新疆工業(yè)用水效率及影響因素分析*
——基于超效率的DEA和Tobit模型

喬 凱 韓延玲

新疆工業(yè)用水效率及影響因素分析*
——基于超效率的DEA和Tobit模型

喬 凱 韓延玲

文章運用數(shù)據(jù)包絡分析(DEA)中的BC2模型，對新疆2004～2014年工業(yè)水資源的利用效率進行評價，并運用超效率DEA模型進一步分析新疆有效年份的工業(yè)用水效率，最后通過Tobit模型對影響新疆工業(yè)用水效率的影響因素進行分析，結(jié)果表明：雖然工業(yè)用水效率有所提高，但在這11年中只有3年達到了DEA有效，其余年份存在著規(guī)模效率低下、投入冗余的情況，人均GDP、工業(yè)產(chǎn)值占比、城鎮(zhèn)化率是影響工業(yè)用水效率的主要因素。

超效率DEA Tobit模型 工業(yè)用水效率

新疆作為絲綢之路經(jīng)濟帶的核心區(qū)，提高工業(yè)化水平，實現(xiàn)工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級是十分必要的，提高新疆工業(yè)水資源的利用率是工業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵因素，也是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要方面。所以，研究新疆工業(yè)水資源的利用效率具有重要的意義。

從國內(nèi)外學者對水資源的利用效率問題的研究來看，主要還是集中在水資源綜合利用效率的影響因素分析方面，對工業(yè)用水相對效率方面的研究較少，尤其是對新疆工業(yè)用水效率的研究甚少。本文通過運用超效率DEA和Tobit模型對新疆的工業(yè)用水效率及影響因素進行分析，在此基礎上提出政策建議，為新疆政府決策提供依據(jù)和參考。

一、基于超效率DEA模型的新疆工業(yè)用水效率評價

(一)模型介紹

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)包絡分析DEA(Data Envelopment Analysis)是針對多投入多產(chǎn)出生產(chǎn)單位的效率分析與評價的方法，DEA理論發(fā)展到目前已經(jīng)有多個模型，其中C2R和BC2模型是最基本的評價模型，C2R模型是規(guī)模報酬不變，假設共有n個決策單元DMU，評價指標體系由m個輸入和s個輸出指標構(gòu)成，第j個DMU的輸入和輸出向量為和，Xj=(x1j,x2j,…,xmj)T>0和Yj=(y1j,y2j,…,ysj)T>0,j=1,2,3，...，n，對第j0個決策單元進行評價的帶有非阿基米德無窮小量ε的C2R模型為：

在此模型上加上凸性假說∑λj=1就得到了BC2模型，BC2模型是假設規(guī)模報酬可變的，并且把綜合效率分解為純技術(shù)效率和規(guī)模效率兩部分，分析新疆工業(yè)水資源利用效率的BC2模型如下：先縱向研究新疆工業(yè)用水效率，決策單元DMU為年份，假設有m個投入和s種產(chǎn)出，DMU的投入向量Xj=(X1j,X2j,…,Xmj)T>0和產(chǎn)出向量Yj=(y1j,y2j,…,ysj)T>0，且DMUj0的投入產(chǎn)出為(xj0，yj0)，計為(x0，y0)，BC2模型為：

n為所在子集DMU的個數(shù)；ε為非阿基米德無窮小量；s-為投入松弛變量；s+為產(chǎn)出松弛變量；θ為決策單元的有效值；λj為重新構(gòu)造一個有效決策單元第j個決策單元的組合比例,若上述模型的最優(yōu)解滿足θ=1，s-=0,s+=0,則DMU0為DEA有效；若當θ=1，但s+，s-至少有一個大于0時，則決策單元為弱DEA有效，則新疆工業(yè)水資源利用效率不是同時為純技術(shù)效率最佳和規(guī)模最佳；若θ﹤1，則說明決策單元不是DEA有的，可以通過其相對有效面上的投影來進行改進。超效率的DEA模型的數(shù)學表達式為：

