基于生產(chǎn)函數(shù)的中國水資源利用效率探討

鄧紅兵,劉天星,熊曉波,榮冰凌

(中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室,北京 100085)

水資源稀缺是我國21世紀可持續(xù)發(fā)展面臨的最主要問題之一。我國水資源總量雖居世界第4位,但人均水資源量僅為世界人均量的1/4[1]。另外,分布的時空差異是水資源的特征,中國則更加突出。水資源與土地、礦產(chǎn)資源分布以及生產(chǎn)力布局不相匹配,且在不同行業(yè)都存在水資源浪費的現(xiàn)象[2]。在全國總用水量中,農(nóng)業(yè)用水占73%,由于灌溉技術(shù)水平低,水的有效利用率僅為40%;工業(yè)用水重復(fù)率和再生利用程度低,我國2004年萬元工業(yè)增加值用水量為196m3,工業(yè)用水重復(fù)利用率約為60%～65%,而國外發(fā)達國家萬元工業(yè)增加值用水量一般低于50m3,工業(yè)用水重復(fù)利用率一般在80%～85%之間[3]。我國粗放的用水方式加劇了水資源的短缺,已經(jīng)成為我國部分地區(qū)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。

為了解決水資源稀缺的問題,我國進行了一系列的水資源管理制度改革,水資源管理的最終目的是為了規(guī)范人們的生產(chǎn)和生活,解決水資源稀缺所引起的問題,以達到水資源的提取率低于水資源可持續(xù)性狀態(tài)對應(yīng)的閾值[4]。從解決水資源稀缺的對策措施及目標出發(fā)可將水資源管理階段劃分為供給管理、技術(shù)性節(jié)水、結(jié)構(gòu)性節(jié)水和社會化管理4個階段(表1)[5]。

研究探討水資源利用效率對于解決中國水資源短缺具有重要意義。水資源利用效率評價可以運用比值分析、生產(chǎn)函數(shù)、包絡(luò)分析等方法[6-7],其中以經(jīng)濟學(xué)實證研究中柯布-道格拉斯(Cobb-Douglas)生產(chǎn)函數(shù)分析用水效率以及所獲得收益的關(guān)系最為經(jīng)典[8-9]。通過研究水資源利用效率與經(jīng)濟社會發(fā)展水平等因素之間的關(guān)系,可為合理確定中國各部門和不同類別地區(qū)的用水定額提供參考。筆者從生產(chǎn)力角度出發(fā),利用省級生產(chǎn)函數(shù)估計邊際意義上的水資源利用價值,即邊際增加1單位水資源利用所導(dǎo)致的GDP產(chǎn)出增加量,來研究我國大陸各省、市(自治區(qū))在2000—2005年的水資源利用現(xiàn)狀和特征,為提高水資源利用效率提供參考。

表1 不同階段的水資源管理事項

1 研究模型與方法

通過擴展的省級生產(chǎn)函數(shù)計算邊際單位水資源價值,構(gòu)造包含3種投入品在內(nèi)的生產(chǎn)函數(shù)描述我國大陸各省、市(自治區(qū))的經(jīng)濟活動,其中各地區(qū)GDP和投入數(shù)據(jù)來自各地區(qū)統(tǒng)計年鑒。生產(chǎn)函數(shù)的產(chǎn)出變量為各地區(qū)的GDP(Y,萬元,以2000年價格計算),而投入品分別為資本(K,萬元,以2000年價格計算)、勞動力(L,萬人,以年底第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)就業(yè)人數(shù)計算)和水資源消耗量(W,萬m3)。具體的生產(chǎn)函數(shù)設(shè)定為超越對數(shù)生產(chǎn)函數(shù)形式:

式中:β0～ β9為模型待估參數(shù);ε為殘差項,服從獨立正態(tài)分布。

分析所用數(shù)據(jù)均來自《中國統(tǒng)計年鑒》[10-15]。

2 結(jié)果與分析

結(jié)合生產(chǎn)函數(shù)形式設(shè)定得到了計量模型回歸結(jié)果。在此基礎(chǔ)上利用式(2)得到各地區(qū)歷年的邊際水資源利用價值(表2)。

表2 中國內(nèi)地邊際水資源利用價值情況 元/m3

從單個時點來看,我國大陸各地區(qū)的邊際水資源利用價值差異較大(表2)。以2005年為例,邊際水資源價值分布為 -0.2～87.1元/m3,均值為17.7元/m3。理論上邊際水資源利用價值不可能為負,因此新疆地區(qū)的負值可能是因為該地區(qū)邊際水資源利用價值接近零,在計算所用系數(shù)為約數(shù)的情況下導(dǎo)致計算結(jié)果為負值。實際上反映的是模型測算的新疆地區(qū)邊際水資源利用價值非常小,接近于零。北京地區(qū)邊際水資源利用價值最高,為87.1元/m3,這表示北京地區(qū)以2005年的經(jīng)濟活動計算,多使用1m3水資源可以帶來87.1元的GDP增加。而新疆地區(qū)的數(shù)值接近于零,表明新疆地區(qū)的邊際水資源利用效率極低,其2005年的萬元GDP水耗也印證了這一點,當年GDP為2309t/萬元。從空間上看,2005年邊際水資源利用價值排在前5位的分別為北京、天津、山東、山西和河南,均位于北方地區(qū)。這5個省(市)的平均邊際水資源利用價值為51.5元/m3,約為全國平均水平的3倍。邊際水資源利用價值的巨大差異反映了我國水資源分布的巨大空間差異,北方缺水地區(qū)的水資源利用效率明顯高于南方地區(qū)。

