南京市水资源利用效率研究

林 昕，刘嘉熙

(1.河海大学商学院，江苏 南京 211100；2.同济大学经济与管理学院，上海 200092)

南京市水资源利用效率研究

林 昕1，刘嘉熙2

(1.河海大学商学院，江苏 南京 211100；2.同济大学经济与管理学院，上海 200092)

以南京市为研究对象，构建了南京市水资源利用效率评价指标体系。选用基于时间序列的DEA模型，分别对不考虑非期望产出情况的水资源利用效率和考虑非期望产出下的水资源利用效率进行测算。对比两种情况下的效率值，发现在环境约束下，考虑非期望产出的南京市水资源利用效率比不考虑非期望产出下的效率值提高了。引入环境效率概念，解释了其原因在于节能减排、环境治理工作取得成效、环境效率提高所致。

水资源；利用效率；时间序列DEA模型；环境效率；南京市

水资源的可持续利用是社会经济可持续发展和生态环境健康的重要保障。南京市属于亚热带季风气候，2005—2013年全市的年降水量均值为 1 090.3 mm，水资源总量均值为28.11亿 m3，人均水资源量不足290 m3。

实现社会可持续发展，解决当前水资源问题，是建设资源节约型、环境友好型社会的要求，其关键在于提高水资源利用效率。对南京市水资源利用效率进行研究，不仅对南京市实现可持续发展具有重要现实意义，也可为其他地区的水资源利用提供一定的借鉴。

1 水资源的内涵及研究发展

水资源的定义有广义和狭义之分，广义上是指对人类有直接或间接使用价值，能作为生产资料或生活资料的天然水体，狭义上指人类可以直接使用的用水。本文所研究的水资源是指可以被人类直接开发利用的，比如工业用水、农业用水、生活用水和生态用水。

国外很早就开始对资源利用效率进行研究。18世纪初，有学者开始注意到人口与资源、环境问题。进入到20世纪，随着工业经济的发展，人口持续膨胀，水资源供需出现矛盾，水资源问题得到广泛关注，许多学者预言21世纪水问题将是最严重的全球性问题[1-2]。到了20世纪90年代，开始深层次讨论水资源可持续利用问题。国外学者对水资源利用效率的研究很大程度上集中在农业水资源利用上，对工业用水、城市用水以及综合用水效率的研究相对较少。

我国对水资源问题越来越重视，对水资源利用的研究也越来越深入。但国内学者在对水资源利用效率进行评价时，更多侧重于经济发展与用水之间的关系，对不同地区采用的准则和方法也一样，缺少对各个地区经济发展以及自然地理、气候条件的综合考虑，同时也很少考虑到生态环境与用水效率之间的关系。

笔者在构建南京市水资源利用效率评价指标时，全面综合考虑了各种影响因素，将生态环境纳入到指标中，考虑了生产过程中的非期望产出COD(化学需氧量)排放量，更真实地反映了南京市水资源利用效率。

2 南京市用水指标分析

南京虽处于沿江地区，但水资源时空分布不均，本地水资源不足，加之水环境遭到破坏，南京市水资源状况令人担忧，水资源利用效率相对较低，浪费情况较为严重，这将制约南京市的可持续健康发展。

有关用水指标有很多，本文选取万元GDP用水量、万元工业增加值用水量这两个有代表性的指标来分别代表综合用水、工业用水情况。南京市2005—2013年用水指标情况见表1和图1。

表1 2005—2013年南京市主要用水指标 m3

数据来源：2005—2013年南京市水资源公报、南京统计年鉴

图1 2005—2013年南京市用水指标变化情况

由表1和图1可以看出：

(1) 从2003年开始，南京市的万元GDP用水量一直呈下降趋势，该指标可以反映一个地区的用水整体情况。一般情况来说，该值越小说明水资源利用效率越高。

(2) 南京市万元工业增加值用水量除有稍许波动之外，也一直呈下降趋势。万元工业增加值用水量是指一个地区在统计期内，工业新用水量与工业增加值的比值。万元工业增加值用水量呈下降趋势，说明南京市工业用水效率在逐步提高。

