山东省沿黄城市水资源利用效率与提升策略研究

苏菁菀SU Jing-yu；崔露月CUⅠLu-yue；刘书琴LⅠU Shu-qin；崔玉欣CUⅠYu-xin；郎雨洁LANG Yu-jie

（中国石油大学（华东）经济管理学院，青岛 266580）

0 引言

黄河流域作为中国的生态屏障、能源化工基地和重要经济地带，于我国的生态环境建设与社会环境发展中具有非常重要的地位。但是，黄河流域生态环境极其脆弱，水资源缺失的情况严峻，水土严重流失，自然灾害经常发生，加上贫困人口的分布较为集中，经济社会发展滞后，扶贫攻坚的任务仍旧非常艰巨，这就向黄河流域的可持续发展发起挑战。据山东省水利厅提供的《水资源情况介绍资料》，山东省多年平均淡水资源仅占全国水资源总量的1.1%。全省人均占有水资源量不到全国人均占有量的1/6，位居全国各省（市、自治区）倒数第三位。可见，山东省水资源总量不足，水资源与人口、耕地资源严重失衡。

目前，黄河流域生态保护和高质量发展已经上升为国家战略，习近平总书记也对该流域发展提出了明确的要求，明确强调黄河流域是我国重要的生态屏障和重要的经济地带，是打赢脱贫攻坚战的重要区域，在我国经济社会发展和生态安全方面具有举足轻重的地位。山东省作为黄河下游的省份，“十四五”时期山东省利用国家、省重大战略机遇推动水资源高效利用，制定了《山东省“十四五”水利发展规划》，推动各市区新旧动能转换、推动高质量发展。沿黄城市如何高效节约地利用水资源，提升城市用水效率，对于山东省沿黄城市高质量发展均具有显著意义。因此研究山东省沿黄城市水资源利用策略对山东省发展十分重要并具有战略性意义。

本文在以往研究的基础上，引入了污水等非期望产出作为参考指标。以山东省沿黄城市为研究对象，选取用水量、人口、固定资产作为测度水资源利用效率的投入指标，各产业GDP 作为期望产出指标，各产业污水作为非期望产出指标，根据建立的指标体系，利用超效率DEA 模型将评估指标体系中的多个指标转换为一个具有代表性的综合指数，对山东省沿黄城市水资源的利用效率进行综合的评价，分析其差异性。研究成果有助于深入了解山东省沿黄城市水资源利用效率现状，提出适合不同城市的水资源效率提升策略，有助于提升山东省沿黄城市高质量发展水平。

1 文献综述

已有学者对水资源利用效率问题展开大量研究，并取得了阶段性成果。当前，国内外学者对于水资源利用效率的研究，数据测度方面主要有三种方法[1]：即指标体系评价法[2，3]、随即前沿分析法（SFA）[4，5]以及数据包络分析法（DEA）[6，7]。当前DEA 方法的使用最为广泛，这种测算方法相对全面和客观，Hu[8]运用数据包络法（DEA）对1997—2004 年的中国30 个地区的生活用水和生产用水进行全要素水资源利用效率研究。买亚宗等[9]在全要素的生产框架下，基于数据包络分析模型对工业用水的水资源利用效率进行评价。

废水的产生与用水是紧密相连的，污染物会给水环境造成严重的破坏，但减少污染物的排放需要增加投入（例如进行生产技术改造、安装污水处理等设施）或控制产出（如禁止高污染项目的实施、高污染工厂的关闭等）。如果地区重视环境绩效将本可以用于生产的投入分配到污染治理活动中，如果没有考虑污染物下降，就会得到全要素生产率下降的错误结论，导致效率测度出现一些偏差[10-12]。

现有研究不足在于：一、在分析用水效率时大多未对环境绩效加以考虑，但污染物的排放对于城市经济发展存在负面影响，得出的结论存在一定偏差。二、现有研究多局限于水资源本身的评价，对于区域水资源的利用特点没有详尽分析，导致研究的可行性较差。三、目前文献大多是针对中国农业用水效率进行研究，关注黄河流域水资源利用效率的研究相对较少，而考虑到流域上下游的城市功能定位的研究则更少。

