基于DEA-Malmquist的湘江流域城市群河流環(huán)境效率研究

胡振華，龍婧宇

(中南大學(xué)商學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410083）

1 研究背景

經(jīng)過(guò)改革開(kāi)放40年來(lái)的發(fā)展，我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速增長(zhǎng)，取得了舉世矚目的成就，但由于前期發(fā)展方式粗放，我國(guó)以能源的高投入、資源的高消耗以及環(huán)境的高污染為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的支撐點(diǎn)，付出了巨大的資源與環(huán)境代價(jià)，其中水生態(tài)的惡化制約了經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此，通過(guò)提升水資源環(huán)境效率來(lái)實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展具有必要性和現(xiàn)實(shí)意義。我國(guó)七大水系中，長(zhǎng)江干流總體良好，但支流地區(qū)如湘江、黃浦江等污染嚴(yán)重并逐步惡化，因而研究干支流水系及其流域的生態(tài)環(huán)境情況，有利于探尋促進(jìn)流域綠色治理的有效途徑。

湘江屬長(zhǎng)江流域洞庭湖水系，為長(zhǎng)江二級(jí)干流，全長(zhǎng)856 km，流域面積達(dá)9.23萬(wàn)km2。其發(fā)源于廣西壯族自治區(qū)，在湖南省境內(nèi)的主干河流自永州依次流經(jīng)衡陽(yáng)、株洲、湘潭、長(zhǎng)沙，注入洞庭湖，支流流經(jīng)婁底、郴州，主要涵蓋7座城市，主要支流為瀟水、春陵水、蒸水、耒水、洣水，淥水、瀏陽(yáng)河。其中，瀟水自永州注入干流；春陵水、蒸水、洣水從衡陽(yáng)注入干流；淥水從株洲注入干流；瀏陽(yáng)河從長(zhǎng)沙注入干流。郴州與婁底最為特殊，區(qū)域內(nèi)僅支流流經(jīng)，其中耒水發(fā)源于郴州，流經(jīng)衡陽(yáng)匯入干流；漣水發(fā)源于婁底，流經(jīng)湘潭匯入干流。湘江流域占湖南省行政區(qū)域面積的43.57%，常住人口占全省人口的52.56%，流域生產(chǎn)總值占全省生產(chǎn)總值的68.78%（2017年），是湖南省布局重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)、推動(dòng)區(qū)域發(fā)展的核心地帶。但同時(shí)，湘江干支流污染問(wèn)題不容小覷，據(jù)2017年湘江流域水質(zhì)檢測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示，只有0.2%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)為I類，超過(guò)16%的監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)為Ⅲ類以下，可見(jiàn)，湘江水質(zhì)亟待改善。湖南省“十三五”規(guī)劃等政策文件明確了節(jié)能減排目標(biāo)，環(huán)境規(guī)制十分嚴(yán)格。在此背景下，通過(guò)分析湘江流域城市群的要素投入與產(chǎn)出情況，來(lái)研究制約片區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境保護(hù)的影響因素，為湘江流域在資源約束、能源制約、環(huán)境規(guī)制的重重重壓下探尋一條綠色發(fā)展道路具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

近年來(lái)，由于環(huán)境問(wèn)題受到廣泛關(guān)注，環(huán)境效率評(píng)價(jià)成為研究熱點(diǎn)。通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法（date envelopment analysis, DEA）是環(huán)境領(lǐng)域主要的效率測(cè)度方法［1］，因其無(wú)須提前設(shè)定生產(chǎn)函數(shù)形式、不受變量量綱影響等優(yōu)點(diǎn)而大量應(yīng)用于包含環(huán)境因素的地區(qū)、行業(yè)或單位的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)效率評(píng)價(jià)中，如Hoang等［2］測(cè)度了經(jīng)合組織（OECD）30個(gè)國(guó)家農(nóng)業(yè)的環(huán)境生態(tài)效率；馮晨鵬等［3］基于零和收益DEA，結(jié)合多種非期望產(chǎn)出測(cè)算了我國(guó)30個(gè)省份的環(huán)境效率；蔡火娣［4］運(yùn)用非徑向SBM模型測(cè)度了省域碳排放效率，發(fā)現(xiàn)在MLPI指標(biāo)分解下技術(shù)進(jìn)步是生產(chǎn)率增長(zhǎng)的主導(dǎo)因素。

