江西省水资源利用效率时空演变及其影响因素

吴向东 许新发 成静清 温天福 刘章君 吴佳琪

摘要：提高水资源利用效率是解决区域用水矛盾和水污染的有效途径，对推动水资源节约集约利用具有重要意义。利用非期望产出超效率SBM模型，测度了江西省11个地级市2010～2018年水资源利用效率，分析了其时空演变特征;并运用Tobit模型，分析了影响水资源利用效率的主要因素。结果表明：① 江西省城市水资源利用效率整体呈波动上升趋势，由2010年的0.800波动上升至2018年的0.813;② 各地市水资源利用效率差异明显，南昌市、鹰潭市、新余市水资源利用效率大于1.00，吉安市、宜春市、景德镇市水资源利用效率偏低，景德镇市效率最不稳定;③ 环境约束力、经济发展水平对水资源利用效率提升具有显著正向促进作用，水资源禀赋高、第一产业比重增加、城镇化建设则抑制水资源利用效率的提升。根据研究结果，建议江西省应根据各地经济发展实际情况有针对性地制定水资源管理政策，严格监测环境污染物的排放。

关 键 词：水资源利用效率; 时空演变; 非期望产出; 超效率SBM模型; Tobit回归; 江西省

中图法分类号： TV213.4

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.12.014

0 引 言

水资源是维持生物多样性、生态平衡和社会经济发展的基础。随着经济持续增长和城市化的快速推进，不合理、粗放型的水资源利用导致水污染和水资源短缺问题日益凸显，而提高水资源利用效率，推动水资源节约集约利用是必然选择。开展城市水资源利用效率评价并分析其区域时空特征及影响因素，有利于推动区域水资源节约集约利用。水资源利用效率涉及到社会经济的多个方面，其实质反映的是生产投入成本与产出水平之间的比例关系，具有多指标投入、产出及多指标综合决策的特点。因此，从投入与产出角度给水资源利用效率测度带来了更多的选择，许多学者对此开展了大量研究。比如孙秀秀等[1]采用投入产出表评价了山东省三大产业用水效率及其变化情况;庞庆华等[2]和李嘉琪等[3]基于数据包络分析（data envelopment analysis，DEA）模型，从投入和产出角度，分别对全国七大流域水资源利用效率和长江经济带城市生态效率进行了科学评价;郑乐等[4]从工业方面选取多个投入和产出指标评价了宁夏工业用水效率;朱达等[5]从社会经济和水资源方面分别选取5个投入指标和6个产出指标，对中国31个省会城市的用水效率进行了评价;雒占福等[6]以中国290个地级市为研究对象，从城市供水多指标投入和产出角度评价了城市供水的综合效率。

目前，数据包络分析（DEA）模型由于具有事先无须考虑指标的主客观赋权和无量纲化前处理，便可测度决策单元（decision making unit，DMU）多指标投入与产出相对效率等方面的优势，而被广泛应用于水资源利用效率评价[5，7-8]。推动区域水资源节约集约利用的关键是在提高水资源利用效率的同时，尽可能地降低污废水排放等不符合人类期望的产出。Andersen等[9]于1993年提出了超效率DEA模型，Tone[10]将水污染排放物等不符合人类期望的指标作为非期望产出，对超效率DEA模型做了进一步拓展，提出了非期望产出的超效率数据包络分析（slacks based measure，SBM）模型，纳入非期望产出的超效率数据包络分析可以更加科学客观地评价水资源利用效率，近年来得到了广泛应用。比如秦腾等[11]将氨氮排放量作为非期望产出指标评价了全国省际水资源利用效率，发现水资源利用效率存在显著的空间关联网格局;刘晓君等[12]运用超效率模型，将COD排放量作为非期望产出指标，对西部省份用水效率及其动态演进特征进行了分析。张炜等[13]将废污水排放量作为非期望产出要素，采用超效率SBM 模型，评价了2009～2015年陕西省城市水资源利用效率。刘渝等[14]以农业氨氮和COD排放量作为双变量非期望产出，对农业水资源与环境效率进行了评价。

