中国水资源利用效率与高质量发展时空耦合及驱动因素研究

刘建国,刘娜娜,刘 甜

(兰州财经大学 经济学院,兰州 730020)

一、引言

作为自然生态的生命源泉和万物赖以生存的环境因子,水资源不仅对人类生存发展起到不可替代的作用,而且成为社会经济发展与生态环境稳定的重要保障。马国军等的研究表明,水资源的科学管理和可持续利用将促进人口、资源、环境和社会经济的协调发展[1]。特别是随着经济社会的不断发展、人口规模增大和结构变化、城镇化水平的提高以及经济社会发展需水量增大,水资源供需矛盾将日趋严重,生态环境将面临更加严峻的考验。管水的模式与政策选择、用水效率波动、管水用水对流域经济增长以及可持续发展的约束、经济学意义上的供需矛盾及优化配置、居民生计问题和整体协调发展等一系列问题变得越来越突出。

从水资源与经济发展的现状来看,水资源人均少、地区分布不均衡的特征日益明显,浪费与污染问题趋于严重,水环境与经济增长的矛盾逐渐凸显。宋冬凌和马悦发现,水资源短缺与粗放式利用成为阻碍经济高效发展的重要因素,因此,从绿色水资源利用效率入手,是缓解生态压力,推动绿色发展的有效路径[2]。陈磊等认为,为避免水资源成为经济发展和人民生活改善的制约因素,提高水资源利用效率成为解决水资源危机最有效的方法,也是推进区域高质量发展的重要手段[3]。苗峻瑜的研究表明,由于黄河流域各省份水资源禀赋不同,工业用水利用效率与经济发展的耦合度差距仍然十分明显[4]。梁海燕认为,黄河流域甘肃段由于水资源比较匮乏,其依旧面临生态系统脆弱与发展不平衡不充分的巨大挑战[5]。

通过对既有文献的梳理,笔者发现有效破解水资源利用效率与高质量发展的难题,厘清二者的发展特征与驱动因素尤显必要。已有文献为本文的研究奠定了深厚的基础,本文在以下方面做进一步拓展:第一,将水资源利用效率与高质量发展纳入一个综合分析框架,结合五大新发展理念,进一步优化和构建高质量发展的综合指标体系,研究两者耦合协调的时空演进特征、空间关联格局;第二,结合已有文献,进一步梳理二者的驱动因素并通过构建模型实证检验,提出有关二者演化关系的政策建议,对实现我国水资源环境和社会经济协调发展具有重要的指导意义。

二、文献综述与机制分析

关于自然资源管理利用与经济增长(发展)之间关系的研究,一直是资源经济学、发展经济学和管理学等学科研究的重要问题。一般认为,丰裕的水资源是经济发展的动力,它能够促进GDP的增长和经济的发展。然而,越来越多的研究认为,日趋严重的水资源供需矛盾以及较低水平的水资源利用效率已经成为地区经济增长和社会发展的阻碍,就水资源利用效率与高质量发展之间的关系研究主要从以下几个方面展开。

水资源管理利用效率与高质量发展之间的影响一直是学界关注和研究的重点,且主要从3个方面进行分析。其一,水资源利用效率测度。目前所用方法主要有数据包络法(DEA)[6-7]、随机前沿法[8]和水足迹法[9-10]3种,学者们主要运用以上3种方法对我国全域、典型经济带或者流域水资源利用效率进行测度和分析,并提出有效的改善措施。其二,水资源利用效率影响因素。目前,主要围绕经济增长、政府政策、自然禀赋、科技创新等关键因素对水资源利用效率的影响展开研究[11-12],其成果亦较为丰富,且逐渐从人类行为、自然过程和工程技术等视角拓展至社会与人文因素,特别是制度因素的影响[13-14]。其三,水资源利用效率区域典型分析。近年来,关于水资源利用效率的研究主要以黄河流域、长江流域和典型经济区为研究区域,就水资源与经济高质量发展之间的关系开展理论与计量实证分析[15-16]。从研究结论来看,更多的经验证据表明,水资源利用效率与区域经济增长及高质量发展之间存在较强的耦合关系,且存在多维异质性,例如产业异质性、空间异质性和城乡异质性,等等。基于以上文献梳理,本研究旨在从我国省域尺度进一步开展水资源利用效率和高质量发展之间的耦合机制效应理论分析,进而开展实证检验,以廓清其内在关联、主要影响效应和典型特征。水资源利用效率与高质量发展之间的影响机制可以从以下3个方面来解析。

