考慮非期望產出的工業水資源綠色效率研究
——基于SBM-Tobit面板模型

章恒全，黃元龍，秦 騰，李 軍

(河海大學商學院，江蘇 南京 210000)

水資源是生態系統的重要組成成分，是所有人類和生物新陳代謝的載體，維護著地球生態的平衡與穩定。水作為人類賴以生存的自然資源，在保障生命延續的同時，還作為經濟發展必不可少的投入要素，推動著社會經濟的可持續發展。隨著中國社會、經濟、文化、生態環境建設發展的繼續深化,綠色化用水理念和節水意識不斷深入人心。2014年習近平總書記明確提出城市發展要堅持以水定城、以水定地、以水定人、以水定產的“四定”原則，強調城市的發展應該遵循水資源環境的客觀事實，提升水資源利用效率是加速城市發展的有利保障。2015年國務院出臺《水污染防治行動計劃》，要求到2020年，全國水環境質量得到階段性改善，污染嚴重水體較大幅度減少，飲用水安全保障水平持續提升。到2030年，力爭全國水環境質量總體改善，水生態系統功能初步恢復。到本世紀中葉，生態環境質量全面改善，生態系統實現良性循環?！笆濉币巹潓λY源利用效率也提出了更高的要求，《水利改革發展“十三五”規劃》明確要求以全面提升水安全保障能力作為主線，建設節水型社會，提高各行各業水資源利用效率，對萬元國內生產總值用水量提出了下降23%的堅定目標。

目前,中國生態文明建設取得了一定的成績，水資源污染問題得到了一定的改善，但仍然存在一些問題。第一，雖然中國的水資源總量很大，但由于人口基數大，人均占有量很低，與世界其他國家相比，排在中后水平，屬于嚴重缺水國家。第二，水污染問題嚴重，2017年水利部水資源公報顯示，中國有8.3%的河流長度、19.5%的湖泊和2.3%的水庫屬于劣Ⅴ類水質，全國地下水水質檢測評價結果總體較差，水質極差的地區占14.6%，水污染進一步加劇了水資源短缺的壓力。第三，水資源在空間上分布不均衡，中國幅員遼闊，由于地理位置和氣候差異，中國東南部降水豐富，水系發達，西北部常年干旱少雨，地表蒸發大，水資源呈現東南多西北少的不均衡分布格局[1-2]。從水資源總量來看，南方水資源總量占全國水資源總量的81%，而北方水資源總量只占全國水資源總量的19%。水環境污染和空間分布不均衡進一步加劇了水資源短缺問題的嚴重性。2017年全國用水總量達6 043.4億m3，其中用于工業生產的水資源達1 277億m3，占用水總量的21.1%。工業生產對水資源的消耗量巨大，同時也產生了大量的水污染問題，不僅占用了大量水資源，還破壞了水環境，進一步加劇了中國水資源的供需矛盾。因此，提高水資源綠色效率應首先重視污染嚴重且水資源消耗大的工業生產領域，從小范圍區域研究工業水資源綠色效率的影響因素，對于提高地區水資源綠色效率，節約水資源以及加強水環境治理工作都具有較為重要的現實意義。

水資源利用效率的測度方法有多種，如層次分析法、比值分析法、隨機前沿分析法(SFA)和數據包絡分析法(DEA)[3-6]。層次分析法具有很強的主觀性，容易產生工業水資源綠色效率的測度誤差，比值分析法屬于單一要素的效率分析方法，該方法把水資源作為單一投入要素卻忽視了其他投入要素的配合效率；隨機前沿分析法適用于單一產出的問題，而對于工業用水產生的多種非期望產出則不太實用；數據包絡模型通過數學規劃的方式結合投入產出理論對效率值進行測度，在水資源利用效率的研究上具有很廣泛的應用，而隨著研究的不斷深入，學術界開始采用含非期望產出的DEA-SBM模型測度綠色用水效率，該模型可以解決非角度和非徑向問題，同時可以解決多種非期望產出問題?；谝陨蠈Ρ确治?，本文選擇含非期望產出的DEA-SBM模型測度浙江省工業水資源綠色效率。

