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科学客观评价我国水资源利用效率的区域差异并探讨影响区域效率的因素是备受关注的问题。本文在全要素生产框架下利 用基于投入导向的数据包络分析模型,以水资源、资本和劳动力为投入,以GDP为产出,采用省级数据计算我国1998-2008年水资源 利用效率。结果显示,在研究时段内我国水资源利用效率总体上呈现出先下降后上升的趋势,并且从2008年开始水资源利用效率明 显下降。在空间上,我国东、中、西部水资源利用效率处于三个明显不同级别,东部省份水资源利用效率最高,平均水平为0.8左右,其次是中部,平均水平为0.6左右,
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收稿日期:2010 -09 -09
作者简介:钱文婧,硕士生,主要研究方向为经济地理、区域经济与环境经济等。
通讯作者:贺灿飞,教授,主要研究方向为经济地理、产业和区域经济等。
倡水体污染控制与治理科技重大专项课题( 项目编号:2008ZX07314 -001) ;国家自然科学基金重点项目( 项目编号:40830747) 。
中 国 水 资 源 利 用 效 率 区 域 差 异 及 影 响 因 素 研 究
倡
钱文婧 贺灿飞
(北京大学城市与环境学院,北京 100871)
摘要 科学客观评价我国水资源利用效率的区域差异并探讨影响区域效率的因素是备受关注的问题。 本文在全要素生产框架下利
用基于投入导向的数据包络分析模型,以水资源、资本和劳动力为投入,以 GDP 为产出,采用省级数据计算我国1998 -2008 年水资源
利用效率。 结果显示,在研究时段内我国水资源利用效率总体上呈现出先下降后上升的趋势,并且从 2008 年开始水资源利用效率明
显下降。 在空间上,我国东、中、西部水资源利用效率处于三个明显不同级别,东部省份水资源利用效率最高,平均水平为 0.8 左右,
其次是中部,平均水平为 0.6 左右,西部水资源利用效率最低,平均水平为 0.4 左右。 进一步的回归分析发现,产业结构、进出口需求
以及地区水资源禀赋对水资源利用效率均有显著影响。
关键词 水资源;效率;区域差异;数据包络分析;Tobit 回归
中图分类号 F205 文献标识码 A 文章编号 1002 -2104(2011)02 -0054 -07 doi:10畅3969 /j畅issn畅1002 -2104畅2011畅02畅010
水是人类发展不可缺少的自然资源,是人类和一切生
物赖以生存的物质基础。 当今世界,由水资源缺乏和水体
污染构成的水危机严重制约着世界经济的健康发展。 进
入 21 世纪以后,世界各国普遍面临严峻缺水形势,预计到
2025 年,世界上将会有 30 亿人面 临缺 水,40 个国家 和地
区淡水严重不足。 中国是一个干旱缺水严重的国家,淡水
资源总量为 28 000 亿 m
3
,占全球水资源总量的 6%,居世
界第四位,但人均只有 2 200 m
3
,为世界平均水平的 1 /4、
美国的 1 /5,是全球 13 个人均水资源最贫乏的国家之一。
此外,中国水资源地区分布很不平衡,长江流域及其以南
地区,国土面积占全 国 36.5%,水 资源 量占全国 的 81%,
长江流域以北地区,国土面积占全国 63.5%,而水资源量
仅占全国的 19%。 20 世纪 末,我国 600 多个 城市 中已有
400 多个城市存在供水不足问题,其中比较严重的缺水城
市达 110 个,全国城市缺水总量为 60 亿 m
3
。 水资源是国
民经济和社会发展的重要支撑和保障,随着全球气候变化
影响日益明显以及我国工业化、城镇化进程加速,社会经
济发展与水资源、水环境承载力不足的矛盾将更加突出。
解决水资源供需不协调可从两方面入手,即水资源使用的
