基于水资源利用技术效率的区域用水总量控制

胡震云,雷贵荣,韩 刚

(1.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京 210098;2.河海大学商学院,江苏 南京 210098;3.徐州市水利局,江苏 徐州 221002)

用水总量控制是对用水定量化的宏观管理,其内涵主要是指根据流域经济发展和水资源特点,确定流域和行政区域用水总量控制指标,协调区域用水定额指标,实行流域用水总量控制和定额管理相结合的水资源管理制度[1].目前,我国节水型社会建设已把水资源总量控制与定额管理制度作为管理体系的核心,并取得了很大的成效[1-7],但在用水总量控制实践中,还存在着需要继续完善和发展的内容.比如,用水总量控制的目的在于促进水资源的合理开发、优化配置、全面节约,缓解日益突出的水资源供需矛盾,途径是提高水资源用水效率[8],核心是提高用水的技术效率,而从全国各地总量控制和定额管理制度实施阶段成果来看,不同地区使用的总量控制和定额管理的指标虽然不尽相同,也考虑到了用水效率,但不外是取水总量、用水总量、取水定额、用水定额和耗水定额等,指标较单一,常用指标为万元产值用水量、灌溉水利用系数等,无法进行部门、行业间用水效率的综合比较分析[9],没有综合考虑用水户的投入和产出.为了给用水总量控制提供新的思路,本文利用经济学中的相关理论和方法,给出基于水资源利用技术效率的区域用水总量控制内涵和测算模型.

1 基于水资源利用技术效率的区域用水总量控制理念和思路

1.1 水资源利用技术效率的概念和内涵

效率是指在现有技术条件下,如何才能使资源的使用效果最佳,也就是说,如何才能使资源达到帕累托最优状态.

技术是指一定时期内要素投入与产出之间的稳定对应关系.技术效率是微观经济学效率研究的2大概念之一,英国剑桥大学经济学家Farrell于1957年首次从投入角度提出了技术效率的概念.技术效率强调对技术的利用程度.从产出角度看,技术效率是指相同投入下经济单元实际产出与理想产出(最大可能性产出)的比率;从投入角度看,技术效率是指相同产出下理想投入(最小可能性投入)与实际投入的比率.技术效率用来衡量经济单元获得最大产出(或投入最小成本)的能力,表示经济单元的实际生产活动接近前沿面的程度,能够很好地反映经济单元在已有技术下的效率.由于技术效率具有可比性、综合性等优点,所以技术效率的理论、应用以及软件开发得以迅速发展.

人类的需要是无止境的,人类为了满足无止境的需要必须调动与利用现有的各项资源去组织生产和经营活动.但是,由于水资源的稀缺,个人和社会必须对稀缺水资源约束下,生产什么、如何生产以及如何分配生产成果作出选择.从经济学的角度来看,评价这种选择优劣的标准就是效率,对水资源而言,就是人们如何在既定的技术和环境条件下,用有限的水资源实现最大的潜在生产力.

因此,水资源利用技术效率可以定义为:在健康的水资源管理体制和有效的水资源市场调节机制下,在既定的技术和环境条件下,一定水资源投入数量的情况下获得最大产出的能力或在一定产出数量的情况下所需要的最小水资源投入量的程度.水资源利用技术效率能够很好地反映用水单元在已有技术下的效率.

1.2 基于水资源利用技术效率的区域用水总量控制思路

基于水资源利用技术效率的区域用水总量控制是指以行政区为取用水单元,实行区域用水总量控制,且用水总量控制分为2个层次:第1层为控制水量,是在区域范围内,遵循有效性、公平性和可持续性的原则,利用各种工程与非工程措施,按照资源配置准则和市场经济的规律,通过合理抑制需求、保障有效供给、维护和改善生态环境质量等手段和措施,对多种可利用水源在区域间和各用水部门间进行的配置后各区域的用水总量,一般可为现行的用水总量控制量.第2层为目标水量,是基于水资源利用技术效率的考虑区域用水户现有生产技术、用水结构、水资源管理制度、用水意识、投资能力等综合因素的能达到的目标水量.该水量指明了区域节水潜力,可为节水型社会建设提供有价值的指导.