超效率DEA模型是在進行第j個決策單元(DMU)的效率評價時，用第j個決策單元之外的投入和產(chǎn)出的線性組合來表示第j個決策單元的投入與產(chǎn)出，從而將第j個決策單元排除在外，而傳統(tǒng)的C2R和BC2模型則是將這一模型包含在內(nèi)，就無效的DMU來說其生產(chǎn)的前沿面不變，因此其最終的值與傳統(tǒng)的DEA測算出來的值一樣，而對于有效的DMU來說，有效的決策單元可能按比例增加其投入效率保持不變，則投入所增加的比例記為超效率評價值，它在對決策單元進行效率評價時，彌補了傳統(tǒng)的DEA模型在進行效率測度時無法對各個DMU之間進行比較的這一缺陷，并且超效率的DEA模型可以區(qū)分決策單元之間的差異性并進行比較分析。

(二)指標選取

本文選取4個投入量和1個產(chǎn)出量作為指標來評價工業(yè)用水效率，x1為工業(yè)用水量，在測度工業(yè)用水效率時，工業(yè)用水作為一項投入指標是必不可少的，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，每一項環(huán)節(jié)都要用水，例如冷凝和稀釋等，所以選擇工業(yè)用水量作為一項投入指標可以反映水資源的利用情況；x2表示工業(yè)廢水中COD的排放量，COD作為一項污染物其主要來源是生活污水污染與工業(yè)廢水污染，COD的排放量越多越不利于水資源的高效利用，長期以來對排放變量的處理有兩種方式：一種是把污染排放作為投入要素，另一種是當做非期望產(chǎn)出和期望產(chǎn)出，陳詩一在研究中國工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展中就把CO2排放看作投入要素來處理*佟金萍、馬劍鋒等：《長江流域農(nóng)業(yè)用水效率研究:基于超效率的DEA和Tobit模型》，《長江流域資源與環(huán)境》2015年第4期。。本文參考其方法把工業(yè)廢水中COD排放量作為一個投入指標。把工業(yè)廢水中COD的排放量納入到投入指標中是新疆工業(yè)轉(zhuǎn)型升級與可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵；x3表示工業(yè)從業(yè)人員數(shù)，可以通過工業(yè)從業(yè)人數(shù)來反映勞動在工業(yè)生產(chǎn)中的作用及對水資源的利用情況；x4表示工業(yè)固定資產(chǎn)投資額；本文的產(chǎn)出指標y為工業(yè)總產(chǎn)值，工業(yè)總產(chǎn)值作為一項重要的經(jīng)濟指標，可以反映工業(yè)用水產(chǎn)出效益，能較好地體現(xiàn)產(chǎn)出價值，衡量經(jīng)濟產(chǎn)出。

鑒于數(shù)據(jù)的合理性與可得性，本文選取的投入產(chǎn)出指標均來自2005～2014年《新疆統(tǒng)計年鑒》和2004～2013年《新疆維吾爾自治區(qū)水資源公報》。

(三)實證分析

本文首先采用BC2模型對新疆工業(yè)用水的綜合效率、純技術(shù)效率和規(guī)模效率進行測度，并通過對三個效率和投影分析來綜合分析新疆工業(yè)用水效率，在此基礎上運用超效率的DEA模型對有效年份的工業(yè)用水效率進行對比分析。

本文依據(jù)上述指標查閱了2004～2014年的詳細數(shù)據(jù)(見表1)，并且運用deap2.1軟件包，以投入為導向，進行DEA分析，得出計算結(jié)果(見表2)。

表1 2004～2013年新疆工業(yè)用水投入產(chǎn)出

資料來源：《新疆統(tǒng)計年鑒》(2005～2015)。

從綜合效率角度來看，結(jié)果表明：2004～2014年間，2008、2011、2013、2014年達到了DEA有效，綜合效率、純技術(shù)效率和規(guī)模效率同時達到了1，且規(guī)模收益不變，新疆工業(yè)用水的投入產(chǎn)出達到最佳狀態(tài)，綜合利用率的平均值為0.897，低于平均值的有4年，占40%。