(一)水资源利用效率支撑高质量发展

XU W J等发现,水资源作为经济发展的基础资源为经济发展提供了动力和条件[17]。与此同时,杜俊平等认为经济在快速发展中消耗着大量的水资源,造成水资源的减少,从而限制了自身的发展[18]。李强和张兵兵等学者的研究表明,水资源对经济增长具有显著的约束效应[19-20];谢书玲等认为,这种约束效应表现为经济增长的速度会因水土资源的耗损而降低[21];而HOWE C W指出,提高水资源利用效率能够有效缓解水资源短缺问题,对经济增长具有增促作用[22]。

(二)高质量发展提高水资源利用效率

XU W J等的研究表明,经济发展是提升用水效率的条件,它为水资源利用效率的改善提供财政和技术支持[17]。关于水资源利用效率与经济发展关系的研究,BARBIER E B和马骏等学者多应用环境库兹涅茨曲线(EKC)假说来探讨两者之间的关系,他们认为水资源利用效率与高质量发展之间存在非线性变化趋势[23-24]。部分研究也证实经济发展是影响水资源利用效率提升的重要因素[25];巩灿娟等的研究也表明,经济状况和技术水平会显著地促进水资源利用效率的提升[26]。

(三)水资源利用效率与高质量发展的相互作用机理

值得注意的是,有研究发现水资源利用效率与经济增长质量之间存在交互耦合与双向互动的关系[17]。水资源利用与社会经济发展存在天然联系,水资源利用影响经济活动的规模与布局,经济增长影响水资源利用的结构与方式。一方面,水资源利用效率是水、劳动力、资本等生产要素配置的科学性与组合的有效性的集中体现,高效的水资源利用是节约资源的必然要求,也是经济高质量发展的必然选择。另一方面,以创新、协调、绿色、开放、共享为主要特征的高质量发展对水资源利用也提出了更高的要求,经济效率提升、产业结构优化、生态环境改善等都将推动水资源利用效率的改善。总的来说,水资源利用效率的提高有助于高质量发展的实现,而高质量发展又能有效地促进水资源利用效率的优化,两者在互惠互利中实现“双赢”,并形成良性循环。水资源利用效率与经济增长质量的耦合是水资源利用系统与社会经济系统间耦合水平的直接体现,弄清两者的耦合机理,辨明其耦合特征,将会有效推动系统间的有序和谐。

三、数据来源与研究方法

(一)数据来源

研究选取了2004—2019年我国30个省域(不含西藏和港澳台地区)共16年的面板数据,用于开展计量实证分析。文中所用数据均来源于历年《中国统计年鉴》《中国环境统计年鉴》《中国市场化指数》和各省(区)统计年鉴等;对极少部分数据缺失情况,本文采用插值法予以补全。

(二)研究方法

1.SE-SBM方法

选取非期望产出导向的SE-SBM模型对水资源利用效率进行测度,由于该模型既解决了径向DEA模型不包含松弛变量的问题,又兼顾了有效决策单元的比较问题,因此,该模型是评价和比较水资源利用效率较为合适的模型之一。水资源在创造生产总值等合意产出的同时,也会创造污水等非期望产出。参照TONE K提出的非期望产出SE-SBM模型[27],模型设置为

(1)

2.客观组合赋权法

高质量发展指标体系是综合创新、协调、绿色、开放、共享五大发展理念的多方面多学科复合体系,为了减少单一赋权法本身的局限性和计算结果的差异,本文借鉴周玲玲等采用的变异系数法和熵权法相结合的客观组合赋权法确定指标的权重[29]。