由于水资源利用技术效率是基于投入、产出的效率评价,因此适合具有明显投入、产出的农业用水、工业用水的效率测算.基于水资源利用技术效率的区域用水总量控制主要是指工业用水和农业用水的用水总量控制.

基于水资源利用技术效率的区域用水总量控制的意义如下:(a)节水的核心就是提高利用效率.从技术效率的概念可以看出,它追求资源的节约,因为它衡量的是经济主体生产一定量产品所需的最小用水量占实际用水量(投入水平)的百分比.因此,在进行节水型社会建设时只有以水资源技术效率作为约束,才能起到提倡节约的目的.(b)水资源技术效率指出了用水户在现有的技术条件下实际产出与理想产出的距离,而该理想产出是该用水户在现有的生产技术、用水结构、水资源管理制度、用水意识、投资能力等因素综合作用下能达到的目标,更符合实际,用水户通过努力能达到该目标,这就会刺激用水户采取各种措施提高水资源利用效率.(c)包含一定经济效率水平的生产力是制度变迁和创新的根本性决定因素,以水资源技术效率作为约束进行区域用水总量控制能提高水资源利用效率,进而能推动水资源管理制度的变迁与创新,提高水资源管理水平.

综上所述,本文进行基于水资源利用技术效率的区域用水总量控制的研究,目的是在理论上对总量控制问题进行补充和完善,实践上为我国用水总量控制、改善和提高水资源技术效率提供有价值的指导.

2 基于水资源利用技术效率的区域目标水量测算模型

2.1 水资源利用技术效率测算

目前技术效率的评价方法主要有2类:一类是非参数方法,以数据包络分析(DEA)为代表;另一类是参数方法,以随机前沿分析(SFA)为代表.SFA方法[10-12]区分了统计误差项与管理误差项,可以更好地避免和减轻不可控因素对非效率的影响,使结果更为接近实际.与之相比,DEA方法忽略了样本之间的差别,且把可控和不可控因素都归为非效率,从而在一定程度上影响了结果的准确性[13].因此,运用随机生产前沿分析方法,能够更加科学、合理地测算水资源利用技术效率.

本文采用Battese[14]提出的BC模型来估算水资源利用技术效率.该模型的数学表达式为

式中:i——区域;t——时间;Y——产出;f(Xit,β)——生产函数;X ——一组包含水资源的投入变量;β——对应的待估计参数向量;v——统计误差项,包含了生产过程中不可控制因素,服从半正态分布N(0,);u——管理误差项,反映了技术效率损失,服从半正态分布N(0,),u≥0,且 v与u相互独立,并独立于投入变量.

产出相同,即式(1)和式(2)相等,则可求得第 i个个体在第t期的水资源技术效率

γ接近于0时,表明实际产出与可能最大产出的差距主要来源于不可控制因素造成的误差;而 γ接近于1时,则说明误差主要来源于随机变量,需要采用随机前沿模型.

2.2 区域农业用水目标水量测算模型

对农业用水构建C-D生产函数形式的随机前沿分析模型.农业投入变量为:(a)劳动力投入,以农业总劳动力计算,不包括农村从事工业、服务业等的劳动力;(b)机械动力投入,以农业机械总动力计算,包括耕作、排灌、收获、农业运输等主要用于农业的各种动力机械的动力总和;(c)化肥投入,以年度内实际用于农业生产的化肥施用量(折纯量)计算,主要包括氮肥、磷肥、钾肥和复合肥等;(d)农药投入,以年度内实际用于农业生产的农药使用量计算;(e)有效灌溉面积投入,以每年实际的有效灌溉面积计算,为灌溉工程或设备已经配备的、能够进行正常灌溉的水田和水浇地面积之和;(f)农业用水量.构建的C-D生产函数形式的农业用水随机前沿模型为

式中:YA——农业产值;LA——农业生产中的劳动力;M——农业生产中的机械总动力;F——农业生产中的化肥使用量;P——农业生产中的农药使用量;G——有效灌溉面积;WA——农业生产中的水资源投入.