由于数据包络分析模型测度的水资源利用效率均是大于0的，因此对水资源利用效率的分析往往是一个角点解的问题。于是，已有研究利用Tobit回归模型，将下界设置为0来对水资源利用效率进行影响因素分析。比如应卓晖等[15]采用SBM-DEA 和Tobit 模型，对河南省用水效率影响因素进行实证分析，结果发现第二产业比重增大会正向促进水资源利用效率的提升，农业用水比重增加会起反向抑制作用。丁绪辉等[16]从经济发展水平、水资源禀赋等方面，运用Tobit 模型，分析了省（市）间水资源利用效率的影响因子。

江西省作为长江经济带重要省份之一，对长江中下游生态安全起着重要的屏障作用，科学评价水资源利用效率，对推动江西省水资源节约集约利用，维持江西省经济持续增长与生态优势具有重要意义。已有学者对江西省水資源利用效率进行了研究[17-18]，但评价过程均没有考虑与水资源利用效率有关的环境变量。为此，本文采用非期望产出导向的超效率SBM模型，对江西省11个地级市2010～2018年的水资源利用情况进行评价，以探讨江西省城市水资源利用效率及其时空动态演变的趋势;并从资源禀赋、经济环境、政策约束3个方面选取相关变量进行Tobit回归分析，来探究水资源利用效率的主要影响因子，以期为江西省水资源节约集约利用提供决策依据。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

1.1.1 超效率SBM模型

在生产过程中，通常希望污染物排放等对环境产生危害而不符合人类期望的产出越小越好。非期望产出超效率SBM模型可综合考虑投入、产出及伴生的污染物排放等非期望产出，而且能够有效对处于前沿面的决策单元（DMU）作出进一步评价，以区分有效DMU之间的效率差异。模型构建如下：

minρ=1mmi=1xxik1r1+r2（r1s=1yd/ydsk+r2q=1yu/yuqk）（1）

s.t.x-≥nj=1，j≠kxijλj;yd≤nj=1，j≠kydsjλj;yd≥nj=1，≠kydqjλjx-≥xk;yd≤ydk;yu≥ykuλj≥0，i=1，2，…，n，j≠0s=1，2，…，r1;q=1，2，…，r2（2）

上述式中：假设决策单元（DMU）为n个，m为每个DMU的投入要素，r1为期望产出，r2为非期望产出，x为投入矩阵中的元素，yd为期望产出矩阵中的元素，yu为非期望产出矩阵中的元素，ρ为水资源利用效率目标值。

1.1.2 Tobit模型

由数据包络分析方法得到的水资源利用效率除了受选定的投入、产出指标的影响，还会受到其他多种因素的影响，因此，本文将继续对水资源利用效率的影响因素进行研究。基于超效率SBM模型测度得到的水资源利用效率值均大于0，此时的效率值是左侧受限的截断变量，直接采用最小二乘法进行回归分析会使参数估计产生偏差，而Tobit 模型[16]可以较好地解决因变量受限的回归分析问题，于是考虑采用Tobit 模型来检验水资源利用效率的影响因素。可将超效率SBM模型测度得到的水资源利用效率值作为被解释变量，各项影响因素作为解释变量来构造回归模型。模型构建如下：

T=0， T′≤0

α+βxi+εi， T′>0（3）

式中：T′为潜在因变量向量，即水资源利用效率测度值;T为截断因变量向量;α为截距项向量;xi为自变量向量;β为系数向量;扰动项εi独立且服从正态分布，εi～N（0，σ2）。

