黃河流域工業用水效率提升策略研究

黨麗娟

（中國宏觀經濟研究院 國土開發與地區經濟研究所，北京 100038）

1 引 言

黃河流域生態保護和高質量發展重大國家戰略的主要目標之一是推進水資源節約集約利用。當前我國工業用水量受到總量與效率的雙重約束，黃河流域高耗水行業用水量占比超過80%，工業用水供需結構和空間失衡的矛盾在重大區域戰略實施過程中更加凸顯。因此，在黃河流域水資源緊缺現狀與工業快速發展的嚴峻形勢下，如何從增加經濟效益和減少環境污染兩方面來提高工業用水效率是亟待解決的問題。

目前關于全國和區域工業用水效率問題的研究已有不少成果，大多集中在效率值的計算［1－2］、效率的空間差異以及影響因素［3－4］等方面。從已有研究成果看，區域水資源稟賦和工業發展水平的差異是工業用水效率空間差異的重要原因［5］，且在不同區域尺度上得到廣泛驗證［6－7］，然而，如何指導地區工業高效用水或如何因地制宜改進工業用水效率的研究則稍顯不足。地區的主體功能各異決定了工業用水效率的影響因素及影響程度必定存在差異［8］，忽視差異或將導致研究結果存在偏差［9］。因此，工業用水效率影響因素的空間差異性研究顯得尤為必要。為明確黃河流域各地級市工業用水效率的主導因素，本研究將工業用水效率各影響因素按照回歸系數進行空間差異性分析，以期有針對性地提出各地區提升工業用水效率的對策，并為水資源配置、產業布局調整、產業結構優化等提供參考。

2 黃河流域工業用水效率時空演變特征分析

數據包絡分析（DEA）模型法以評價單元投入產出的比率來表征相對效率值，是較為主流的效率評價方法。本文應用DEA理論，基于用水的期望輸出和非期望輸出（污水排放）雙重視角選擇評價指標，利用Super－SBM模型計算2005年、2010年、2015年和2019年黃河流域的工業用水效率。投入指標主要包括水資源投入量、資本和勞動力投入量，產出指標主要包括經濟產出（考慮環境影響的研究則需加入污染物的排放等指標）。輸入指標包括工業用水量、工業從業人數和工業固定資產投資總額，輸出指標包括工業增加值、工業廢水排放量、工業COD排放量、工業氨氮排放量、研發占比。其中：各部門用水量數據分別來源于各?。▍^）相應年份的水資源公報；以按三次產業劃分的就業人數表征勞動力投入，以固定投資總額表征資本投入，相關數據均來自于各?。▍^）相關統計年鑒、《中國城市統計年鑒》《中國區域經濟統計年鑒》《中國環境統計年鑒》、Wind數據庫以及各地區不同年份的社會經濟發展公報等。

（1）黃河流域工業用水效率處于中等水平。利用自然斷點法，將各地級市工業用水效率分為低等水平（小于0.6）、中等水平（0.6和1.0之間）和高等水平（大于1.0）。2000—2019年流域用水效率平均值為0.758，上游的用水效率高于中下游的用水效率。從省際層面上看，黃河流域工業用水效率具有明顯的空間差異性，2019年流域各?。▍^）用水效率較高的為寧夏、內蒙古和山東，較低的為山西、甘肅和河南。從市級層面上看，68個地級市的工業用水效率平均值為0.559，且空間差異顯著，高效率中心有向下游轉移的趨勢（見圖1）。

圖1 黃河流域各地級市典型年份用水效率分布

（2）黃河下游地區工業用水效率總體不高，部分地級市的工業用水效率處于低等水平，說明黃河流域工業化進程中兼有水資源浪費與水環境污染情況，工業用水效率有較大提升空間。2005年各地級市用水效率平均值為0.448，總體上處于低效率水平。其中：用水效率為高等水平的地級市共有11個，占總數的15.94%；上游地區的青海大部分地級市用水效率較高，特殊的地理環境決定了其規?；I生產受限，生態環境的破壞較小，工業用水效率較高；下游的山東具有較好的工業結構基礎和較高的經濟技術水平，在一定投入條件下能獲得較高的產出；用水效率為中等水平的地級市共有8個，占總數的11.60%；低等水平的地級市主要分布在中上游地區，占總數的72.46%。這些地區有大量煤化工、電力、鋼鐵等重工業高耗水產業，水資源超載現象嚴重，同時部分企業用水粗放、工業廢水排放量大，工業用水效率低下。

