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中国“南水北调”城市用水效率分析——全要素视角下的绩效分解与优化策略

发布日期:2020-11-12

中国“南水北调”城市用水效率分析——全要素视角下的绩效分解与优化策略*苗壮  盛济川** 摘要:本文基于Luenberger生产率分解分析框架,以中国“南水北调”所涉及调水、受水和治污的50个地级城市的面板数据作为研究样本,通过全要素分解分析,寻求南水北调东线及中线城市提升城市用水绩效的优化措施。研究结果表明:污水排放、免费供水和漏损是导致中国南水北调沿线城市用水整体无效率的重要因素,中线城市的居民家庭用水、免...

中国南水北调城市用水效率分析

——全要素视角下的绩效分解与优化策略*

苗壮  盛济川**

摘要:本文基于Luenberger生产率分解分析框架,以中国南水北调所涉及调水、受水和治污的50个地级城市的面板数据作为研究样本,通过全要素分解分析,寻求南水北调东线及中线城市提升城市用水绩效的优化措施。研究结果表明:污水排放、免费供水和漏损是导致中国南水北调沿线城市用水整体无效率的重要因素,中线城市的居民家庭用水、免费供水和漏损的静态效率水平好于东线城市,作为东中线同时受水城市的天津、沧州和衡水的相关指标优于其他城市,而东中线调水城市的静态绩效指标与其他城市差别不大。十一五时期以来,南水北调所涉及城市的整体用水全要素生产率(TFP)全面下降,从城市水务管理领域角度,中部城市的生产运营用水绩效对全要素生产率起到正面提升作用,东线城市污水排放绩效降幅较大;中线调水城市的用水和污水处理绩效均为正面效应;后期应重点关注全部城市的污水处理环节,并优先提升居民家庭用水、免费供水和漏损的相关绩效。尽管各城市用水的技术效率总体进步明显,但技术效率提升不能抵消技术进步下降的负面效应;东中线同时受水的3座城市的居民家庭用水呈现较明显的技术倒退趋势,东线城市污水排放技术亟须进一步提高。南水北调受水城市应进一步优先促进各环节的技术进步,重点关注自身短板环节的用水绩效改善。

关键词:南水北调全要素生产率绩效分解城市用水污水排放

 引言

可持续发展已成为各国政治议程中的重要议题。水资源的利用是可持续发展的重要领域,特别是在水资源相当稀少的地区。水资源的可持续利用,需要适合的科学分析框架。中国南水北调工程(SNWTP)的目标,是通过东、中、西三条线路的建设,将长江水输往华北和西北,改变中国水资源分布不均的现状。该项目已成为世界上规模最大、最具雄心的跨流域调水项目之一。南水北调东线主要由江苏省长江调水工程向北延伸,东线充分利用京杭大运河和淮河、海河流域现有河流进行输水。中线工程从长江最大的支流汉江中上游的丹江口水库取水,并通过新的干渠向北京供水。西线以长江上游支流调水为目标,但由于地形复杂和生态问题,西线仍处于规划阶段。整个南水北调计划是将长江、淮河、黄河、海河四大流域由南向北连接起来,最终形成中国四横三纵的水网。最后,该工程将影响中国近三分之一的土地面积,预计该工程项目将耗资2400多亿元人民币,并导致30多万人重新安置。东线和中线一期工程已分别于2013年和2014年竣工。这两条线路全长近2900公里,每年可从中国南方的长江流域向干旱的北方地区提供278亿立方米的淡水。

关于南水北调整体绩效的现有文献仍然很少,现有大多数研究更侧重于具体的项目管理,如水资源配置以及水价和建筑的环境风险。这些研究都没有基于资源-经济-环境的框架来分析南水北调工程对沿线城市用水性能的可能影响。这种文献上的空白使得客观评价该工程造成的社会和经济影响变得困难。有若干项研究关注了该工程对城市用水可能产生的影响。这些研究认为,南水北调会改变沿线城市用水绩效,但从南水北调工程建设之初至今,并没有对其用水绩效直接进行系统的评价。事实上,南水北调是改变这些城市用水绩效的最重要因素之一,尽管不能认为南水北调是这些城市用水绩效变化背后的唯一因素。

南水北调城市经济的快速增长导致用水量和污水排放量大幅增加,大量未经处理的工业污水直接排入沿线的湖泊和河流。此外,农业生产造成的非点源污染对沿线的河流湖泊构成了巨大的威胁。为了保证南水北调地区的水质,中国政府提出了南水北调水资源管理政策的三个目标:先节水后引水,控制污染后调水,保护环境后用水。建设初期,国务院批准了《南水北调东线污染控制规划》和《关于丹江口库区及上游地区水污染控制和水土保持规划。中国也引入了生态补偿制度为了解决南水北调工程中的水污染问题,将流域服务付费与污染者付费原则相结合

