Adjusted Measure)模型，適用于任何規(guī)模報酬下的生產(chǎn)情況。

根據(jù)Cooper et al. (2011)[43]的研究，對于有M種投入，N種產(chǎn)出的生產(chǎn)可能性集，BAM模型的效率定義如下：

(2)

(三)網(wǎng)絡(luò)BAM模型

綜合以上兩個模型，對于有K個子系統(tǒng)(Divisions)，M種投入，N種合意產(chǎn)出和I種非合意產(chǎn)出的生產(chǎn)可能性集，可得到如下網(wǎng)絡(luò)BAM模型：

(3)

(4)

對應(yīng)地，各子生產(chǎn)系統(tǒng)的效率Ekj′可通過如下公式獲得：

(5)

根據(jù)上述網(wǎng)絡(luò)BAM模型計算所得的結(jié)果為系統(tǒng)無效率值，該值越大表明效率水平越低，可通過反向推導(dǎo)得到對應(yīng)的效率值。同時為了更好地分析各決策單元無效率的根源，借鑒Cooper et al. (2007)[44]所提出的方法，對無效率值做進一步的分解，進而分別得到投入的無效率、合意產(chǎn)出的無效率以及非合意產(chǎn)出的無效率，具體的分解方法如下。

(6)

(7)

(8)

三 數(shù)據(jù)處理及實證結(jié)果分析

(一)數(shù)據(jù)處理

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)DEA模型的思想，將城市水資源系統(tǒng)的運行分為生產(chǎn)階段和污水處理階段(如圖1所示)。

圖1 城市水資源系統(tǒng)圖示

在生產(chǎn)階段，投入勞動(L)、資本(K)以及水(W)，該階段得到的最終合意產(chǎn)出為各地區(qū)城市(市轄區(qū))的地區(qū)生產(chǎn)總值(GY)，非合意產(chǎn)出為未進入污水處理系統(tǒng)而直接排出的廢水(DW)，中間產(chǎn)出為進入下一階段——污水處理系統(tǒng)的廢水(TW)。同時，將污水處理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資(EI)以及當(dāng)年的運行費用(OI)作為污水處理階段的投入，將經(jīng)處理后可再生利用的水(RW)以及污水中被去除的化學(xué)需氧量(GC)和氨氮(GN)作為該階段的合意產(chǎn)出，非合意產(chǎn)出則為當(dāng)前技術(shù)條件下無法被進一步處理的污水(BW)。在此基礎(chǔ)上，搜集了中國各個省份城市(市轄區(qū))在2003-2014年間的合意產(chǎn)出、非合意產(chǎn)出、中間產(chǎn)出以及投入要素的數(shù)據(jù)。由于香港、澳門、臺灣、西藏、青海這五個地區(qū)缺少相關(guān)的數(shù)據(jù)，選擇除以上五個地區(qū)之外的29個省、市、自治區(qū)作為研究對象，投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)主要來源于歷年《中國城市統(tǒng)計年鑒》、《中國環(huán)境年鑒》以及《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》。

1.合意產(chǎn)出

由于將我國城市水資源系統(tǒng)作為研究對象，故選用各省份城市(市轄區(qū))的地區(qū)生產(chǎn)總值作為合意產(chǎn)出，并以2003年為基期進行了平減，而沒有像其他文獻一樣采用當(dāng)年全省GDP。此外，合意產(chǎn)出還包括經(jīng)由污水處理階段被去除的污水中的化學(xué)需氧量(GC)、氨氮(GN)以及經(jīng)處理后可再生利用的水(RW)，巧妙地將非合意產(chǎn)出在污水處理階段的去除量作為合意產(chǎn)出納入了原有的分析框架，使得其滿足整個模型的強可處置性。

2.非合意產(chǎn)出

考慮到在現(xiàn)實生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的廢水并不能全部進入污水處理系統(tǒng)，同時在污水處理系統(tǒng)中也不能實現(xiàn)100%“去污”，所以將在第一階段直接排入環(huán)境中的廢水以及經(jīng)過污水處理后仍殘留的污水作為非合意產(chǎn)出。

