中国生活用水效率时空异质性分析

张蕊，张玲玲，郝伦

（1.河海大学 公共管理学院，江苏 南京 211100；2.陕西省石头河水库灌溉中心，陕西 西安 712000）

满足居民生活用水作为水资源开发利用的首要目标，直接影响着人民生活质量和社会生态环境。自改革开放初期，经国务院批准印发的《城市节约用水管理规定》已明确了节约用水的管理体制及计划用水等相关制度，近年来，国家一直对节水建设高度关切，《国务院关于深入推进新型城镇化建设的若干意见》（国发〔2016〕8 号）、《全国城市市政基础设施建设“十三五”规划》（建城〔2017〕116 号）等政策文件及党的十九大报告中都明确提出全面建设节水型城市，使全社会认识到提升用水效率的重要性。2018 年全国城市节约用水宣传周工作的通知中强调，从现在到2020 年是全面建成小康社会的决胜期，同时也面临着水资源短缺、水时空分布不均和用水效率低等新老问题交织的多重压力。21世纪以来，生活用水作为用水类型中最活跃的增长因子，以京津冀为例的典型地区生活用水比重已超过工业用水，并逐渐形成生活用水主导型城市群[1]。目前，我国水资源利用效率接近联合国界定标准下的人类发展指数（HDI），效率水平与土耳其、爱沙尼亚等发展中国家相近，但与欧盟等发达国家相比仍存在较大差距[2]。城市化的发展和生活水平提升加剧生活用水的供需矛盾[3]，面对不断增加的生活用水需求，提高用水效率是建设节水型社会的必要手段。

用水效率通常以单方取用水GDP 值和人均取用水量为指标，它能够综合反映出该区域的经济发展、水资源禀赋和供水行业社会基础建设等现状[4]。用水效率研究领域主要集中于三个方面：一是特定产业用水效率，如农业用水效率、工业用水效率和生活用水效率。张玲玲等[5]采用超效率数据包络分析法及地理加权回归来测度农业用水效率、空间异质性及其影响要素；李珊等[6]选取Super-SBM 模型并引入非期望产出指标来测算中国工业用水效率，结果发现我国多数省份的工业用水处于无效率状态；JORGE 等[7]提出基于同行比较生活用水效率的评价方法对家庭用水进行聚类分析。二是典型区域效率，如京津冀城市群、长江经济带、沿海或干旱地区。HAI 等[8]对京津冀城市群的城乡生活用水效率进行差异化分析，认为城市周边联动协调管理水资源有利于提升效率；任俊霖等[9]在分析长江经济带省会城市用水效率的基础上提出以制度、技术和结构的综合节水模式来贯彻最严格的水资源管理制度。赵存学等[10]通过核算长江经济带居民生活用水厘清时空格局演变动因，提出关注消费对居民生活用水的影响，完善用水定额等建议。三是水资源综合利用效率。MA 等[11]针对水资源利用的纯技术效率和规模效率对水资源稀缺性的影响展开研究，结果表明技术效率影响明显而规模效率则不存在相似影响。从用水效率研究方法来看，主要集中于时空分布规律和影响因素分析两个方面。一是分析用水效率在时间和空间维度上的分布规律以及空间效应。杨骞等[12]基于VAR 框架下的脉冲响应函数分析中国农业用水效率的空间交互影响效应；丁绪辉等[13]在测度用水效率的基础上采用空间与时间双固定的SDM 模型，对驱动因素进行空间溢出效应检验；陈晓清等[14]对我国七大地理分区用水结构时空演变进行对比分析，发现气候、地理位置、水资源禀赋和社会经济发展程度等因素直接影响用水结构。二是以用水效率的测算为基础对其影响因素做进一步探究，随机前沿生产函数（SFA）模型，超效率DEATobit 模型、主成分分析法和Malmquist 指数法等被广泛用于水资源利用效率的评价及其影响因素的分析。

