張永凱，孫雪梅

(1.蘭州財(cái)經(jīng)大學(xué)農(nóng)林經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，甘肅 蘭州 730020； 2.蘭州財(cái)經(jīng)大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

黃河流域作為我國(guó)生態(tài)安全屏障、能源化工基地和重要經(jīng)濟(jì)地帶，在國(guó)家生態(tài)環(huán)境建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有舉足輕重的地位[1]。隨著黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展上升成為國(guó)家戰(zhàn)略，該流域迎來了千載難逢的歷史機(jī)遇，國(guó)家將在該地區(qū)部署一系列重大項(xiàng)目，推動(dòng)生態(tài)環(huán)境建設(shè)和高質(zhì)量發(fā)展。然而，黃河流域生態(tài)環(huán)境極其脆弱，水資源嚴(yán)重短缺，水土流失嚴(yán)重，自然災(zāi)害頻發(fā)，加之貧困人口分布集中，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展相對(duì)滯后，扶貧攻堅(jiān)任務(wù)十分艱巨，給該流域可持續(xù)發(fā)展提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。制約黃河流域發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵性問題就是“水”，水資源合理利用是黃河流域高質(zhì)量發(fā)展的核心。因此，黃河流域經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展需要水資源作為強(qiáng)有力的保障，并根據(jù)區(qū)域人口承載力和生態(tài)環(huán)境容量，合理利用有限的水資源，堅(jiān)持“以水而定、量水而行”的基本原則，充分發(fā)揮水資源對(duì)黃河流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的有效支撐作用。

目前，我國(guó)關(guān)于水資源利用效率問題的研究較多，其研究尺度卻不盡相同。高媛媛等[2-3]對(duì)全國(guó)31個(gè)省(市、區(qū))的水資源利用效率進(jìn)行了測(cè)算，均認(rèn)為北京、天津、山西用水效率高，寧夏、廣西用水效率低；張坤等[4]通過測(cè)算長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶11個(gè)省(市、區(qū))的水資源利用效率，認(rèn)為技術(shù)發(fā)展是其主要制約因素；鄭樂等[5]對(duì)寧夏5市工業(yè)用水進(jìn)行測(cè)算后，對(duì)其所處現(xiàn)狀分別做出解釋；任玉芬等[6]通過對(duì)全國(guó)283個(gè)城市的水資源利用效率進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)全國(guó)62.2%的城市水資源利用效率變化趨勢(shì)不明顯。20世紀(jì)70年代末，國(guó)內(nèi)學(xué)者陸續(xù)開始關(guān)注黃河流域水資源利用問題。劉善建[7]認(rèn)為，我國(guó)的水資源利用水平落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，應(yīng)對(duì)水資源的開發(fā)利用做好規(guī)劃；張曉濤等[8]利用基尼系數(shù)分析黃河流域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源匹配關(guān)系，發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與水資源利用量之間匹配較為合理，但水資源與生產(chǎn)要素之間的匹配狀況具有顯著差異；王猛飛等[9]利用同樣方法，發(fā)現(xiàn)基尼系數(shù)有緩慢減少的趨勢(shì)，說明黃河流域的水資源在區(qū)域間的合理配置起到良好效果；張慧等[10]利用熵權(quán)法測(cè)算黃河流域的農(nóng)業(yè)水資源利用效率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)利用效率低下；周帥等[11]運(yùn)用Mann-Kendal與重標(biāo)極差耦合的方法預(yù)測(cè)了黃河流域未來的水資源時(shí)空變化；左其亭等[12]針對(duì)黃河流域九省區(qū)構(gòu)建了涵蓋水資源、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)3個(gè)準(zhǔn)則層的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用層次分析法和熵權(quán)法組合賦權(quán)的TOPSIS模型對(duì)九省區(qū)2002年、2007年、2012年、2017年的水資源承載力進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。

然而，對(duì)黃河流域水資源利用效率的研究相對(duì)較少，且側(cè)重于農(nóng)業(yè)水資源利用效率，從微觀尺度上考察整個(gè)流域水資源利用效率的研究成果不足。鑒于此，在已有研究基礎(chǔ)上，本文基于地級(jí)行政單元的空間尺度，運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(data envelopment analysis, DEA)和Malmquist指數(shù)，測(cè)算黃河流域水資源利用效率，旨在為該區(qū)域人口、資源與環(huán)境經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展提供思路和借鑒。

1 研究區(qū)概況

黃河是我國(guó)的第二大河，發(fā)源于青藏高原的約古宗列盆地，最后注入渤海，干流河道全長(zhǎng) 5 464 km，自西向東分別流經(jīng)我國(guó)青海、四川、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、陜西、山西、河南和山東9個(gè)省區(qū)，整個(gè)流域面積約為752 443 km2(圖1)。本研究以黃河流域9省區(qū)中的68個(gè)地級(jí)行政單元(地級(jí)市、州、盟)為研究對(duì)象。