3.中間產(chǎn)出

聯(lián)系生活實際，將在生產(chǎn)階段產(chǎn)生且最終進入了污水處理系統(tǒng)的那部分廢水作為中間產(chǎn)出。

4.勞動投入

勞動時間在理論上是衡量勞動投入的較為理想的指標(biāo)，但由于缺乏勞動時間的數(shù)據(jù)，使用各省份城市(市轄區(qū))的單位從業(yè)人員數(shù)和私營及個體單位從業(yè)人員數(shù)之和作為勞動投入。

5.資本投入

對于城市水資源系統(tǒng)生產(chǎn)階段的資本投入，選用各省份在當(dāng)年的城鎮(zhèn)固定資產(chǎn)投資，并用固定資產(chǎn)價格指數(shù)以2003年為基期進行了平減；而在污水處理階段的資本投入則采用了本年污水處理運行投資和污水處理基礎(chǔ)設(shè)施投資兩個指標(biāo)，同時也進行了相應(yīng)的平減處理。但由于不同設(shè)備處理能力不同，折舊程度也不同，采用永續(xù)盤存法計算每一年的資本存量。使用永續(xù)盤存法估算資本存量時主要涉及基期資本數(shù)量的計算、當(dāng)期投資指標(biāo)的選擇、折舊率以及投資平減這四個問題(王兵等，2010)[45]。利用固定資產(chǎn)投資價格指數(shù)，以2003年為基期進行平減。對于基期資本存量的估算，采用Charles和Anders(2007)[46]提出的方法進行計算，即：

(9)

其中，kj=Kj/Yj為資本產(chǎn)出比，ij=Ij/Yj是在觀察期內(nèi)，各地區(qū)污水處理基礎(chǔ)設(shè)施的平均投資率，gj是地區(qū)j在觀察期內(nèi)實際GRP的平均增長率，δ為折舊率，采用吳延瑞(2008)[47]計算出來的不同省份的折舊率。在算得2003年資本存量之后，通過Kjt=Ijt+(1-δ)Kjt-1可以得到各地區(qū)2004-2014年的污水處理資本存量數(shù)據(jù)。城鎮(zhèn)固定資產(chǎn)投資中包含了處理污水的固定資產(chǎn)，因此，將水資源系統(tǒng)分為兩個階段時，生產(chǎn)階段的資本投入剔除了污水處理階段的資本，而將污水處理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資作為環(huán)境治理階段的資本投入。

6.水資源

水是本文研究的關(guān)鍵，主要考慮城市水資源系統(tǒng)中的兩個階段——生產(chǎn)階段及污水處理階段中的水。其中，將《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》中“實際用水量”作為生產(chǎn)階段的水資源投入，而將污水再生利用量作為污水治理階段的合意產(chǎn)出?；谏衔膶ιa(chǎn)階段和污水處理階段各投入產(chǎn)出指標(biāo)的介紹，詳細的描述性統(tǒng)計結(jié)果如下表所示。

表1 各投入產(chǎn)出指標(biāo)描述性統(tǒng)計(2003-2014年)

數(shù)據(jù)來源：根據(jù)歷年《中國城市統(tǒng)計年鑒》、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》、《中國環(huán)境年鑒》及國家統(tǒng)計局網(wǎng)站中的相關(guān)數(shù)據(jù)整理得出。

(二)實證結(jié)果分析

根據(jù)前文介紹的網(wǎng)絡(luò)BAM模型以及各個投入產(chǎn)出指標(biāo)的樣本數(shù)據(jù)，運用GAMS22.4軟件包對2003-2014年期間我國城市水資源系統(tǒng)的綜合效率以及生產(chǎn)階段效率和污水處理階段效率進行了測度，為了更好地了解我國城市水資源系統(tǒng)效率在2003-2014年間的特征和變化趨勢，下文分別從空間維度和時間維度進行分析。表2列出了全國及各區(qū)域的城市水資源綜合效率及其分解的生產(chǎn)效率和污水處理效率，以及各省市效率值的排名情況。

表2 中國城市水資源系統(tǒng)綜合效率、生產(chǎn)階段效率、污水處理階段效率測算及排名統(tǒng)計(2003-2014年)

(續(xù)上表)

區(qū)域省份綜合效率排名生產(chǎn)階段效率排名污水處理階段效率排名西部地區(qū)寧夏062922504921280797614新疆065502106084220810813均值06980-06503-07277-全國均值07643-07411-07875-

