湖南省水资源绿色效率的动态演变及因素识别研究

邓淇中，张 玲，易语嫣

(湖南科技大学商学院，中国 湘潭 411201)

水是生存之本、文明之源、生态之基[1]，作为人类活动的重要基础性资源，水对促进社会经济发展具有举足轻重的作用，其集约高效利用也逐渐成为社会关注的焦点。当前，水资源空间分布不均衡、资源禀赋条件与经济社会发展不匹配仍是制约中国高质量发展的主要限制性因素之一[2]，而水资源绿色效率的提升是解决水资源环境污染、资源空间优化配置、实现区域经济高质量发展的重要抓手。如何在保护水资源生态环境和促进区域经济高质量发展的硬性约束下，坚持“以水而定、量水而行”原则，实现水资源绿色高效利用，对推动湖南省绿色低碳发展与经济高质量发展显得尤为重要与紧迫[3]。

当前，对水资源绿色效率的研究主要集中在概念内涵与特征解析、评价体系与效率测度、因素识别与改善对策等方面。(1)水资源效率是指水结合劳动、资本等生产要素投入带来的产出比例[4]。目前，学者们主要基于“绿色发展”和“以人为本”两个理念来界定其内涵，强调水资源等生产要素投入带来的经济、社会、生态环境等因素均衡发展的综合效率，其目的在于减少或剔除社会生产中的非期望产出和实现最小水资源等相关生产要素的投入，增加期望绿色产出[5-7]。(2)水资源绿色效率的测度方法由早期的比值分析法[8]、随机前沿分析法[9]发展至数据包络分析法[10-12]。传统数据包络分析方法基于径向模型(规模报酬不变的CCR模型及规模报酬可变的BCC模型)和非径向模型(SBM模型)来测算投入产出效率。径向模型所达到的非有效决策单位处于弱有效状态，且还存在一定松弛问题；非径向模型虽规避了要素同比例增减的径向约束条件，能较好地拟合和处理非期望产出问题，但这一优化损失了效率前沿投影值的原始比例信息；而基于EBM及其衍生模型可同时兼顾径向计算及考虑松弛变量等优点，成为水资源绿色效率测度的主流方法[6,13]。(3)水资源绿色效率的影响因素大多选取经济水平、资源禀赋、技术进步、政府参与程度等，通过因子分析法、空间计量模型以及面板Tobit模型对水资源绿色效率驱动机理进行分析[14-16]。其改善策略主要有严格把控用水红线、完善水权交易制度和节水减排激励机制、健全水污染防治政策法规等[17,18]，还可通过优化产业结构、增加节水科技投入、研发节水减排设备等提高水资源绿色效率[19,20]。

综上所述，多数研究通过建立单一评价指标体系考察水资源利用过程中经济或环境效益，鲜有关注水资源利用过程中所引起的社会福利改善状况，或是纳入高质量发展理念，从城市层面探讨水资源绿色效率及其动态演变规律的文献也较为缺乏。其次，多数成果采取传统Data Envelopment Analysis(DEA)模型测算水资源绿色效率，这只能分析水资源绿色效率的基本特征，不能对处于同一水平的城市水资源绿色效率进行比较，更无法探究其内部增长源泉和动力。鉴于此，本文基于超效率Epsilon-Based Measure(EBM)模型及Global Malmquist-Luenberger(GML)生产率指数，对湖南省2005—2019年水资源绿色效率进行测评，期望能精准揭示其演变规律与特征，并进一步采用动态面板分位数模型对其边际驱动因子进行测度，以期为湖南省13个城市及所辖四大区域板块实现水资源绿色可持续利用以及经济高质量发展提供“共同但有区别”的政策参考。