河流和水資源是生態(tài)環(huán)境的重要部分，現(xiàn)有的環(huán)境效率文獻(xiàn)中對(duì)水環(huán)境的評(píng)價(jià)主要包括兩類：第一類是基于水資源利用效率的評(píng)價(jià)，如馬劍鋒等［5］以水資源稀缺引起的環(huán)境問(wèn)題研究了農(nóng)業(yè)全局用水效率的空間效應(yīng)和空間關(guān)聯(lián)度；唐志鵬［6］測(cè)度了2000—2015年我國(guó)省際環(huán)境效率，對(duì)各投入和產(chǎn)出指標(biāo)的效率優(yōu)劣進(jìn)行了排序分析；陳關(guān)聚等［7］利用隨機(jī)前沿分析對(duì)我國(guó)省際工業(yè)企業(yè)的全要素水資源使用效率進(jìn)行了度量。第二類是引入了“壞產(chǎn)出”概念的水資源環(huán)境效率研究，即從生產(chǎn)單元的角度考慮生產(chǎn)過(guò)程中的污染物排放對(duì)水資源的影響，如俞雅乖等［8］將化學(xué)需氧量（COD）和氨氮排放量加入到我國(guó)30個(gè)省份的水資源效率評(píng)價(jià)中，發(fā)現(xiàn)大部分地區(qū)的水資源效率低下；丁緒輝等［9］將我國(guó)各省份的廢水排放量作為環(huán)境污染產(chǎn)出納入到超效率SBM模型中，發(fā)現(xiàn)各地區(qū)水資源利用效率均有不同程度上升；王有森等［10］通過(guò)將工業(yè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)細(xì)分為用水和治理階段，運(yùn)用兩階段模型綜合評(píng)價(jià)了我國(guó)30個(gè)省份的工業(yè)系統(tǒng)用水效率。除去以上兩類水資源效率研究的文獻(xiàn)，部分研究將水污染處理為非期望的環(huán)境污染產(chǎn)出，如Li等［11］研究了我國(guó)29個(gè)省份的環(huán)境效率，以工業(yè)廢氣、廢水和廢渣排放量為污染產(chǎn)出，考慮了包括水資源在內(nèi)的因素對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響；Chen等［12］也以廢水排放作為環(huán)境污染指標(biāo)衡量了我國(guó)省域環(huán)境效率。

現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)水資源效率的研究主要集中在水資源利用和污染廢水排放治理效果上，且都從生產(chǎn)單元角度通過(guò)資源消耗或污染排放來(lái)衡量環(huán)境效率，難以真實(shí)反映水資源的污染情況，所以本文在處理環(huán)境影響指標(biāo)時(shí)提供一種基于生態(tài)環(huán)境實(shí)際狀況的新視角，采用河流的實(shí)際水質(zhì)情況反映生產(chǎn)單元的真實(shí)環(huán)境產(chǎn)出。本文以湘江流域城市群為研究對(duì)象，考慮河流的流動(dòng)性及城市群的整體性，同時(shí)由于對(duì)下游城市河流環(huán)境測(cè)度不能忽視上游城市對(duì)水質(zhì)的影響，所以創(chuàng)新性地將上游城市的污染產(chǎn)出作為下游城市的非期望投入來(lái)衡量該城市對(duì)片區(qū)內(nèi)流經(jīng)河流的影響程度，并細(xì)化至衡量具體區(qū)域?qū)μ囟ê恿鞯谋Ｗo(hù)或破壞作用，強(qiáng)調(diào)流域綜合開(kāi)發(fā)治理的連貫性，避免將城市群割裂開(kāi)來(lái)，進(jìn)而有效反映被評(píng)價(jià)城市對(duì)河流環(huán)境的實(shí)際影響。本文采用包含非期望投入及非期望產(chǎn)出的DEA模型進(jìn)行效率評(píng)價(jià)。由于DEA評(píng)價(jià)方法只能基于截面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，所以本文基于該模型采用Global Malmquist指數(shù)（GMI）進(jìn)行面板數(shù)據(jù)的分析，并且GMI的分解特性可以為環(huán)境效率提供更為細(xì)致的后續(xù)分析。

2 研究方法與數(shù)據(jù)說(shuō)明

由于傳統(tǒng)的CCR、BCC及其拓展模型僅考慮無(wú)效率程度的比例改進(jìn)［13］，忽視了投入產(chǎn)出變量的松弛問(wèn)題，導(dǎo)致在效率度量上存在偏差，Cooper等［14］提出了RAM（range adjusted measure）模型，用松弛改進(jìn)的平均比例來(lái)反映無(wú)效率程度?？紤]到產(chǎn)出并非全部有利，An等［15］、Liu等［16］的研究將非期望產(chǎn)出引入RAM模型中。