注：以上數(shù)據(jù)均由筆者根據(jù)程序運行結(jié)果整理得出。

首先從空間維度來看，全國層面上，2003-2014年間，我國城市水資源系統(tǒng)綜合效率均值為0.7643，生產(chǎn)階段效率均值為0.7411，污水處理階段效率均值為0.7875，三個效率值均未達到1，且污水處理階段效率均值高于生產(chǎn)階段效率均值，說明生產(chǎn)階段和污水處理階段效率還有很大的提升空間。在所研究的29個省、市、自治區(qū)中，僅有山東省在生產(chǎn)階段效率以及污水處理階段效率上均表現(xiàn)為最優(yōu)，效率值在兩個階段為1，從而實現(xiàn)了全局最優(yōu)化，綜合效率值也為1。這可能是因為山東省在2002年之后開展了節(jié)水型社會建設(shè)，加快了省內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，加強節(jié)水技術(shù)改造，并規(guī)范了城市建設(shè)用水系統(tǒng)，不斷探索適合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展水平和水資源稟賦的特色節(jié)水模式，使得城市水資源系統(tǒng)效率大大提升。而上海市和廣東省雖然在生產(chǎn)階段的效率達到最優(yōu)，但由于其對應(yīng)的污水處理階段效率均不為1，也即在污水處理階段這兩個地區(qū)都沒有實現(xiàn)最優(yōu)化，故其綜合效率值分別位列第2位和第3位。類似地，北京市和浙江省的污水處理階段效率值為1，處于最優(yōu)邊界上，但由于生產(chǎn)階段效率值分別為0.7044和0.8476，都不為1，因此最終綜合排名分別處于第14位和第7位，綜合效率未達到最優(yōu)。由此可以看出，當(dāng)且僅當(dāng)水資源系統(tǒng)中的兩個階段——生產(chǎn)階段和污水處理階段均有效率時才能實現(xiàn)整個系統(tǒng)的最優(yōu)化。

從區(qū)域來看，無論是綜合效率、生產(chǎn)階段效率還是污水治理階段效率，都呈現(xiàn)了比較明顯的區(qū)域化差異，效率較高的省份大都集中在東部地區(qū)，中部地區(qū)和西部地區(qū)的效率值則普遍較低。具體而言，東部地區(qū)各省份效率值大部分在0.8-1之間，中部地區(qū)各省的效率值則以0.6-0.8之間居多，最后，西部地區(qū)各省市效率值差異較大，有4個省份效率值在0.7以上，其余省份則多在0.65左右，效率最低的省份甘肅省城市水資源系統(tǒng)綜合效率值僅為0.4926，在所研究的29個省、市、自治區(qū)中效率也是最低的。從綜合效率均值來看，東部地區(qū)效率遠高于中部地區(qū)和西部地區(qū)，后兩者效率水平差距不大，西部地區(qū)表現(xiàn)略優(yōu)于中部地區(qū)。出現(xiàn)這種趨勢的原因可能是，東部地區(qū)有著良好的區(qū)位優(yōu)勢，匯集了豐富的人力和資金資源，且擁有較為先進的技術(shù)，無論是在生產(chǎn)階段還是污水處理階段都取得了較高的效率,從而在最終的系統(tǒng)綜合效率上也有著優(yōu)于中部和西部的表現(xiàn)。而部分位于中部地區(qū)的省份(如山西、江西和安徽)效率值偏低，拉低了中部地區(qū)總體的城市水資源系統(tǒng)綜合效率值，最終導(dǎo)致該區(qū)域綜合效率均值低于西部地區(qū)。