圖1 黃河流域概況

一般而言，黃河以內(nèi)蒙古呼和浩特河口鎮(zhèn)與河南洛陽(yáng)孟津縣為節(jié)點(diǎn)劃分上、中、下游，由于本研究以地級(jí)市為空間尺度進(jìn)行分析，所以按上述地級(jí)行政單元所屬節(jié)點(diǎn)分別表述上、中、下游地區(qū)。黃河流域作為中華文明的重要發(fā)祥地，經(jīng)濟(jì)發(fā)展早期主要以農(nóng)業(yè)為主，上游河套平原、中游汾渭盆地以及下游引黃灌區(qū)都是其主要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地。工業(yè)方面雖然起步較晚，但該流域擁有豐富的自然資源，為工業(yè)發(fā)展提供了良好的條件，是我國(guó)重要的能源化工基地。由于黃河地理位置的特殊性，黃河流域呈現(xiàn)“水少沙多、水沙異源”的特征，水量主要來自蘭州以上、秦嶺北麓，泥沙主要來自河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間與涇河、北洛河及渭河上游地區(qū)[13]。隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)水資源的需求不斷增大，加之水資源的時(shí)空分布不均，導(dǎo)致水資源短缺成為黃河流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要瓶頸。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

選取2009—2017年黃河流域68個(gè)地級(jí)行政單元(市、自治州、盟)的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其中，固定資產(chǎn)投資額、農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水、人口為投入指標(biāo)；GDP、工業(yè)生產(chǎn)總值、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值為產(chǎn)出指標(biāo)。勞動(dòng)力本應(yīng)采用就業(yè)人數(shù)，但鑒于數(shù)據(jù)缺失，因此用人口數(shù)乘以0.64(該標(biāo)準(zhǔn)參照2019年國(guó)家統(tǒng)計(jì)局勞動(dòng)力人口計(jì)算)的指標(biāo)替代。投入、產(chǎn)出指標(biāo)數(shù)據(jù)均來自各省、市、自治州和盟的統(tǒng)計(jì)年鑒與水資源公報(bào)。鑒于數(shù)據(jù)可得性，各省份的統(tǒng)計(jì)口徑不一致，部分?jǐn)?shù)據(jù)通過間接測(cè)算和取中值的方式加以處理。

2.2 研究方法

2.2.1DEA

(1)

2.2.2Malmquist指數(shù)

3 結(jié)果與分析

3.1 黃河流域水資源利用效率現(xiàn)狀分析

采用DEAP2.1軟件測(cè)算2017年黃河流域68個(gè)地級(jí)行政單元水資源配置效率(表1)，可見2017年黃河流域的水資源利用效率整體水平不高，綜合效率平均值僅為0.834，各區(qū)域的水資源綜合利用效率依次為上游(0.808)、中游(0.851)、下游(0.856)，上游地區(qū)低于全國(guó)平均水平，青海省海東的水資源綜合效率值最低，為0.408。綜合效率值達(dá)到DEA有效的地區(qū)有26個(gè)，即投入產(chǎn)出都達(dá)到了最優(yōu)狀態(tài)，主要集中于中部和沿海地區(qū)，流經(jīng)內(nèi)蒙古境內(nèi)的地級(jí)行政單元均為DEA有效。綜合效率的高低受技術(shù)因素和規(guī)模因素共同的影響，為便于了解不同影響因素的空間差異，分別從技術(shù)效率與規(guī)模效率角度進(jìn)行分析。

從技術(shù)效率角度看，黃河流域平均值為0.867，高于綜合效率，有13.3%的提升空間。其中，有35個(gè)地級(jí)行政單元實(shí)現(xiàn)技術(shù)有效，即水資源之間的組合達(dá)到了最優(yōu)。除去綜合效率值達(dá)到DEA有效的決策單元外，海南州、西安、銅川、晉城、運(yùn)城、洛陽(yáng)、濟(jì)寧、泰安、菏澤也實(shí)現(xiàn)了技術(shù)有效，這些城市主要位于中、下游地區(qū)。通過對(duì)黃河流域的上、中、下游進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，下游地區(qū)(0.894)技術(shù)效率最高，中游地區(qū)(0.888)和上游地區(qū)(0.833)次之。從規(guī)模效率角度看，除去綜合效率值達(dá)到DEA有效的決策單元外，大同和晉中的規(guī)模效率也保持不變，處于最優(yōu)狀態(tài)。黃河流域的規(guī)模效率整體高于0.7，平均值為0.963，其中上游地區(qū)的規(guī)模效率最高，為0.968；其次為中游地區(qū)，為0.961；最后為下游地區(qū)，為0.959。在未實(shí)現(xiàn)規(guī)模有效的40個(gè)決策單元中，有18個(gè)決策單元規(guī)模效率遞減，表示投入過多，有必要減少投入來提高規(guī)模效率；有22個(gè)決策單元規(guī)模效率遞增，表示它們可以通過擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、增加產(chǎn)出來進(jìn)一步提高規(guī)模效率。