梳理文献我们可以发现，目前学者将研究对象更多地聚焦于消耗占比较大的工业和农业用水，而较少关注生活用水，进而着重于生活用水效率的研究并不多见，尤其是从投入产出视角研究其空间效应及内在驱动因素。另外，在用水效率的研究方法方面，对于时空分布规律的总结较为完善，探究空间异质性集聚效应的文献较少，忽略了局部稳定性对整体和部分存在的重要影响。基于此，本文试图回答以下问题：（1）中国区域层面生活用水效率如何测算？（2）中国生活用水效率的时空分布特点及空间效应是什么？（3）基于此有何政策启示？文章主要内容及创新点主要体现在以下方面：（1）引入Super-SBM 模型来评价中国31 个省份2009—2018 年的生活用水效率，该模型为非径向、规模收益不变和投入导向型，在解决松弛型变量问题的同时可对各省份完全效率值进行有效排序；（2）基于生活用水效率值年际变化呈现出的空间规律性，采用空间计量模型分析全局自相关程度和局部集聚效应，以期为节水型社会及区域水资源管理提供建议。

1 研究方法与数据来源

1.1 超效率数据包络分析方法

Super-SBM 模型是DEA 的拓展方法之一，TONE[15]对其进行改进使之有效解决投入产出变量的松弛性问题，同时避免多个决策单元完全效率的情况做出有效排序。本文引入Super-SBM 来评价中国31 个省份2008—2018 年的生活用水效率，以非径向投入和产出之比率表示省际间生活用水的相对有效性，决策单元以较少地水资源投入量、资本存量以及劳动力换来更显著的经济增长，称之生活用水效率更高。测算过程将生活用水量、全年固定资产投入金额和就业人口作为投入要素，地区生产总值作为产出要素，采用了非径向、规模收益不变、投入导向型的超效率模型。对第jo决策单进行评价的超效率DEA 模型为[5]：

式中：θ为该决策单元DMU 的有效值，即生活用水投入与产出的相对效率；i为投入指标，包括水资源投入指标、资本投入指标、劳动力投入指标；j为决策单元的个数，在本文中指31 个省份；λj是DMU31中第j个决策单元的组合比例；xij为第j个决策单元对第i种类型投入的量，Si-、S+是松弛变量；yjo为第jo个决策单元的产出量，地区生产总值作为产出指标。式（1）采用单纯性法优化求解31 个省份的生活用水效率值。

1.2 空间自相关计算

1.2.1 全局莫兰指数

全局Moran’s I 是用来描述整个研究区域上所有空间单元之间的平均关联程度和显著性的指标，本文用来检验2009—2018 年全国31 省份的用水效率是否存在空间相关性[16]，计算公式如下：

式中：I为莫兰指数，n为研究对象数量；ij代表第i第j区域内对象；wij为空间权重；xi和xj为空间属性值；是所有研究对象空间属性值的平均值。Moran’s I 的取值范围为（-1,1），I值大于0 表示正相关，接近1 的程度表示正向空间相关性程度，反之亦然。I值接近于0时表示不存在空间相关性。

1.2.2 局部莫兰指数

局部Moran’s I 为识别因空间位置差异可能存在的不同空间关联模式，从而观测空间局部不稳定性[16]，其计算公式如下：

式中：Ii为正值时，表示区域i与其临近区域为H-H 聚集区或L-L 聚集区，即区域i存在局部相似值集聚现象；Ii为负值时，表示区域i与其临近区域为H-L 聚集区或L-H 聚集区，即区域存在局部相异值聚集现象。在现实应用场景中，常以LISA 集聚图描绘地域内临近单元的空间效应，上文提到的四种类型聚集区，L 表示该区域与邻近区域之间在空间上的聚集或离散程度，H 表示聚集程度高；L 表示离散程度高。