就生產(chǎn)階段用水效率而言，東部地區(qū)省份的效率仍保持領(lǐng)先水平，中部地區(qū)各省份的效率均值高于西部地區(qū)的效率均值，呈現(xiàn)出明顯的“東-中-西”效率依次遞減的趨勢。許多學(xué)者在測度我國工業(yè)用水效率和農(nóng)業(yè)用水效率時也發(fā)現(xiàn)了類似的規(guī)律，東部地區(qū)效率最高，中部地區(qū)略優(yōu)于西部地區(qū)，西部地區(qū)效率最低(岳立等，2013[48]；趙良仕等，2013[18]；佟金萍等，2014[11]；李躍，2014[27]；李靜和馬瀟璨，2014[32]；雷玉桃和黃麗萍，2015[29])。這可能是由于東部地區(qū)有自身良好的資源環(huán)境優(yōu)勢，吸引著眾多人口涌入東部沿海城市，這在為城市帶來人口紅利推動城市經(jīng)濟發(fā)展的同時，也促進了先進技術(shù)的引進與擴散，從而使得東部地區(qū)的城市發(fā)展水平較高。中部地區(qū)生產(chǎn)階段用水效率較高則可能是由于傳統(tǒng)的幾個工業(yè)大省幾乎都聚集在中部地區(qū)，如以煤炭、鋼鐵、化工等為支柱產(chǎn)業(yè)的山西、以能源化工等為支柱產(chǎn)業(yè)的黑龍江和以鋼鐵、紡織、石化為支柱產(chǎn)業(yè)的湖北省等，經(jīng)過多年發(fā)展，其工業(yè)技術(shù)水平也領(lǐng)先于西部地區(qū)，特別是在“中部崛起戰(zhàn)略”提出之后，在中央政府的大力扶持之下，中部地區(qū)各省份不斷調(diào)整自身經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化升級，第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)比重不斷上升，重大基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)設(shè)施建設(shè)速度大大加快。在科技創(chuàng)新方面，良好的政策支持吸引著許多國家級經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)在中部地區(qū)落戶，國家級高新技術(shù)開發(fā)區(qū)和省級產(chǎn)業(yè)園區(qū)的數(shù)量也越來越多，由此促進了中部地區(qū)城市生產(chǎn)用水效率的提高。而西部地區(qū)則因地理、區(qū)位等多方面因素導(dǎo)致經(jīng)濟較為落后，水資源匱乏，且缺乏先進的生產(chǎn)技術(shù)，城市發(fā)展水平遠遠比不上同時期發(fā)展的東部和中部地區(qū)，地方政府沒有相應(yīng)的財政能力和投融資能力以及普及新技術(shù)的基礎(chǔ)能力，加之水利工程老化和配套設(shè)施較差等多因素導(dǎo)致城市水資源系統(tǒng)在生產(chǎn)階段的效率較為低下。

對于污水處理階段效率來說，仍然是東部地區(qū)效率最佳，但西部地區(qū)表現(xiàn)優(yōu)于中部地區(qū)。雖然西部地區(qū)資源較為匱乏，但正因如此，西部地區(qū)居民的節(jié)水意識更強，生產(chǎn)用水除一部分新鮮水外，也較為依賴可再生利用水(即經(jīng)過污水處理系統(tǒng)凈化處理之后可以再次投入生產(chǎn)環(huán)節(jié)使用的水)，西部地區(qū)的“可再生利用水”在全國的總產(chǎn)出中占比23%，超過了中部地區(qū)的該項產(chǎn)出占比(13.44%)，而且“可再生利用水”是西部地區(qū)唯一一項占比超過中部地區(qū)的指標(biāo)，其余投入產(chǎn)出變量在西部地區(qū)的占比均低于中部地區(qū)。因此，一方面，西部地區(qū)本身在生產(chǎn)過程中投入的水資源量比中部地區(qū)較少，所以在污水處理階段生成的非合意產(chǎn)出也較少；另一方面，西部地區(qū)在該階段得到的合意產(chǎn)出“可再生利用水”又比中部地區(qū)多，所以在污水處理階段效率會高于中部地區(qū)。