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区域

湖南省位于长江中游区域，北接京津冀经济圈，东连长江三角洲经济带，南下泛珠江三角洲经济区，西邻成渝城市群，是一个贯穿东西、沟通南北的重要经济区域。其共辖13州市，分为长株潭城市群、大湘南示范区、大湘西武陵山片区、洞庭湖生态经济区四大区域板块。其中，长株潭城市群包括长沙、株洲、湘潭等3个城市，大湘南示范区包括永州、郴州、衡阳等3个城市，大湘西武陵山片区包括张家界、怀化、邵阳、娄底等4个城市，洞庭湖经济生态区包括岳阳、常德、益阳等3个城市。湖南省2019年水资源统计公报及相关年鉴数据显示，区域内水资源总量为2 098 亿m3，人均水资源为3 037.30 m3/人，污水排放总量达22.708 6 亿m3，约占全国排放总量的4.09%。此外，随着经济社会高速发展，湖南省用水量及废污水排放量不断增加，水资源供需矛盾和水环境污染问题日益凸显，这使基本实现富饶美丽幸福新湖南美好愿景面临严峻挑战。

1.2 数据来源及处理

本研究数据均来源于《中国城市统计年鉴》《湖南统计年鉴》《中国环境统计年鉴》与各市州统计年鉴及国民经济和社会发展统计公报、水资源公报等。针对部分数据缺失的情况，本文以现有初始年份为计算基期，通过计算各指标数据在研究周期内的平均增长率对缺失数据进行补充。另外，由于湘西自治州在排水管道长度、污水处理率等方面多个指标数据缺失，本文未将其纳入研究样本，研究对象最终包含湖南省13个城市。由于我国统计年鉴并未收录所有城市历年的GDP平减指数，因此本文通过计算CPI平减指数剔除价格因素对水资源绿色效率的影响，将15年的统计数据以2005年物价为基础进行统一的处理与分析，以确保评价结果的客观性与科学性。

2 研究方法

2.1 指标体系构建

在对现有文献进行总结与整理的基础上[7,11,12]，本文根据水资源绿色效率的结构特性，以资本存量①(1)① 利用“永续盘存法”对物质资本存量进行衡量，其公式为：Ki,t=Ii,t+(1-δi,t)Ki,t-1。其中，K为i地区第t年的资本存量，Ii,t为i地区第t年固定资本存量，δi,t为i地区第t年的固定资产折旧率，并借鉴张军等(2004)[21]对资本折旧率的测算方法，以2005年为基期对湖南省各城市资本存量进行计算。、劳动力、水资源作为投入指标，以高质量发展指数②(2)② 高质量发展是以满足人民日益增长的美好生活需要为目标的经济发展方式、结构和动力状态，强调发展的高效率、公平和绿色可持续性[22,23]，这一理念不仅包含经济的快速发展，更涵盖着环境和谐、社会美好的低碳循环开放协调的发展体系。因此，本文在使用传统GDP数值为代表的期望产出时，也纳入了生态环境、社会福利两个子系统，利用熵权法将三者合并为高质量发展指数，以此反映湖南省水资源绿色效率的期望产出。和废水排放总量分别作为水资源绿色效率的期望产出指标和非期望产出指标，借此科学、合理测评湖南省水资源绿色效率。最终构建湖南省水资源绿色效率评价指标体系，见表1。

表1 湖南省水资源绿色效率评价指标体系

2.2 超效率Epsilon-Based Measure模型

超效率EBM模型是一个综合考虑径向和SBM两类距离函数的混合模型。该模型不仅解决了传统数据包络分析方法未考虑松弛变量，以及损失效率前沿投影值原始比例信息的缺陷，而且解决了对多个处于前沿位置的决策单元进行比较的问题，为决策单元效率测算提供了一种新方法[24,25]。因此，本文借鉴超效率EBM模型，从高质量发展和水环境污染角度，评价湖南省13个城市水资源绿色效率是否有效，并对有效决策单元进行进一步比较。超效率EBM模型公式如下：

2.3 Global Malmquist-Luenberger生产率指数

超效率EBM模型虽能对多个处于效率前沿面的评价对象进行对比分析，但其无法刻画水资源绿色效率随技术进步和技术效率变动这一特征。而GML生产率指数能准确研判水资源绿色效率的动态演变趋势及内部增长源泉，本文参考其分解思路计算湖南省2005—2019年水资源绿色效率。具体公式如下：