2019年，黃河流域各地級市的工業用水效率水平整體有所提升，平均值為0.606，較2005年提高了26.01%。其中：用水效率為高等水平的地級市數量增加了27.27%，中等水平的地級市數量增加了46.7%，而低等水平的地級市數量減少了22.0%。從工業用水效率的等級變化情況看：6個地級市等級提升，主要位于中游地區的甘陜等地；渭南、洛陽等地級市的汽車、航空、電子信息等新興非能源產業增長迅速；焦作、黃南州等地級市的工業規模小，近年來在傳統產業的升級改造和落后產能淘汰方面力度有所加大，推動了用水效率的提高；位于下游地區的東營、德州、聊城、濱州、菏澤5個地級市的等級降低，這些地級市新舊動能轉換的壓力較大，工業產出的增速放緩、工業廢水排放量顯著增加，對工業用水效率產生不利影響。

3 黃河流域工業用水效率影響因素分析

3.1 工業用水效率影響因素

結合已有研究［10］，本文從水資源稟賦、經濟發展水平、工業產業結構、工業用水結構、城鎮化進程、科學技術和環境污染等方面，選取水資源總量、人均GDP、工業增加值占比、工業用水占比、城鎮化率、研發經費占比、工業廢水排放量、工業用水重復利用率等指標，分析各地級市工業用水效率的影響因素。首先通過共線性診斷分析（見表1），得出方差膨脹因子（VIF）最大的兩個變量（總人口、GDP）；其余指標VIF的平均值為3.16（＜10），滿足回歸分析基本要求。

表1 最小二乘法模型估計結果

3.2 GWR模型回歸分析結果

為分析不同自然條件和社會條件影響下工業用水效率的空間差異，運用地理加權回歸（GWR）模型對黃河流域各地級市工業用水效率影響因素的空間異質性進行探究。將通過顯著性檢驗的影響因素作為自變量，構建GWR模型，根據模型的運算結果可得出每個地級市各指標的回歸系數，通過分析各回歸系數的差異性，可以揭示不同地級市各個指標的影響程度（大或?。┖妥饔梅较颍ㄕ蜇摚?。各地級市的擬合優度R2為0.62～0.84，可見本文選擇的6個指標對各地級市工業用水效率的綜合解釋力較強?；貧w系數表現出正、負兩種不同效應且大小不同，說明影響因素具有顯著的空間異質性。從GWR各指標回歸系數絕對值的平均值來看，人均GDP對工業用水效率的影響最大，其他依次為研發經費占比、工業用水重復利用率、工業增加值占比、工業用水量占比、水資源總量（見表2）。GWR模型各影響因素回歸系數空間分布見圖2。

圖2 GWR模型各影響因素回歸系數空間分布

表2 GWR模型運算結果

（1）水資源總量與工業用水效率負相關。水資源總量的GWR回歸系數均為負值，表明水資源越豐富的地區工業用水效率反而越低。從回歸系數的空間分布看，高值區主要分布在青海、寧夏的大部分地級市，低值區分布在黃河中下游交界處以及下游入?？趨^域。這與前人的研究結論相符，豐富的水資源使取水容易、用水成本低，易造成水資源浪費，降低工業用水效率。另外，水資源價格也在一定程度上影響工業用水效率。2019年甘肅內陸河人均用水量高達1 483 m3（而北京僅為114.21 m3），用水價格僅為北京的48%，表明水資源越豐富、水價越低，越容易造成水資源浪費。因此，引入差異化的水資源價格市場機制［11］，能夠引導工業節約用水、提升用水效率。