(1)变异系数法。根据系统内指标变化程度的大小确定权重,步骤如下,

(2)

(3)

(4)

(2)熵权法。为消除指标体系由量纲不同导致的估计误差,首先对数据进行标准化:

(5)

(6)

其中,Xij为原始数据;max Xj、min Xj分别表示最大值、最小值;i表示时间,j表示各指标。

(7)

(8)

冗余度:dj=1-Ej;

(9)

(10)

(3)客观组合赋权法。将计算所得的ω1j和ω2j重新进行组合,得到最终权重ωj。

组合权重:ωj=αω1j+(1-α)ω2j。

(11)

(4)综合评价函数。高质量发展的值:

(12)

3.耦合协调度模型

运用耦合协调度模型全面展示水资源利用效率与高质量发展之间相互影响并趋于协同发展的特征,计算方法如下。

(13)

协调指数:T=αμ1+βμ2;

(14)

(15)

式(13)和式(14)中,μ1表示水资源利用效率,μ2表示高质量发展水平,α和β表示待定系数,α+β=1。本文认为水资源利用效率和高质量发展同等重要,因此,取α=β=0.5。具体耦合协调度划分标准如表1所示。

表1 耦合协调度划分标准

4.探索性空间数据分析

GETIS A和ORD J K的研究发现探索性空间数据分析(ESDA)可以通过对空间分布格局的描述,探究空间分异规律,解释空间关联现象[30],主要方法是空间相关性检验,包括运用全局指数探究水资源利用效率与高质量发展耦合协调的整体关联状态和采用局部指数与散点图对各省域耦合协调做进一步分析,具体如下。

全局Moran’s I:

(16)

局部Moran’s I:

(17)

5.空间面板模型

本文构建空间面板模型以解释影响水资源利用效率与高质量发展耦合协调度的空间驱动因素,且根据LR和LM检验结果,最终选择空间杜宾模型作为分析所用基准模型。

ohxtit=φWohxtit+α1lnrgdpit+β1Wlnrgdpit+

α2govit+β2Wgovit+α3isit+β3Wisit+α4tfpit+

β4Wtfpit+α5mktit+β5Wmktit+α6urit+β6Wurit+

νi+δt+εit。

(18)

式(18)中,ohxtit表示第i省t年的水资源利用效率和高质量发展耦合协调度,αi和βi分别表示经济发展水平、政府规模、产业结构、技术进步、市场化水平和城镇化的直接效应和空间效应,W是空间权重矩阵(地理距离矩阵),νi是个体效应,δt是时间效应,εit是随机扰动项。

(三)数据说明

1.指标体系构建

在借鉴已有研究结论的基础上,将高质量发展体系建立在五大发展理念之上,且用15个二级指标来表示。同时,采用综合评价法进行加权测算,得出各二级指标的权重,具体如表2所示。

表2 高质量发展指标体系权重

2.驱动因素

结合文献梳理与机制分析,本研究认为水资源利用效率和高质量发展耦合协调度主要受经济发展水平、政府规模、产业结构、技术进步、市场化水平和城镇化6个因素的影响,以上6个变量的具体测度方式为以人均GDP表示经济发展水平,以财政支出占GDP的比重表示政府规模,以第二产业产值占GDP的比重表示产业结构,以全要素生产率表示技术进步,其中,投入指标为资本存量和劳动力,产出指标为GDP;以樊纲市场化综合指数表示市场化水平,以城市常住人口占总人口的比重表示城镇化水平。