2.4 动态面板分位数模型

传统面板回归模型假设解释变量在不同层面上作用被解释变量的边际效应一致，仅描绘条件分布的部分特征。面板分位数回归则能体现不同分位数点上各解释变量的边际影响，从而较好地反映条件分布的全面性和细节性。另外，水资源绿色效率作为连续的系统性活动，其产出不仅与当期的数值相关，还受前期累积效应的影响，故本文将水资源绿色效率的一阶滞后项作为自变量，建立动态面板数据模型[26]。具体形式如下：

式中：αi,t为固定效应；下标i为城市；t为时间；eGML i,t-1为城市i在t-1年份的水资源绿色效率；τ为观测的分位数点；Xi,t为所有解释变量集合；εi,t为随机误差。此外，为减少数据间多重共线性和异方差性等问题，本文对各解释变量进行对数变换。

3 实证结果分析

3.1 湖南省水资源绿色效率动态演变

3.1.1 时序演变特征 本文利用MaxDea pro 6.9软件对湖南省13个城市样本数据进行GML指数及其分解测算，结果如表2所示。整体来看，湖南省2005—2019年水资源绿色效率呈波动上升态势，以2016年为分水岭，前后呈现出不同的变化趋势，即在2016年前湖南省水资源绿色效率波动较大，而后逐步趋向平稳。其原因可能是2016年湖南省相继出台了最严环境监管措施与水资源防污计划等系列政策，推动了水资源以更低的投入获取更清洁与高效的产出，进而实现社会绿色发展。此外，研究年限内全省水资源绿色效率由0.952上升至1.059，年均增长0.82%，全域均值达到1.009，整体水资源绿色效率水平得到不断提升。从水资源绿色效率分解结果来看，2005—2019年湖南省水资源平均技术效率指数小于1，表明湖南省水资源利用的技术效率存在着不足，不能有效推动水资源绿色效率的提高，而水资源利用的技术进步指数大于1，结合水资源绿色效率指数均值可知，技术进步在推动湖南省水资源绿色效率提升过程中发挥了积极的正向作用，节水技术的发展、节水设备的升级以及节水科技的创新均能促进水资源绿色循环高效使用。因此，各地在继续推动高新技术发展的同时，应更注重技术投入过程中使用效能的结果，促使水资源绿色效率进一步提升。

表2 湖南省及所辖四大区域板块水资源绿色效率评价结果

从四大区域板块划分来看，各区域板块水资源绿色效率与全省效率趋势基本趋同。其中，长株潭城市群在2008—2013和2016—2018年起伏较大，水资源绿色效率值围绕1上下波动；洞庭湖生态经济区整体水资源绿色效率值变动较大，在2007年出现最低效率值0.669，而在2013年和2018年水资源绿色效率也达到低谷，技术倒退成为该区域水资源绿色效率总体偏低的主要原因；大湘南示范区水资源绿色效率自2009年后进入平稳期，波动程度较小，但2012—2017年间水资源绿色效率指数小于1，水资源绿色效率处于倒退状态；大湘西武陵山片区水资源绿色效率在研究期内始终保持着较为平稳的增长状态，平均效率值在四大区域板块中最高，可能的原因是该片区生态资源丰富，产业结构相对以第三产业为主导，相同的水资源投入产生更少的污染产出。长株潭城市群与洞庭湖生态经济区的技术效率指数均小于1，这些区域总体经济相对发达，工业为产业发展的主要拉动因素，内部对水资源利用的管理与组织无序等因素综合导致水资源绿色效率的下降；大湘南示范区技术进步指数均值小于1，说明该区域技术水平难以促进水资源绿色效率的提升，故该区域应大力推进技术进步，以实现水资源绿色效率的突破性提高。此外，大湘西武陵山片区技术效率指数与技术进步指数均大于1，表明其依托资源优势与产业结构实现了水资源的有效循环利用，这从侧面证实了经济发展状况与水资源绿色效率不一定呈完全正向促进关系。