2．1 研究模型

2．1．1 傳統(tǒng)的 RAM-Undesirable模型

基于此變量矩陣，生產(chǎn)可能集（PPS）

加入非期望產(chǎn)出后，用于測(cè)量DMU0的效率的RAM-Undesirable模型1表示如下：

該傳統(tǒng)模型引入并解決了非期望產(chǎn)出的影響。然而，生產(chǎn)系統(tǒng)中的投入也可以分為期望投入和非期望投入［17］。關(guān)于期望投入和非期望投入的定義是：如果投入的增加不會(huì)減少期望產(chǎn)出，那么它就是期望投入；否則，它就是非期望投入。在本文中，上游河流的污染水質(zhì)為下游城市的非期望投入。本文在進(jìn)行環(huán)境效率評(píng)價(jià)時(shí)把城市群看作一個(gè)整體，研究其各組成部分的作用，所以需要考慮上下游城市環(huán)境行為的相互影響，顯然，模型1只考慮了非期望產(chǎn)出因素松弛變量變化對(duì)效率評(píng)價(jià)的影響，并不能反映非期望投入因素的影響過(guò)程，不適用于考慮非期望投入的情況，故本文對(duì)傳統(tǒng)模型進(jìn)行改進(jìn)，在目標(biāo)函數(shù)中加入非期望投入變量，衡量非期望投入-產(chǎn)出要素對(duì)效率的共同影響。

2.1.2 改進(jìn)的RAM-Undesirable模型

其他變量的定義與前述模型相同，根據(jù)期望（非期望）投入的定義，我們將上游城市的污染產(chǎn)出視為下游城市的非期望投入，用以測(cè)度城市對(duì)區(qū)域內(nèi)河流的污染或者治理情況以及上下游城市間的環(huán)境表現(xiàn)。在此，假定每個(gè)DMU具有4類投入和產(chǎn)出變量，即期望投入非期望投入期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出，生產(chǎn)可能集PPS可以被定義為：加入非期望投入后，用于測(cè)量DMU0的效率的改進(jìn)的RAM-Undesirable模型2表示如下：

2．2 Global Malmquist指數(shù)

F?re等［18］構(gòu)建了基于 DEA 的 Malmquist生產(chǎn)率指數(shù)（MI）用以測(cè)量DMU在連續(xù)兩個(gè)學(xué)習(xí)期之間的性能變化，這種基于面板數(shù)據(jù)的全要素生產(chǎn)率測(cè)算方法具有分解特性，便于測(cè)算和歸因決策單元在時(shí)間維度上的動(dòng)態(tài)變化。然而，Pastor等［19］指出傳統(tǒng)MI具有線性不可行性的問(wèn)題，故將所有時(shí)期內(nèi)的DMU數(shù)據(jù)包括在PPS之內(nèi)，進(jìn)而提出Global Malmquist指數(shù)（GMI）。采用GMI可以有效解決線性不可行性的問(wèn)題，所以本文在改進(jìn)的RAMUndesirable模型基礎(chǔ)上采用GMI來(lái)衡量城市綠色發(fā)展效率的變化情況。

GMI反映經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)中各種資源技術(shù)效率的動(dòng)態(tài)變化情況和趨勢(shì)，用以客觀衡量效率變化（efficient change，EC）、技術(shù)變化（technological change，TC）與環(huán)境效率之間的關(guān)系。其中：EC是技術(shù)效率變化指數(shù)，即DMU利用現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)的情況，表示無(wú)效DMU（效率值小于1）與有效DMU（效率值等于1）相比的投入產(chǎn)出比例變化情況，若EC＞1，則代表DMU逐步趨近生產(chǎn)前沿面，反之則表示現(xiàn)有技術(shù)水平利用程度不高；TC為生產(chǎn)技術(shù)變化指數(shù)，反映被評(píng)價(jià)對(duì)象整體的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步情況，體現(xiàn)為生產(chǎn)前沿面的移動(dòng)，若TC＞1，則代表生產(chǎn)前沿面前移、技術(shù)進(jìn)步，反之則技術(shù)退步。

2．3 指標(biāo)選擇與數(shù)據(jù)來(lái)源

基于上述改進(jìn)的RAM-Undesirable模型，本文以湘江流域的7座城市為研究對(duì)象，測(cè)度其2010—2016年的河流環(huán)境效率。因一個(gè)城市可能有多條河流經(jīng)過(guò)，故依次定義為DMUk（k=1,2,…,15）。傳統(tǒng)的環(huán)境效率評(píng)價(jià)文獻(xiàn)在投入、產(chǎn)出指標(biāo)選擇方面一般選擇經(jīng)濟(jì)投入、勞動(dòng)力投入、能源投入、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出及環(huán)境產(chǎn)出指標(biāo)［20-22］。本文在總結(jié)和參考現(xiàn)有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合湘江流域環(huán)境治理情況，選取指標(biāo)如圖1所示。期望投入主要包括資本、勞動(dòng)力和能源。其中資本投入用各城市的固定資產(chǎn)投資額衡量，反映城市綜合投資情況；勞動(dòng)力投入用年末在崗職工人數(shù)衡量，體現(xiàn)參與城市建設(shè)的勞動(dòng)力情況；能源投入用規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)綜合能源消耗量衡量，反映能源消耗對(duì)城市發(fā)展作用情況；期望產(chǎn)出為地區(qū)生產(chǎn)總值，衡量地區(qū)發(fā)展水平。對(duì)于非期望投入/產(chǎn)出指標(biāo)，用上游/下游城市的水質(zhì)表現(xiàn)來(lái)反映，體現(xiàn)城市對(duì)河流環(huán)境造成的實(shí)際影響。在DEA方法中，DMU個(gè)數(shù)應(yīng)大于投入產(chǎn)出變量個(gè)數(shù)和的兩倍才能合理區(qū)分各DMU的效率水平，故本文對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)的8項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)（pH值、溶氧量、高錳酸鹽指數(shù)和氨氮、鉛、總磷、砷、鎘的濃度）進(jìn)行綜合。