2 水资源利用效率测算指标体系

构建水资源利用效率评价指标应做到全面真实地反映出水资源利用情况。笔者根据以下3个原则构建水资源利用效率评价指标：科学性原则、全面性原则以及可操作性原则。

2.1 指标体系确立

在经济学中，一般认为资本、劳动力、资源是生产活动必不可少的三要素。结合上述原则，笔者欲从以下方面确定投入产出指标。

2.1.1 投入指标

(1) 水资源投入指标

水资源利用效率评价的投入指标中选择用水总量，本文中的用水总量主要是每年新用水量，不包括重复利用水量，这样可以确保更真实地反映出用水情况。

(2) 资金投入指标

资金的投入对经济的快速发展有着重要作用，同时，充足的资金在供水和治污基础设施建设、保护生态环境等方面又起到关键作用。固定资产投资额对改善公众物质文化水平，进一步调整产业结构，扩大固定资产的再生产具有极大作用。本文选取全社会固定资产投资额作为水资源利用的资金投入指标。

(3) 劳动力投入指标

劳动力是经济生产中必不可少的生产要素，本文选取从业人数作为水资源利用的劳动力投入指标。从业人数是指从事一定劳动并合法取得劳动报酬的人数，可以用来反映一定时期内对劳动力资源的利用状况。

2.1.2 产出指标

(1) 期望产出

资源的投入使用必定会带来经济效益，水资源的投入所带来的经济效益最直接的反映就是国民生产总值(GDP)，本文选择GDP作为水资源利用的期望产出指标。大多数文献[3-6]在构建水资源利用效率评价指标体系时，都选择了GDP作为经济产出指标。在对农业水资源利用效率评价时选择GDP中的农业产值[7]，在对工业用水效率评价时用GDP中的工业产值作为产出指标[8]。

(2) 非期望产出

资源的利用会带来“好”的产出，但同时也会带来“坏”的产出，如污染物。水资源在利用的时候会带来经济的增长，同时也不能忽视带来环境污染，如工业废水和生活废水中的COD(化学需氧量)、氨氮等污染物，这些就是非期望产出，给生态环境带来了破坏。考虑数据的可获性，本文选择COD排放量作为南京市水资源利用的非期望产出。

根据上述内容，笔者建立了南京市水资源利用效率评价指标体系(表2)。

表2 南京市水资源利用效率评价指标体系

2.2 时间序列DEA模型

本文所研究的是2005—2013年南京市水资源利用效率，是基于时间序列的，而DEA大多应用于对横截面数据的处理分析[9-11]，如果想要把DEA运用到分析时间序列数据，那么传统DEA就不适用，因为要无法假设在所有时间点上技术水平是相同的。1999年，Lynde[12]等建立了一种基于时间序列的DEA模型来分析生产率和效率的变化情况。

用yt∈R来定义在时间点t上的产出，设生产yt需要m种投入，xt∈Rm则表示生产yt的投入向量。用S={(yt,xt)∶t=1,2,…,n}表示观察期n个时间点内所有的投入和产出的生产可能集。同时设f:Rm→R为单调递增的凹函数，参数θt∈R,At∈R及vt∈Rm，可以如下表示生产技术：

(1)

式中：vt为松弛变量；At为技术进步指数，在t=n时值为1，θt=1表示时间t时的所有投入利用的综合技术效率。当vt=0,表示没有松弛变量，θt=1表示综合技术效率为1，即在现有的技术水平下，投入资源充分利用。当vt=0且θt=1时，函数可以变成yt=f(Atxt)，这是个不考虑资源利用中存在无效率的标准模型。值得注意的是，方程1说明技术是不可逆的，也就是说技术进步是与知识的积累相关的，并且如果松弛变量为0，资源被充分利用，标准化An=1，得到yt=f(xt)。因此可以把f定义为最佳生产前沿面，除非At=1，否则一般情况下这个前沿面在时间t

在时间为t时，产出为yt，用ut表示投入的有效向量，则ut=θtAtxt-θtAtvt。DEA方法是用数据包络来估计最佳生产前沿面f和参数θt,At和vt。

y=(y1,y2,…,yn)T表示输出矩阵，xt=(x1t,x2t,…,xmt)T表示在时间t时m种投入向量，X=(x1,x2,…,xn)T表示输出矩阵，在规模报酬固定的前提下，得到如下线性规划模型:

(2)

以上关于时间序列的DEA模型中没有考虑存在非期望产出的情况，本文在借鉴该模型的基础上，考虑非期望产出(badout)的弱可处置性，给模型(2)加上线性约束条件，用b=(b1,b2,…,bn)T表示非期望产出矩阵，考虑非期望产出改进后的模型如下：

(3)