分析各省、市(自治區(qū))水資源價值的時間變化趨勢,除新疆地區(qū)之外,其余地區(qū)的邊際水資源利用價值都有所上升,但幅度有所不同(圖1)。2005年的邊際水資源利用價值與2000年相比,變化比例最大的是北京地區(qū),從2000年的34.3元/m3增加到2005年的87.1元/m3,提高了154%;其次為山東地區(qū),從 18.6元/m3增加到 41.1元/m3,提高了120.4%。全國各地區(qū)平均提高幅度為67.7%,表明在2000—2005年期間各地區(qū)在利用水資源方面都有所進步,也反映出面對整體缺水的情況,各地區(qū)經(jīng)濟活動都或多或少地做出了一些相應(yīng)的調(diào)整,其調(diào)整又受到各地本身水資源稀缺程度的影響。北方缺水地區(qū)取得的進步在整體上要高于南方水資源相對豐富的地區(qū)。

圖1 各地區(qū)邊際水資源利用價值變化幅度(2000—2005年)

圖2 2000年邊際水資源利用價值及其變化幅度

圖2是水資源利用價值變化幅度和基期(2000年)水資源利用價值情況的散點圖。圖2中顯示兩者之間存在著正相關(guān)關(guān)系,兩序列相關(guān)系數(shù)為0.53,并且統(tǒng)計顯著性水平較高(P＜0.01)。這表明經(jīng)過多年的發(fā)展,原有邊際水資源利用價值高的地區(qū)(如北京、山東),水資源利用價值與其他地區(qū)相比實現(xiàn)了更大比例的提升。根據(jù)其他學(xué)者對我國節(jié)水潛力地區(qū)劃分的研究[16],這些地區(qū)的節(jié)水潛力屬于較低水平,而節(jié)水潛力高的地區(qū)(如貴州)在筆者的測算中并沒有實現(xiàn)較高的效率改進。這一現(xiàn)象除技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相對不利于其提高節(jié)水效率等因素外,沒有一個完善的水權(quán)交易市場在一定程度上也降低了節(jié)水潛力大的地區(qū)的積極性。

邊際水資源利用價值反映了經(jīng)濟體制對水資源的使用效率,對于水資源的區(qū)域配置可以起到指向標的作用,同時對于水資源的區(qū)域分配問題可以做到粗略地估算其潛在的可能交易方向。以北京周邊地區(qū)向首都輸水調(diào)度為例,長期以來人們從保障首都用水的政治角度去考慮輸水的重要性和合理性,但輸水還有其區(qū)域水資源利用效率的合理性。從水資源利用來看,就現(xiàn)有的經(jīng)濟發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),依照筆者的計算,北京地區(qū)邊際水資源利用價值為87.1元/m3,山西和河北分別為 36.6元/m3和21.2元/m3。因此,如果其他條件不變,山西和河北兩省向北京輸水在經(jīng)濟上實現(xiàn)了整體水資源使用效率的提升。

3 結(jié)論及建議

為了應(yīng)對水資源短缺,必須先了解我國水資源的使用狀況和使用效率。筆者利用2000—2005年全國大陸各省、市(自治區(qū))的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析了在此期間各地區(qū)的水資源使用效率情況和水資源邊際生產(chǎn)力情況。我國大陸各地區(qū)以邊際單位水資源價值為表征的水資源利用效率在研究期限內(nèi)都有所提高,因此筆者認為面對整體缺水的客觀形勢,各地區(qū)都做出了相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,在經(jīng)濟發(fā)展的同時提高了水資源的利用效率。文中同時發(fā)現(xiàn)北方等缺水地區(qū)無論是從空間還是從時間段來看,其水資源利用效率及其改進幅度都顯著高于南方地區(qū)。由于水資源利用效率的空間差異,建立有效的水權(quán)交易市場不僅可以緩解北方缺水地區(qū)水資源緊張的問題,而且可以大幅度提高水資源的利用效率,進而在總體上提高整個社會的用水效率。

為了提高水資源利用效率,提出如下建議:①在建設(shè)節(jié)水型社會中繼續(xù)推廣節(jié)水技術(shù),提高整體經(jīng)濟的水資源利用效率。②優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),利用有效的經(jīng)濟激勵手段鼓勵低耗水產(chǎn)業(yè)發(fā)展,同時鼓勵高耗水行業(yè)進行技術(shù)改造,降低水耗,從而降低整體國民經(jīng)濟的水耗。③完善我國水權(quán)交易制度建設(shè),構(gòu)建適合我國的水權(quán)交易市場,促進水資源從利用效率低的地區(qū)流入利用效率高的地區(qū),實現(xiàn)整體利用效率提高。④繼續(xù)完善我國的水價管理改革,利用合理的定價機制對水價進行需求管理,調(diào)節(jié)供需矛盾,實現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置。

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