3.1.2 空间分布特征 (1)总体分布特征。进一步采用GML指数对湖南省13个城市水资源绿色效率的动态变化及其构成进行分析(见表3)。由表3可知，湖南省大多数城市(除岳阳市、益阳市和郴州市外)的GML指数大于1，表明湖南省水资源绿色效率整体水平较高。具体来看：在水资源绿色效率大于1的城市中，长沙市、株洲市、湘潭市、衡阳市及常德市作为省内经济发达的传统强市，湘潭市主要依靠技术效率推动水资源利用高效，长沙市、株洲市和衡阳市依靠技术进步提高水资源绿色效率，而技术效率和技术进步共同促进了常德市水资源绿色效率的提升。值得关注的是，邵阳市、怀化市、娄底市等地水资源绿色效率均值也大于1，这些城市尽管经济水平相对落后，但地处水资源丰富区，较低的能耗也使得全域水资源绿色效率呈现有效态势。对水资源绿色效率处于非有效前沿的城市而言，岳阳市和益阳市水资源绿色效率低效的原因主要在于技术退步；而郴州市水资源技术效率与技术退步皆为阻碍全域水资源绿色效率的重要因素。整体来说，水资源绿色效率较低的城市主要集中于湘北地带，而高能耗、高产出的生产方式以及水源资浪费、水污染严重是其效率水平较低的重要原因，因此，转变生产方式、提高技术水平尤为重要。

表3 2005—2019年湖南省13个城市水资源绿色效率年均值

(2)动态演变特征。为更直观地刻画湖南省水资源绿色效率空间动态演变规律，本文参考孙才志等(2020)[16]的研究，运用自然断点法将研究时段内水资源绿色效率的均值分为低级(0.001～0.851)、中低级(0.852～0.974)、中高级(0.975～1.068)、高级(1.069～1.451)4个等级，并利用Arcgis10.8绘制了湖南省13个城市“十五”至“十三五”时期水资源绿色效率动态演变图(见图1)。整体来看，湖南省各时期水资源绿色效率随着时间变化不断提升，各区域板块水资源绿色效率变动差异明显，且逐步呈现较为显著的空间聚集性。具体分析如下：①“十五”期间长沙市、娄底市、邵阳市、衡阳市水资源绿色效率指数大于1，处于效率前沿面。其中，长沙市处于水资源绿色效率高水平阶段，娄底市、邵阳市及衡阳市为水资源绿色效率较高水平区域，这三个城市在地理位置上紧密相连，可能存在正向空间溢出效应。此外，除岳阳市、湘潭市及张家界市水资源绿色效率较低外，湖南省其余城市水资源绿色效率处于同一水平，且呈现空间相邻特征。②“十一五”期间湖南省水资源绿色效率指数大于1的城市有所增加，其中郴州市、怀化市、湘潭市、岳阳市水资源绿色效率进步较快，水资源利用效率得到显著提升，永州市与常德市的水资源绿色效率也相较“十五”时期有所提高。同时，从图1来看，怀化市、娄底市、湘潭市、衡阳市、郴州市呈现了较为明显的空间聚集特征，而长沙市与邵阳市的水资源绿色效率出现了不同程度的下降。③“十二五”期间湖南省水资源绿色效率低于“十一五”时期，水资源绿色效率呈下降趋势。同时，洞庭湖生态经济区出现了空间相关的集聚特征，大湘南示范区水资源绿色效率的内部差异逐渐缩小，大湘西武陵山片区水资源绿色效率也逐步趋于稳定，整体发展更为协调。④“十三五”期间各市州水资源绿色效率显著提高，呈现“条带状”分布特征，且高效率城市分布集中连片，达到最优效率和高效率的地区范围在不断扩大。长株潭城市群、大湘西武陵山片区以及大湘南示范区多数城市处于水资源绿色效率前沿面，而洞庭湖生态经济区部分城市处于低效率水平。

