黄河流域水资源绿色效率及影响因素分析

鲍淑君

（国家发展和改革委员会 国际合作中心，北京 100038）

1 引 言

2019年9月18日，习近平总书记在郑州主持召开黄河流域生态保护和高质量发展座谈会，强调将水资源作为最大的刚性约束。2021年10月，《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》指出，要加强黄河流域水资源节约集约利用，加大农业节水力度。在此背景下，研究黄河流域水资源绿色效率，对于促进黄河流域生态保护和高质量发展具有重要的理论和现实意义。当前，我国产业附加价值偏低，“高污染”“高能耗”与资源环境约束的矛盾加剧，对绿色发展的诉求不断增强。目前，学者关于绿色发展的研究主要集中于省域层面，而从地级市层面研究黄河流域水资源绿色效率的影响因素并探讨其差异化特征，对于更好落实绿色发展理念，推动黄河流域提升水资源开发利用水平具有重要意义。

近年来，国内外学者围绕水资源效率内涵、影响因素等开展了大量研究。水资源效率内涵方面，国内外学者普遍从用水投入与产出两个维度，分析水资源绿色效率，主要方法包括数据包络法、因素分解法、水足迹法、评价指标法等。刘晓君等［1］采用Tobit模型计算了我国西部地区的水资源绿色效率并分析了其动态演化的影响因素，发现西部水资源利用效率整体水平不高；孙才志等［2］对比分析了水资源效率的绿色效率、环境效率和经济效率。还有学者从期望产出和非期望产出角度，将综合效益纳入效率评估。马海良等［3］指出，不考虑非期望产出的水资源绿色效率存在被高估的情形；Chang等［4］结合非期望产出，分析了30个省（市、区）的水资源绿色效率；Deng等［5］将污水排放量作为非期望产出，分析了国内31个省（市、区）的水资源绿色效率；孙才志等［6］将农业、工业、生活中的灰水足迹作为非期望产出，对各省的水资源绿色效率进行评估；杨高升等［7］以污水排放量作为非期望产出，对长江经济带的水资源绿色效率进行测算；刘渝等［8］将农业氨氮、COD等作为非期望产出，分析各省（市、区）的农业水资源环境效率发展趋势。在黄河流域水资源绿色效率研究方面，何楠等［9］分析了沿黄9个省（区）的水资源绿色效率；左其亭等［10－11］通过构建3个维度的评价指标体系，对黄河流域9个省（区）的水资源承载力进行评估，并分析了黄河流域9个省（区）的水资源绿色效率变化原因。

水资源效率影响因素方面，学者们主要对地区经济水平、技术进步、环境规制、产业集聚等因素的影响方向和弹性进行了研究［12－17］。其中：在环境规制对水资源绿色效率影响方面，不同学者的研究结论差异较大，金巍等［13］发现环境规制对工业用水效率有负向作用，杨骞等［14］发现环境规制可推动农业水资源效率提升，巩灿娟等［15］发现环境规制对黄河中下游城市的水资源绿色效率有正向作用。在外商直接投资（FDI）方面，Kumar等［16］研究认为，FDI通过示范效应、关联效应、竞争效应，可提高清洁技术创新水平和资源能源利用水平，通过降低能耗和污染排放提高生产清洁程度，促进地区绿色全要素生产率提升；Yoon等［17］则强调FDI通过提升当地收入水平，使得人们对环境有更高要求，进而提升绿色全要素生产率。然而，另一些学者指出FDI不利于地区绿色全要素生产率提升。Rafindadi等［18］指出FDI带来高污染生产转移，或因垄断效应远大于示范效应、竞争效应，对绿色全要素生产率有负面影响；王伟等［19］指出环境规制自身或与FDI等因素结合可以有效提升长江经济带绿色全要素生产率。在空间差异方面，胡琰欣等［20］指出FDI对绿色发展的影响存在地域差异，在部分地区具有促进作用；李毅等［21］则认为环境规制的地域差异与各地制度环境相关；秦腾等［22］对水资源效率的空间联动效应和传导机制进行了研究。此外，肖安彤等［23］研究了产业结构、经济发展水平对黄河流域水资源绿色效率的影响。