此外，從省級層面看，在東部地區(qū)的所有省份中，除海南省城市水資源系統(tǒng)綜合效率排名第26位外，其余省市排名均在前15位?？紤]到海南省地處我國大陸最南端，作為我國最大的島嶼，四面環(huán)海，水資源非常豐富，但經(jīng)濟支柱仍為農(nóng)業(yè)、漁業(yè)和旅游業(yè)，工業(yè)發(fā)展較為落后導(dǎo)致當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展水平較低，相關(guān)的生產(chǎn)技術(shù)較之發(fā)達地區(qū)也比較落后，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不夠完善，從而生產(chǎn)效率較低。在中部地區(qū)的8個省份中，安徽省、山西省和江西省的城市水資源系統(tǒng)綜合效率值分別名列第22位、24位和27位，排名甚至低于西部地區(qū)的一些省市。這可能是因為這些省份在發(fā)展經(jīng)濟的過程中仍然在走傳統(tǒng)的、粗放的工業(yè)化路徑，盲目地追求數(shù)量，只關(guān)注一時利益，而忽視了發(fā)展質(zhì)量，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成了嚴重的破壞，資源也存在著大量的浪費，既沒有在生產(chǎn)階段實現(xiàn)有效率的生產(chǎn)，也沒有在污水處理階段達到較高的去污水平，在兩個子系統(tǒng)中效率都存在著很大的提升空間。 對于西部地區(qū)來說，云南省城市水資源系統(tǒng)的綜合效率值遠高于同處西部的其他省份，在西部地區(qū)中綜合效率排名第1，在所研究的29個省、市、自治區(qū)中排名第6，屬于效率較高的省份。與此同時，同處西部的重慶市、內(nèi)蒙古、四川省的城市水資源系統(tǒng)綜合效率也很高，分別以0.8502、0.8457、0.7357的效率值排名第10、11、16位。就云南省而言，其生產(chǎn)階段用水效率為0.9108，污水處理階段效率為0.7312，生產(chǎn)階段效率大大拉高了總體效率值；其他三省市則是因為生產(chǎn)階段用水效率值和污水處理階段效率值均處于中間水平，從而整個系統(tǒng)的綜合效率值最終處于中上水平。究其原因，可能是因為隨著經(jīng)濟水平的不斷提高，各省市也在逐漸調(diào)整自身的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，對產(chǎn)業(yè)布局進行優(yōu)化升級，提升生產(chǎn)技術(shù)水平，特別是重慶市，近年來經(jīng)濟增長一直保持著良好勢頭， 2014年重慶GDP同比增長10.9%，工業(yè)總產(chǎn)值更是突破了兩萬億元大關(guān)，比全國工業(yè)增加值增長率高出了4.3個百分點，位居全國第二。當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)技術(shù)水平和全要素生產(chǎn)率也隨著經(jīng)濟發(fā)展得以提高，水資源系統(tǒng)效率自然也得到改善。

圖2 城市水資源系統(tǒng)綜合效率歷年變化趨勢(2003-2014年)

從時間維度分析，如圖2所示，2003-2014年，我國城市水資源系統(tǒng)綜合效率呈下降趨勢，對于全國來說其均值在0.8左右波動，東部地區(qū)效率始終高于全國均值，保持在較高水平，中部地區(qū)綜合效率和西部地區(qū)綜合效率相近，大致保持了相似的變化趨勢，2003-2005年間效率呈下降趨勢，之后都在0.7上下波動，在2010年效率值都降到了最低點，而后又出現(xiàn)了效率反彈回升。這可能是因為我國政府在2008年為了應(yīng)對經(jīng)濟衰退，投入四萬億公共資本支出，這在一定程度上加劇了產(chǎn)業(yè)重型化趨勢，導(dǎo)致之后幾年高耗能、污水排放量大的企業(yè)得到了一定程度的反彈，使得我國城市水資源系統(tǒng)效率暫時性下降。

為了進一步探究導(dǎo)致城市水資源系統(tǒng)無效率的原因，運用公式分別計算得到各投入產(chǎn)出無效率對生產(chǎn)階段無效率水平和污水處理階段無效率水平的平均貢獻率。

表3 2003-2014年城市投入產(chǎn)出無效率對生產(chǎn)階段無效率的平均貢獻率(%)

(續(xù)上表)

地區(qū)/指標(biāo)IELIEKIEWIEGYIEDW投入無效率合意產(chǎn)出無效率非合意產(chǎn)出無效率安徽233717663568017231276720172312福建1850148657730008919109000891江西212216112834000343365670003433山東000000000000000000000000河南151013534681202225475442022254湖北158816135000000179882020001798湖南197616252623000377762230003777廣東000000000000000000000000廣西150218533742000290370970002903海南36930003708000255474010452554重慶271614581372000445355470004453四川194418513371007282671670072826貴州256421673017000225277480002252云南126118075442032145985090321459陜西214322123521000212478770002124甘肅206818203427000268473150002684寧夏65632523419048262573270482625新疆131724963646000254174590002541