表2 2004～2013年新疆工業(yè)水資源利用效率值

注：綜合效率=純技術(shù)效率×規(guī)模效率。

從純技術(shù)效率來看，這11年間，只有2007和2012年未達到技術(shù)有效，其余9年達到了技術(shù)有效，說明在目前的工業(yè)水平下工業(yè)用水的投入組合達到最優(yōu)。

表3 投入產(chǎn)出的松弛變量取值

從規(guī)模效率來看，2008、2011、2013、2014年的規(guī)模效率不變，資源的配置已經(jīng)達到最優(yōu)，而其余7年間規(guī)模效率都是遞增的，這些年有必要適當擴大生產(chǎn)規(guī)模，使得水資源、勞動力和資金投入等資源配置達到最優(yōu)，從而增加產(chǎn)出。需要特別指出的是，2004、2005、2006、2009、2010年這5年技術(shù)效率為1，綜合效率卻不為1，規(guī)模效率不為1，沒有達到DEA有效，是因為其規(guī)模和投入、產(chǎn)出不相匹配，需要增加規(guī)模。

通過DEA方法可以得到非DEA有效的決策單元轉(zhuǎn)變?yōu)橛行Q策單元的松弛變量的取值(見表3)。從表3可以看出，2004～2013年這10年中有2年的投入、產(chǎn)出需要調(diào)整，確定這些年份在有效前沿面上的投影，可以得出投入可節(jié)約量和產(chǎn)出可增加量(見表4)。

利用EMS1.3軟件對新疆工業(yè)用水效率有效年份進行排序(見表5)。利用超效率模型對DEA有效年份進行測算和分析得出，在超效率的模型下，對無效的DMU來說其測算結(jié)果與在C2R模型下測得的結(jié)果是一致的，對于DEA有效的年份是2008、2011、2013和2014年，它們同時達到了技術(shù)有效與規(guī)模有效，對新疆的工業(yè)用水效率進行評價，可以看出2008、2011、2013、2014年的效率值依次提高，在2014年達到1.1506，說明新疆工業(yè)用水效率逐年提高。

二、新疆工業(yè)用水效率的影響因素分析

本文選擇Tobit模型分析新疆工業(yè)用水效率的影響因素，Tobit模型解決的是因變量受限或者截斷的問題，該模型屬于因變量受限的回歸模型，其表達式為：

(4)

其中Y為受限的因變量，X為自變量，α為截距向量，β為回歸參數(shù)向量，ε為隨機擾動項服從于N(0，σ2)。

表4 投入可節(jié)約量與產(chǎn)出可增加量

注：ΔX1表示工業(yè)用水可節(jié)約量，△X2表示工業(yè)廢水中COD排放可減少量，△X3表示工業(yè)從業(yè)人員可減少量，△X4表示工業(yè)固定資產(chǎn)投資可節(jié)約量，△y表示工業(yè)總產(chǎn)值可增加量。

表5 DEA有效年份的排序

影響工業(yè)用水效率的因素有很多，這些因素的選取并沒有統(tǒng)一的方法，本文借鑒已有的文獻，從以下五個方面來探討影響工業(yè)用水效率的因素(見表6)：(1)從自然稟賦的角度考慮。新疆水資源分布不均勻，差異性顯著，且水資源調(diào)節(jié)能力和水資源的利用率都較低，本文選取水資源總量作為影響新疆工業(yè)用水效率的一個重要因素。(2)經(jīng)濟發(fā)展水平。在經(jīng)濟發(fā)展初期，資源開發(fā)與利用很關(guān)鍵，隨著經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)化進程的加快，工業(yè)用水量逐漸增加，污染與浪費日益嚴重，但隨著經(jīng)濟的進一步發(fā)展，人們意識到水資源的重要性，開始采取各種措施來提高用水效率，所以本文選取人均GDP作為衡量經(jīng)濟發(fā)展的指標。(3)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。合理的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有利于水資源的合理利用，本文選取工業(yè)增加值占GDP的比重來衡量產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對工業(yè)用水效率的影響。(4)科技進步?？萍佳邪l(fā)及創(chuàng)新能力在經(jīng)濟發(fā)展中具有十分重要的作用，科技進步能夠為工業(yè)用水提供有效的節(jié)水措施，同時還能促進水資源的開發(fā)與管理，本文選取研究與試驗發(fā)展經(jīng)費(R&D)投入占比來衡量技術(shù)進步。(5)工業(yè)發(fā)展規(guī)模。本文選取城鎮(zhèn)化率衡量工業(yè)發(fā)展規(guī)模對工業(yè)用水效率的影響。