针对上述问题，文章利用包含非期望产出的全要素分析框架将环境绩效纳入用水效率的评价之中，选取9 个地区工业、农业、生活三产业的数据对他们的用水效率和水污染物排放效率进行分析，期望全面反映出山东省沿黄城市的地区特征和动态趋势，为山东省沿黄城市水资源利用与高质量发展策略提供有益启示。

2 研究设计

2.1 指标选取与数据来源

选取2010-2017 年山东省黄河流域9 个地级行政单元的相关统计数据。本文在借鉴前人做法的基础上，综合构建了山东省沿黄城市水资源利用效率的测度指标体系。其中，固定资产投资额（亿元）、农业用水（亿m3）、工业用水（亿m3）、生活用水（亿m3）、人口（万人）为投入指标；GDP（亿元）、工业生产总值（亿元）、农业生产总值（亿元）为期望产出指标；工业污水排放量（万吨）、农业污水排放量（万吨）、生活污水排放量（万吨）为非期望产出指标。

投入、产出指标数据均来自各市的统计年鉴与水资源公报。

鉴于数据的可得性，不同地区的统计口径出现不一致情况，部分数据通过间接测算和取中值的方式加以处理。

2.2 模型设定

本研究中，水资源利用效率指通过对水资源的利用从而获得的经济效益和环境效益，与在此过程中所投入的人力劳动以及资本等要素投入的比值。对于水资源在山东省内的沿黄城市内的利用情况，由于超效率DEA 模型可以测度多投入多产出的特性，非常适合用来对其进行测度。模型公式设置如下：

约束条件：

2.3 研究方法

含非期望产出的DEA 模型：

数据包络分析算法（即DEA），是著名运筹学家创建的以相对效率为基础的一种系统分析方法，常用于评价具有相同类型的多投入、多产出的决策单元的有效性，其在避免主观因素、简化算法、减少误差等方面具有较大的优势，已成为诸多领域中评价效率的最常用分析工具之一。主要通过运用规划模型估计生产前沿面，DEA 可以保持生产决策单元的投入和产出的量在评价过程中的权重。同时，因为DEA 不需要投入与产出的具体函数表达式，其具有极强的客观性，能够解决非客观因素的问题。

DEA 主要包括CCR 和BCC 两种模型，这两种传统模型不考虑产出之间的差别，认为所有产出都是合理的。然而在实际生产过程中会存在不必要的产出，也就是非期望产出，因此本文在传统的DEA 基础上，综合考虑非期望产出进行相对效率评价。

当前制约生产的重要因素，尤其是在经济发展等方面，是环境污染。由生产生活所带来的污染，如污水排放、硫化物等已经大大影响了居民的正常生活。在生产生活中，所产生的污染可以看成是非期望产出，因此结合非期望产出对山东省沿黄城市水资源利用效率进行合理分析是非常必要的。本文以工业、农业、生活废水排出总量为非期望产出因素，运用数据包络分析方法对山东省沿黄城市的水资源利用效率做了相对效率评价分析。

3 实证分析

表1 报告的是Matlab 数据处理结果，投入指标有人口数、固定资产投资数、用水量，其中工业用水效率是投入指标为工业用水量的水资源利用效率；农业用水效率是投入指标为农业用水量的水资源利用效率；生活用水效率是投入指标为生活用水量的水资源利用效率。

总体而言，滨州、菏泽、济南、济宁和聊城5 个城市的工业用水效率在三类用水效率中最低。由图1 可见，工业用水方面，德州和东营两市的工业用水效率在三类用水效率中处于次低位置，尽管各市工业用水效率相差不大，但仍旧能够说明工业用水效率不高。农业用水方面呈现显著的地域差异，德州、东营两市农业用水效率低于80%，而济南、聊城两市农业用水效率在95%以上。生活用水效率普遍较高，9 个山东省沿黄城市生活用水效率均高于90%，其中滨州、德州、东营、菏泽、济宁五个城市的生活用水量超过了95%，并未呈现显著的地域差异。

