考虑非期望产出的工业水资源绿色效率研究
——基于SBM-Tobit面板模型

章恒全，黄元龙，秦 腾，李 军

(河海大学商学院，江苏 南京 210000)

水资源是生态系统的重要组成成分，是所有人类和生物新陈代谢的载体，维护着地球生态的平衡与稳定。水作为人类赖以生存的自然资源，在保障生命延续的同时，还作为经济发展必不可少的投入要素，推动着社会经济的可持续发展。随着中国社会、经济、文化、生态环境建设发展的继续深化,绿色化用水理念和节水意识不断深入人心。2014年习近平总书记明确提出城市发展要坚持以水定城、以水定地、以水定人、以水定产的“四定”原则，强调城市的发展应该遵循水资源环境的客观事实，提升水资源利用效率是加速城市发展的有利保障。2015年国务院出台《水污染防治行动计划》，要求到2020年，全国水环境质量得到阶段性改善，污染严重水体较大幅度减少，饮用水安全保障水平持续提升。到2030年，力争全国水环境质量总体改善，水生态系统功能初步恢复。到本世纪中叶，生态环境质量全面改善，生态系统实现良性循环。“十三五”规划对水资源利用效率也提出了更高的要求，《水利改革发展“十三五”规划》明确要求以全面提升水安全保障能力作为主线，建设节水型社会，提高各行各业水资源利用效率，对万元国内生产总值用水量提出了下降23%的坚定目标。

目前,中国生态文明建设取得了一定的成绩，水资源污染问题得到了一定的改善，但仍然存在一些问题。第一，虽然中国的水资源总量很大，但由于人口基数大，人均占有量很低，与世界其他国家相比，排在中后水平，属于严重缺水国家。第二，水污染问题严重，2017年水利部水资源公报显示，中国有8.3%的河流长度、19.5%的湖泊和2.3%的水库属于劣Ⅴ类水质，全国地下水水质检测评价结果总体较差，水质极差的地区占14.6%，水污染进一步加剧了水资源短缺的压力。第三，水资源在空间上分布不均衡，中国幅员辽阔，由于地理位置和气候差异，中国东南部降水丰富，水系发达，西北部常年干旱少雨，地表蒸发大，水资源呈现东南多西北少的不均衡分布格局[1-2]。从水资源总量来看，南方水资源总量占全国水资源总量的81%，而北方水资源总量只占全国水资源总量的19%。水环境污染和空间分布不均衡进一步加剧了水资源短缺问题的严重性。2017年全国用水总量达6 043.4亿m3，其中用于工业生产的水资源达1 277亿m3，占用水总量的21.1%。工业生产对水资源的消耗量巨大，同时也产生了大量的水污染问题，不仅占用了大量水资源，还破坏了水环境，进一步加剧了中国水资源的供需矛盾。因此，提高水资源绿色效率应首先重视污染严重且水资源消耗大的工业生产领域，从小范围区域研究工业水资源绿色效率的影响因素，对于提高地区水资源绿色效率，节约水资源以及加强水环境治理工作都具有较为重要的现实意义。

水资源利用效率的测度方法有多种，如层次分析法、比值分析法、随机前沿分析法(SFA)和数据包络分析法(DEA)[3-6]。层次分析法具有很强的主观性，容易产生工业水资源绿色效率的测度误差，比值分析法属于单一要素的效率分析方法，该方法把水资源作为单一投入要素却忽视了其他投入要素的配合效率；随机前沿分析法适用于单一产出的问题，而对于工业用水产生的多种非期望产出则不太实用；数据包络模型通过数学规划的方式结合投入产出理论对效率值进行测度，在水资源利用效率的研究上具有很广泛的应用，而随着研究的不断深入，学术界开始采用含非期望产出的DEA-SBM模型测度绿色用水效率，该模型可以解决非角度和非径向问题，同时可以解决多种非期望产出问题。基于以上对比分析，本文选择含非期望产出的DEA-SBM模型测度浙江省工业水资源绿色效率。

1 文献综述

水资源利用效率的研究一直是国内外研究的重点，对于水资源利用效率的研究大致可以分为两类，一类是对于水资源利用效率的理论研究，另一类是水资源利用效率的实证研究。水资源利用效率的理论研究大致分为三类。第一类为单要素水资源利用效率的测度，该类研究将水资源作为单一的投入要素，如比值分析，将水资源作为单一的投入要素投入到生产系统，通过生产的经济产值与水资源投入的比值作为水资源的利用效率，Barker等[12-18]运用比值法对各地区的水资源利用效率进行了测度。第二类为全要素水资源利用效率的研究，该类研究在考虑到水资源作为投入要素时，还会与其他投入要素产生配合关系，测度的是一种配合效率，Karagiannis等[6-12]学者都尝试对水资源利用效率进行了测度。第三类为绿色全要素水资源利用效率的研究，该类方法在全要素水资源利用效率的基础上还考虑到了水资源利用过程中产生的环境污染问题，因此是一种绿色的水资源利用效率，如孙才志等[19-24]通过考虑含非期望产出的水资源绿色效率测度方法对我国各地区的水资源绿色效率进行了尝试性研究。在此基础上，有学者考虑将水资源利用过程和污水处理过程分离，进行两阶段研究，如汪克亮等[25]通过两阶段法测度了长江经济带工业水资源绿色效率。