2 数据来源及处理

采用Super-SBM 模型测算2009—2018 年全国31个省份的生活用水效率（由于数据无法获取测算剔除台湾、香港和澳门地区）。基于国内外文献对生活用水投入产出要素的设置进行指标选取[5][7]，将生活用水量作为水资源投入指标；全年固定资金投入总额作为资本投入指标；就业人口作为劳动力投入指标；地区生产总值作为产出指标，构建规模收益不变、非径向、投入导向的超效率DEA 模型，计算运用DEA-Slover Pro5.0 软件。本文所使用的原始数据来源于2009—2018 年《中国统计年鉴》。在计算出生活用水效率的基础上，描绘中国近十年生活用水效率在时间和空间上的分布特征，本文选取2009 年、2012 年、2015 年和2018 年为时间节点，分析中国生活用水效率全局莫兰指数和Lisa 集聚图。

3 研究结果分析

3.1 生活用水效率分析

数据选取及处理步骤完成后，运用DEA-Slover Pro5.0 软件，采用Super-SBM 模型，对31 个省份2009—2018 年共10 年的生活用水效率进行测度，计算结果如图1 所示。总体来看，2009—2018 年中国生活用水效率总体呈波动下降的趋势。其中天津与上海两个直辖市的生活用水效率值居全国前列，年均值分别为1.35、1.37。新疆、甘肃与西藏等西北部地区位于全国排名的末端，年均值分别为0.23、0.23、0.21。自2014 年起，全国用水效率均值降低幅度较大，由0.54 降至0.48。引起该变化的主要原因为全年固定投入资金、地区总产值升幅较快。我国年均生活用水效率值从高到低排名依次为上海、天津、江苏、北京、山东、浙江、广东、福建、辽宁、河南、河北、重庆、陕西、湖北、安徽、湖南、黑龙江、吉林、江西、内蒙古、山西、海南、四川、宁夏、贵州、广西、西藏、甘肃、新疆、青海和云南。生活用水效率高的省份集中在沿海经济发达地区，西部经济欠发达地区效率值较低。

图1 中国2009—2018年31个省份生活用水超效率演化趋势

整体上看，全国生活用水效率值呈东高西低的分布态势（表1）。东部效率值较高的省份有北京（0.91）、天津（1.35）、山东（0.83）、江苏（0.93）、上海（1.37）、广东（0.59）。由于这些省份的经济产出水平位于全国前列，当地基础设施建设较为完善，劳动力数量与质量均高于内陆，生活水平及气候环境等因素导致沿海城市生活供水总量高，生活用水效率相对偏高。中部效率值较高的省份为河南（0.53）、安徽（0.45）、湖北（0.45）和陕西（0.45）。近几年这些省份基础建设方面日臻完善在供水行业的固定投入开始减少，经济产出不断增长，行业人口数量稳定性高。西部地区效率值普遍偏低，从高到低依次为云南（0.28）、青海（0.27）新疆（0.23）、甘肃（0.23）和西藏（0.21）。这些省份大多属于干旱地区，水资源自然禀赋不高，社会经济发展状况缓慢，基础设施建设仍不完备。

表1 中国2009—2018年31个省份生活用水Super-SBM超效率值

时间跨度上看，全国的生活用水效率呈总体下降的趋势，效率均值由0.55 降至0.46。东部地区的生活用水效率保持平稳发展状态，中部地区生活用水效率有所下降，河南省一直为该地区效率值最高的省份；重庆、云南、贵州省份用水效率提升最为明显，升幅分别为0.05、0.09 和0.1；新疆、青海省份的效率下降，降幅均达到了0.11，西部地区生活用水效率变化差异最为明显。

3.2 空间自相关性分析

通过分析2009—2018 年全国生活用水效率的时空分布状态，可以判断其具有明显的空间分布规律，基于10 年间的全国生活用水效率数据，进一步测算全局莫兰指数和Lisa 集聚效应，运用空间计量方法，准确地描述中国31 个省份生活用水效率的平均关联程度和局部显著性，选取2009 年、2012年、2015 年、2018 年作为时间节点，结果如表2 所示。

