辽宁省水资源利用效率时空差异性分析

刘振宇

(辽宁省抚顺水文局，辽宁 抚顺 113015)

0 引 言

辽宁地区具有水资源蒸发量大、季节变化性和地域分布不均等多重特性，该区域人均占有量远低于全国平均水平的1/4。水资源的合理利用与当地人民生活质量、地方经济发展等密切相关，它关系着区域生态进程和经济健康发展水平，研究分析时空差异性具有极为重要的意义[1-5]。

针对水资源利用效率我国诸多学者给出了不同的界定，如马海良等认为获取人们期望产出时投入的最少水资源即为水资源利用效率。文章结合辽宁省用水现状和上述学者的观点，将其定义为产出与投入要素的比率，其中产出要素包括废水排放量和辽宁地区生产总值，投入要素包括劳动力、固定资产和用水总量。现有研究侧重于工业和农业用水效率方面，如曹思齐等对安徽、上海、浙江和江苏等省市的工业用水情况利用DEA法预测，发现这些地区的用水效率呈不断上升趋势。当前，用水效率评价的常用方法数据包络法、空间计量法、要素分析法等。林昕等以南京市为例，对考虑和不考虑非期望产出两种情景下的用水效率利用时间序列DEA模型对比分析，认为用水效率值在考虑非期望产出时显著提升[6-7]。然而，现有文献资料考虑各地市时空差异性的水资源利用效率的研究较少，大多数侧重于全国范围影响因素和用水效率研究。文章对辽宁各地区水资源利用效率采用数据包络分析法DEA研究，在空间和时间尺度上揭示了水资源利用效率变化特征，为提升区域用水效率提出科学有效的建议措施[8]。

1 数据来源

1.1 区域概况

辽宁省地处中国东北地区南部，其地理位置为E118°53′-125°46′，N38°43′-43°26′之间，区域总面积14.8万km2，为大陆性季风气候。流域面积超过5000km2、1000-5000km2的河流有17条和31条，主要有中超共用的界河鸭绿江、大凌河、辽河、饶阳河、太子河等。研究区海域辽阔，近海水域面积6.4万km2，海洋岛屿有长兴岛、石城列岛、大鹿岛及里长山列岛等266个。

根据辽宁省水资源公报可知(图1)，辽宁省大中型水库2010-2017年蓄水量平均值为68.2×108m3，且呈现出波动变化特征，由此进一步说明辽宁地区蓄水量处于不稳定状态。其中偏枯水年为2010年、2011年、2016年，其余均为偏丰水年。在空间分布上，降水量较为充足的为东部山地丘陵区，中部平原区降水适中，而与内蒙古高原相连的西部山地丘陵区降水较少且风沙干旱严重，自东南向西北降水量总体呈减少趋势[8]。

图1 辽宁省2010-2017年蓄水量和降水量变化趋势

1.2 数据来源

从时空差异性的角度利用Max DEA软件分析辽宁省14个地市水资源利用效率，所需数据来源于2010-2017年辽宁省水资源公报、统计年鉴等资料。

2 研究方法

2.1 模型的构建

采用非参数技术效率分析法为数据包络分析DEA的基本内容，该方法适用于多产出、多投入的情况且无需量钢化处理，在医疗卫生、农业、环境等领域均已得到普遍应用。当前，数据包络分析具有规模报酬可变BC2和不变C2R两种模型，而对水资源利用效率的研究属于多产出、多投入的情况，且在实际工程中二者时刻发生变化，因此文章考虑对辽宁省水资源利用效率值选用规模报酬可变的DEA-BC2模型分析[9-11]。

设存在m种投入变量均可对水资源效率产生影响，将其标记为xi，其中i=1，2，…，m；水资源产出变量有q种，将其标记为yr，其中r=1，2，…，q；用水效率目标函数为j，在C2R模型上增加约束条件即可形成BC2模型，其数学表达式为：

(1)

2.2 指标的选取

文章对辽宁14个地市的水资源利用效率运用DEA-BC2模型分析，投入、产出指标的确定原则为以上两类指标数量乘积大于等于决策单元数量。根据水资源功能特征和现有相关文献，设定5项投入和产出指标，如表1所示。

评价体系中用水总量为辽宁地区生态、生活、工业、农业用水的总和，城镇居民、城乡集体、国有经济以及其他各类单位投资的总和为固定资产投资额，而辽宁上一年和当年年末就业人数总和的一半为劳动力数量。集中治污设施污水、生活和工业废水排放的综合为产出指标中的废水排放量。辽宁省各地区2010-2017年集中处理的生活和工业废水重复量数据缺乏，所以对于该指标未考虑重复处理的生活和工业废水量[12]。未避免名义GDP对地区生产总值的影响，地区实际GDP利用不变价格确定，各指标现状值见表1。

表1 辽宁水资源利用效率评价体系

3 结果与分析

3.1 水资源利用效率的时间差异性

辽宁省14个地市2010-2017年水资源利用效率见表2，用水效率总体呈现出波动上升趋势。其中，大连地区的用水效率总体处于1.00水平，这也表明该区域处于有效用水状态，各项产出在投入要素不降低的情况下不存在等比例下降空间。除大连、营口、本溪和锦州地区外，其余地区的用水效率均呈现出不同幅度的波动型增长趋势[13]。