1 文獻綜述

水資源利用效率的研究一直是國內外研究的重點，對于水資源利用效率的研究大致可以分為兩類，一類是對于水資源利用效率的理論研究，另一類是水資源利用效率的實證研究。水資源利用效率的理論研究大致分為三類。第一類為單要素水資源利用效率的測度，該類研究將水資源作為單一的投入要素，如比值分析，將水資源作為單一的投入要素投入到生產系統，通過生產的經濟產值與水資源投入的比值作為水資源的利用效率，Barker等[12-18]運用比值法對各地區的水資源利用效率進行了測度。第二類為全要素水資源利用效率的研究，該類研究在考慮到水資源作為投入要素時，還會與其他投入要素產生配合關系，測度的是一種配合效率，Karagiannis等[6-12]學者都嘗試對水資源利用效率進行了測度。第三類為綠色全要素水資源利用效率的研究，該類方法在全要素水資源利用效率的基礎上還考慮到了水資源利用過程中產生的環境污染問題，因此是一種綠色的水資源利用效率，如孫才志等[19-24]通過考慮含非期望產出的水資源綠色效率測度方法對我國各地區的水資源綠色效率進行了嘗試性研究。在此基礎上，有學者考慮將水資源利用過程和污水處理過程分離，進行兩階段研究，如汪克亮等[25]通過兩階段法測度了長江經濟帶工業水資源綠色效率。

水資源利用效率的實證研究較多，大多圍繞水資源利用效率的空間差異、時間差異和影響因素進行研究。錢文婧等[26]將水資源、勞動力和固定資產投資作為投入要素，將經濟產出作為產出要素，在全要素理論的框架下對我國水資源利用效率進行了差異化研究，發現中國東、中、西3個地區的水資源利用效率差異顯著，東部地區效率最高，西部地區效率最低，水資源治理政策應該結合各地區自然和經濟環境因地制宜。但韓文艷等[27]通過含非期望產出的DEA-SBM方法對全國水資源綠色效率進行了測度，卻得出了不一樣的結論，研究發現全國水資源綠色效率最高的地區為東部，而中部的效率為最小。劉鋼等[28]通過水足跡強度指標來測算長江經濟帶水資源利用效率，發現長江經濟帶地區水資源利用效率空間分異明顯，但無明顯的空間集聚現象。丁緒輝等[29]通過DEA-Tobit模型對中國31個省份水資源利用效率的影響因素進行了分析，發現地區經濟發展水平、工農業結構、水資源的豐富程度和政府干預強度是主要影響因素。工業水資源利用效率研究相對較少，由沙丘[30]對全國31各省份工業綠色全要素水資源利用效率進行了測度，并對差異性進行了分析，劉悅等[31]對長江經濟帶水資源利用效率進行了時空分析，張峰等[32]對我國工業水資源利用效率的空間差異進行了檢驗等。

國內外學者在多個方面對水資源效率進行了理論研究和實證分析，并嘗試將理論成果運用到工業生產上，得出了一些有價值的研究成果，但還存在改進的空間。首先在工業水資源效率測度上，大多學者以工業廢水作為非期望產出，但沒有考慮到廢水在被處理過程應該付出的治理費用，水資源利用過程中產生的非期望產出最終以廢水治理費用體現而不是工業廢水排放量，因此本文以工業廢水在廢水處理廠處理的費用作為非期望產出以更完整地體現工業水資源從生產到廢水處理的過程。其次，大多數學者在研究工業水資源利用效率時將整個中國作為研究對象，這種大范圍區域尺度會使得地區與地區之間由于自然環境、經濟發展水平、環境政策等差異而缺乏可比性，從而降低了政策指導效果。因此，筆者以范圍較小的省級區域作為研究區域，增強地區間的可比較性。在此基礎上考察工業水資源綠色效率的影響因素，以期為省級工業水資源綠色效率的測度方法和提高途徑提供一定的參考價值，為水資源綠色效率的理論研究進行有益嘗試。