参考已有研究，笔者将水资源绿色效率定义为水资源作为投入要素与经济和生态环境产出的比率。水资源绿色效率内涵包括两方面：一方面是经济内涵，即在既定时期内用最小的水资源投入实现最大的经济产出；另一方面是生态环境内涵，即产出应考虑污染物对生态环境的破坏程度，在此基础上逐步降低生产过程中的非期望产出，实现生态环境保护甚至改善［2］。采用同样的生产技术水平表示不同城市水资源绿色效率差异，难以反映真实的效率水平，而通过共同前沿DEA模型和Malmquist指数模型表达不同群组的技术生产前沿，可以有效降低数据包络分析（DEA）模型误差，提高测算精度。本文以黄河流域58个地级市为研究单元，采用DEA模型和Tobit模型，计算在共同前沿和群组前沿下的黄河流域水资源绿色效率，研究对外开放程度、经济发展水平、环境规制、产业结构对水资源绿色效率的影响，以期为黄河流域资源、环境与经济协调发展提供参考。

2 模型构建与指标选取

2.1 研究方法

2.1.1 共同前沿DEA模型

由于各决策单元不具备相同技术水平，因此采用共同前沿DEA模型，测算黄河流域水资源绿色效率。参考O’Donnell等［24］的研究，按照黄河流域上、中、下游将地级市分组，在上游和中下游地级市分别形成有效群组前沿面和有效共同前沿面。在共同前沿和群组前沿下，比较各地级市效率值，得到地级市间技术水平差值。

在共同前沿下，在N维投入中，假设x为列向量；在M维产出中，假设y为列向量。定义共同技术集合：

对应的投入集合表示为

式（2）的边界即为共同边界。

共同技术集合下，定义投入向量的距离函数：

式中：θ为x到生产前沿的径向距离。

将决策单元划分群组，在群组前沿下，假设分J（J＞1）个群组，对于群组j而言，共同技术集合、投入集合和投入导向的距离函数分别为

如果某一群组包括的决策单元具有相似的技术水平，表示为Tj，则应该存在一个包络各群组的Tm，使得。

2.1.2 Malmquist指数

Färe R等［25］将Malmquist指数非参数线性规划法与DEA结合而使其得到广泛应用。本文将Malmquist指数衡量水资源绿色效率从t时期到t＋1时期的效率变化定义为

水资源绿色效率变化指数（TFP）可分解为技术效率变化指数（TEC）和技术进步变化指数（TC）：

式中：TFP为水资源绿色效率变化指数，反映水资源绿色效率变化情况；TEC为技术效率变化指数，反映决策单元在t期至t＋1期的技术效率变化情况；TC为技术进步变化指数，反映决策单元在t期至t＋1期的技术进步变化程度，表示研究期内效率前沿面的外拓。

2.1.3 技术落差比率［26］

技术落差比率（TGR）是各决策单元共同前沿效率与群组前沿效率之间的比率，反映二者之间的技术水平差距。TGR的取值范围为［0，1］，数值越大表示群组技术水平与共同生产技术水平越相近，数值越小表示群组技术水平与共同生产技术水平差距越大。TGR可用来评价黄河流域上游和中下游地级市划分的合理性，均值越小说明分组越合理，均值越大说明分组越不合理。

共同前沿和群组前沿技术效率定义分别为

式中：TEm为共同前沿技术效率；TEj为群组前沿技术效率；Dm为共同前沿距离函数；Dj为群组前沿距离函数。

TGRj为群组技术落差比率，是共同前沿技术效率与群组前沿技术效率之比。群组j的被评价单元技术落差比率计算公式为

2.2 数据来源与指标构建

黄河流域涉及69个地级市（州、盟）［27］，因11个地级市数据不全，最终确定58个地级市作为研究对象。参照赵明亮等［28］的方法，对黄河流域上游和中下游地级市进行划分，将青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古所属地级市划为上游地级市群，陕西、山西、河南、山东所属地级市划为中下游地级市群。参考刘华军等［29］的研究，选取用水总量、劳动力投入和资本投入作为投入指标，其中：用水总量指各地实际用水总量；劳动力投入指各地级市年末从业人员；资本投入指各地级市年末资本存量，主要参考张军［30］的计算方法，以2003年为基期进行估算。产出指标包括期望产出和非期望产出指标，期望产出指标借鉴刘华军等［29］和王敏等［31］的研究，选取各地级市GDP作为产出指标；非期望产出借鉴赵明亮等［28］的研究，选取各地级市工业废水排放量、工业二氧化硫排放量、工业烟（粉）尘排放量。2010—2019年黄河流域各地级市的相关数据来源于《中国城市统计年鉴》、各省（区）和地级市统计年鉴及用水公报等，少量缺失数据根据已有数据进行线性插补获得。