1.2 指标选取与数据来源

1.2.1 超效率SBM模型的指标选取

水资源利用效率是指水资源、资本和劳动力等生产要素的投入与其经济、环境产出的比率[19]，本质上是以尽可能少的水资源投入来获得尽可能大的经济产出和生态保护。参考巩灿娟[20]、刘晓君[12]、Pan[21]等研究成果中的指标体系，考虑数据的可获取性，最终以固定资产投资额、全社会从业人员、总用水量作为投入指标，以GDP作为期望产出指标，以COD排放量作为非期望产出指标，构建水资源利用效率测度的指标体系（见表1）。

1.2.2 数据来源

各指标体系的数据来源于历年《江西统计年鉴》和《江西省水资源公报》，并由各市统计年鉴或水资源公报进行补充，最终整理汇总得到2010～2018年江西省11个地级市的面板数据来进行水资源利用效率分析。

2 结果与分析

2.1 江西省城市水资源利用效率时序变化

2.1.1 水资源利用效率阶段性变化特征

利用非期望产出的超效率SBM模型，采用DEA-SOLVER Pro5.0软件，对江西省11个地级市2010～2018年的水资源利用效率进行测度，测度结果如表2所列。从水资源利用效率整体变化来看，2010～2018年，江西省水资源利用效率整体呈波动上升的趋势，由2010年的0.800上升到2018年的0.813，这与罗勇等[18]采用模糊评价法得出的江西省水资源综合利用能力整体呈上升趋势的结论基本一致。从各年测度结果来看，可分为2010～2012年，2013～2015年和2016～2018年3个阶段变化特征。其中：① 2010～2012年，水资源利用效率整体呈上升趋势，在2012年水资源利用效率达到最高，反映出该阶段经济发展迅速、国内生产总值高速增长提升了水资源利用效率。② 2013～2015年，水资源利用效率开始下降，2015年整体效率达到最低值0.731，反映出该阶段经济发展粗放、水资源利用结构不合理，与水资源利用相伴的生态环境问题凸显。③ 2016～2018年，水资源利用效率又开始逐步回升，自十八届五中全会提出创新、协调绿色、开放、共享的五大发展理念后，江西省着力推进鄱阳湖流域等生态文明建设，注重经济绿色发展，各地开始注重水资源节约集约利用和水污染治理，水资源利用效率得到整体回升，但是与长江经济带沿岸省份相比[22]，整体效率低于平均水平，仍有待进一步提升。

2.1.2 水资源利用效率的时序异常值分析

为进一步分析江西省各地市水资源利用效率的时序演变趋势，利用SPSS18.0绘制了江西省11个地级市水资源利用效率箱体图，通过箱体图来直观地展示各地市水资源利用效率的分散状况，箱体和线段越短，则水资源利用效率分布越集中，反之则分布越分散。分析箱体图中极大异常值出现的原因，可以为各地水资源利用效率提升提供更好的借鉴;分析极小异常值出现的原因，则可以为有效避免水资源利用效率大幅降低提供参考[20]。

由图1可以看出，江西省部分地市的水资源利用效率离散程度高、变化较大。赣州市、景德镇市、上饶市和宜春市2010～2018年的水资源利用效率离散程度高，其中，景德镇市水资源利用效率离散程度最高，说明该市的水资源利用效率最不稳定。南昌市、萍乡市、新余市、鹰潭市和抚州市的水资源利用效率分布相对集中，效率相對稳定，其中，鹰潭市的水资源利用效率离散程度最小，效率最稳定。

图1中共出现4组异常值，分别出现在赣州市、吉安市、九江市和南昌市。其中，赣州市异常值出现在2010年和2011年，说明赣州市水资源利用效率整体在下降;吉安市、九江市、南昌市在2018年均出现异常值，吉安市和南昌市则在2018年出现了极大异常值，说明这3个市的水资源利用效率在上升。究其原因，赣州市在其他变量正常变动的情况下，污废水排放等非期望产出增加，2013年城市污水处理率降幅较大，由2012年的63.1%降低至45.7%，因而出现了水资源利用效率大幅下降。2018年吉安市GDP增长幅度相对较大，而且城市污水处理水平有了大幅提高，因而出现了水资源利用效率极大异常值;但是，吉安市水资源利用效率整体水平低于其他城市，需要在加强市域生态环境保护的同时，着力提高经济发展水平。2018年，南昌市和九江市通过建设水生态文明试点和节水型城市，在大力发展经济的同时，通过不断优化产业结构，提高城市污水处理率以降低非期望产出等措施来提高水资源利用的产出效率，因而出现了水资源利用效率极大异常值。