注：以上數(shù)據(jù)均由筆者根據(jù)程序運行結(jié)果整理得出。

由表3可知，對于生產(chǎn)階段來說，合意產(chǎn)出的無效率貢獻率幾乎為0，非合意產(chǎn)出的無效率對該階段的無效率也有一定的影響，而投入的無效率則是該階段各省份無效率的主要源泉。具體到每一種投入的無效率貢獻，“實際用水量”的無效率占據(jù)了較大份額，其中對山西、廣西、海南、貴州、甘肅和寧夏等地的影響均超過了15%，其他兩種投入“勞動”和“資本”無效率造成的影響則較小。此外，就產(chǎn)出而言，非合意產(chǎn)出的無效率對該階段無效率影響較大，說明我國在水資源使用上存在較大的節(jié)水潛能，應(yīng)進一步提高生產(chǎn)階段水資源的使用效率，避免不必要的浪費；同時也應(yīng)該提高生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)工業(yè)，使生產(chǎn)過程中產(chǎn)生較少的污水，從而提高城市水資源系統(tǒng)中生產(chǎn)階段的效率。

進一步地，由表4可知，造成污水處理階段各省份城市無效率的主要因素在于“可再生利用水量”、“COD去除量”及“NH4-N去除量”的無效率，即合意產(chǎn)出的無效率。此外，“污水處理固定資產(chǎn)投資建設(shè)”和“本年度運行費用”這兩項投入的無效率也對污水處理階段效率水平帶來了負面影響。這在一定程度上反映了我國當(dāng)前城市的污水處理水平在技術(shù)上和資金投入上仍存在較大問題，污水處理基礎(chǔ)設(shè)施的投入與污水處理水平不相匹配，建成的污水處理基礎(chǔ)設(shè)施并沒有發(fā)揮應(yīng)有的效用，污水處理技術(shù)水平有待提升。只有改善污水處理水平，提高污水處理效率，使得通過該系統(tǒng)能得到更多的可再生利用水，去除掉更多的污染物，才能提高城市水資源系統(tǒng)中污水處理階段的效率，從而提高整個城市水資源系統(tǒng)效率。

表4 2003-2014年城市投入產(chǎn)出無效率對污水處理階段無效率的平均貢獻率(%)

注：以上數(shù)據(jù)均由筆者根據(jù)程序運行結(jié)果整理得出。

四 結(jié) 論

水資源利用效率問題是一個非常重要的問題，本文運用網(wǎng)絡(luò)BAM模型測度了我國29個省、市、自治區(qū)在2003-2014年間的城市水資源系統(tǒng)效率，進一步分析了造成該系統(tǒng)各個階段無效率的原因，得到如下結(jié)論：(1)從空間角度看，在區(qū)域?qū)用嫔?，我國城市水資源系統(tǒng)效率存在明顯的區(qū)域性差異，東部地區(qū)省份城市不論在綜合效率上還是生產(chǎn)階段效率和污水處理階段效率上表現(xiàn)均優(yōu)于中部和西部地區(qū)的城市，西部地區(qū)在綜合效率和污水處理階段效率優(yōu)于中部地區(qū)，生產(chǎn)階段效率則呈現(xiàn)“東-中-西”依次下降趨勢。(2)在省級層面上，僅有山東省在城市水資源系統(tǒng)的兩個階段始終都處于效率前沿面上，實現(xiàn)了全局最優(yōu)化；其余省份效率值均小于1，大部分省份都存在很大的節(jié)水和減排潛力。(3)從時間角度看，在2003-2014年間，我國城市水資源系統(tǒng)綜合效率存在下降趨勢，說明城市水資源系統(tǒng)效率還有待提高，通過無效率分解發(fā)現(xiàn)：水資源投入無效率是造成各省份城市水資源系統(tǒng)在生產(chǎn)階段無效率的主要原因，而影響污水處理階段效率的因素則主要是投入和合意產(chǎn)出，COD和NH4-N都存在較大的減排空間，應(yīng)著力提高污水處理的技術(shù)水平，優(yōu)化污水處理效率。