圖1 湘江流域城市群河流環(huán)境效率評(píng)價(jià)的投入產(chǎn)出指標(biāo)選取與數(shù)據(jù)說(shuō)明

為避免人為設(shè)定帶來(lái)的主觀誤差，本文采用熵值法進(jìn)行求權(quán)。在信息論中，熵是不確定性的體現(xiàn)，熵值越大代表信息量越大，因此可以通過(guò)計(jì)算每個(gè)指標(biāo)的熵值來(lái)判斷各個(gè)指標(biāo)對(duì)總體的影響程度，即得到權(quán)重和綜合評(píng)價(jià)分值。假設(shè)代表第個(gè)被評(píng)價(jià)單元的第項(xiàng)指標(biāo)，則熵值法求權(quán)重的具體步驟為：

每項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)的權(quán)重均可由此方法求得。綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)通過(guò)加權(quán)求和得到：

3 實(shí)證分析與結(jié)果

3．1 河流環(huán)境效率測(cè)度分析

按照模型2，利用MATLAB 2016a軟件對(duì)2010—2016年樣本城市的面板數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算出在考慮非期望投入情況下RAM-Undesirable模型的河流環(huán)境效率值，如表1所示。

表1 2010—2016年湘江流域7市15條河流環(huán)境效率

3.1.1 總體環(huán)境效率分析

從表1中可以看到，2010—2016年各城市的河流環(huán)境效率呈現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定水平并逐步改善趨勢(shì)。首先，從城市角度來(lái)看，在整個(gè)觀測(cè)期內(nèi)都處于有效狀態(tài)的為郴州和婁底，由于其區(qū)域面積不大且流域內(nèi)無(wú)湘江干流流經(jīng)，所以城市生活和工業(yè)生產(chǎn)造成的污染少，同時(shí)受到上游城市水污染的影響也小，因而河流環(huán)境效率高。其次，從河流角度來(lái)看，其環(huán)境表現(xiàn)也具有規(guī)律，株洲的淥水、長(zhǎng)沙的干流、郴州的耒水和婁底的漣水一直處于生產(chǎn)前沿面上，效率值均為1。其中，由于耒水上建設(shè)有東江水電站，促進(jìn)了郴州水資源的開(kāi)發(fā)利用，增強(qiáng)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)實(shí)力，但水電站的蓄水發(fā)電功能導(dǎo)致水體流動(dòng)性減弱，使水體降解污染物能力降低，因而工業(yè)廢水大量注入導(dǎo)致污染負(fù)荷比增加，所以郴州市政府在前期建設(shè)階段尤為注重環(huán)境影響預(yù)測(cè)與評(píng)估，盡量降低水電站建設(shè)的負(fù)面影響，并且在治理階段加強(qiáng)水資源管理、水環(huán)境整治，從而對(duì)耒水及其流域進(jìn)行了高效治理與保護(hù)，所以在觀測(cè)期內(nèi)耒水一直為被參照對(duì)象。再者，環(huán)境表現(xiàn)較差的城市和河流也保持相對(duì)固定，如衡陽(yáng)、湘潭以及株洲的主干等都保持了觀測(cè)期內(nèi)大部分或全部時(shí)期無(wú)效，年均環(huán)境效率分別為0.953、0.922、0.947，拉低了城市的河流環(huán)境效率水平，主要因?yàn)檫@3個(gè)城市人口眾多且工業(yè)發(fā)展迅速，污染物破壞了當(dāng)?shù)丨h(huán)境，所以環(huán)境表現(xiàn)差，因此應(yīng)重點(diǎn)改善相應(yīng)區(qū)域。最后，對(duì)于一個(gè)城市而言，其區(qū)域內(nèi)不同河流的表現(xiàn)也可能截然相反。以株洲為例，該城市的淥水連續(xù)6年處于最優(yōu)狀態(tài)，而其湘江主干河流卻是區(qū)域內(nèi)最低水平，其中2010年的河流環(huán)境效率值最低為0.908，隨后有所好轉(zhuǎn)，但至2014年又逐步下降至2016年的0.938。