四、水资源利用效率与高质量发展耦合协调度的时空特征分析

(一)水资源利用效率与高质量发展水平分析

利用非期望产出SE-SBM模型和综合评价指数分别测算水资源利用效率和高质量发展综合水平,分别从时间和空间两个维度考察其变化趋势。从时间维度看(见图1),我国水资源总体利用效率,多处于0.75～0.83之间,但整体呈下降态势;除2006年、2007年、2009年和2018年出现短暂上升外,其余年份均呈显著下降态势,且年平均下降率为0.569%,但就经济高质量发展水平而言则总体发展水平较低,多处于0.04～0.08之间,整体呈上升态势;除2011年出现小幅下降外,其余年份均呈现稳步上升态势,且年平均增长率为3.09%。由以上两个维度的分析可知,从2004年到2019年,我国水资源利用效率与经济高质量发展水平之间逐渐形成日益显著的“剪刀差”,进而势必会形成水资源对经济高质量发展的严重约束和阻碍,故此应引起对水资源供需矛盾和发展瓶颈突出地区的高度重视。

图1 水资源利用效率和高质量发展水平的时间演变趋势

从空间维度来看(限于篇幅,在此不予呈现测算结果表格),我国省际水资源利用效率相对较高的省份主要分布在水资源丰裕度相对较高的南方地区,例如上海、福建、湖北、湖南和四川等地;水资源利用效率低的省份则多集中在水资源较为短缺的西北地区,例如青海、宁夏等地。以上分析表现出显著的“匮乏的低水平恶性循环”特征,即水资源丰裕度低的地区本应努力实现其高利用效率,但现实却恰恰相反。从发展的维度来看,高质量发展水平相对较高的省份主要分布在东部及沿海发达地区,例如北京、天津、上海、江苏、浙江和广东,高质量发展水平低的省份则多集中在经济欠发达的地区,例如甘肃、青海、云南和贵州,这种以创新、协调、绿色、开放、共享5个维度指标测度的高质量发展水平,与以GDP为主测度的经济增长水平,在空间上表现出高度的拟合一致性,即经济增长水平较高的地区更有条件和机会实现高质量发展。

(二)耦合协调度分析

1.水资源利用效率与高质量发展耦合协调度的时序特征分析

利用耦合度模型和耦合协调度模型对2004—2019年我国省际水资源利用效率和高质量发展耦合协调度进行测算,其时序特征的具体结果如图2所示。由图2可知,我国整体水资源利用效率与高质量发展耦合协调度较低,均处于濒临失调状态,但从耦合协调度随时间的变化趋势来看上升态势明显,从2004年的0.428上升至2019年的0.479,年平均增长率为0.698%。

图2 水资源利用效率与高质量发展耦合协调度的时间演变趋势

2.水资源利用效率与高质量发展耦合协调度的空间格局分析

根据水资源利用效率与高质量发展耦合协调度的测算结果可知,耦合协调度的空间格局自东向西呈梯级发展格局,沿海部分经济发达地区处于勉强协调,中部多为濒临失调,西部经济不发达地区多为轻度失调或中度失调,其中青海省一直处于中度失调,耦合协调性较差。同时,随着时间的推移,轻度失调省份逐年减少,至2019年,仅有宁夏为轻度失调,全国水资源利用效率与高质量发展耦合协调度趋于协调化,东部初级协调区域也逐渐增多。

这一结果表明,从时间维度来看,水资源利用效率与高质量发展的耦合协调度的确得到了不断改善,但从空间维度又表现出严重的非均衡状态,其失调状况与现实的东、中、西部地区经济发展水平表现出较高契合度,即经济发展水平越低,其耦合协调度越低或者失调水平越高。这就启发我们,在“十四五”期间需要继续推进地区间共同富裕目标下自然资源与高质量发展的均衡协调发展,特别是在黄河流域、长江流域、珠江三角洲和京津冀等主要流域和地区,努力实现局部和总体上的耦合协调发展。

3.水资源利用效率与高质量发展耦合协调度的空间关联分析

(1)全局空间相关性分析。为从整体上判断水资源利用效率与高质量发展耦合协调是否存在空间关联性特征,计算了2004—2019年水资源利用效率与高质量发展耦合协调度的全局Moran’s I。无论是水资源利用效率的溢出效应,还是高质量发展的“标杆效应”,均以地理距离为依托,故采用地理距离权重进行计算。表3结果显示,水资源利用效率和高质量发展耦合协调度的值均大于0.2,且在1%的显著性水平下通过检验,水资源利用效率与高质量发展耦合协调度的空间相关性较为显著,且关联状态稳定。