（2）研發經費占比與工業用水效率總體正相關。研發經費占比對83.58%的城市工業用水效率具有正相關效應，這表明研發投入對工業用水效率提升有促進作用。從回歸系數的空間分布看，高值區主要分布在呼包鄂榆地區、太原都市圈等地，這些地區雖屬于資源型城市和全國老工業基地，但生產工藝先進，其中榆林、呂梁萬元工業增加值用水量遠低于全國41.3 m3的平均水平?？梢?，研發投入加大總體上有利于促進技術進步和創新水平提高，以更少的投入獲得更多期望產出［12］。然而，研發投入會受到投入成本與產出不相匹配、轉化不足或滯后效應等影響［13，15－16］。

（3）人均GDP與工業用水效率總體負相關。人均GDP的GWR回歸系數有正有負，但從整體來看表現為負相關關系，這與前人［14，17－18］研究結論一致。人均GDP回歸系數的負向影響高值區主要為能源化工分布區，如寧東地區、呼包鄂榆等地，這些地區能源產品生產工藝、用水水平已經屬于全國乃至國際較高水平，用水效率的提升空間不大，造成人均GDP越大而工業用水效率提升不顯著的結果；人均GDP回歸系數的正向影響高值區主要為黃河下游地區，如鄭州、濟南都市圈，這些沿岸地區經濟發展水平較高、工業規模趨于穩定、工業發展模式更加優化，水資源浪費較小。這也證實了在穩定的工業用水水平下，合理的工業結構能夠顯著提高工業用水效率。

（4）工業用水量占比與工業用水效率負相關。工業用水占比的GWR回歸系數與普通最小二乘法（OLS）回歸系數一致為負，表明工業用水占比越高的地區，工業用水效率越低。在工業產出一定的條件下，水資源投入量越少，表示工業用水效率越高。高值區主要位于蘭州－西寧城市群，其工業發展主要以高耗水的重化工業為主，工業用水工藝及用水水平等與發達地區存在一定差距，工業用水效率低下。針對此類地區，應嚴格控制高耗水產業發展，實施水資源總量和強度雙控行動［18］，加大節水力度。

（5）工業增加值占比與工業用水效率正相關。工業增加值占比的提高對黃河流域工業用水效率表現為正向作用，回歸系數的高值區位于銀川、蘭州、西寧等上游地區，低值區位于西安、鄭州、洛陽等中下游地區。在高耗水行業較為集中的地區，提升工業增加值占比并不影響用水效率。這在一定程度上體現了在促進經濟社會發展全面綠色轉型的背景下，工業用水效率不斷提升。隨著工業現代化程度不斷提升，相同產出條件下水資源的消耗不斷減少，工業用水效率不斷提高。因此，優化工業產業結構，適度壓縮高耗水、高廢水的初級產品制造業［19］，加大產業結構綠色轉型力度，能夠增加產品附加值和競爭力，有效提升水資源效率［20］。

（6）工業用水重復利用率與工業用水效率正相關。提高工業用水重復利用率，可以減少工業用水量的投入，從而提升用水效率。從回歸系數的空間分布看，山東各地級市、鄭州都市圈等低值區廢水排放量較多，中水回用率低［21］；高值區主要集中在蘭州－西寧城市群，廢水排放量相對較少，表明提高工業用水重復利用率對工業用水效率具有提升作用，且在廢水排放量少的地區更為顯著。2019年流域各地區平均重復用水率為66.67%，尚有較大提升潛力。在新發展理念下，未來應轉變粗放用水模式，挖掘工業重復用水潛力與空間，對能源重化工基地進行生態綠色化改造，科學發展循環型工業，提高工業用水效率［22］。