水资源利用效率的实证研究较多，大多围绕水资源利用效率的空间差异、时间差异和影响因素进行研究。钱文婧等[26]将水资源、劳动力和固定资产投资作为投入要素，将经济产出作为产出要素，在全要素理论的框架下对我国水资源利用效率进行了差异化研究，发现中国东、中、西3个地区的水资源利用效率差异显著，东部地区效率最高，西部地区效率最低，水资源治理政策应该结合各地区自然和经济环境因地制宜。但韩文艳等[27]通过含非期望产出的DEA-SBM方法对全国水资源绿色效率进行了测度，却得出了不一样的结论，研究发现全国水资源绿色效率最高的地区为东部，而中部的效率为最小。刘钢等[28]通过水足迹强度指标来测算长江经济带水资源利用效率，发现长江经济带地区水资源利用效率空间分异明显，但无明显的空间集聚现象。丁绪辉等[29]通过DEA-Tobit模型对中国31个省份水资源利用效率的影响因素进行了分析，发现地区经济发展水平、工农业结构、水资源的丰富程度和政府干预强度是主要影响因素。工业水资源利用效率研究相对较少，由沙丘[30]对全国31各省份工业绿色全要素水资源利用效率进行了测度，并对差异性进行了分析，刘悦等[31]对长江经济带水资源利用效率进行了时空分析，张峰等[32]对我国工业水资源利用效率的空间差异进行了检验等。

国内外学者在多个方面对水资源效率进行了理论研究和实证分析，并尝试将理论成果运用到工业生产上，得出了一些有价值的研究成果，但还存在改进的空间。首先在工业水资源效率测度上，大多学者以工业废水作为非期望产出，但没有考虑到废水在被处理过程应该付出的治理费用，水资源利用过程中产生的非期望产出最终以废水治理费用体现而不是工业废水排放量，因此本文以工业废水在废水处理厂处理的费用作为非期望产出以更完整地体现工业水资源从生产到废水处理的过程。其次，大多数学者在研究工业水资源利用效率时将整个中国作为研究对象，这种大范围区域尺度会使得地区与地区之间由于自然环境、经济发展水平、环境政策等差异而缺乏可比性，从而降低了政策指导效果。因此，笔者以范围较小的省级区域作为研究区域，增强地区间的可比较性。在此基础上考察工业水资源绿色效率的影响因素，以期为省级工业水资源绿色效率的测度方法和提高途径提供一定的参考价值，为水资源绿色效率的理论研究进行有益尝试。

2 浙江省工业水资源绿色效率测度

2.1 工业水资源绿色效率测度模型构建

Tone[33]在2001年提出了一种可以解决非径向和非角度问题的数据包络模型，得到了学术界的广泛认可，本文借鉴Tone构建的含非期望产出的DEA-SBM模型对浙江省工业水资源绿色效率进行测度，模型构建如下：

(1)

2.2 投入产出指标体系构建

通过含非期望产出的DEA-SBM模型对浙江省工业水资源绿色效率进行测算，以工业用水量、工业从业人数、工业用电量和固定资产投资作为投入要素，以工业生产总值作为期望产出，为更直观地体现水资源利用过程中所需要付出的环境代价，以工业废水完全被处理状态下的治理费用作为非期望产出。非期望产出中的工业废水治理费用以各地区当年废水治理费用除以废水治理率来代表在工业废水全部治理的情况下所需要付出的环境治理代价。并对固定资产投资、工业生产总值、工业废水治理费用以2008年为基期进行折算。数据来源于浙江省统计年鉴、各地级市统计年鉴和浙江自然资源与环境统计年鉴。

2.3 测度结果分析

浙江省工业水资源绿色效率测度结果,见表1。

表1 浙江省各地区工业水资源绿色效率值

从空间分布来看，浙江省中部地区工业水资源绿色效率最高，南部和北部的工业水资源绿色效率较低。中部地区以经济发达的杭州市、绍兴市、宁波市和旅游城市舟山市为主，经济发达的城市和对环境保护要求较高的舟山市水资源绿色效率较高。