2.3 南京市水资源利用效率测算

2.3.1 不考虑非期望产出的南京市水资源利用的经济效率测算

(1) 投入产出指标相关性分析

考虑到DEA模型的限制条件，必须对构建的投入产出评价指标体系进行合理化分析。本文采用eviews6.0对指标体系进行相关性分析，确保指标体系中投入指标的变动必然会对产出产生影响，这样才能对水资源利用效率进行科学有效的评价。

南京市2005—2013年水资源利用投入产出原始数据如表3所示。

数据来源：2005—2013年南京市水资源公报、南京统计年鉴

运用eviews6.0对投入指标和产出指标进行相关性分析，分析结果如表4所示。

由表4可以看出，产出GDP与各项投入是正相关，说明增加投入会带来经济产出的增加，因此指标的选取是合理可行的。

(2) 效率测算

不考虑非期望产出时的南京市水资源利用效率即经济效率，反映了资源投入使用带来的经济产出情况。

借助lingo11.0，运用模型(2)对不考虑非期望产出的南京市水资源利用的效率进行测算，结果如表5所示。

表5 不考虑非期望产出的南京市水资源利用的经济效率

由表5可以看出，在不考虑非期望产出的情况下，南京市水资源利用效率均值为0.977，整体水平较高，也就是说在同等投入下带来的经济产出水平较高。这9年间非DEA有效的年份达到7个，占样本总数的77.78%。这9年水资源利用效率非DEA有效的原因是因为存在人力资源和用水资源的浪费，尤其是人力资源，南京拥有丰富的人力资源，但是资源没有得到合理配置，造成浪费。

2.3.2 考虑非期望产出的南京市水资源利用的综合效率测算

如果只考虑水资源利用带来的经济效益，不考虑在生产过程中的污染物给效率带来的影响，那样必定会造成不能真实反映水资源利用情况。本文将非期望产出纳入指标，具体选择了COD排放量这个指标。南京市2005—2013年COD排放量情况如表6和图2所示。

表6 2005—2013年南京市COD排放量情况 万t

数据来源：2005—2013年南京市环境状况公报

图2 2005—2013年南京市COD排放量趋势图

由图2可以看出，南京市COD排放量呈下降趋势，尤其是2011年COD排放量最低。这是因为2011年是“十二五”的第一年，南京市环境保护力度加强，用在环境保护上的直接投入达到了南京市生产总值的2.6%(159.53亿元)，对污染物的减排工作更加重视，污染物减排工作取得一定时效。

关于投入和产出指标之间的相关性分析，3.3.1小节已作分析，产出指标和投入指标是合理可行的，此处可省略分析。

运用lingo11.0和模型(3)对南京市2005—2013年水资源利用综合效率进行测算，运算结果如表7的显示。

表7 2005—2013年考虑非期望产出的南京水资源利用效率情况

由表7可以看出，2005—2013年考虑非期望产出的情况下，南京市水资源利用综合效率均值为0.996，整体水平较高。2005—2013年9年间有6年综合效率达到DEA有效，投入和产出都达到最优。

从投入冗余来看，2010年、2011年、2012年和2013年DEA无效，都存在投入冗余，这也是这几年DEA无效的原因。2010年的固定资产投资额和从业人员数存在冗余，说明资金存在不合理配置，人力资源浪费。2011年和2012年的从业人员数和用水量存在冗余，用水结构不合理，水资源使用浪费。南京市在发展过程中水资源和人力资源投入过多，投入不合理，可以减少对资源的投入，从而节约水资源。

2.3.3 南京市水资源利用的环境效率测算

表8 南京市水资源利用环境效率情况

数据来源：由表5和表7整理所得

表9 南京市水资源利用效率情况

注：平均效率是指经济效率、综合效率和环境效率的几何平均值

图3 不同效率对比图

由表8可以得出：2008年、2012年和2013年的环境效率为1，说明增加环境约束后对这3年的水资源利用效率测算分析没有影响；其余几年的环境效率都小于1，说明环境治理导致了投入资源的浪费，导致期望产出GDP的减少，也说明这几个年份环境治理对水资源利用效率的影响还有提升的潜力。

由表9和图3可以看出：

(1) 增加环境约束条件后，考虑非期望产出的水资源利用综合效率比不考虑非期望产出的水资源利用的经济效率有所提高，这是因为环境效率高，环境治理在发挥作用。南京市每年的COD和氨氮等污染物的减排量都在上升，减排工作进行顺利。同时，也说明南京市对原有粗放型经济和环境污染治理工作起到了一定作用。

