基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的河南省水資源利用效率分析

馮舒琪

（鄭州商學(xué)院，河南 鄭州 451200）

0 引言

河南省水資源的時空分布不均勻、雨熱同期、水資源總量不多。近年來，隨著河南省城鎮(zhèn)化進程加快以及新農(nóng)村建設(shè)，對水的需求量也越來越大，而經(jīng)濟社會發(fā)展帶來的水環(huán)境污染問題也越來越嚴重。此外，河南省是中國的產(chǎn)糧大省，農(nóng)作物的生長也需要大量的水。隨著用水量的不斷增加，水污染、水浪費等問題也日益突出。而水資源是有限的，用水和供水就出現(xiàn)了矛盾。因此，河南省應(yīng)合理且高效地利用有限的水資源，這樣才能促進經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)人們對美好生活的向往。

目前，國內(nèi)有很多關(guān)于水資源利用效率的研究。張永凱等［1］采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法、Malmquist指數(shù)法對黃河流域68個地級行政單元的水資源利用效率進行測算。除了測算各地區(qū)的水資源利用效率外，還探討了影響水資源利用效率的因素；陳艷萍等［2］采用基于Shephard距離函數(shù)的隨機前沿分析法對黃河流域水資源利用效率及影響因素進行研究。結(jié)果表明：2009—2018年黃河流域水資源的利用效率一直在小幅下降，流域內(nèi)各省之間的水資源利用效率相差較大，經(jīng)濟發(fā)展水平、水資源條件以及城鎮(zhèn)化進程對黃河流域水資源利用效率有一定的影響。此外，還有學(xué)者探究了水資源利用效率與經(jīng)濟社會發(fā)展之間的關(guān)系。左其亭等［3］采用Super-SBM模型和Tapio脫鉤理論構(gòu)建模型，并對水資源利用水平與經(jīng)濟社會發(fā)展的關(guān)系進行研究。

綜上所述，本研究采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法和Malmquist指數(shù)對河南省水資源利用效率及其變化情況進行分析，以期為區(qū)域最嚴格的水資源管理提供參考依據(jù)，為河南省制定水資源相關(guān)政策和提高水資源利用效率提供參考和借鑒。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

1.1.1 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法。數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法（DEA）是由美國運籌學(xué)家Charnes等提出的［4］。該方法是根據(jù)投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)來構(gòu)建數(shù)據(jù)包絡(luò)面，通過分析決策單元與最優(yōu)決策單元之間的偏離程度來評價其有效性。DEA模型不用考慮投入產(chǎn)出之間的函數(shù)關(guān)系、不用預(yù)估參數(shù)、不用對數(shù)據(jù)進行無量綱化處理。DEA方法中比較有代表性的模型有C2R、BC2、FG等［5］。其中，BC2模型是在C2R模型的基礎(chǔ)上增加了的限制。其中，λj為綜合效率，其等于純技術(shù)效率和規(guī)模效率的乘積［6］。因此，為了全面分析河南省水資源利用效率的高低以及低效的原因，本研究采用BC2模型（也即假設(shè)規(guī)模報酬可變）。該模型的構(gòu)建步驟如下。

設(shè)決策單元個數(shù)為n，每個決策單元有m項投入（x1j,x2j,…,xmj）和s項產(chǎn)出（y1j,y2j,…,ysj），其中xij、yij＞0，各地級市的投入和產(chǎn)出的權(quán)系數(shù)為λj。對BC2模型而言，若每個決策單元相應(yīng)的效率評價指數(shù)為θ，則θ應(yīng)滿足式（1）。

1.1.2 Malmquist指數(shù)。Malmquist指數(shù)可反映不同時期生產(chǎn)單元的效率變化［7］。Malmquist指數(shù)可用DEAP2.1軟件進行測算。t時期的Malmquist指數(shù)的計算公式見式（2）。

式 中：x0t、y0t為t時 期 的 投 入 和 產(chǎn) 出 量；Dt(x0t,y0t)為規(guī)模收益不變時t時期生產(chǎn)點與同期生產(chǎn)前沿面的距離函數(shù)。通過計算t時期和t+1時期Malmquist指數(shù)的幾何平均數(shù)即可得到生產(chǎn)率的變化。當所得指數(shù)大于1時，表示決策單元的效率值在該時期內(nèi)處于增長狀態(tài)；反之，則處于下降狀態(tài)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