表3 水资源利用效率与高质量发展耦合协调度的全局 Moran’s I

(2)局部空间相关性分析。通过全局指数判定水资源利用效率与高质量发展耦合协调度具有正向的空间关联性,为进一步探究这种相关性的关联模式和特点,采用局部指数的散点图和LISA图对集聚特征进行研究。由局部莫兰指数散点图可知,在2004年、2009年、2014年、2019年4个时点上集聚分布多以“高-高”型和“低-低”型空间集聚特征存在,且以同质集聚为主,异质集聚为辅(由于篇幅所限,具体图表不予展示)。

如表4所示,2004年、2009年、2014年、2019年4个时间点上“高-高”(HH)区省份虽有变化但多为东部省份,即水资源利用效率与高质量发展耦合协调等级高,周边地区亦高;而“低-低”(LL)区一直以来都是西部省份居多,即水资源利用效率和高质量发展耦合协调等级低,周边地区亦低;“低-高”(LH) 区和“高-低”(HL)区省份较为分散,这两种属负向影响关系,表示区域之间有差异性。

表4 耦合协调度的局部空间LISA分布

五、水资源利用效率与高质量发展耦合协调的驱动因素分析

(一)空间面板模型选择

由空间相关性分析可知,我国省际水资源利用效率与高质量发展耦合协调度存在显著的集聚特征,省域之间的耦合协调度受空间因素的影响,因而在对驱动因素分析时应当纳入空间因素,以避免低估或高估其他因素的影响效果。在纳入空间因素后,通过LM检验和LR检验来选择空间面板模型,表5结果表明,固定效应空间杜宾模型通过了显著性检验。

表5 模型设定检验

(二)空间计量结果分析

基于判别准则,本文分别对4种效应下的空间杜宾模型进行检验,选取其中最为合理的模型,表6为4种效应的检验结果。从表6中可以看出,增加空间因素后,各驱动变量的显著性水平明显增加,证明在模型设定中加入空间因素的合理性,且从模型的回归效果、拟合优度和自然对数值可以看出,时空双固定空间杜宾模型明显优于其他3种固定效应模型,故本文着重对时空双固定空间杜宾模型的实证结果进行解释。

表6 空间杜宾模型估计结果

由表6可知,经济发展水平系数为0.055,且在1%水平上显著。经济发展水平越高,水资源利用效率越高,同时技术效率越高,在水资源利用和高质量发展各个方面更具优势,而这些优势能为两者耦合协调发展提供良好的基础,提升耦合协调度。政府规模系数为0.001,且在1%的水平下显著。政府的财政支出力度越大,越有利于基础设施的建设,改善居住和营商环境,从而提升耦合协调度。产业结构系数为-0.001,且在10%的水平下显著。产业结构越倾向于第二产业,对水资源的消耗量越高,工业废水排放量也就越大,对水资源利用效率和高质量发展的耦合协调越不利,第二产业高耗能高污染的特征会显著地影响水环境和社会环境,对耦合产生负向影响。技术进步系数为0.055,通过5%的显著性水平检验。技术进步能够提升水资源的利用效率,在实现降低资源损耗的同时,促进社会实现高质量发展,从而对两者的协调产生积极影响。市场化水平系数为0.003,对水资源利用效率与高质量发展耦合协调度产生正向影响,但影响幅度较小。城镇化系数为0.001,通过5%显著性水平检验。城镇化水平越高,水资源利用产生的损耗越少,利用效率越高,同时,城镇化更有利于污水的统一处理,产生的污染更能得到管控。