2 浙江省工業水資源綠色效率測度

2.1 工業水資源綠色效率測度模型構建

Tone[33]在2001年提出了一種可以解決非徑向和非角度問題的數據包絡模型，得到了學術界的廣泛認可，本文借鑒Tone構建的含非期望產出的DEA-SBM模型對浙江省工業水資源綠色效率進行測度，模型構建如下：

(1)

2.2 投入產出指標體系構建

通過含非期望產出的DEA-SBM模型對浙江省工業水資源綠色效率進行測算，以工業用水量、工業從業人數、工業用電量和固定資產投資作為投入要素，以工業生產總值作為期望產出，為更直觀地體現水資源利用過程中所需要付出的環境代價，以工業廢水完全被處理狀態下的治理費用作為非期望產出。非期望產出中的工業廢水治理費用以各地區當年廢水治理費用除以廢水治理率來代表在工業廢水全部治理的情況下所需要付出的環境治理代價。并對固定資產投資、工業生產總值、工業廢水治理費用以2008年為基期進行折算。數據來源于浙江省統計年鑒、各地級市統計年鑒和浙江自然資源與環境統計年鑒。

2.3 測度結果分析

浙江省工業水資源綠色效率測度結果,見表1。

表1 浙江省各地區工業水資源綠色效率值

從空間分布來看，浙江省中部地區工業水資源綠色效率最高，南部和北部的工業水資源綠色效率較低。中部地區以經濟發達的杭州市、紹興市、寧波市和旅游城市舟山市為主，經濟發達的城市和對環境保護要求較高的舟山市水資源綠色效率較高。

從變動趨勢分析，浙江省各地級市工業水資源綠色效率的變動呈現出一定的規律性，變動情況見圖1所示。

圖1 浙江省工業水資源綠色效率變動趨勢圖

由圖1可以看出，浙江省工業水資源綠色效率總體上呈現出波動性變化規律，2011—2017年間，除湖州市、衢州市、舟山市和麗水市以外，各地級市的變化情況具有相似性，效率值呈現先下降后上升的趨勢，并在2013年或2014年間達到極小值。舟山市處于浙江省工業水資源綠色效率的領先水平。湖州市、衢州市和麗水市工業水資源綠色效率常年處于全省落后水平，有待提升。

3 浙江省工業水資源綠色效率影響因素研究

3.1 影響因素指標選擇

以浙江省工業水資源綠色效率作為因變量，通過Tobit回歸模型對工業水資源綠色效率的影響因素進行回歸分析。在前人研究的基礎上結合浙江省水資源開發情況，確定可能的影響因素主要有對外開放水平、環境規制、經濟發展水平、人均水資源擁有量和技術進步。

對外開放水平體現了一個地區與外界的溝通交流能力，能為工業企業帶來先進的管理經驗和資源配置效率[28]，但也可能吸引國外高污染企業的進駐，但在浙江省較為嚴格的環境保護政策下進駐的可能性較低，因此預測對外開放水平對浙江省工業水資源綠色效率起到促進作用。環境規制代表一個地區對環境保護的力度，環境保護政策在實施的前期會抑制工業經濟產值，但從長期來看會引導高污染企業向綠色工藝生產型企業轉型，因此，環境規制對浙江省工業水資源綠色效率的影響效果應視具體的環境狀況和實施時間做進一步驗證。經濟發展水平體現了一個地區的總體發展狀況，經濟發展水平較高的地區對水資源管理更加精細化，同時工業企業的競爭加劇，對水資源的配置會更加有效，因此預測經濟發展水平對浙江省工業水資源綠色效率起到促進作用。人均水資源擁有量體現了某一地區水資源稟賦，水資源越高的地區水資源的浪費相對較為嚴重，但水資源的浪費情況也會受到地區節水政策、用水價格等多種因素影響，因此人均水資源擁有量對浙江省工業水資源綠色效率的影響顯著效果需要進一步驗證。技術進步體現了一個地區科技發展的進步水平，預測期會對浙江省工業水資源綠色效率起到促進作用。