根據(jù)指標的選取、數(shù)據(jù)的可獲得性和代表性原則，并參考相關(guān)水資源利用效率的研究，本研究從水資源、資金、勞動力、經(jīng)濟效益等要素出發(fā)，來構(gòu)建用水效率投入產(chǎn)出指標體系（見表1）。

表1 河南省用水效率投入產(chǎn)出指標體系

本研究所用的投入產(chǎn)出指標的數(shù)據(jù)來自《河南省統(tǒng)計年鑒》《河南省水資源公報》的相關(guān)數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 河南省水資源利用效率現(xiàn)狀分析

考慮到數(shù)據(jù)的有效性和可獲得性，本研究運用DEAP2.1軟件對2017年河南省18個地級市的水資源利用效率進行測算。運用VCR模型，假設(shè)保持規(guī)模報酬可變（即BC2模型），同時將技術(shù)效率與規(guī)模效率的乘積作為綜合效率進行研究，對河南省2017年18個地市的投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)進行分析，進而得出水資源的利用效率（見表2、表3）。

表2 2017年河南省18個地級市水資源利用效率

表3 2017年河南省18個地級市投入產(chǎn)出冗余值

根據(jù)DEA中θ的取值范圍，當θ=1時，表明該決策單元是DEA有效；當θ＜1時，表明該決策單元非DEA有效，即θ值越接近于1，則效率值越高。通過軟件運算可得河南省水資源利用效率的實際值，參照相關(guān)研究，綜合效率值用crste表示，純技術(shù)效率值用vrste表示，規(guī)模效率值用scale表示。設(shè)定crste/vrste/scale=1為 高 效 率、0.75≤crste/vrste/scale≤0.999為中等效率、0.5≤crste/vrste/scale≤0.749為低效率、crste/vrste/scale≤0.499為無效。

2.1.1 綜合效率。由表2可知，2017年河南省各地級市的水資源利用效率整體水平不高，綜合效率的平均值僅為0.832，處于中等效率狀態(tài)。在河南省18個地級市中，水資源利用效率為高效的地級市只有鄭州市、低效的地級市有南陽和信陽，其余地級市的水資源利用效率為中等效率（占比為83.33%）。綜合效率值排名靠前的地級市為鄭州市、周口市、開封市、駐馬店市。綜合效率值達到DEA有效的地區(qū)只有鄭州市，且其投入產(chǎn)出的冗余值都為0，可以看出鄭州市的水資源利用投入產(chǎn)出都達到了最優(yōu)狀態(tài)。其余17個地級市的水資源利用效率為非DEA有效，除三門峽市和濟源市投入產(chǎn)出冗余為0外，其他地市在投入方面都存在不足。從表3可以看出，除鄭州市、三門峽市和濟源市外，其他地市的水資源及勞動力方面冗余值不為0，這說明在水資源以及勞動力方面，相對輸出而言，出現(xiàn)了投入不足。而在資金方面，18個地級市的冗余值都為0，表明資金投入沒有出現(xiàn)剩余或不足的情況。所以，河南省應(yīng)增加水資源和勞動力的投入，而資金的利用效率基本上達到了最優(yōu)。其中，水資源應(yīng)增加的投入均值為5.847億m3、勞動力應(yīng)增加的投入均值為185.455萬人、資金的投入均值為0。

2.1.2 純技術(shù)效率。只有鄭州市、三門峽市和濟源市的純技術(shù)效率值為1，處于高效狀態(tài)。其余地級市基本處于中等效率狀態(tài)?？傮w來看，河南省18個地級市的純技術(shù)效率平均值高于綜合效率的平均值，但仍處于中等效率的狀態(tài)。這說明河南省各地級市的水資源利用技術(shù)效率仍有很大的上升空間，要不斷提升技術(shù)水平，完成技術(shù)的升級改造，從而進一步提高水資源的利用效率。技術(shù)效率值排名靠前的有鄭州市、三門峽市、濟源市、周口市、開封市和駐馬店市。