2.2 江西省水资源利用效率空间格局演变

为准确地刻画江西省城市水资源利用效率的空间差异特征，采用雷达图进行分析。从图2可以看出：① 2010～2012年，江西省各地市水资源利用效率差异明显，多数城市水资源利用效率年变化幅度较大，吉安市水资源利用效率最低;② 2013～2015年，江西省各地市水资源利用效率年差异呈缩小趋势、区域差异增大，赣州市、吉安市和宜春市水资源利用效率较上一阶段有较大的降幅;③ 2016～2018年，江西省各地市水资源利用效率年变化幅度增大、区域差异呈缩小趋势。

为进一步比较江西省各地市水资源利用水平，参照文献[20]，将各地市水资源利用效率划分为低水平（0.3～0.5）、较低水平（0.5～0.7）、较高水平（0.7～0.9）和高水平（0.9～1.3）4类，各地市水资源利用效率划分结果及其空间分布如图3所示。总体来看，2010～2018年江西省各地市水资源利用水平存在明显的区

域差异，整体呈现为新余市>南昌市>鹰潭市>景德镇市>萍乡市>赣州市>九江市>抚州市>上饶市>宜春市>吉安市的空间分布特征。其中，新余市水资源利用水平最高而且保持稳定，景德镇市水资源利用效率波动最大，吉安市的水资源利用水平最低;根据传统的区划，江西省水资源利用效率呈现赣北地区（南昌市、九江市、新余市、鹰潭市、上饶市、景德镇市、宜春市、萍乡市）>赣南地区（赣州市）>赣中地区（吉安市、抚州市）的空间格局特征，从2010～2018年水资源利用效率空间分布的演变来看，高水资源利用效率区域逐渐向经济水平高的赣北地区集聚。

从图3可以看出：2010年，水资源利用效率高水平的有新余市、南昌市、鹰潭市和赣州市4市。新余市、鹰潭市、赣州市都属于资源型城市，钢铁、铜、稀土产业发达，而南昌市为省会城市，经济在省内最发达，以上4个城市在同等水资源总量投入下，产生的经济效益相对较大，水资源利用效率明显高于其他城市。水资源利用效率处于较高水平的为萍乡市和景德镇市，较低水平的为九江市、上饶市、宜春市和抚州市4市。2012年和2015年赣州市水资源利用效率明显下降，且降低为较低水平，景德镇市水资源利用效率2012年上升为高水平，2015年又降低为较高水平;其余各地市的水资源利用效率空间分布与2010年相似，但整体呈波动下降的趋势，这可能与各地经济较快增长的同时忽视了资源投入冗余、

环境污染等问题有关。2018年水资源利用效率整体明显回升，全省不存在水资源利用效率低水平的城市，均上升为较低水平以上。水资源利用效率发生明显变化的有九江市、上饶市和吉安市。具体来看，九江市和上饶市上升为较高水平，吉安市由低水平上升为较低水平。

研究期间，江西省城市水资源利用效率在不断发生变化，各地市水资源利用效率内部差异逐渐缩小，正在由非均衡向均衡演变，体现出各地市发展方式的转变，从以往单一追求经济高速发展而忽视生态环境保护的低质量发展方式，正逐渐向生态环境保护、高质量发展的方向转变。