3 黄河流域水资源绿色效率分析

通过共同前沿DEA方法可以得出黄河上游和中下游（以各自区域2010—2019年GDP排名前10的地级市为例）共同前沿和群组前沿效率（见表1、表2）。

表1 2010—2019年黄河上游和中下游GDP排名前10的地级市共同前沿水资源绿色效率

鉴于“五年规划”政策制定对水资源绿色效率影响较大，将2010—2019年黄河上游和中下游地级市水资源绿色效率平均值分为2011—2015年（属“中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划”期间，下文简称“十二五”期间）和2016—2019年（属“中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划”期间，下文简称“十三五”期间）两个阶段，见表3。2011—2019年，上游和中下游的共同前沿水资源绿色效率变化指数均大于1，且“十三五”期间共同前沿和群组前沿的Malmquist指数均比“十二五”期间的高，说明水资源绿色效率普遍有所提升，与何楠等［9］的研究结论一致。以山东省济南市为例，2010—2015年，共同前沿水资源绿色效率从0.932增至0.979，到2019年又进一步增至1.139；在群组前沿面上，水资源绿色效率从1.161增至1.128，2019年又增至1.271，呈现持续上升趋势。

表3 黄河上游和中下游水资源绿色效率平均值

从区域维度看，“十二五”期间，黄河上游共同前沿水资源绿色效率的Malmquist指数小于其群组前沿的，说明上游用水效率的提升幅度小于全流域用水效率的提升幅度；而中下游共同前沿的Malmquist指数大于其群组前沿的，说明中下游用水效率的提升幅度大于全流域用水效率的提升幅度，进而说明中下游用水效率的提升幅度大于上游用水效率的提升幅度。“十三五”期间，上游和中下游的Malmquist指数在共同前沿下和群组前沿下趋势一致，即上游和中下游的水资源绿色效率在“十三五”期间较“十二五”期间均有提升。“十三五”期间，上游和中下游群组前沿水资源绿色效率变化指数较“十二五”期间均有所增大，其中上游增幅5.98%、中下游增幅2.76%，说明上游水资源绿色效率虽然整体小于中下游，但是近年来增速加快且快于中下游。从水资源绿色效率变动来源分解情况看，无论是共同前沿还是群组前沿，“十二五”期间的技术进步较“十二五”期间有所增长，说明在水资源绿色效率变动来源方面，技术进步起主要作用，与张永凯等［32］的研究结论一致。

由图1可知，黄河上游和中下游区域的群组技术落差比率均小于1，说明对上游和中下游的划分具有合理性。就不同区域而言，2012—2018年上游地级市的水资源绿色效率技术落差呈明显减小趋势，说明在地级市承接东部产能转移过程中存在工业污染转移的问题；中下游地级市技术落差长期呈现小幅波动，说明其自身经济发展的同时产业结构不断优化，且工业产业的先进技术占比不断提升，与朱丽娟等［33］的研究结论一致。

图1 2010—2019年上游和中下游地级市技术落差比率

4 黄河流域水资源绿色效率影响因素回归分析

4.1 面板变量选取及模型设定

参考前人研究，本文选取经济发展水平、对外开放程度、环境规制、产业结构作为黄河流域水资源绿色效率的影响因素。经济发展水平用人均GDP表示，对外开放程度以FDI占地级市GDP比重衡量，产业结构以第二产业产值占地级市GDP比重衡量，环境规制指数用地级市GDP与3种污染物排放量的比值衡量。鉴于DEA模型测算的结果均处在0～1范围内，直接采用最小二乘法对指标进行回归可能导致结果产生偏差，故采用Tobit回归模型，分析相关变量在共同前沿和群组前沿下对各地级市水资源绿色效率的影响。