总量控制和水资源利用效率的提高,其中水资源利用效率
的提高是关键。 那么,科学客观地评价当前我国各地区水
资源利用效率及其区域差异,并且探讨影响水资源利用效
率的因素便成为亟待研究的问题。 本文将试图回答上述
问题,以期为 我 国 水资源相关 政 策的制 定 提 供 一 定的参
考。
1 文献评述
随着对水相关问题的重视,水资源利用效率问题受到
越来越多关注。 有学者研究水资源可持续利用的公平与
效率问题
[1]
,认为水资源开发利用要同时重视用水公平与
用水效率。 卜庆才和陆钟武研究了影响钢铁工业水资源
利用效率 的 因 素, 认 为 中 水 回 用 对 水 资 源 效 率 影 响 较
大
[2]
。 张爱民等则运用 SFA 模型对我国 1953 -2004 年的
工业用水效率进行测算
[4]
。 有学者关注城市供水效率,如
邱林利用数据包络分析评价了中国城市供水效率
[3]
。 也
有研究对我国水资源利用效率偏低的原因进行了较为深
入的考察。 谢极认为工业结构、企业规模和原料结构不合
理是当前导致水资源效率偏低的重要原因
[5]
。 也有学者
对水资源利用效率的区域差异问题进行了有益探讨。 李
世祥等通过因子分析方法对我国区域水资源利用效率进
行研究,认为我国水资源利用效率存在明显区域分异,中、
西部用水效率低而东部用水效率高
[6]
。 孙才志和李红新
·45·
中国人口· 资源与环境 2011 年 第 21 卷 第 2 期 CHINA POPULATION,RESOURCES AND ENVIRONMENT Vol畅21 No畅2 2011
利用 1999 -2005 年数据,通 过数据包 络分 析方法对辽宁
省各市水资源效率的时空分异进行研究,分别计算出水资
源利用规模冗余率和技术冗余率,认为水资源规模冗余率
与人均 GDP 的关系同库兹涅茨曲线理论相吻合而水资源
技术冗余与人均 GDP 负相关
[7]
。 同样是针对辽宁省用水
效率的研究,钱堃和朱显成则以 IPAT 方程为理论基础建
立水资 源效率模型,分 4 种情况讨 论并 计算出辽宁 省到
2020 年期间水资源合理利用量并讨论单位 GDP 水耗需要
降低的倍数
[8]
。
现有研究为我们认识中国水资源利用效率问题提供
了很好的参考,也为我们进一步深入探讨水资源利用效率
的区域差异提供了切入视角。 现有研究不足主要表现在:
第一,多数学者将水资源投入量等同于资源消耗量,不包
括其他资源的 消 耗,从而将 水资源利 用 效 率进行 孤立研
究。 水资源作为一种自然资源,其投入本身并不直接带来
经济效益和产品的产出,必须和其他生产要素相结合才能
带来真正的经济产出
[7,9]
。 因此,直接将水资源投入与经
济产出相联系过于简化。 第二,现有研究比较关注水资源
效率的评价,对区域之间水资源利用效率的差异关注则不
够,对于各区 域水 资源利 用 的 特点研 究 也 不 够 深 入。 此
外,对水资源效率研究差异的研究仅局限于描述和刻画各
区域的效率差异,缺乏对造成这种差异机制的深入探讨。
基于以上认识,本文将从全要素生产率角度出发对中
国区域水资源利用效率进行评价,在此基础上刻画区域水
资源效率差异,并借助计量分析手段进一步探讨造成现有
差异的可能原因。
2 中国水资源利用效率区域差异的测度
2.1 水资源利用效率概念界定
传统上度量水资源效率的指标是单要素投入指标,例
如常用的“万元 GDP 水耗”,该指标衡量水资源投入与经
济产出之间比例关系,但是没有考虑水资源要素投入与其
他生产要素投入之间的相互影响。 水资源的开发利用是
多种生产要素协同作用的结果,水资源投入本身不能直接
带来经济效益产出,必须和劳动力,资本等生产要素相结
合才能带来 经 济 产 出。 因此,从 多 要 素协同 作 用 的 角度
看,以单要素投入指标来衡量水资源效率利用效率存在一