表6 工業(yè)用水效率影響因素及含義

由于本文的因變量選用的是基于超效率DEA的效率值，是一個大于0的受限變量，所以本文采用Tobit模型進行回歸分析，表7是用Eviews7.0進行回歸的結(jié)果。

由表7可知，人均GDP、工業(yè)總產(chǎn)值占GDP的比重和城鎮(zhèn)化率三個指標在1%的置信水平下是嚴格顯著的，首先人均GDP這一指標對工業(yè)用水效率具有顯著的影響且為正向的，該結(jié)果表明隨著新疆經(jīng)濟的快速發(fā)展，可以促進設備更新和技術(shù)進步，使得工業(yè)用水效率不斷提高；其次是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對工業(yè)用水效率的影響也是顯著的，表明產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化會提高全社會的整體運行效率，使得資源在各部門能夠優(yōu)化配置，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)可以使工業(yè)用水的各環(huán)節(jié)得以充分利用，以提高水資源利用率，目前來看優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對工業(yè)用水效率的提高起著很重要的作用；最后是城鎮(zhèn)化率，城鎮(zhèn)化率指標顯著且為負，說明新疆在城鎮(zhèn)化進程中并未體現(xiàn)水資源高效利用的理念，而是過度追求工業(yè)化與GDP的增長，由于企業(yè)在管理方面的疏漏，存在水資源浪費現(xiàn)象嚴重、企業(yè)工業(yè)用水重復率低下等問題。因此，應提高民眾的節(jié)水意識，使企業(yè)中工業(yè)用水的效率提高，從而提高新疆工業(yè)用水的效率。

表7 工業(yè)用水效率影響因素Tobit回歸結(jié)果

注：*為1%的水平下顯著

由表7可知，人均GDP、工業(yè)總產(chǎn)值占GDP的比重和城鎮(zhèn)化率三個指標在1%的置信水平下是嚴格顯著的，首先人均GDP這一指標對工業(yè)用水效率具有顯著的影響且為正向的，該結(jié)果表明隨著新疆經(jīng)濟的快速發(fā)展，可以促進設備更新和技術(shù)進步，使得工業(yè)用水效率不斷提高；其次是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對工業(yè)用水效率的影響也是顯著的，表明產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化會提高全社會的整體運行效率，使得資源在各部門能夠優(yōu)化配置，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)可以使工業(yè)用水的各環(huán)節(jié)得以充分利用，以提高水資源利用率，目前來看優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對工業(yè)用水效率的提高起著很重要的作用；最后是城鎮(zhèn)化率，城鎮(zhèn)化率指標顯著且為負，說明新疆在城鎮(zhèn)化進程中并未體現(xiàn)水資源高效利用的理念，而是過度追求工業(yè)化與GDP的增長，由于企業(yè)在管理方面的疏漏，存在水資源浪費現(xiàn)象嚴重、企業(yè)工業(yè)用水重復率低下等問題。因此，應提高民眾的節(jié)水意識，使企業(yè)中工業(yè)用水的效率提高，從而提高新疆工業(yè)用水的效率。