图1 “十五”至“十三五”时期湖南省水资源绿色效率动态演变图

3.2 湖南省水资源绿色效率影响因素识别

相关研究结论表明[2，14-16]，水资源绿色效率受经济社会因素、自然因素、技术因素、环境因素等综合影响，且据前文水资源绿色效率时空分布特征结果可知，湖南省13个城市水资源绿色效率可能存在时空异质性。本文根据环境库兹涅茨理论，从规模、结构以及技术等维度选取影响因素，以水资源绿色效率为被解释变量(eGML)；以GDP增长率(gGDP)衡量区域经济水平,第三产业产值与第二产业产值比重(Pind)衡量产业结构；以外商直接投资与地区生产总值之比(Ptra)表征对外开放水平，利用每年平均美元汇率将外商直接投资换算为人民币计价单位，并使用CPI指数进行平减以减少价格浮动所带来的影响；以R&D经费内部支出占地区生产总值比重(Ptec)表示技术进步；以农林水务支出占财政支出比重(Pgor)评估政府参与程度；以地区人均水资源量(Wwater)代表资源禀赋状况。

值得注意的是，水资源绿色效率的滞后项与被解释变量具有内生性，若对静态面板数据直接进行估计，得到的参数估计不是一致估计量，此时通常需选取工具变量。故本文采用系统广义矩估计(Generalized Method of Moments，GMM)方法选取解释变量的滞后项作为工具变量，运用动态面板分位数模型分析各因素在不同分位点处对水资源绿色效率的异质性影响。检验结果表明，系统GMM中Sargan检验的p值为0.162，残差自相关AR(1)中p值为0.062，AR(2)伴随p值为0.800，说明不拒绝“工具变量有效以及扰动项无自相关”的原假设，由此可知本文所选取的工具变量是有效的。作为对比，本文在表4中同时列出了普通面板模型和动态面板分位数模型的回归结果。

表4 湖南省水资源绿色效率的影响因素回归结果

普通面板模型估计结果显示，不同因素对湖南省水资源绿色效率的影响存在一定的差异。除产业结构和资源禀赋外，其他解释变量均通过10%的显著性检验。其中，经济水平、对外开放水平与技术进步的回归系数显著为正，说明这3个变量对湖南省水资源绿色效率具有正向促进效用；而政府参与程度的回归系数在10%的显著性水平下显著为负，表明其在一定程度上抑制了水资源绿色效率的提升。

由于普通面板模型没有考虑各影响因素对水资源绿色效率影响的异质性，故本文选取0.1，0.5和0.9三个分位点分别代表水资源绿色效率的低、中、高水平，主要基于动态面板分位数模型，重点分析不同水平下各因素对水资源绿色效率的影响效果。具体分析如下：

(1)水资源绿色效率的滞后项系数大致为正，即前期水资源绿色效率对后期有显著的促进作用，水资源绿色效率的累积效应不可忽视。此外，随着分位数的增加，水资源绿色效率的滞后项回归系数呈“U”型趋势，在0.9分位点处达到最大，这表明水资源绿色效率的累积效应对高效率水平城市的影响作用最大。

(2)经济水平在各分位点处均对水资源绿色效率产生正向影响，且随着分位点的增加，其回归系数呈“U”型趋势，具体表现为水资源绿色效率呈现先降低后增长的趋势。这说明经济水平对水资源绿色效率处于低水平和高水平城市的影响作用较强，效率水平低的城市和效率水平高的城市可通过增强自身经济实力来提高水资源绿色效率。

(3)产业结构对水资源绿色效率的影响显著为正，其回归系数随着水资源绿色效率水平的升高，呈现“先降后升”趋势，且高分位点比低分位点的回归系数高0.4，表明产业结构对水资源绿色效率高水平的城市促进作用较强。究其原因，湖南省水资源绿色效率水平较高的城市大部分处于快速工业化阶段，高产出、高耗能生产方式的转变与集约型经济发展方式能有效降低水资源消耗，提高水资源绿色效率。

(4)对外开放水平大致正向影响水资源绿色效率，其回归系数随着分位数的增加逐步增加，但在0.1分位点对水资源绿色效率呈现出抑制作用。这反映了外商直接投资所带来的资金、技术能促进湖南省水资源绿色效率的提升，但对于低分位点城市来说，更高水平的开放程度也不可避免地引入了部分高污染、高排放的技术，阻碍本地水资源绿色效率的提升。