本文进一步对时空双固定空间杜宾模型进行效应分解,从而分析各驱动因素对水资源利用效率与高质量发展耦合协调度的直接、间接和总影响效应,分解结果如表7所示。

表7 时空双固定模型空间效应分解结果

从表7可以看出,经济发展水平的提高对水资源利用效率与高质量发展耦合协调度具有显著的正向影响,在显著提升本地耦合度的同时,对邻近地区同样具有正向的溢出效应,总体会推进耦合度的提升;政府规模的提升对协调度的影响也为正向,政府的财政支出规模增大,本地区和邻近地区的耦合协调度均会增大,对耦合协调度的提升效果很显著。产业结构对耦合协调度的影响为负,产业结构中第二产业占比越高,带来的废水越多,对水环境的污染越大,同时由于水资源污染具有流动性,所以第二产业占比提高不仅会对本地水资源利用效率与高质量发展产生负向影响,同时也会对邻近地区的耦合协调度产生负向影响。总体来说,第二产业占比提高对耦合协调度的影响为负;技术进步对本地耦合协调度的影响是正向的,技术水平的提高会有效提高水资源利用效率与高质量发展耦合协调度,但与邻近省域的耦合协调度呈负相关关系,技术进步的溢出效应不显著,可能是由于各地区在技术层面缺乏合作,但整体耦合协调度为正,说明技术进步对全社会耦合协调度的影响是正向的;市场化水平对耦合协调度的影响为正,在对本地区耦合度产生正向影响的情况下,对邻近地区的溢出效应也为正向,对整体耦合协调度的提升具有显著的促进作用;城镇化水平的提高对本省水资源利用效率与高质量发展耦合协调度的提高具有正向影响,对邻近地区具有负向影响,整体对耦合协调度的提升有正向影响。

六、结论与讨论

为廓清省域层面水资源利用效率与高质量发展两个重要系统的影响效应与典型特征,本研究开展了相关文献梳理和机制分析,并以此为基础构建非期望产出SE-SBM模型和高质量发展综合指标体系,进而利用2004—2019年我国30个省际(不含西藏和港澳台)面板数据测算水资源利用效率和高质量发展两个系统的综合水平和耦合协调度,分析其空间相关性和空间影响因素。研究结果表明:(1)我国省际水资源利用效率指数水平较高,但呈现下降态势,高质量发展综合水平较低,呈现明显的上升态势;(2)我国省际水资源利用效率和高质量发展耦合度较低,多处于濒临失调的水平,具有显著的地区分异规律,在空间上呈现出东高西低的分布格局;(3)我国省际水资源利用效率与高质量发展耦合协调度空间集聚特征明显,集聚的分布格局基本稳定;(4)在驱动我国省际水资源利用效率与高质量发展耦合协调的因素中,经济发展水平、政府规模、技术进步、市场化水平、城镇化与耦合协调度呈正相关关系,产业结构与耦合协调度呈负相关关系。

基于本文主要研究结论,笔者提出以下3个方面的对策建议:(1)中央在制定方针政策时,应统筹考虑生态和经济发展之间的耦合协调关系,牢固树立“绿水青山就是金山银山”的发展理念,全面落实环境保护政策,实现生态财富向经济财富的转化,在实现经济发展的同时,保护好生态环境,以良好的生态环境促进经济高效发展,以高质量的发展促进生态保护,实现经济发展和生态保护的双赢局面。(2)地方政府制定适应地方发展路径的政策措施时,要因地制宜,对耦合协调度较高的省域应加快产业升级,提高水资源利用的技术效率,加大低耗能绿色环保产业的发展力度;对耦合协调度较低的省域,应更注重节水技术的研发,注重对废水的循环利用,加强区域间的协同治理能力,在实现自身耦合协调度提升的同时,通过区域间的相互影响惠及邻近省域,提升区域内整体耦合协调度。(3)提高经济发展水平,改善人民生活,增加人均可支配收入的同时,注重其生活品质的提升,从社会观念层面增强对水资源的合理利用;加大政府的管控力度,在水利基础设施建设上增加政府财政投入,减少因设施老化造成的水资源浪费,通过技术改良提高水资源利用效率,在积极引进国外先进生产技术的基础上,努力革新现有的技术水平,既从国外汲取营养,又强化自身的研发能力,努力发挥市场化的积极作用,实现水资源和经济的协调发展。