3.2 Tobit回歸模型構建

考慮到浙江省各地級市工業水資源綠色效率值處于[0，1]之間，屬于受限因變量，因此本文選取適合處理該類因變量的Tobit回歸模型。在利用Tobit模型對面板數據進行回歸分析之前，需要對面板數據進行一系列檢驗。通過LLC法和ADF-Fisher法對面板數據的單位根進行檢驗，在對所有數據進行一階差分處理后，全部通過單位根檢驗，利用Kao檢驗對面板數據進行協整檢驗，檢驗結果通過。表明面板數據可以進行進一步的Tobit回歸分析。對面板模型的變系數模型和隨機效應等進行了檢驗，檢驗結果為變截距固定效應面板模型，構建面板固定效應的變截距Tobit回歸模型，模型構建如下：

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

(2)

式中:Eit為浙江省各地區各年的工業水資源綠色效率值;αi為常數項;hit、kit、rit、sit、tit分別為浙江省各年各地區的對外開放水平、環境規制、人均生產總值、人均水資源擁有量和技術進步;β1、β2、β3、β4、β5分別為待求系數;εit為隨機擾動項。以此模型對浙江省工業水資源綠色效率的影響因素進行回歸分析。

3.3 Tobit實證結果分析

Tobit回歸結果見表2所示。

表2 浙江省工業水資源綠色效率的影響因素回歸結果

由浙江省工業水資源綠色效率的影響因素回歸結果可以看出，對外開放水平和環境規制對浙江省工業水資源綠色效率的影響顯著，其中對外開放水平對浙江省工業水資源綠色效率起到積極的促進作用，這說明在浙江省加強對外溝通交流，有利于吸收和學習外界優秀的工業水資源管理經驗和技術，能夠有效提高工業生產過程中水資源與其他配置資源的配置效率，減少水資源和其他投入資源的浪費，對緩解浙江省水資源供應壓力和改善水污染具有積極效果。同時也說明對外開放并沒有導致國外高污染企業大量遷入帶來的環境污染情況。

環境規制對浙江省工業水資源綠色效率起到負面的抑制作用，這說明從總體上看環境規制還是以抑制經濟產出為主，浙江省大力治理工業污染的時間并不長久，對工業綠色生產工藝的改造還不成熟，高污染企業向綠色產業的轉型換代還在進行中。因此，從短期來看，嚴厲的環境政策會降低浙江省工業產值，而綠色化生產的工業企業還未形成產能，從而以抑制浙江省工業水資源綠色效率為主。但從長期來看，當浙江省工業企業完成了綠色生產工藝轉型并形成經濟產出能力后，被嚴厲環境政策所淘汰的工業經濟產出能力得以恢復，同時對環境造成污染的非期望產出減少，浙江省未來工業水資源綠色效率將會達到新的高度。

經濟發展水平、人均水資源擁有量和技術進步對浙江省工業水資源綠色效率的影響較小。浙江省經濟發展水平并沒有顯著影響到工業水資源綠色效率，其原因是浙江省各地區的工業企業相互溝通交流頻繁，采取了相似的生產技術，同時，全省采取了嚴厲的環境管制政策，因此經濟發展水平所帶來的效果并不顯著。由于全省都在大力提倡節水意識，同時，浙江省尚不存在嚴重缺水的地區，因此，水資源豐富而可能產生的水資源浪費情況在浙江省并不存在明顯的地區差異，導致人均水資源擁有量對浙江省工業水資源綠色效率的影響不明顯。技術進步對浙江省工業水資源綠色效率的影響并不顯著，其原因是浙江省工業企業技術交流暢通，尚不存在明顯的技術差異，同時也可能在于浙江省工業綠色生產技術存在瓶頸，短時期內還未出現能對工業水資源綠色效率產生顯著影響的技術出現。