由此提出以下建議：(1)注重提高水資源利用效率，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，不宜一味加大水資源投入以期獲得更多的產(chǎn)出，而應(yīng)提高生產(chǎn)技術(shù)，減少水資源使用量，做到“節(jié)流”；(2)在污水處理階段則應(yīng)多向發(fā)達國家學(xué)習(xí)污水處理技術(shù)，提高污水處理能力，使得污水處理過程變得更有效率，通過該階段實現(xiàn)盡可能多地去掉污水中的各種污染物，同時輸出更多的可再生利用水，實現(xiàn)“開源”；(3)我國政府有關(guān)管理部門應(yīng)高度重視當(dāng)前城市水資源系統(tǒng)存在的顯著區(qū)域差異問題，促進落后地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展以縮小城市水資源系統(tǒng)利用效率差距，全面提升用水效率。

本研究的不足之處：受限于城市層面與水資源相關(guān)的多項指標(biāo)數(shù)據(jù)的可得性，采用的城市數(shù)據(jù)為“市轄區(qū)”層面的數(shù)據(jù)，而非“整個城市”層面上的數(shù)據(jù)，可能會對城市水資源系統(tǒng)效率測度造成一定影響。此外，未對模型中與污染物相關(guān)的計算結(jié)果作深入研究，其中還有可繼續(xù)挖掘的有價值的信息，故計劃在下一步的研究中多方搜集城市層面數(shù)據(jù)，爭取將研究對象擴展為全國所有地級市，并且對污水中的主要污染物進行影子價格測算，探討污染物的減排成本等相關(guān)問題。

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AStudyontheEfficiencyofUrbanWaterResourceSysteminChina——BasedontheAnalysisofNetworkBAMModel

WANG Bing GONG Ming-li

This paper applied Network BAM model to measure the urban city water resource system efficiency of 29 provinces in China during the period of 2003-2014, and analyzed the factors that caused the inefficiency of the system at the same time. It is found that there are obvious temporal-spatial differences in the efficiency of the urban water system in China. From the prospective of spatial, the east region performs better than other parts in both production stage and the decontamination stage; the western region has higher comprehensive efficiency and decontamination efficiency than the central region; while the production efficiency shows a descending order from the east to the west. In the view of time, the efficiency of urban water system is decreasing over the period of 2003-2014. It was the inefficiency of water input that caused the inefficiency of the production phase; meanwhile, the main factor that led to the inefficiency of waste water decontamination phase was the inefficiency of desirable output and input. There are great reduction potential for COD and NH4-N, and efforts should be made to improve the technology level of sewage treatment to optimize the decontamination efficiency. We suggest the authorities pay more attention to the regional differences of the urban water system, and promote economy development in backward areas. It’s also of great importance to strictly implement the most stringent water management system.

network BAM model; municipal water industry in China; efficiency of the urban water system; inefficiency decompositions; temporal-spatial differences

F293

A

1674-8298(2017)05-0133-16

[責(zé)任編輯：莫 揚]

10.14007/j.cnki.cjpl.2017.05.011

方式]王兵, 宮明麗. 中國城市水資源系統(tǒng)效率實證研究——基于網(wǎng)絡(luò)BAM模型的分析[J]. 產(chǎn)經(jīng)評論, 2017, 8(5): 133-148.

2017-04-16

國家自然科學(xué)基金“中國城市水務(wù)行業(yè)市場化改革的效率評價及提升路徑研究”(項目編號：71473105，主持人：王兵)；新世紀優(yōu)秀人才計劃“環(huán)境管制、全要素生產(chǎn)率與經(jīng)濟增長”(項目編號：NCET-110856,主持人：王兵)。

王兵，經(jīng)濟學(xué)博士，暨南大學(xué)經(jīng)濟學(xué)系教授、博士生導(dǎo)師，主要研究方向為經(jīng)濟增長理論、效率與生產(chǎn)率分析、環(huán)境經(jīng)濟學(xué)；宮明麗，暨南大學(xué)經(jīng)濟學(xué)系碩士研究生，研究方向：環(huán)境經(jīng)濟學(xué)。

① 2011年1月29日發(fā)布的《中共中央 國務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》指出，人多水少，水資源時空分布不均是我國的基本國情水情，水資源供需矛盾突出仍然是可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸，水利設(shè)施薄弱仍然是國家基礎(chǔ)設(shè)施的明顯短板。