3.1.2 區(qū)域環(huán)境效率分析

綜合來(lái)看，對(duì)于某個(gè)城市的水環(huán)境效率評(píng)價(jià)，單純以某一條河流的表現(xiàn)為主很有可能會(huì)得到截然不同的結(jié)果，從實(shí)際情況來(lái)看也非常不合理，所以我們以衡陽(yáng)為例，研究其區(qū)域內(nèi)5條河流的水環(huán)境表現(xiàn)。如圖2所示，5條河流的環(huán)境表現(xiàn)較為多樣：春陵水和主干雖然在各年度效率相近，但是相互之間并沒(méi)有穩(wěn)定的優(yōu)劣之分，在觀測(cè)期內(nèi)的效率交替排序，年均效率分別為0.951、0.947，并無(wú)明顯的上升或下降空間；耒水的環(huán)境效率2010—2011年有效，2012—2016年無(wú)效率，表現(xiàn)出退步的趨勢(shì)，通過(guò)比較2011和2012年的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，2012年耒水在衡陽(yáng)境內(nèi)受到較大污染，導(dǎo)致當(dāng)期效率為0.992，無(wú)效；蒸水的環(huán)境效率2012和2015年度是有效的，其余年度大都以最差效率排名墊底，最低為2010年的0.877，總體上其整個(gè)觀測(cè)期內(nèi)的平均效率仍為最差；洣水的表現(xiàn)與其他河流最為不同，在2010—2013年度的效率變化趨勢(shì)明顯，與其他河流相反，效率值分別為0.990、1.000、0.985、1.000，而衡陽(yáng)整體為0.970、0.965、0.993、0.931，通過(guò)觀察數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)洣水各年度指標(biāo)數(shù)據(jù)相對(duì)穩(wěn)定，前期相對(duì)于其他河流的效率排名波動(dòng)主要來(lái)源于其他河流的情況變化，即洣水的排名較高轉(zhuǎn)向較低時(shí)，并不來(lái)自洣水環(huán)境的惡化而是反映其他河流的環(huán)境效率在逐步提升。由此可見(jiàn)，對(duì)衡陽(yáng)河流環(huán)境效率的評(píng)價(jià)無(wú)論基于哪條河流都會(huì)造成失真，所以城市的環(huán)境效率評(píng)價(jià)需要綜合各條河流的情況。雖然5條河流的表現(xiàn)各不相同，但是自2013年起，5條河流的效率變化趨勢(shì)趨于一致，隨后4年的效率均值分別為0.931、0.902、0.970、0.938，說(shuō)明衡陽(yáng)的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)區(qū)域內(nèi)河流的影響程度開(kāi)始逐年穩(wěn)定，政府對(duì)河流的環(huán)境治理開(kāi)始均衡，但是蒸水效率的“躍遷”表現(xiàn)表明河流環(huán)境的均衡治理依然需要改進(jìn)。

圖2 2010—2016年衡陽(yáng)市5條河流的環(huán)境效率

3.1.3 模型對(duì)比環(huán)境效率分析

湘江干流依次流經(jīng)永州、衡陽(yáng)、株洲、湘潭和長(zhǎng)沙5座城市，5座城市的環(huán)境表現(xiàn)共同影響干流水質(zhì)；同時(shí)上游城市對(duì)河流的作用直接反映在下游的流入水質(zhì)中，即下游的環(huán)境表現(xiàn)還包含了上游的殘余影響，然而傳統(tǒng)的環(huán)境效率評(píng)價(jià)在此情況下只考慮河水的污染輸出而不考慮流入水質(zhì)的差異，因此我們采用模型1計(jì)算只考慮下游河流非期望產(chǎn)出的城市效率，采用模型2計(jì)算同時(shí)考慮上下游河流污染的綜合效率，通過(guò)對(duì)比分析來(lái)研究引入非期望投入變量的影響。如圖3所示，通過(guò)對(duì)比模型1和模型2的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)只考慮非期望產(chǎn)出的普遍效率更低、主干河流表現(xiàn)為有效的城市更少以及各上下游城市之間的效率差距更大。其中，模型1中效率最低的為永州，僅為0.522，約為綜合模型2效率均值的75%。這些結(jié)果主要反映出：

（1）只考慮下游水質(zhì)污染的環(huán)境評(píng)價(jià)結(jié)果存在一定誤差，忽略了河流的流動(dòng)性以及河流水質(zhì)在各個(gè)城市的初始表現(xiàn)本就存在差異，夸大了河流流出城市對(duì)區(qū)域內(nèi)河流環(huán)境的影響，并沒(méi)有結(jié)合河流流入城市的河流水質(zhì)，從而消除上下游水質(zhì)差異的滯后性。