图1 山东省沿黄城市水资源利用效率

就其具体原因来说，近年来，各个沿黄城市发展思路与水资源治理政策有所差异，在不同产业上有所侧重。部分城市属于能源型城市（例如：菏泽属于能化基地、济宁和泰安是典型的重工业基地等），相关产业在大量利用水资源的同时，也可能会带来较为严重的污染情况，这些都在一定程度上造成了水资源利用效率的差异。

在工业用水效率方面，菏泽市是农业大市，农业用水量占全市的90%，在工业用水方面缺少有效的措施，工业用水效率较为低下；泰安市工业用水效率最高，因为一般而言，地区经济发展水平不仅能够带动该地区产业的发展和技术水平的提高，同时也对工业用水效率的提高具有正向促进作用。此外，泰安市轻重工业占比为较为合理的1∶3，且近年来工业转型升级取得了较好的效果，在很大程度上提高了泰安市工业用水效率，也使其在所有沿黄城市中最高。

在农业用水效率方面，德州市虽为传统农业大市，但农业用水相对粗放，每年农业灌溉用水为农业灌溉定额标准的1.42 倍，推进农业节水方面还存在很大的漏洞。东营市全市农业灌溉用地分类较多，另外，为了改善土地盐碱度较高的问题，其水稻的种植面积还将持续增多，这都在一定程度上影响了该市的农业用水效率。最后，聊城市从2013 年开始一直推动农业向着高产、优质、高效、低耗方向发展，坚持开源节流并重，以科技为先导进行农业节水工程建设，取得了良好的效果。

在生活用水效率方面，德州市地理环境优越，位于环渤海经济圈、京津冀经济圈、山东半岛蓝色经济区以及黄河三角洲高效生态经济区交汇区域，其积极落实国家节水行动，在禹城、临邑、平原、武城等多个县市开展了农村生活用水节水改革试点工作，取得了良好的成效。

DEA 模型主要解决了投入产出的效率问题，因为投入、产出指标的量纲不一样，无法直接比较，因此采用了DEA 模型。最后得出的利用效率值越接近于1，说明水资源的利用效率越高，即投入指标对产出的影响越大。因此由结果可知，山东省不同沿黄城市的水资源利用效率提升的侧重点不相同，德州、东营等城市农业用水量对提升水资源利用效率的影响大，菏泽、济南等城市工业用水量对提升水资源利用效率的影响大。

4 结论与政策建议

本文以2010-2017 年山东省黄河流域9 个地级行政单元的相关统计数据为研究对象，探究了山东省沿黄城市水资源利用效率与提升策略。通过实证分析得出以下结论：第一，山东沿黄城市的水资源利用情况存在地域差异，但总体利用效率较低，一定程度上制约发展。2010-2017年，山东省沿黄城市水资源利用效率整体较好，均不小于77%。不同城市、不同类型水资源利用效率值有所不同。可见，山东省沿黄城市水资源低效利用形势依然严峻，水资源利用效率亟待提升；第二，各个城市的水资源利用效率存在显著的产业差异。工业用水量、生活用水量对山东省沿黄城市水资源利用效率影响较小，农业用水量对山东省沿黄城市水资源利用效率提升影响较大。因此，在制定水资源利用效率提升对策时应综合考虑不同指标，实施差异化的对策；第三，各个城市可以基于自身产业结构状况，优先提升制约经济社会发展最严重的产业的用水效率。

本文根据研究结论提出相应的政策建议：第一，山东省沿黄城市要充分利用黄河流域生态保护与高质量发展上升为国家战略的契机，进行水资源利用基础设施的更新，推动农业型城市由大水漫灌转变为喷灌、滴灌，提升水资源利用效率；第二，工业型城市应主动就黄河流域水资源现存问题开展污染治理，注重水污染防治，就水资源利用效率和提升相关问题制定发展战略，坚定走绿色、可持续以及高质量发展之路；第三，山东省各沿黄城市在与国家战略对接的过程中应发挥各自地域特色与发展现状，加强区域合作，进行知识和技术共享。充分发挥规模效应，减少高能耗、高污染产业占比，促进水资源利用效率的提高。