2.3 基于Tobit模型回归分析水资源利用效率影响因素

上述研究中，采用非期望产出超效率SBM模型测度了江西省11个地市2010～2018年水资源利用效率，并分析了各地市水资源利用效率的时空演变规律。为了进一步探究江西省水资源利用效率的影响因素，根据现有研究成果和可获得的数据，采用Tobit回归模型，从资源禀赋、经济环境、政策约束3个方面来分析水资源利用效率的影响因素。

2.3.1 Tobit模型变量选择

在资源禀赋方面，参照刘晓君[12]、丁绪辉等[16]的研究成果，选取人均水资源总量（Total water resources per capita，TWRPC）作为解释变量，反映各地水资源禀赋差异对水资源利用效率的影响。

在经济环境方面，选取经济规模、产业结构、城镇化作为3个解释变量，用各地人均GDP（Per capita GDP，GDPPC）表示经济规模;对于产业结构，考虑到南方地区农业用水占比最高[23]，对水资源利用效率影响效应高，因而以各地第一产业产值占总产值比重（Proportion of primary industry，PPI）表示。巩灿娟等[20]研究表明，城镇化推进对城市水资源利用具有显著负向影响，因此，本文选取城镇人口占总人口比重（Proportion of urban population，PUP）来反映城镇化的影响。

在政策约束方面，将城市污水处理率（Urban sewage treatment rate，USTR）作为解释变量，以反映环境规制对水资源利用效率的影响。其中，人均水资源总量、人均GDP的数值相对较大，采用其自然对数值（ln（人均水资源总量）和ln（人均GDP）），以平滑异方差带来的波动影响。Tobit模型变量如表3所列。

2.3.2 Tobit模型及回归分析结果

考虑解释变量和Tobit模型，水资源利用效率和影响因素之间的关系如下：

Ti，t=α+β1ln（TWRPCi，t）+β2ln（GDPPCi，t）+

β3PPIi，t+β4PUPi，t+β5USTRi，t+εi，t

（4）

式中：Ti，t为i地区t年水资源利用效率值;β1，β2，β3，β4，β5为影响因素的回归系数;α为回归方程的截距项;εi，t为随机误差。Tobit模型回归结果可利用STATA软件，采用最大似然估计法进行估计，结果如表4所列。

从表4的回归结果来看，人均水资源量对水资源利用效率呈显著负向影响，这说明水资源禀赋高的地区，人们节水意识往往不足，对水资源利用效率提升有显著抑制作用。人均GDP对水资源利用效率具有显著正向影响，这意味着经济社会发展水平提升有力地提升了当地技术水平，进而促进了水资源利用效率的明显提升。第一产业比重对水资源利用效率呈负向影响，这表明第一产业比重增加将造成水资源利用产值降低，需要进一步优化产业结构来提升水资源利用效率。城镇人口比重对水资源利用效率呈显著负向影响，这说明各地在不断推进城镇化的进程中，水资源消耗与污废水排放导致的生态环境负效应不断增加，进而对水资源利用效率提升起明显抑制作用。城市污水处理率对水资源利用效率呈显著正向影响，这表明各地環境约束力的提升极大地促进了水污染治理和生态环境保护能力，产生了较为正向的生态环境效益，有力地提高了水资源利用效率。

综合来看，环境约束力增强、社会经济发展水平的提高，均对水资源利用效率提升具有正向促进作用，需要进一步加强;相反，水资源量丰富、第一产业比重增加、城镇化水平提升不利于水资源利用效率提升，这要求在日常水资源管理过程中需加大节水宣传力度，着力探索南方丰水地区节水模式，以减少水资源浪费和污废水排放，同时需注重城镇化建设质量。

3 结 论

借助于超效率SBM模型来测度2010～2018年江西省11个地市水资源利用效率，并分析水资源利用效率的时序变化和空间演变特征;利用Tobit回归模型，分析了江西省城市水资源利用效率的主要影响因素，可以得出以下结论。