定局限性。 本文借鉴 Hu 和 Wang 提出的全要素能源效率
框架
[9]
,构建水资源全要素效率框架,认为全要素水资源
利用效率可以 定 义为,在 给 定 的 其他生 产 要 素投 入量之
下,生产出一定量产品所需最优水资源投入量与实际水资
源投入量之比:
TFE
w
=
W
tar,t
W
arc,t
(1)
式中,TFE
w
为全要素水资源利用效率,W
tar,t
为 t 时期
水资源目标投入量,即实现既定经济产出的最优水资源投
入量,W
arc,t
为 t 时期内时间水资源实际投入量。 最优水资
源投入量的计算主要依据两种方法,其一是以计量经济学
为基础的参数方法,其二是以数学规划思想为基础的非参
数方法。 本文将采用非参数方法中的数据包络分析方法
(data envelopment analysis, DEA) 进行最优水资源投入量
的计算。
2.2 水资源利用效率的 DEA 模型方法及指标数据说明
数据包络分析( DEA),由 A.Charnes, W.W.Cooper
和 E.Rhodes 于 1978 年创建。 数据包络分析是使用数学
规划模型评价 具 有 多 个 输入、多 个 输 出 的 “ 部 门” 或 “ 单
位”(称为决策单元,Decision Making Unit,简记为 DMU)间
的相对有效性的一种方法。 数据包络分析模型假设在每
一个时期 t 内,有 N 个决策单元,每个决策单元都通过 M
种投入要素 X 得到 S 种产出 Y,由此构成生产可能集。 投
入集向量和产出集向量分别表示为:
x
t
m
=( x
t
1m
,x
t
2m
,…x
t
nm
)
T
与 y
t
m
=(y
t
1m
,y
t
2m
,…y
t
nm
)
T
(2)
基于投入导向规模报酬不变的数据包络分析模型可
表示为:
θ
倡
=minθ
n
s.t.
∑
N
n =1
λ
t
n
x
t
nm
≤ θ
n
x
t
m
;
∑
N
n =1
λ
t
n
y
t
ns
≥ y
t
ns
;λ
t
n
≥ 0
n =1,2,L,N;m =1,2,L,M;s =1,2,L,S (3)
θ 值即为效率值,一般有 θ≤1,如果 θ =1 则该决策单
元 DEA 有效。 通过上述方法便可以确定出生产 前沿 面。
假定第 i 个 DMU 没有位于生产前沿上,要使其生产 达到
有效需对各种要素投入进行调整。 由于 DEA 前沿面采用
分时线形形式,非 有 效 单 元的调 整 量 需从两 方面进行 考
虑。 如图 1 所示,有 X
1
与 X
2
两种投入,A、B 两个决策单
元位于生产前沿上。 Q 决策单元为无效,要使其生产有效
该决策单元的调整目标是 Q′,从 Q 到 Q′的调整量称为径
向调整量。 按照(1) 式 Q 的效率表示为 OQ′/OQ。 但对 P
点来说,经过径向调整之后的 P′点仍旧不是 X
2
要素的最
优投入量,由图 1 可以看出,A 可以利用与 P′相同的 X
1
要
素与更少的 X
2
要素获得与 P′相同的产出。 因此,P 点投
入调整的目标应为 A 点,其中 P′A 称为松弛调整量
[10 -12]
。
于是(1)式可以变形为:
TFE
W
=
W
tar,t
W
arc,t
=
W
arc,t
-W
radial,t
-W
slack,t
W
arc,t
(4)
其中,W
radial,t
与 W
slack,t
分别表 示 t 时 期 的 水 资源投 入
的径向调整量与松弛调整量,若不需要经过松弛调整,则
松弛调整量取零。 由于实际水资源投入一定大于或等于
目标水资源投入,且只有当区域位于生产前沿面上时实际
·55·
钱文婧等:中国水资源利用效率区域差异及影响因素研究
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