表2 中国生活用水效率全局莫兰指数

3.2.1 全局空间自相关分析

从表2 可以看出，10 年间中国生活用水效率的全局莫兰指数为正值且呈波动下降的趋势，这表明生活用水效率在空间上存在较高的相关性和空间集聚现象，但随时间的变化其相关程度降低，由0.7 降至0.5，这表明空间集聚性变弱。生活用水效率总体下降的趋势导致全局空间自相关程度降低；重庆、贵州、云南、新疆和青海等省份生活用水效率的变化影响了局部空间的集聚程度。

3.2.2 局部空间自相关分析

通过局部莫兰指数分析Lisa 集聚效应，可以发现，2009 年、2012 年生活用水效率H-H 集聚区为北京、江苏和浙江；L-L 集聚区为新疆、西藏、青海、甘肃和四川；H-L 集聚区为广东。H-H 集聚区的省份经济产出高，劳动力水平高、供水基础设施建设完备且沿海地区水资源相对充裕，所以生活用水效率高。而L-L 集聚区的省份则因位于内陆干旱半干旱地区，水资源匮乏且供水行业社会资金固定投入处于发展阶段，其社会基础建设也处于发展阶段，劳动力数量与质量较低，经济产出水平不高，以至于生活用水效率普遍偏低。此外，导致广东省出现H-L 集聚区现象的主要原因是其周围生活用水效率值偏低。2015 年，北京由H-H 集聚变为不明显现象，且广东省由H-L 集聚变为不明显现象，其导致原因主要为生活用水效率值得降低。2018 年，广东省恢复为H-L 聚集，说明其生活用水效率提高。生活用水效率的提高反映出在用水量、基础建设和劳动力资源与经济发展出于较为和谐的状态，而用水效率的降低则是一定程度上反映出该阶段生活用水在经济、社会和资源之间存在矛盾[17]。

4 结论与讨论

研究得到如下结论与启示：（1）2009—2018 年中国生活用水效率总体为波动下降，在空间上呈东高西低的分布态势。东部地区的生活用水效率发展状态平稳，中部效率值有所下降，西部变化差异最为明显。其中西部用水效率变化存在两极分化现象，西北部逐年下降而西南部年均上升幅度最大。（2）从全局自相关程度来看，生活用水效率的全局莫兰指数为正值且呈波动下降的趋势。这表明其在空间位置上全国生活用水效率水平存在较高相关性，但随时间变化其相关性降低，空间集聚程度变弱出现离散趋势。（3）从局部空间分异来看，生活用水效率出现区域上的省份集聚现象。具体地，H-H 集聚区为北京、江苏和浙江，这表示这三个省市的生活用水效率较高，其周围邻近的省份受到辐射效应效率也处于较高水平；L-L 集聚区为新疆、西藏、青海、甘肃和四川，这说明这些地区的生活用水效率在空间位置上看处于聚集的低效率省份；H-L 集聚区为广东，这说明广东省处于高效率生活用水水平，而在地理位置上观察其周围的省份，生活用水效率普遍较低。

综上，地理位置、水资源自然禀赋、经济产出水平、劳动力质量及供水基础设施建设阶段决定区域的生活用水效率[18]。就2009—2018 年中国生活用水效率总体发展趋势和空间分布态势来看，区域间仍存在差异较大的平衡缺口。相较于经济发展水平而言[19]，气候、水资源禀赋等自然条件亦是影响生活用水效率的重要因素。以内蒙古为例，作为典型的发展迟滞省份投入产出效率低，政策设计应以重点增强中、西部地区供水行业的科技投入要素，保障供水技术，扩大行业基础建设的资金投入、提高劳动力素质为主，加强需求管理是解决气候环境恶劣、水资源自然禀赋不高、经济动力不足地区的重要手段[20]。同样，广东省作为较高水平生活用水效率的省份，但其周围省份发展动力不足，应增强高质量省份的辐射效应，加快要素流动，通过技术扩散、报酬转移等方式积极开展区域合作带动周边省份的发展。东、中、西部应协同发展，以经济驱动发展共同建设空间均衡的新型节水型社会，重点提升干旱区与半干旱区水资源利用效率，加强节水工作的紧迫性是全国水资源可持续发展的必要路径。