2.1.3 規(guī)模效率。達到規(guī)模有效的地級市只有鄭州市，并處于規(guī)模收益不變的階段，這說明鄭州市的水資源投入產(chǎn)出實現(xiàn)了最優(yōu)配置。其他地級市的規(guī)模效率值為中等效率，并處于規(guī)模收益遞增階段，表明這些地區(qū)應(yīng)繼續(xù)擴大生產(chǎn)規(guī)模，適當增加投入，并合理投入分配水資源、勞動力和資金資源，才能獲得較高的產(chǎn)出。規(guī)模效率值在0.9以上的地級市有16個，達到了88.89%，只有三門峽市和濟源市的效率值低于0.9。河南省水資源利用的規(guī)模效率的平均值為0.957，高于綜合效率和純技術(shù)效率的平均值，但仍處于中等效率狀態(tài)，表明河南省應(yīng)繼續(xù)擴大生產(chǎn)規(guī)模，加大資源的投入，以期獲得更高的產(chǎn)出。

從以上3個方面的分析來看，河南省的水資源利用效率整體仍處于中等效率狀態(tài)。除了鄭州市外，河南省其他地級市要適當加大水資源和勞動力的投入，繼續(xù)擴大生產(chǎn)規(guī)模，增加資源的投入，以獲得更大的產(chǎn)出。此外，還應(yīng)在技術(shù)進步方面加大投入，不斷提高水資源利用的技術(shù)水平，不斷加強節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用以及對水資源的循環(huán)利用。

2.2 基于Malmquist指數(shù)的河南省水資源利用效率變化分析

為了從時間維度上分析河南省水資源利用效率的動態(tài)變化情況，本研究采用Malmquist指數(shù)對2010—2020年河南省水資源利用數(shù)據(jù)進行分析，并采用DEAP2.1軟件來測算全要素生產(chǎn)率指數(shù)（TFP），TFP指數(shù)及其分解結(jié)果見表4。

由表4可知，2010—2020年河南省水資源利用效率的總體平均水平為1.039，處于增長狀態(tài)，期間呈波動式變化，年與年之間的變化幅度較大。其中，技術(shù)效率、純技術(shù)效率和規(guī)模效率同步變化，均值都為1，并且在此期間一直保持不變。除了2012—2013年、2014—2015年的TFP指數(shù)出現(xiàn)下降外，其余年份的TFP指數(shù)都處于增長的態(tài)勢。由此可知，技術(shù)進步率與TFP指數(shù)在2010—2020年完全同步變化，技術(shù)進步率和TFP指數(shù)的均值都為1.039?？梢?，TFP的提高主要依賴于技術(shù)進步。因此，河南省應(yīng)著重解決水資源利用的技術(shù)水平。

表4 2010—2020年河南省水資源利用TFP指數(shù)及分解

3 結(jié)論及建議

3.1 研究結(jié)論

本研究運用DEAP2.1軟件，采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法和Malmquist指數(shù)對河南省水資源的利用效率進行研究，得出以下結(jié)論。

3.1.1 DEA測算結(jié)果。①綜合效率。2017年，河南省18個地級市的水資源利用效率整體水平不高，處于中等效率狀態(tài)。水資源利用效率為高效的城市只有鄭州市、低效的城市有南陽市和信陽市，其余15個地級市的水資源利用效率為中等效率。除鄭州市水資源利用的投入產(chǎn)出都達到最優(yōu)狀態(tài)外，其他地級市在水資源以及勞動力投入方面都存在不足。②純技術(shù)效率。只有鄭州市、三門峽市和濟源市的純技術(shù)效率值處于高效狀態(tài)，其他地級市的技術(shù)效率都處于中等效率狀態(tài)。目前，河南省各地級市水資源利用的技術(shù)效率有上升空間，要不斷提升技術(shù)水平，完成技術(shù)升級改造，進一步提高水資源的利用效率。③規(guī)模效率。只有鄭州市達到規(guī)模有效狀態(tài)，并處于規(guī)模收益不變的階段。其他地級市處于規(guī)模遞增的階段，說明這些地區(qū)有必要擴大生產(chǎn)規(guī)模，適當增加投入。

3.1.2 Malmquist指數(shù)測算結(jié)果。2010—2020年，河南省水資源總體利用效率處于增長狀態(tài)，期間出現(xiàn)波動式變化。其中，技術(shù)效率、純技術(shù)效率和規(guī)模效率在此期間保持不變。除了2012—2013年、2014—2015年的TFP指數(shù)下降外，其余年份的TFP指數(shù)都處于增長的狀態(tài)。2010—2020年，河南省技術(shù)進步率與TFP指數(shù)完全同步變化，表明TFP的提高主要依賴于技術(shù)進步。因此，河南省應(yīng)著重解決技術(shù)水平問題，并不斷提高水資源利用的技術(shù)水平。