(5)技术进步对水资源绿色效率的影响由负转正，且这种正向影响作用主要集中在中高分位点。这说明技术进步对水资源绿色效率的影响阶段性特征明显。因此，湖南省各城市应结合自身实际情况，不断加大科技投入以提高节水技术改进，推动水资源绿色效率提升。

(6)政府参与程度对水资源绿色效率大体呈负向影响，反映了政府增加农林水务等方面的支出会抑制水资源绿色效率的提升，这与张兆方等(2018)[27]的研究结论一致。此外，随着分位点的提高，政府参与程度对水资源绿色效率的抑制作用逐步增强，可能的原因在于水资源绿色效率水平高的地区资源开发利用强度较大，政府在环境保护、水利设施等方面的支出主要用于污染区域的事后修复，而较少直接作用于源头治理，因此出现了污染治理成本较高但效果欠佳的现象。

(7)资源禀赋大致正向影响水资源绿色效率，其回归系数随分位点的增加而逐步提高，表明资源禀赋对水资源绿色效率高水平城市的水资源绿色效率能产生较强的推动与提升作用。此外，就资源禀赋的回归系数来看，其在低分位点处对水资源绿色效率具有显著抑制效应，说明低效率城市陷入了“资源诅咒陷阱”，地区水资源禀赋充裕不仅造成当地居民节水意识薄弱，而且也导致区域内水资源开发利用技术需求下降，进而抑制了水资源绿色效率的提高。

4 结论及建议

本文通过构建湖南省水资源绿色效率评价指标体系，运用EBM模型及GML生产率指数对湖南省13个城市2005—2019年水资源绿色效率进行测度与评价，并借助动态面板分位数模型探究水资源绿色效率差异性的影响因素，得到如下结论：

(1)从水资源绿色效率的测算结果来看，湖南省整体水资源绿色效率不断提高，达到较为高效的状态，四大区域板块水资源绿色效率与湖南省整体效率发展趋势基本趋同，但内部差异显著。技术进步是实现湖南省水资源高效利用的主要因素。从空间演变格局来看，湖南省整体水资源绿色效率的空间关联性欠佳，但随着时间推移，各城市水资源绿色效率的空间聚集特征越来越明显。

(2)水资源绿色效率的累积效应、经济水平、产业结构、对外开放水平、技术进步、政府参与程度和资源禀赋对不同分位点下的水资源绿色效率影响程度不同。通过比较各影响因素在3种水资源绿色效率水平下的影响力度发现，政府参与程度和资源禀赋在水资源绿色效率低水平区域影响力度较大；水资源绿色效率的累积效应和经济水平在水资源绿色效率高水平区域作用程度最强；而对外开放水平和技术进步在中水平区域影响程度较小，这与普通面板模型分析结果存在一定差异。

为提升湖南省水资源绿色效率水平，本文提出以下相关对策建议：①转变经济发展方式，促进产业结构转型。长株潭城市群与洞庭湖生态经济区须转变高投入高产出的发展方式、合理优化资源配置以提升水资源绿色效率；大湘南示范区及大湘西武陵山片区则须坚持现有产业的主导地位，推动经济持续增长。②优化财政支出结构，加大科技投入比例。对于水资源绿色效率较低的洞庭湖生态经济区及大湘南示范区，应加大政府在农林方面的支出力度，同时完善环保监测制度；对于长株潭城市群，应不断提高科技使用效率，弥补政府支出短板，加快科技成果应用能力的转化进程；而对于大湘西武陵山片区，则应继续保持当前农林投入比以加强相关基础设施建设，利用科学技术提高水资源循环利用水平。③提高对外开放水平，加强绿色环境监管。政府在引进外资的同时，不仅要注重外资带来的经济效益，还应对其污染排放设置合理标准，特别对于水资源利用效率较低的大湘南示范区，更应注重污染排放等问题，以免出现“污染转移”现象；而其他板块之间可以通过完善交流平台，促进先进技术的广泛使用，深化节水理念。