(2) 从平均效率的波动趋势来看，波动较大，但是目前趋于上升趋势。南京市在经济发展追求GDP的同时，也要继续注重环保工作，加大对环境的治理投入。

综上所述，可以看出南京市在快速发展经济的同时也兼顾了环境的保护，走可持续发展道路。但是在取得同样的产出下可以减少资源的投入，资金、人力和水资源的利用还存在浪费，没有做到资源的充分利用。

3 政策建议

通过对南京市水资源利用效率的计算分析，结合当前南京市现状，笔者提出以下建议。

3.1 合理配置人力资源

从2.3.1的计算结果可知：南京市2005—2013年存在水资源利用效率非DEA有效的原因是因为存在人力资源和用水资源的浪费，尤其是人力资源浪费。南京市拥有丰富的人力资源，但是资源没有做到合理配置，造成浪费。资本的合理规划主要指对资金和人力资源的合理使用。南京市在人力资源使用上存在冗余，没有发挥最大效用。南京市人力资源丰富，但是光有量是不够的，需要提高劳动者的素质，将人力资源优势转化为经济优势。

3.2 调整用水结构，综合利用各类水资源

从2.3.2中的2011、2012两年间用水量存在冗余可以看出，南京市用水结构不尽合理，造成了水资源的浪费。南京市在发展过程中水资源投入过多，投入不合理，可以减少对资源的投入，从而节约水资源。

(1) 污水处理及中水回收利用

提高污水处理回收率，促使污水资源化。加大污水处理和重复利用，既增加了水资源的供应，又避免了生态环境的污染。在一定的社会经济发展阶段，生产、生活污水将会逐渐增大，污水资源化将是实现水资源可持续利用的关键因素，是维持社会、经济、资源、生态环境协调发展的重要措施。

(2) 雨洪的调蓄利用

南京雨洪水量大，通过工程措施调蓄利用雨洪水量，对缓解南京用水压力和提高水资源利用效率具有重大作用。

3.3 加大环境治理力度

2.3的分析结果表明：增加环境约束条件后，考虑非期望产出的水资源利用综合效率比不考虑非期望产出的水资源利用的经济效率有所提高，这是因为环境效率高，环境治理在发挥作用。在水资源利用、水资源保护和污染治理工作等方面需要用完善的法律去规范约束，不但要建立法规体系，还要根据实际情况的变化不断去完善，目的是为了在高效利用水资源的同时，降低环境污染，提高水资源利用效率，更好地去保障水资源可持续利用发展。

[1] GIBBONS D.The economic value of water[M].Washington,D.C:Resources for the Future,1986:1-5.

[2] DIETER H, NAJMA R.Water regulation: the periodic review[J].Fiseal Studies,1994,15(7):74-94.

[3] 张浩文.兰州市水资源利用效率研究[D].兰州：西北师范大学,2012.

[4]马海良,黄德春,张继国,等.中国近年来水资源利用效率的省级差异:技术进步还是技术效率[J].资源科学,2012,34(5):794-801.

[5] 李红新.辽宁省用水效率的时空变化分析及影响因素研究[D].大连：辽宁师范大学,2008.

[6] 廖虎昌.基于DEA和Malmquist指数的西部12省水资源利用效率研究[D].昆明：昆明理工大学,2011.

[7] 佟金萍,马剑锋,王慧敏,等.农业用水效率与技术进步:基于中国农业面板数据的实证研究[J].资源科学,2014,36(9):765-1772.

[8] 孙爱军,董增川,王德智.基于时序的工业用水效率测算与耗水量预测[J].中国矿业大学学报,2007,36(4):547-553.

[9] 廖虎昌，董毅明.基于DEA和Malmquist指数的西部12省水资源利用效率研究[J].资源科学,2011,33(2):273-279.

[10] 买亚宗,孙福丽,石磊,等.基于DEA的中国工业水资源利用效率评价研究[J].干旱区资源与环境,2014,28(11):42-47.

[11] 姜博骞,刘欣.基于DEA-Malmquist的环渤海经济区水资源利用效率评价[J].资源开发与市场,2015,31(1):49-51.

[12] LYNDE C, RICHMOND J.Productivity and efficiency in the UK: a time series application of DEA[J].Economic Modelling,1999,16(1):105-122.

TV213.4

A

1003-9511(2017)05-0023-05

2017-05-07 编辑：陈玉国)

林昕(1993—)，男，硕士研究生，主要从事工程管理研究。E-mail:609096188@qq.com

10.3880/j.issn.1003-9511.2017.05.005