3.3 工業用水效率的區域類型劃分與提升策略

3.3.1 工業用水效率的區域類型劃分

從上文的工業用水效率影響因素回歸系數分析結果可以看出：水資源總量、工業用水量占比、工業增加值占比、工業用水重復利用率這4個指標的作用方向是同向的，但存在程度上的差異；人均GDP和研發經費占比2個指標的作用方向在不同區域表現出有正有負的顯著差異。為進一步因地制宜提出工業用水效率提升策略，在不同地級市的影響因素回歸系數具有區域差異性的基礎上，引入產業結構合理化指數（即第二產業增加值與第三產業增加值的比值）［23］，作為表征生產效率提升和產業高質量發展的關鍵指標，對各地區的發展水平、產業結構、工業廢水排放與用水效率進行疊加聚類分析，分類分區提出流域工業用水效率提升路徑，以增強水資源可持續利用的能力，更好地為地區經濟高質量發展提供保障。鑒于黃河流域部分地級市工業用水重復利用率指標統計數據不完整，缺乏該項數據的地級市選取廢水排放量這一指標進行分析。據此進行的黃河流域各地級市用水效率水平類型劃分見表3。

表3 黃河流域各地級市用水效率水平類型劃分

3.3.2 不同類型區工業用水效率的提升策略

對工業用水效率低等水平的地區而言，水資源缺乏地區（如烏海、銀川、銅川、白銀、蘭州等）應鼓勵發展水資源集約型產業，優化產業結構，加強水權交易市場建設，通過市場競爭的方式促進產業結構優化升級，提升水資源利用效率；水資源較豐富的地區應實施水資源可持續利用戰略，嚴格水資源保護與監管制度，提升水資源可持續利用和保障能力［24］。

工業用水效率中等水平的地區大多工業廢水排放處于中－高水平，應以降低排放水平為主要目標。對于工業廢水排放量較大的工業集聚區［15］，可推行集約化生產方式，通過加大對工業廢水處理設施的投入，提高工業用水的重復利用率，中長期要推動技術進步或設備更新來實現工業節水。

工業用水效率高等水平的地區仍具有提高用水效率的潛力。產業結構較為合理的地區（如呂梁、鶴壁、海南州等）屬于中低排放水平，未來應加大落后產能淘汰力度，提高能源重化工和裝備制造業清潔生產水平，大力發展循環經濟，提升水資源利用效率；產業結構不太合理的地區（如青海部分地級市（州）、寧夏中衛以及陜西寶雞等地），應嚴格執行區域環境容量和濃度管控，倒逼地區煤炭、煤電、鋼鐵、化工發展規?？刂埔约暗V山開采、有色金屬冶煉等高污染、高耗能項目的轉型，促進傳統工業逐步向戰略性新興產業轉變［25］，穩定提升服務業的發展層次和水平，促進現有大型企業的優化整合［26］。

4 結 語

本研究通過Super－SBM模型測算了黃河流域9個?。▍^）2005—2019年的工業用水效率，結果表明黃河流域工業用水效率整體偏低，高效率中心總體上呈現由西向東轉移的趨勢。中上游地區部分地級市效率有上升趨勢，下游地區地級市則效率等級明顯下降。新興非能源產業增長迅速、傳統產業改造升級和落后產能淘汰，有效提升了區域綠色發展能力，推動了地區工業用水效率的提升。人均GDP對工業用水效率的影響最大，其他因素依次為研發經費占比、工業用水重復利用率、工業增加值占比、工業用水量占比、水資源總量。其中：水資源總量、工業用水量占比、工業增加值占比和工業用水重復利用率的影響作用是正向的，但存在程度上的差異；人均GDP和研發經費占比兩個指標的影響作用有正有負。

對提升工業用水效率的建議：①延長能源資源類產業鏈條，調整優化高耗水性產業的結構布局，因地制宜發展新材料、電子信息技術等新興產業，使水資源供需空間均衡協調；②推進水權水市場建設，開展水權交易試點，通過市場競爭機制和市場監管手段，實現水權跨行業有序合理流動，緩解水資源壓力；③實施行業用水定額和用水指標剛性約束，合理確定黃河流域不同區域行業用水量控制指標，確保人口規模、經濟結構、產業布局與水資源水環境承載能力相適應；④政府部門應結合節能減排和發展低碳經濟的要求，實施分區域、分行業、分用戶的節水技術資源有機整合，通過建設工業節水型園區、廢污水集中處理、再生水統一調配等措施形成規?；澦?；⑤加強用水計量管理和水資源稅費管理，樹立先進的取水用水理念。