（2）河流環(huán)境效率有效城市少意味著效率無(wú)效城市更多，需要改進(jìn)的總量更大，并且提供給效率無(wú)效城市參照改進(jìn)的城市更為單一，這增加了地方政府治理河流環(huán)境的工作量，加大了資源的消耗，同時(shí)也造成需要改進(jìn)的城市參照空間更小。

（3）同時(shí)考慮上下游河流污染投入產(chǎn)出的效率結(jié)果表明上下游城市的河流環(huán)境效率差距更小，前者差值為0.477，而后者僅為0.303，這也印證了前述的第一點(diǎn)，即考慮城市上游河流環(huán)境可以揭示出本城市對(duì)河流的實(shí)際影響，對(duì)于只考慮下游水質(zhì)時(shí)由于下游水質(zhì)差而導(dǎo)致環(huán)境效率低下的城市，在加入上游水質(zhì)指標(biāo)時(shí)消除了由河流流動(dòng)帶來(lái)的初始污染流入影響，從而使其環(huán)境效率得到一定提升；反之，一些原本下游水質(zhì)較好的河流環(huán)境高效率城市在消除效應(yīng)的影響下，環(huán)境效率有一定程度的下降。

圖3 2010—2016年湘江干流上下游城市河流環(huán)境效率對(duì)比

3．2 Global Malmquist指數(shù)分析

利用全要素生產(chǎn)率指數(shù)對(duì)面板數(shù)據(jù)的分析可以展示時(shí)間維度上各個(gè)城市和河流的生產(chǎn)率變化情況，并利用GMI指數(shù)的特性進(jìn)一步分解為效率變化和技術(shù)水平變化兩個(gè)部分，基于前述GMI模型對(duì)2010—2016年中3個(gè)跨度的面板數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到全要素生產(chǎn)率、效率變化、技術(shù)變化指數(shù)情況如表2所示。

表2 2010—2016年湘江流域城市群全要素生產(chǎn)率、效率變化及技術(shù)變化

3.2.1 GMI全局分析

結(jié)合表2有以下發(fā)現(xiàn)：

（1）總體來(lái)看，大部分河流包含環(huán)境因素的全要素生產(chǎn)率呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，由2010年的0.998增長(zhǎng)至2016年的1.035。如衡陽(yáng)的5條河流2010—2011年從只有1條的生產(chǎn)率進(jìn)步到2015—2016年所有河流均表現(xiàn)進(jìn)步；所有河流2010—2011年從只有5條表現(xiàn)進(jìn)步逐漸發(fā)展到2015—2016年全部表現(xiàn)進(jìn)步。結(jié)合GMI分解的EC與TC部分可以發(fā)現(xiàn)，全要素生產(chǎn)率小于1的主要原因并不總是來(lái)自于單一方面，這表明政府在河流環(huán)境治理過(guò)程中需因地制宜，有針對(duì)性地提高管理水平或創(chuàng)新環(huán)保技術(shù)。實(shí)際上，每條河流的全要素生產(chǎn)率取決于環(huán)境和經(jīng)濟(jì)因素。由于衡陽(yáng)市2014年資本投資激增，導(dǎo)致隨后兩年技術(shù)效率變化大幅提高，全要素生產(chǎn)率由1.010增長(zhǎng)為1.039，然而決策單元自身技術(shù)效率變化的下降在一定程度上抵消了技術(shù)改進(jìn)對(duì)生產(chǎn)率的促進(jìn)作用，因此政府對(duì)生產(chǎn)率的改進(jìn)需要同時(shí)兼顧資源管理效率與生產(chǎn)技術(shù)水平。

（2）對(duì)TC和EC進(jìn)行綜合觀察發(fā)現(xiàn)，大部分河流的TC和EC具有互補(bǔ)的現(xiàn)象，即EC在2010—2011年、2011—2012年、2014—2015年總體表現(xiàn)進(jìn)步，最高達(dá)1.169 0，TC則在在對(duì)應(yīng)年份表現(xiàn)退步而在其余年份表現(xiàn)進(jìn)步，相對(duì)應(yīng)最低為0.846 7，說(shuō)明了環(huán)境背景和治理手段在不同年份側(cè)重點(diǎn)的差異對(duì)各地區(qū)相同年份產(chǎn)生了相似的影響；同時(shí)，治理模式表現(xiàn)偏向性導(dǎo)致了資源配置和技術(shù)水平不能同步發(fā)展進(jìn)步。因此，各區(qū)域在包含環(huán)境因素的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式下，應(yīng)對(duì)于經(jīng)濟(jì)資源、社會(huì)資源和環(huán)境資源的協(xié)調(diào)管理逐步改善。