由此可見，黃河流域的技術(shù)效率與規(guī)模效率有明顯的空間差異。從表1看，上、中、下游的規(guī)模效率平均值均大于技術(shù)效率。通過縱向比較，上游地區(qū)規(guī)模效率高，技術(shù)效率低；下游地區(qū)技術(shù)效率高，規(guī)模效率低；中游地區(qū)的技術(shù)效率與規(guī)模效率均處于中等水平。這主要是由于下游地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高于上、中游地區(qū)，技術(shù)設(shè)備相對(duì)先進(jìn)，技術(shù)效率較高，但隨著下游地區(qū)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)的各個(gè)方面難以得到有效協(xié)調(diào)，從而降低了規(guī)模效率。

表1 2017年黃河流域68個(gè)地級(jí)行政單元水資源配置效率

根據(jù)上述DEA有效性分析，對(duì)42個(gè)非DEA有效地區(qū)采取生產(chǎn)前沿面投影分析方法，從投入角度剖析非DEA有效地區(qū)未能達(dá)到DEA有效的原因。從投入角度看(表2)，西寧、海東、阿壩、天水、定西、臨夏、吳忠、安康、大同、晉中、忻州、臨汾、安陽(yáng)、新鄉(xiāng)、濮陽(yáng)、晉中存在投入冗余，主要集中在上、中游地區(qū)。要素的投入冗余率反映資源利用程度，投入冗余率為0，表示資源配置有效，資源得到充分利用；投入冗余率越大，表明資源利用效率越低，浪費(fèi)越多。

表2 非DEA有效地區(qū)投入角度的投影分析

在農(nóng)業(yè)用水方面，共有14個(gè)地區(qū)的農(nóng)業(yè)水資源利用效率低，其中吳忠的投入冗余率為443.48%，說明這個(gè)地區(qū)在農(nóng)業(yè)用水的過程中存在非常嚴(yán)重的浪費(fèi)現(xiàn)象，需要加強(qiáng)對(duì)資源的整合來優(yōu)化水資源利用效率；在工業(yè)用水方面，共有15個(gè)地區(qū)的利用效率低，濮陽(yáng)的投入冗余率最高，為113.39%；在生活用水方面，共有15個(gè)地區(qū)的生活水資源利用效率低，其中阿壩(198.32%)、吳忠(97.80%)、安陽(yáng)(244.76%)、新鄉(xiāng)(157.61%)的冗余率均超過了90%。由此可見，要素投入冗余大都集中在上述地區(qū)，提高水資源要素的利用效率，降低水資源浪費(fèi)是解決問題的主要手段。42個(gè)非DEA有效地區(qū)中有27個(gè)地區(qū)投入冗余率為0，說明決策單元未達(dá)到DEA有效的原因是規(guī)模效率小于1，因此，提高規(guī)模效率是實(shí)現(xiàn)DEA有效的關(guān)鍵。

3.2 基于Malmquist指數(shù)的黃河流域水資源利用效率變化分析

為了從更長(zhǎng)時(shí)間序列考察黃河流域水資源利用效率的變化情況，在水資源利用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，運(yùn)用DEAP2.1軟件，對(duì)2009—2017年黃河流域68個(gè)地級(jí)行政單元的面板數(shù)據(jù)進(jìn)行Malmquist指數(shù)分析，測(cè)算出68個(gè)地級(jí)行政單元分年和分地區(qū)的全要素生產(chǎn)率(total factor productivity, TFP)指數(shù)，從而分析黃河流域水資源利用的年際變化情況。由表3可知，在2009—2017年，黃河流域水資源利用效率的總體平均水平為0.957，整個(gè)過程呈波動(dòng)式變化，僅在2011—2013年出現(xiàn)上升，2012—2013年利用效率達(dá)到最高，TFP為1.146。從技術(shù)進(jìn)步率的角度看，2009—2017年平均每年進(jìn)步2.225%，波動(dòng)趨勢(shì)與TFP相似。其中，2009—2010年水資源利用效率最低，TFP為0.831，只有技術(shù)進(jìn)步率是負(fù)增長(zhǎng)，小于1；2012—2013年技術(shù)進(jìn)步率最高，為1.133，同期水資源利用效率也達(dá)到最高。由此可知，技術(shù)進(jìn)步率的高低對(duì)TFP的影響較大。從技術(shù)效率的角度看，總體呈下降趨勢(shì)：先是在2010—2012年呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)后呈小幅上升趨勢(shì)，又在2014—2016年呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，最后在2016—2017年達(dá)到1.011，較低于2009—2010年。由于技術(shù)效率可進(jìn)一步分解為純技術(shù)效率指數(shù)和規(guī)模效率指數(shù)，所以其增減情況與技術(shù)效率類似。技術(shù)效率的高低決定了各生產(chǎn)要素能否被充分利用，技術(shù)效率的提高并未明顯帶動(dòng)TFP的增長(zhǎng)，其對(duì)TFP的影響較小，可見TFP的提高主要依賴于技術(shù)進(jìn)步，技術(shù)進(jìn)步是提高黃河流域水資源利用效率的關(guān)鍵因素。