Tobit模型［34］如下：

式中：yit为截断因变量，当yit小于0或大于1时取0；xit为自变量；βi为回归参数；νi为截距项；εit为随机干扰项。

水资源绿色效率与影响因素之间的关系表达式为

式中：WE为水资源绿色效率；OI为对外开放程度；IS为产业结构；LE为经济发展水平；ER为环境规制水平；β0、β1、β2、β3、β4为系数；ε为随机误差项。

4.2 水资源绿色效率影响因素分析

利用Stata 12.0软件，对影响各地级市水资源绿色效率的4个因素进行回归分析，结果见表4。

表4 共同前沿下的Tobit模型结果

由表4可知，不同影响因素对水资源绿色效率的影响差异较大。

（1）对外开放程度和经济发展水平对水资源绿色效率影响较小。在共同前沿下，对外开放程度与水资源绿色效率相关性不显著，经济发展水平虽然与水资源绿色效率显著相关但系数较小。在上游地区，对外开放程度与水资源绿色效率显著相关但系数较小，经济发展水平与水资源绿色效率相关性显著；在中下游地区，对外开放程度与水资源绿色效率相关性不显著，经济发展水平与水资源绿色效率显著相关但系数较小。

（2）产业结构对水资源绿色效率有显著负向影响。在共同前沿下，产业结构的系数为－0.339，与水资源绿色效率显著负相关，说明第二产业占比提升会明显降低水资源绿色效率，与肖安彤［23］的研究结论一致。无论在上游还是中下游地区，产业结构与水资源绿色效率都显著负相关。其中：上游地区第二产业产值占比上升对水资源绿色效率下降影响较大，系数为－0.802；中下游地区的相对较小，为－0.153。说明上游地区在承接产业转移和发展第二产业过程中，存在大量高污染工业，并且技术水平相对落后，无法消除污染对用水的影响。

（3）环境规制水平对水资源绿色效率具有一定正向影响，说明环境规制水平越高，水资源绿色效率就越高，与赵明亮等［28］研究结论一致。从回归结果看，共同前沿下的环境规制系数为0.489，上游地区的环境规制系数为2.23，均与水资源绿色效率显著正相关。地级市间经济体量差距较大，导致上游地级市环境规制水平对水资源绿色效率的影响更大、中下游地级市的环境规制影响显著。

5 结论及政策建议

5.1 结 论

（1）上游地区共同前沿水资源绿色效率的Malmquist指数小于群组前沿的，而中下游地区则相反，说明近年来黄河流域中下游地区水资源绿色效率提升程度大于上游地区水资源绿色效率提升程度。与“十二五”期间相比，上游地区水资源绿色效率变动的群组前沿加速大于中下游地区的，说明上游地区虽然效率较低，但提升速率有所加快，反映了近年来国家对上游地区生态保护的投入加大。

（2）“十三五”期间，黄河全流域水资源利用的技术效率和技术进步变化方向相反，其中技术进步共同前沿和群组前沿下均较“十二五”期间有所增长，说明技术进步在水资源绿色效率变动方面起主要作用。

（3）水资源绿色效率影响因素方面，产业结构有显著负向影响，环境规制水平有一定正向影响，上述两个因素均对上游地区有更大影响，而对外开放程度和经济发展水平对全流域水资源绿色效率影响较小。

5.2 政策建议

（1）加强技术手段应用，提高协同治理水平，发挥水资源利用的集聚效应。鉴于环境规制对上游地级市影响较大，可通过数字化、科学化管理，创新区域协同管理机制，加强对上游地级市的监管治理，从技术支撑、政府监管等多维度缓解区域生态环境压力。

（2）加快技术外溢和弱势地区补短板，通过资源倾斜提高技术进步对水资源绿色效率的带动作用。通过税收激励等手段，推动绿色技术领先企业通过技术和产业辐射提升上游地区的水资源绿色效率。注重对四川、河南等水资源绿色效率较低城市在硬件（水资源基础设施）和软件（管理和技术）方面补齐短板。

（3）因地制宜，提高流域整体水资源绿色效率。甘肃、宁夏可通过发展绿色节水农业、加强监管，加快推动工业粗放型向集约型发展，提高水资源绿色效率；内蒙古、山西可通过提高监管水平，推动工业水资源要素投入优化利用，提高水资源绿色效率。