3.2 對策及建議

3.2.1 合理加大投入，擴大生產(chǎn)規(guī)模。根據(jù)DEA效率的測度結(jié)果，可以看出河南省應(yīng)合理規(guī)劃生產(chǎn)要素的投入，在生產(chǎn)中適當增加水資源和勞動力等的投入比例，可適當減少資金的投入，合理配置各生產(chǎn)要素，繼續(xù)擴大生產(chǎn)規(guī)模，增加資源的投入，以獲得更大的產(chǎn)出。河南省18個地級市中只有鄭州市的水資源利用效率達到DEA有效這一標準。所以，鄭州市的水資源利用情況較為理想，城市中的各行業(yè)的規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的布局、勞動力資源和固定資金的投入等都比較合理。其他各地級市都處于規(guī)模遞增的階段，因此要合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)要素的投入結(jié)構(gòu)，不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模，進而不斷提高水資源的利用效率。

3.2.2 調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，不斷進行技術(shù)創(chuàng)新。國家和政府部門要鼓勵技術(shù)創(chuàng)新，實施創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略。首先，政府要有宏觀的政策調(diào)控，經(jīng)濟發(fā)展方式實現(xiàn)從粗放型增長向集約型增長的轉(zhuǎn)變。在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整方面，應(yīng)優(yōu)先發(fā)展低耗水產(chǎn)業(yè)，限制高耗水產(chǎn)業(yè)和部門［8］。其次，在技術(shù)層面上，要多學(xué)習和推廣國內(nèi)外先進的節(jié)水技術(shù)，提高用水效率，促進水資源的循環(huán)利用。同時，國家應(yīng)不斷完善相關(guān)的水資源保護法律法規(guī)，通過水價的調(diào)節(jié)來推進水資源的市場化改革，從而引導(dǎo)全社會節(jié)水，進而優(yōu)化用水結(jié)構(gòu)。政府部門也應(yīng)加大對水資源保護和開發(fā)的財政支出以及政策扶持。最后，企業(yè)和用水單位應(yīng)加大在節(jié)約用水方面的科技投入，加強技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新，引進有利于節(jié)水及高效用水的新技術(shù)、新工藝等，提高水資源的重復(fù)利用率，促進水資源的循環(huán)利用。

3.2.3 提高水資源利用效率，發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)。河南省是產(chǎn)糧大省，農(nóng)業(yè)用水效率低下是導(dǎo)致河南省水資源利用效率不高的重要因素之一。因此，在農(nóng)業(yè)種植中，應(yīng)注重調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，因地制宜，將水資源與土地資源、光能等其他自然資源結(jié)合起來，選擇合適的種養(yǎng)模式，轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和管理模式，從而發(fā)展出高效的生態(tài)農(nóng)業(yè)，以實現(xiàn)最佳的產(chǎn)出效益。在農(nóng)業(yè)種植方面，要及時研發(fā)新的耕作技術(shù)與節(jié)水技術(shù)，改善農(nóng)田水利的基礎(chǔ)設(shè)施，以減少農(nóng)業(yè)水資源的無效與低效利用。與此同時，政府部門也應(yīng)督促農(nóng)戶節(jié)約用水，運用經(jīng)濟學(xué)原理，引導(dǎo)其轉(zhuǎn)向低耗水、高產(chǎn)、高附加值的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，在政策上給予其支持與補助，不斷提高其節(jié)水意識。

3.2.4 加強宣傳，提高全民節(jié)水意識。政府部門要加強監(jiān)管，對企業(yè)的排污行為要有一定的懲罰，通過對其進行經(jīng)濟懲罰來限制企業(yè)的排污行為。對節(jié)水做得比較好的企業(yè)，可適當給予一些稅收和政策優(yōu)惠或給予適當?shù)莫剟?。加強?jié)水宣傳，提高全民節(jié)水意識，多組織一些宣傳活動，如通過短視頻、公眾號、新聞媒體或舉辦與節(jié)水主題相關(guān)的活動、公益活動等，向民眾宣講節(jié)水常識，引導(dǎo)民眾從自身做起，養(yǎng)成節(jié)水習慣。不管是政府、企業(yè)還是個人，只要全民都養(yǎng)成節(jié)水意識，那么水污染、水資源浪費問題就能得到緩解，從而提高水資源利用效率。