人均水資源量與R&D支出并沒有對工業(yè)用水效率產(chǎn)生顯著影響，水資源稟賦對用水效率的影響不明顯，絕對值最小，說明社會各界的節(jié)水意識并不強烈；技術(shù)進步這一影響因素對工業(yè)用水效率是正的影響，但并不顯著，其原因可能是由于新疆的經(jīng)濟發(fā)展水平較為落后，科技發(fā)展水平也相對落后，在GDP中只有0.5%的科技投入，而工業(yè)用水效率在其他因素的顯著影響下，導致科技投入的影響不明顯。

三、結(jié)論及建議

(一)結(jié)論

本文基于BC2模型和超效率的DEA模型評價了新疆工業(yè)水資源的利用率，并通過Tobit模型分析影響新疆工業(yè)用水效率的因素，實證結(jié)果表明：雖然新疆工業(yè)用水的利用率在上升，但整體工業(yè)水資源利用率較低，其中只有30%達到了DEA有效，在沒有達到DEA有效的年份很大一部分是由于規(guī)模效率太低；通過Tobit模型回歸分析得出經(jīng)濟發(fā)展水平的提高、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化會促進工業(yè)用水效率的提高，科技投入力度低影響了新疆工業(yè)用水的效率。

(二)對策建議

根據(jù)以上實證模型得出的結(jié)論，可以從以下幾個方面來提高新疆工業(yè)用水效率：第一，提高新疆經(jīng)濟發(fā)展水平，促進新疆工業(yè)用水效率的提高。經(jīng)濟發(fā)展水平的提高與工業(yè)用水效率的提高是息息相關(guān)的，新疆經(jīng)濟發(fā)展水平的提高、經(jīng)濟的可持續(xù)增長，是提高工業(yè)用水效率的必要途徑。隨著經(jīng)濟發(fā)展水平提高，企業(yè)的科技投入力度就會加大，企業(yè)循環(huán)利用水資源的意識也會加強，這樣新疆工業(yè)用水效率也會得到提高。第二，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展節(jié)水型工業(yè)，提高新疆工業(yè)用水效率。大力發(fā)展生態(tài)工業(yè)園區(qū)，建立水資源循環(huán)利用系統(tǒng)，實施企業(yè)分層用水，中水清潔再利用，提高企業(yè)水資源產(chǎn)出率，鼓勵和補貼用水較大的企業(yè)進行技術(shù)改造，淘汰耗水量高的工藝、設備和企業(yè)。通過推廣和提倡節(jié)水技術(shù)，提高循環(huán)用水的效率，并對工業(yè)企業(yè)實行嚴格的獎懲措施，對于耗水量低、污染少且循環(huán)利用率高的企業(yè)實行補貼政策，并在企業(yè)融資和上市等方面優(yōu)先考慮；對工業(yè)企業(yè)中的高耗水且排污最多的行業(yè)，采取強力措施嚴格限制并給予處罰。第三，加大科技投入。科學技術(shù)是第一生產(chǎn)力，只有通過不斷創(chuàng)新，才能為提高用水效率提供強大的技術(shù)支持，近年來，新疆的科技投入力度很小，遠低于國家平均水平，使新疆企業(yè)尤其是大規(guī)模的工業(yè)企業(yè)在節(jié)水包括工業(yè)用水循環(huán)利用方面十分欠缺，工業(yè)用水效率低下。所以，應加大技術(shù)投入，減少不必要的固定資產(chǎn)投入，加快資源配置效率，提高資源利用率，使新疆的資源優(yōu)勢得以充分利用、工業(yè)用水效率不斷提高。

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責任編輯：王慧君

* 本文系新疆優(yōu)秀青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)項目“循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展背景下新疆產(chǎn)業(yè)用水效率評價、預警與調(diào)控研究”(2014721013)和新疆財經(jīng)大學研究生科研項目“新疆工業(yè)用水利用效率、影響因素及預警研究”(XJUFE2016K071)的階段性研究成果。

F424

A

1009-5330(2016)05-0037-07

喬凱，新疆財經(jīng)大學經(jīng)濟學院碩士生；韓延玲，新疆財經(jīng)大學統(tǒng)計與信息學院教授(新疆烏魯木齊 830012)。