表3 2009—2017年黃河流域TFP指數(shù)及分解

表4為2009—2017年黃河流域68個(gè)地級(jí)行政單元水資源TFP指數(shù)及分解結(jié)果，可見，在2009—2017年，我國(guó)黃河流域流經(jīng)的68個(gè)地級(jí)行政單元中有50個(gè)地區(qū)水資源利用效率為負(fù)增長(zhǎng)率。因此，受大部分地區(qū)的影響，黃河流域水資源的TFP為0.957，增長(zhǎng)率為負(fù)。黃河流域水資源在上、中、下游的TFP均小于1，呈衰退趨勢(shì)，主要是因?yàn)槲覈?guó)水資源本身存在利用率低、浪費(fèi)嚴(yán)重等問題。通過對(duì)比上、中、下游TFP可知，下游地區(qū)的水資源利用效率高于上、中游地區(qū)，也高于黃河流域的平均水平，中游地區(qū)水資源利用效率最低，存在較大提升空間。上游地區(qū)的水資源利用效率平均每年降低0.47%，上游地區(qū)地處我國(guó)中西部，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不高，技術(shù)進(jìn)步率較低，再加之規(guī)模效率為負(fù)增長(zhǎng)，水資源利用與配置之間的協(xié)調(diào)度還需進(jìn)一步提高[16]。中游地區(qū)地處汾渭平原，水土流失嚴(yán)重，汾河、渭河、涑水河、清澗河存在持續(xù)重度污染，提高技術(shù)水平，改善水質(zhì)是解決水資源利用效率低下的關(guān)鍵。其中，阿拉善地域廣闊，水資源分布不均，雖有較多湖泊河流流經(jīng)阿拉善，但用水浪費(fèi)嚴(yán)重，且用水結(jié)構(gòu)不合理，對(duì)水資源未能實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)用[17-18]，所以阿拉善的水資源利用效率最低。下游地區(qū)的技術(shù)進(jìn)步率在黃河流域最高，為0.969，技術(shù)效率為1.008，水資源利用效率平均每年降低0.26%，技術(shù)水平對(duì)其影響較大。然而，下游地區(qū)人口數(shù)量大體上是上游地區(qū)的兩倍，其人均水資源的擁有量和使用量遠(yuǎn)小于上游地區(qū)，人多水少的矛盾相對(duì)突出，僅通過增強(qiáng)技術(shù)水平并不能有效提升水資源利用效率，需同時(shí)提高節(jié)水意識(shí)，促進(jìn)水資源的重復(fù)利用。雖然西寧、海東、海西、臨夏、石嘴山、安康、臨汾、安陽(yáng)、聊城、菏澤等地區(qū)技術(shù)進(jìn)步率低，技術(shù)效率較高，致使TFP大于1，但是整體而言，黃河流域TFP為負(fù)增長(zhǎng)，主要受技術(shù)進(jìn)步率影響，因此提高技術(shù)水平是解決水資源利用效率低下問題的關(guān)鍵。

表4 黃河流域68個(gè)地級(jí)行政單元水資源TFP指數(shù)及分解

4 結(jié) 論

a.2017年黃河流域水資源利用效率達(dá)到DEA有效的地級(jí)行政單元有26個(gè)、非DEA有效的地級(jí)行政單元有42個(gè)；通過對(duì)42個(gè)非DEA有效行政單元的投入冗余測(cè)算，發(fā)現(xiàn)由于規(guī)模效率不高造成的有27個(gè)、技術(shù)效率低下造成的有15個(gè)。

b.通過對(duì)黃河流域進(jìn)行分年份與分地區(qū)的TFP分解，發(fā)現(xiàn)在2009—2017年黃河流域的水資源利用效率呈“先上升、后下降、且波動(dòng)大”的特點(diǎn)，且受技術(shù)進(jìn)步率影響較大，水資源利用效率整體有所提升。

c.從流域來看，2009—2017年黃河流域水資源TFP指數(shù)的綜合平均值為0.957，其中，下游地區(qū)的水資源利用效率最高，TFP指數(shù)為0.977；上游和中游地區(qū)次之，TFP指數(shù)分別為0.958和0.948。