根据表2计算结果，按照平均增长速率可将水资源利用效率划分为>7%、<7%两种类型。计算结果显示，2010-2017年水资源利用效率超过7%的地区有6个，依次为丹东、辽阳、沈阳、朝阳、盘锦、阜新地区，这些地区的用水效率波动幅度大且提升速度较快，其中用水效率增速最快的为阜新地区。辽宁地区“十二五”期间的水利工程投资达到765亿元，用水效率超过7%的地区中辽阳、阜新的生产总值增长率为12.68%、20.33%，农业重点发展区域为沈阳、沈阳和阜新地区。针对以上6个地区辽宁省水利厅于2015年编制了高效节水方案，从管理、资金和技术等方面加强了对这些地区的节水整治。由此表明，科研技术的进步、资金的支持和经济水平的发展为提升以上地区水资源利用效率的关键原因。

表2 辽宁地区2010-2017年水资源利用效率变化

2010-2017年水资源利用效率<7%的地区有8个，如下两个方面为引起用水效率增速过低的原因：其一，每年都能达到用水效率最优；其二，这些区域的用水效率增速过于缓慢，且呈现出下降变化特征。从表2可以看出，营口、大连、本溪和锦州地区的用水效率平均值处于0.96-1之间，且部分地区长期处于1.00水平。所以，可以将以上8个地区的用水效率按照0.96再次分类。

虽然营口、大连、本溪和锦州地区的用水效率增速均在7%以内，但上述8个地区的相对效率值一直处于0.96-1之间。锦州地区降水量丰富、水资源充沛，水资源相对效率处于有效状态与丰富的资源禀赋条件密切相关。大连和营口地区具有明显的工业发展优势，为了加强对工业水污染现象的整治有关政府部门印发了《水污染防治工作方案》，强调以两手发力、空间均衡、节水有效、系统治理为原则提升当地用水效率。本溪地区为大陆性季风气候，年降水量处于700-1000mm之间，年均蒸发量1110.2mm。2015年，本溪地区完成节水灌溉约4180hm2，用于农业节水工程的建设投资6428万元，当年完成节水量1106×104m3。

2010-2017年辽宁地区用水效率平均值<0.96且增速低于7%的地区有鞍山、葫芦岛、抚顺、铁岭。一方面，大部分地区受自然条件影响，其蒸发量大且气候干燥，如抚顺地区的用水效率平均增长量为2.68%，当地经济发展速度受水资源短缺的制约严重；地下水和大气降水为鞍山地区水资源补给主要来源，季节性河流存在不稳定、水量小等特征，很容易导致河流干枯现象。另一方面，水资源利用效率在一定程度上也对经济发展水平产生影响。根据辽宁省2017年统计年鉴，铁岭工业区的生产总值仅占辽宁的9.6%左右，该地区为东北地区重要的粮食生产基地，水资源供给持续紧张的现象时常出现。

3.2 水资源利用效率的空间差异性

从空间尺度上划分用水效率数据(如表2)，发现经济发展程度、科技水平和自然条件等因素均可对水资源利用效率产生影响，且各地区存在明显差异性。水资源利用处于有效状态的区域大部分位于辽宁省东南部低山丘陵区，与内蒙古高原相连的西部低山丘陵区仍存在较大的水资源平均效率提升空间。

邓益斌等认为水资源利用效率在一定程度上受经济发展水平的影响，文章所得结论与该研究成果一致。辽宁中部和东南部地区的科技水平较高、经济较为发达，在不断改革供给侧结构的背景下显著提升了水资源利用效率，污废水的排放以及违法涉水行为等也得到严格的控制。较其他地区而言，西北部的科技水平和经济发展明显滞后，因此用水效率总体处于低等水平。赵良仕等提出水资源利用效率与资源禀赋之间存在一定的负相关性，如水资源较为充沛的葫芦岛地区处于无效用水状态。可见，水资源较为丰富的地区其用水效率低下的原因为居民节水意识薄弱、农田采用漫灌模式等。反之，水资源匮乏的本溪地区，有关部门积极采取多项配套措施和农业节水工作，通过加强节水技术学习不断提升用水效率。

3.3 对策建议

水资源利用效率受资源禀赋和当地经济水平等要素影响，其变化趋势存在空间和时间差异性，对此提出的对策如下：

1)2010-2017年，营口、大连、本溪和锦州地区的用水效率平均值均>0.96，达到水资源有效状态。为提升水资源利用效率应借鉴这些区域的经验，应采取增加水资源治理投资、发展各地特色经济和引入先进的农业灌溉节水技术等措施。

2) 针对用水效率增速缓慢的地区，应重点提高铁岭、抚顺、葫芦岛等地区的农田灌溉用水效率，合理调整当地产业结构和强化农户节水灌溉意识，鼓励和激励节水灌溉工业企业或农户。

3) 辽宁东南部地区用水效率明显低于中部和西北部，辽宁中部应维持当前的用水效率，而东南部仍存在较大的用水效率提升空间，应严控工业废水污染现象和加大水资源合理利用力度；科学技术、经济发展等因素对西北部地区用水效率影响显著，对此应加强与高用水效率地区的学习和加快经济发展。

4 结 论

文章对辽宁各地区水资源利用效率采用数据包络分析法DEA研究，在空间和时间尺度上揭示了水资源利用效率变化特征，结果显示2010-2017年期间，辽宁地区的用水效率存在明显差异性。从时间尺度的的角度，水资源利用效率总体表现出增长趋势，用水效率增速超过7%的地区占40%，其它大部分地区的增速均在7%以下；从空间尺度的角度，用水效率最高的地区位于东南部，最低的区域为西部地区，为提升区域用水效率提出科学有效的建议措施。