4 結論與建議

4.1 結論

本文構建含非期望產出的DEA-SBM模型，對浙江省工業水資源綠色效率進行測度，并通過構建面板固定效應Tobit回歸模型對影響因素進行了分析，得出以下主要結論。

a. 浙江省工業水資源綠色效率在時間維度上具有先下降后上升的變化規律，在2013年和2014年處于較低水平，說明自2015年后，國家和浙江省大力治理水污染的防治行動是較為有效的。但湖州市、衢州市和麗水市工業水資源綠色效率具有不斷下降的趨勢，需要格外關注和重點防范。

b. 浙江省工業水資源綠色效率在空間分布上呈現南北低中間高的格局，經濟較為發達的杭州市、紹興市、寧波市和旅游業發達的舟山市工業水資源綠色效率為全國最高，其中舟山市除2008年和2014年外都達到了相對有效，位于浙江省領先地位。嘉興市、湖州市、衢州市和麗水市多年來未達到全省平均水平，是浙江省工業水資源綠色效率最低的4個城市。

c. 對外開放水平對浙江省工業水資源綠色效率起到積極的促進作用，與外界的溝通和交流能夠為浙江省工業企業借鑒更好的水資源管理技術和方案，同時由于浙江省較為嚴厲的環境保護政策，國內外高污染企業較難以進入。

d. 由于大力治理污染的環境保護政策實施時間還不長久，嚴厲的環境保護政策有力打擊了工業企業的經濟產值，高污染和高消耗的生產模式向綠色生產工藝的轉型還未完成，綠色效益還未顯現，因此環境規制對浙江省工業水資源綠色效率在短時間內以抑制作用為主。但隨著綠色生產模式的轉變完成，從長時間來看，環境規制最終會促進浙江省工業水資源綠色效率的提升，并且會在原來的基礎上提升一個臺階。

e. 經濟發展水平、人均水資源擁有量和技術進步對浙江省工業水資源綠色效率的影響作用不大，可能的原因是經濟發展和水資源富裕程度并未改變人們節水意識，浙江省對各個地區水資源環境保護效果都具有較高要求，而全省在綠色生產工藝上得以溝通和交流，各地區未存在明顯的差距，工業水資源綠色效率相關技術可能也存在瓶頸。

4.2 相關建議

a. 加強對外溝通與交流。應積極與外界進行溝通，不斷學習先進的水資源管理經驗和技術手段，提高自身水資源利用的管理能力，并定期組織學習和研究會議。要嚴格防范對外開放過程中可能進駐的高污染企業，應堅決抵制。

b. 堅持嚴厲的環境保護政策。應堅持嚴厲的環境保護政策不動搖，雖然環境保護政策在短時間內降低了浙江省工業企業的經濟效益，但從長時間來看，環境保護政策是在激勵工業企業的轉型換代，讓工業水資源綠色效率進一步得到提升。同時，浙江省環境治理效果良好，為居民提供了良好的活動環境，深得民心。

c. 提供激勵性的高污染企業治理策略。激勵性的高污染企業治理策略相較于強迫性的環境治理政策而言能更有效地引導高污染排放企業向綠色生產工藝型企業的轉型，使得轉換過程趨于平穩，降低企業抵制力量，加快轉型換代速度。

d. 加大對工業水資源綠色效率相關技術研發資金投入。在浙江省技術進步指數對工業水資源綠色效率的影響并不顯著，但并不代表技術作為綠色工藝轉型換代的作用不大。加大對工業水資源利用效率相關的技術研發資金投入，突破技術瓶頸，繼續加強區域間技術交流，依托技術創新驅動模式，為浙江省工業水資源綠色效率的提升提供源源不斷的動力。