（3）對(duì)TC進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，相同城市河流的TC部分具有相同的進(jìn)步或退步表現(xiàn)，如最低區(qū)間為2014—2015年的0.979，最高為2015—2016年的1.035，說(shuō)明同地區(qū)河流在同一時(shí)期受到相似的環(huán)境規(guī)制的影響；此外，大部分河流的TC部分上升趨勢(shì)并不穩(wěn)定，表明各區(qū)域?qū)Νh(huán)境技術(shù)的管理遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到成熟的階段，在新增的碳減排等環(huán)境約束下沒(méi)有找到穩(wěn)定的提升生產(chǎn)有效前沿面的措施。

整體來(lái)看，EC部分雖然沒(méi)有穩(wěn)定的進(jìn)步趨勢(shì)，但是結(jié)合表2中的數(shù)據(jù)可以看到，大部分地區(qū)的環(huán)境效率較高，在管理效率方面的最大改進(jìn)空間不大，而TC部分則上限較高，因此提升環(huán)境技術(shù)水平對(duì)于湘江流域城市群整體的生產(chǎn)率表現(xiàn)具有重要作用。

3.2.2 GMI區(qū)域分析

同一城市不同河流的全要素生產(chǎn)率變化及其分解結(jié)果各不相同，體現(xiàn)了河流的差異性以及在治理上的管理和技術(shù)的差距，因此我們以衡陽(yáng)市的5條河流為例，間隔2年取3個(gè)時(shí)間跨度分析其GMI、EC和TC的變化情況，如圖4所示。

圖4 2011—2016年衡陽(yáng)“一江四水”GMI、EC和TC變化情況

結(jié)合表2和圖4可以發(fā)現(xiàn)：

（1）從整體上來(lái)看，各條河流的GMI呈波浪式向前，2010—2013年間變化幅度大且河流表現(xiàn)迥異，其中洣水較為反常，2012—2013年處于最低點(diǎn)為0.925，而其余2個(gè)階段處于最高，分別為1.008、0.967，與其他4條河流呈相反變化的表現(xiàn)，但2013年以后為同步向好變化趨勢(shì)，整體由0.926提升至1.000，這也與前述衡陽(yáng)河流的環(huán)境效率情況相吻合。結(jié)合經(jīng)濟(jì)和環(huán)境數(shù)據(jù)來(lái)看，衡陽(yáng)市“十二五”規(guī)劃實(shí)施的生態(tài)保護(hù)和修復(fù)初顯成效，以“一江四水”為脈絡(luò)的自然生態(tài)安全圈逐步建立，加強(qiáng)了流域的水環(huán)境綜合治理。

（2）從EC和TC的變化趨勢(shì)來(lái)看，各河流的技術(shù)水平不斷提升，而管理水平出現(xiàn)一定程度的下降。2011—2012年，大部分河流的效率變化EC＞1，表示河流自身的技術(shù)水平取得了進(jìn)步，分別為1.042、1.110、0.993、0.985、1.023，是GMI提高的主導(dǎo)因素；但技術(shù)變化TC均小于1，分別為0.957、0.908、0.974、0.939、0.959，說(shuō)明在此階段對(duì)包含環(huán)境因素的資源管理更為重視，而對(duì)生產(chǎn)技術(shù)的管理尚不成熟。2013—2016年，衡陽(yáng)市政府側(cè)重提升技術(shù)水平，TC部分進(jìn)步顯著，分別由0.998、1.059、1.04、1.094、1.015提 升 至 1.034、1.104、1.026、1.037、1.022；然而EC部分有所下滑，分別由1.015、0.932、0.972、0.926、1.004下降至0.972、0.908、0.993、0.976、0.991。

（3）EC與TC共同決定GMI，因此管理效率與技術(shù)水平需要兼顧，TC改進(jìn)以EC遞減為代價(jià)是不可取的。綜合表2發(fā)現(xiàn)，大部分河流的環(huán)境效率處于較高水平，EC部分變化幅度較小，且改進(jìn)空間不大，因此地方政府可以在保證環(huán)境效率穩(wěn)定不降的同時(shí)適當(dāng)降低對(duì)EC的要求，將資源投入到具有更大改進(jìn)空間的環(huán)境技術(shù)部分。

4 結(jié)論和政策建議

湘江流域是湖南省經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)、人口最稠密的地區(qū)，對(duì)湘江流域經(jīng)濟(jì)建設(shè)、能源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的綜合環(huán)境評(píng)價(jià)有利于實(shí)現(xiàn)湖南省的綠色發(fā)展?？紤]到傳統(tǒng)的環(huán)境效率評(píng)價(jià)方法僅以污染物的排放衡量城市行為的環(huán)境影響，而湘江流域的城市具有明顯的上下游關(guān)系且河流具有流動(dòng)性，并且下游城市的環(huán)境表現(xiàn)還受到上游城市環(huán)境治理的影響，所以本文將上游城市的污染產(chǎn)出作為下游城市的非期望投入納入到評(píng)價(jià)體系中，通過(guò)改進(jìn)的RAMUndesirable模型和Global-Malmquist指數(shù)來(lái)測(cè)算2010—2016年湘江流域7座城市15條河流的水環(huán)境效率及全要素生產(chǎn)率情況。評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