式(5)和式(6)相等,可得第i个地区在时间t的农业水资源利用技术效率TAit为

农业用水目标水量为

2.3 区域工业用水目标水量测算模型

工业用水的技术效率测算基本原理与农业用水技术效率测算相同,根据工业生产实际,选择如下变量:工业产值YI;固定资产净值年平均余额K,是固定资产净值在报告期内余额的平均数;工业从业人数LI;生产用水量WI,指工、矿企业在生产过程中,用于制造、加工、冷却、空调、净化、洗涤等方面的用水和企业内部其他用水的数量.

构建超对数生产函数形式的工业用水随机前沿模型

工业用水技术效率测算原理同农业用水技术效率测算原理,可得工业用水技术效率TIit为

工业用水目标水量为

3 徐州市用水总量控制实证分析

徐州市为全国节水型社会建设的试点城市之一,用水总量控制为其核心工作之一.徐州市境内多年平均可用水资源量约为35.63亿m3,人均水资源占有量为380m3左右.

原始数据通过徐州市水资源年报、江苏省统计年鉴查得.利用Froniter 4.1软件,可得徐州地区的农业用水随机前沿模型为

工业用水随机前沿模型为

根据式(7)和式(10)可得徐州市丰县、沛县、铜山县、睢宁县、邳州市、新沂市、贾汪区及市区的工农业用水技术效率.表1给出了徐州市全市的工农业用水技术效率.从表1可知:徐州市农业用水技术效率呈下降趋势,均值为85.83%;工业用水技术效率呈上升趋势,均值为77.48%.

徐州市农业用水技术效率呈下降趋势,可能存在2个原因:(a)生产前沿是对应于要素集合的最优组合,目前,随着“三农”政策的实施,农业投入加大,农业技术进步速度加快,生产可能性边界外移,意味着技术效率的衡量基准不断提高;(b)节水技术虽然一直在进步,农民局限于自身禀赋条件而没有对新技术很好地加以利用,即节水技术的推广没有跟上其他农业技术的提高速度,相对农业用水技术效率也不会高.

根据本文对水资源总量控制的定义,第1层控制水量可为水资源配置后各区域现行的用水控制量,该水量采用徐州市水资源优化配置结果[15],第2层目标水量按式(8)和式(11)进行计算.这样,可得徐州市分区域农业用水的目标水量测算结果(表2)和工业用水的目标水量测算结果(表3).

表1 徐州市工农业用水技术效率测算结果Table 1 Results of technical efficiency of agricultural and industrial water utilization in Xuzhou City

表2 徐州市分区域农业用水目标水量测算结果Table2 Results of agricultural objective water quantity of regional water consumption control in Xuzhou City

总体而言,徐州市2010年、2020年和2030年50%保证率农业用水配置量分别为221 153.13万m3,204202.17万m3和190957.24万m3,工业用水配置量分别为46786.55万m3,64089.9万m3和72364.26万m3;徐州市2010年、2020年和2030年50%保证率农业用水总量控制的第2层目标水量分别为187 610.32万m3,173149.49万m3和162247.76万m3,工业用水总量控制的第2层目标水量分别为36604.58万m3,49660.17万m3和55994.00万m3.

表3 徐州市分区域工业用水目标水量测算结果Table 3 Results of industrial objective water quantity of regional water consumption control in Xuzhou City

4 结 语

水资源利用技术效率是指经济主体生产一定量产品所需的最少水资源用水量占实际水资源用水量的百分比.本文从水资源利用技术效率角度进行用水总量控制研究,构建了基于水资源利用技术效率的区域用水目标水量测算模型,并以徐州市为例进行了实证分析.分析结果表明,把用水总量控制分为控制水量和目标水量2个层次,利用随机前沿生产函数测算水资源利用技术效率,进而测算区域用水目标水量是可行的.

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