从变动趋势分析，浙江省各地级市工业水资源绿色效率的变动呈现出一定的规律性，变动情况见图1所示。

图1 浙江省工业水资源绿色效率变动趋势图

由图1可以看出，浙江省工业水资源绿色效率总体上呈现出波动性变化规律，2011—2017年间，除湖州市、衢州市、舟山市和丽水市以外，各地级市的变化情况具有相似性，效率值呈现先下降后上升的趋势，并在2013年或2014年间达到极小值。舟山市处于浙江省工业水资源绿色效率的领先水平。湖州市、衢州市和丽水市工业水资源绿色效率常年处于全省落后水平，有待提升。

3 浙江省工业水资源绿色效率影响因素研究

3.1 影响因素指标选择

以浙江省工业水资源绿色效率作为因变量，通过Tobit回归模型对工业水资源绿色效率的影响因素进行回归分析。在前人研究的基础上结合浙江省水资源开发情况，确定可能的影响因素主要有对外开放水平、环境规制、经济发展水平、人均水资源拥有量和技术进步。

对外开放水平体现了一个地区与外界的沟通交流能力，能为工业企业带来先进的管理经验和资源配置效率[28]，但也可能吸引国外高污染企业的进驻，但在浙江省较为严格的环境保护政策下进驻的可能性较低，因此预测对外开放水平对浙江省工业水资源绿色效率起到促进作用。环境规制代表一个地区对环境保护的力度，环境保护政策在实施的前期会抑制工业经济产值，但从长期来看会引导高污染企业向绿色工艺生产型企业转型，因此，环境规制对浙江省工业水资源绿色效率的影响效果应视具体的环境状况和实施时间做进一步验证。经济发展水平体现了一个地区的总体发展状况，经济发展水平较高的地区对水资源管理更加精细化，同时工业企业的竞争加剧，对水资源的配置会更加有效，因此预测经济发展水平对浙江省工业水资源绿色效率起到促进作用。人均水资源拥有量体现了某一地区水资源禀赋，水资源越高的地区水资源的浪费相对较为严重，但水资源的浪费情况也会受到地区节水政策、用水价格等多种因素影响，因此人均水资源拥有量对浙江省工业水资源绿色效率的影响显著效果需要进一步验证。技术进步体现了一个地区科技发展的进步水平，预测期会对浙江省工业水资源绿色效率起到促进作用。

3.2 Tobit回归模型构建

考虑到浙江省各地级市工业水资源绿色效率值处于[0，1]之间，属于受限因变量，因此本文选取适合处理该类因变量的Tobit回归模型。在利用Tobit模型对面板数据进行回归分析之前，需要对面板数据进行一系列检验。通过LLC法和ADF-Fisher法对面板数据的单位根进行检验，在对所有数据进行一阶差分处理后，全部通过单位根检验，利用Kao检验对面板数据进行协整检验，检验结果通过。表明面板数据可以进行进一步的Tobit回归分析。对面板模型的变系数模型和随机效应等进行了检验，检验结果为变截距固定效应面板模型，构建面板固定效应的变截距Tobit回归模型，模型构建如下：

Eit=αi+β1hit+β2kit+β3rit+β4sit+β5tit+εit

(2)

式中:Eit为浙江省各地区各年的工业水资源绿色效率值;αi为常数项;hit、kit、rit、sit、tit分别为浙江省各年各地区的对外开放水平、环境规制、人均生产总值、人均水资源拥有量和技术进步;β1、β2、β3、β4、β5分别为待求系数;εit为随机扰动项。以此模型对浙江省工业水资源绿色效率的影响因素进行回归分析。

3.3 Tobit实证结果分析

Tobit回归结果见表2所示。

表2 浙江省工业水资源绿色效率的影响因素回归结果

由浙江省工业水资源绿色效率的影响因素回归结果可以看出，对外开放水平和环境规制对浙江省工业水资源绿色效率的影响显著，其中对外开放水平对浙江省工业水资源绿色效率起到积极的促进作用，这说明在浙江省加强对外沟通交流，有利于吸收和学习外界优秀的工业水资源管理经验和技术，能够有效提高工业生产过程中水资源与其他配置资源的配置效率，减少水资源和其他投入资源的浪费，对缓解浙江省水资源供应压力和改善水污染具有积极效果。同时也说明对外开放并没有导致国外高污染企业大量迁入带来的环境污染情况。

环境规制对浙江省工业水资源绿色效率起到负面的抑制作用，这说明从总体上看环境规制还是以抑制经济产出为主，浙江省大力治理工业污染的时间并不长久，对工业绿色生产工艺的改造还不成熟，高污染企业向绿色产业的转型换代还在进行中。因此，从短期来看，严厉的环境政策会降低浙江省工业产值，而绿色化生产的工业企业还未形成产能，从而以抑制浙江省工业水资源绿色效率为主。但从长期来看，当浙江省工业企业完成了绿色生产工艺转型并形成经济产出能力后，被严厉环境政策所淘汰的工业经济产出能力得以恢复，同时对环境造成污染的非期望产出减少，浙江省未来工业水资源绿色效率将会达到新的高度。