（1）各城市的河流環(huán)境效率相對(duì)穩(wěn)定且逐步改善，年均綠色發(fā)展效率由2010年的0.954增長(zhǎng)至2016年的0.973。其中，婁底和郴州作為二級(jí)城市但是較長(zhǎng)株潭等中心城市的環(huán)境表現(xiàn)更好，長(zhǎng)期處于生產(chǎn)前沿面上，成為其他決策單元的參照基準(zhǔn)；區(qū)域內(nèi)河流差異明顯，衡陽(yáng)境內(nèi)5條河流的環(huán)境表現(xiàn)迥異。所以對(duì)一個(gè)城市的河流環(huán)境評(píng)價(jià)應(yīng)綜合衡量，并保持治理的均衡性與連續(xù)性。

（2）河流的環(huán)境效率受流經(jīng)城市的共同影響?？紤]上游城市河流污染能更準(zhǔn)確地體現(xiàn)本區(qū)域?qū)恿鞯膶?shí)際影響，引入非期望投入能消除河流流動(dòng)性及初時(shí)水質(zhì)差異造成的誤差，從而真實(shí)評(píng)價(jià)河流的環(huán)境效率；通過(guò)綜合考慮非期望投入和產(chǎn)出可以發(fā)現(xiàn)處在生產(chǎn)前沿面上的城市變多，從而河流環(huán)境效率無(wú)效城市的參照空間更大且改進(jìn)路線更高效，使管理部門能減少工作量以致力于提升技術(shù)水平。

（3）由Global-Malmquist指數(shù)可知，大多數(shù)觀測(cè)點(diǎn)的全要素生產(chǎn)率波動(dòng)幅度大且同一城市的河流具有一致性。GMI包括效率變化(EC)和技術(shù)變化(TC)部分，EC與TC具有互補(bǔ)的現(xiàn)象，而基于大部分地區(qū)較高環(huán)境效率值，說(shuō)明政府對(duì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境資源的協(xié)調(diào)管理逐步到位，同時(shí)對(duì)于效率的改進(jìn)空間較?。欢嗤恿骶哂蠺C穩(wěn)定性不高的相似表現(xiàn)，且具有較大的改進(jìn)空間，所以在相同的環(huán)境規(guī)制作用效果下應(yīng)提升環(huán)境技術(shù)水平。

以上發(fā)現(xiàn)可以為湘江流域的城市發(fā)展提供參考?；谝陨习l(fā)現(xiàn)，本文具體政策建議如下：

（1）二級(jí)城市如郴州和婁底的良好表現(xiàn)意味著資源能更加充分利用，以較少的資源浪費(fèi)和污染排放來(lái)產(chǎn)生更多的經(jīng)濟(jì)效益，因此，應(yīng)加大該地的資源投入；同時(shí)，中心城市的環(huán)境效率及生產(chǎn)率表現(xiàn)較差，因此需要高度重視環(huán)境問(wèn)題，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，打造兩型社會(huì)。

（2）同一個(gè)城市不同河流環(huán)境表現(xiàn)的差異性表明各條河流面臨的環(huán)境問(wèn)題也大相徑庭，因此，城市在對(duì)境內(nèi)河流的治理上不僅需要宏觀的環(huán)境政策，還需要更具針對(duì)性的片區(qū)治理細(xì)則，以平衡同一城市河流的可持續(xù)發(fā)展。

（3）對(duì)城市的綠色發(fā)展評(píng)價(jià)應(yīng)該基于其對(duì)生態(tài)環(huán)境的實(shí)際影響，而不能單純采用統(tǒng)一指標(biāo)，不同生態(tài)環(huán)境對(duì)于相同污染量的耐受點(diǎn)不同從而受到的影響也不同，因此對(duì)各城市內(nèi)基于河流、空氣和土壤等環(huán)境的綠色發(fā)展評(píng)價(jià)應(yīng)該更加側(cè)重實(shí)際。

（4）環(huán)境約束與規(guī)制下的技術(shù)水平主導(dǎo)了大部分城市的生產(chǎn)率變化，且同一城市的河流的技術(shù)水平變化具有相似變化趨勢(shì)，所以地方政府的治理措施應(yīng)側(cè)重于環(huán)境技術(shù)的提升，積極促進(jìn)境內(nèi)不同河流治理部門之間的相互學(xué)習(xí)。