（1） 从时间序列看，江西省水资源利用效率整体呈波动上升趋势，由2010年的0.800上升到2018年的0.813;其中，8个地市的水资源利用效率与整体变化趋势相一致，均呈现波动上升趋势，不同的发展阶段各地市水资源利用效率变化不同。

（2） 从空间变化看，江西省各地市的水资源利用效率存在着明显的区域差异，南昌市、鹰潭市、新余市的水资源利用效率相对较高，吉安市、宜春市、景德镇市的水资源利用效率相对偏低，景德镇市效率最不稳定。随着生态保护优先、高质量发展需求的提出，江西省城市水资源利用效率内部差异正逐渐缩小，由非均衡逐渐转向均衡。

（3） 从水资源利用效率影响因素分析结果看，环境约束力、经济发展水平对水资源利用效率提升具有显著正向促进作用，第一产业比重、水资源量丰富、城镇化建设则对水资源利用效率提升具有抑制作用。

基于上述研究结果可知：江西省的水资源利用效率整体水平依然不高，而且时空变异性较强，江西省应结合自身水资源禀赋特点，贯彻新发展理念，优化产业结构，加强水资源集约节约利用和水污染防治等技术创新，以全面提升水资源利用效率，具体应包括：

（1） 加强科技创新，促进水资源高效利用。比如赣州市、新余市、鹰潭市等地应注重生态效应，制定合理的用水效率管控目标，促进有色金属开采与冶炼用水工艺改进，提高水循环利用率;宜春市、吉安市等地应优化农业产业结构，大力发展节水灌溉农业;南昌市、九江市等地应不断优化工业产业结构，淘汰高耗能等落后产业，积极布局发展高新技术产业。

（2） 不断创新节水宣传教育。全面落实国家节水行动，健全用水定额体系，开展工、农业等领域合同节水管理，在高耗水行业寻求水效领跑者突破，努力打造节水标杆企业和标杆园区，培养和提高大众节水意识，减少水资源浪费。

（3） 推进水权制度建设。健全水权交易制度体系，广泛开展各类水权交易探索，促使低技术、高污染的行业从粗放型向节约集约型结构转变，以提高水资源利用效率。

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（编辑：赵秋云）

Spatio-temporal evolution and influencing factors of water resources utilization efficiency in Jiangxi Province

WU Xiangdong，XU Xinfa，CHENG Jingqing，WEN Tianfu，LIU Zhangjun，WU Jiaqi

（Jiangxi Academy of Water Science and Engineering，Nanchang 330029，China）

Abstract：

Improving the water resources utilization efficiency is an effective way to solve the contradiction of regional water use and water pollution，and it is important in promoting the economical and intensive use of water resources.This paper employed super SBM （slacks-based measure） of unexpected output to calculate the utilization efficiency for 11 cities water resources in Jiangxi Province from 2010 to 2018，and analyzed the temporal and spatial evolution characteristics.Tobit regression model was used to analyze the main factors of water resources utilization efficiency.The results showed that：① the overall utilization efficiency of urban water resources in Jiangxi Province was fluctuating and rising.The average value of efficiency increased from 0.800 in 2010 to 0.813 in 2018.② There were obvious differences in the utilization efficiency of water resources among cities.The utilization efficiency of water resources in Nanchang City，Yingtan City and Xinyu City was larger than 1.000;the utilization efficiency of water resources in Jian City，Yichun City and Jingdezhen City was relatively low，the utilization efficiency of water resources in Jingdezhen City was unstable.③ Environmental constraints，economic development level had positive effects on the improvement of water resources utilization efficiency，water resource endowment，proportion of primary industry increased and urbanization construction were not conducive to the improvement of water resource utilization efficiency.It is suggested to formulate water resources management policies according to the level of economic development of each city in Jiangxi Province，and strictly monitor the discharge of environmental pollutants.

Key words：

water resources utilization efficiency;spatio-temporal evolution;unexpected output;super SBM model;Tobit model;Jiangxi Province