经济发展水平、人均水资源拥有量和技术进步对浙江省工业水资源绿色效率的影响较小。浙江省经济发展水平并没有显著影响到工业水资源绿色效率，其原因是浙江省各地区的工业企业相互沟通交流频繁，采取了相似的生产技术，同时，全省采取了严厉的环境管制政策，因此经济发展水平所带来的效果并不显著。由于全省都在大力提倡节水意识，同时，浙江省尚不存在严重缺水的地区，因此，水资源丰富而可能产生的水资源浪费情况在浙江省并不存在明显的地区差异，导致人均水资源拥有量对浙江省工业水资源绿色效率的影响不明显。技术进步对浙江省工业水资源绿色效率的影响并不显著，其原因是浙江省工业企业技术交流畅通，尚不存在明显的技术差异，同时也可能在于浙江省工业绿色生产技术存在瓶颈，短时期内还未出现能对工业水资源绿色效率产生显著影响的技术出现。

4 结论与建议

4.1 结论

本文构建含非期望产出的DEA-SBM模型，对浙江省工业水资源绿色效率进行测度，并通过构建面板固定效应Tobit回归模型对影响因素进行了分析，得出以下主要结论。

a. 浙江省工业水资源绿色效率在时间维度上具有先下降后上升的变化规律，在2013年和2014年处于较低水平，说明自2015年后，国家和浙江省大力治理水污染的防治行动是较为有效的。但湖州市、衢州市和丽水市工业水资源绿色效率具有不断下降的趋势，需要格外关注和重点防范。

b. 浙江省工业水资源绿色效率在空间分布上呈现南北低中间高的格局，经济较为发达的杭州市、绍兴市、宁波市和旅游业发达的舟山市工业水资源绿色效率为全国最高，其中舟山市除2008年和2014年外都达到了相对有效，位于浙江省领先地位。嘉兴市、湖州市、衢州市和丽水市多年来未达到全省平均水平，是浙江省工业水资源绿色效率最低的4个城市。

c. 对外开放水平对浙江省工业水资源绿色效率起到积极的促进作用，与外界的沟通和交流能够为浙江省工业企业借鉴更好的水资源管理技术和方案，同时由于浙江省较为严厉的环境保护政策，国内外高污染企业较难以进入。

d. 由于大力治理污染的环境保护政策实施时间还不长久，严厉的环境保护政策有力打击了工业企业的经济产值，高污染和高消耗的生产模式向绿色生产工艺的转型还未完成，绿色效益还未显现，因此环境规制对浙江省工业水资源绿色效率在短时间内以抑制作用为主。但随着绿色生产模式的转变完成，从长时间来看，环境规制最终会促进浙江省工业水资源绿色效率的提升，并且会在原来的基础上提升一个台阶。

e. 经济发展水平、人均水资源拥有量和技术进步对浙江省工业水资源绿色效率的影响作用不大，可能的原因是经济发展和水资源富裕程度并未改变人们节水意识，浙江省对各个地区水资源环境保护效果都具有较高要求，而全省在绿色生产工艺上得以沟通和交流，各地区未存在明显的差距，工业水资源绿色效率相关技术可能也存在瓶颈。

4.2 相关建议

a. 加强对外沟通与交流。应积极与外界进行沟通，不断学习先进的水资源管理经验和技术手段，提高自身水资源利用的管理能力，并定期组织学习和研究会议。要严格防范对外开放过程中可能进驻的高污染企业，应坚决抵制。

b. 坚持严厉的环境保护政策。应坚持严厉的环境保护政策不动摇，虽然环境保护政策在短时间内降低了浙江省工业企业的经济效益，但从长时间来看，环境保护政策是在激励工业企业的转型换代，让工业水资源绿色效率进一步得到提升。同时，浙江省环境治理效果良好，为居民提供了良好的活动环境，深得民心。

c. 提供激励性的高污染企业治理策略。激励性的高污染企业治理策略相较于强迫性的环境治理政策而言能更有效地引导高污染排放企业向绿色生产工艺型企业的转型，使得转换过程趋于平稳，降低企业抵制力量，加快转型换代速度。

d. 加大对工业水资源绿色效率相关技术研发资金投入。在浙江省技术进步指数对工业水资源绿色效率的影响并不显著，但并不代表技术作为绿色工艺转型换代的作用不大。加大对工业水资源利用效率相关的技术研发资金投入，突破技术瓶颈，继续加强区域间技术交流，依托技术创新驱动模式，为浙江省工业水资源绿色效率的提升提供源源不断的动力。