随着中国国家水处理计划的实施,一些节水政策已经出台。在工程建设初期,《水法》就强调要创建节水型社会。此外,还制定了三个节水社会建设五年规划。为了提高用水效率,中国提出了水资源管理制度和水资源开发利用、用水效率和水污染三条红线,从而从制度上根据水资源的可得性促进社会经济发展。

关于南水北调工程的影响一直存在不确定性,各方讨论的重点是污染控制和效率,这意味着需要提高水的效率。另一方面,南水北调工程减少了水资源短缺,促进了经济增长,这可能会增加污染。因此,有必要从用水效率的角度来研究南水北调工程的作用。然而,早期成果对水资源利用效率的研究一般强调水作为生产单一理想产出(如GDP)的输入,而没有考虑一些不可避免的非期望产出(如污水排放)。基于数据包络分析(DEA)的水资源利用效率变化分解方法,从水资源利用效率变化的变量分解和根源分解的角度,提供了相关学术支撑。此外,用水生产率变化的来源(技术效率变化和技术进步)可以进一步分解为投入和产出变量。因此,我们试图将这一生产率绩效变化的分解框架用于评估用水效率,考察影响南水北调工程城市水资源利用绩效的关键因素。

 研究方法及数据说明

为了更好地对各地大气污染类型进行针对性分析,本文在刘瑞翔和安同良的研究思路基础上,构建出包含城市多种用水的全要素生产率指数体系,对城市污水排放量约束下的全要素增长绩效进行分解分析。基于省域面板数据建立跨多个时期的统一前沿面,将每一个省区视为被评价的决策单元(DMU),通过测算该单元与统一前沿面的距离作为其技术效率,在此基础上逐步拓展出针对各种投入和产出变量绩效变化的分析框架,详见下文。

(一)环境生产技术

合理构建出针对非期望产出的分析框架,是奠定其全要素生产率的研究基础。近年来,随着对环境问题的日益重视,污染物作为环境约束并在多种研究框架中得以表征,并对技术效率以及全要素生产率相关指标产生显著影响。此类研究成果中,Färe首先对环境生产技术进行了机理刻画,为包含非期望产出的环境效率研究奠定了理论基础。现对环境生产技术进行简介。

在环境生产技术分析框架下,决策单元存在P个投入变量 Q个期望产出变量 ,同时伴随着R种非期望产出 。在t时期,第i个决策单元的投入、期望产出和非期望产出变量为 ,在投入、期望产出满足强可处置性,非期望产出满足弱可处置以及零结合性(zero-joint)等前提下,该环境生产技术表征为:

   2.1

在上式中, 为大于等于零的权重向量,XYB分别是构建技术前沿面的投入、期望产出和非期望产出变量。根据对 值约束条件的不同,又可具体表征为可变规模报酬(VRS)和不变规模报酬(CRS)。

(二)城市用水全要素生产率指数构建

基于角度和径向的DEA方法在现有的能源和环境绩效的相关测算研究中被广泛采用,但其缺陷在于:只能从投入角度或者产出角度进行测算的单一性,以及无法考虑全部松弛变量影响的片面性。为了更加全面地测算投入和产出要素的绩效,Tone提出了SBMSlack-based measure)方法,该方法通过测算投入和产出变量冗余值的方式完成对技术前沿面的构建,可应用于全部变量的非径向测算。在投入和产出变量都存在冗余的情况下, 应用非径向方向距离函数的计算结果与传统方向距离函数存在一定差异。本文使用的距离函数作为研究起点,其具体形式如下所示:

          2.2

式(2.2)中, 表示决策单元it时期的投入和产出量值, 表示减少投入、增加期望产出和减少非期望产出的方向向量, 分别表示投入、期望产出和非期望要素的松弛变量。应用加法结构对全部变量分解,进一步得到每一个变量的无效率值:

    2.3

其中, 为投入变量无效率值之和, 为期望产出变量无效率值之和, 表示非期望产出变量无效率值之和。为了对工业二氧化硫以及交通氮氧化物进行针对性分析,本文以城市用水人口(P)、生产运营用水(PO)、公共服务用水(PS)、居民家庭用水(RH)、免费和漏损水量(FL)、城市资本存量(K)作为投入要素,以城市国内生产总值(Y)作为期望产出要素,以城市污水排放量(SD)作为非期望产出要素,因此公式(3)可根据本文的研究对象进行要素分解:

    2.4

借鉴Oh的研究思路,采用多个连续分析期内的全部投入产出变量构建统一前沿面,可测算出统一前沿面下所有样本点的技术效率,进一步通过相邻样本期数据效率值相减得到相关生产率变化。结合本文研究思路,可先以式(2.2)和(2.3)测算出全部要素的技术无效率值IE,并将统一前沿面前提下的技术无效率值以GIE表示,将某一期前沿面的技术无效率值以CIE表示,将两种不同前沿面下的同一样本的技术差距以TG表示,以下标c表示CRS,则两种不同前沿面下的要素无效率值的关系如下列公式所示:

                      2.5

此据Oh2010)的定义,Luenberger生产率变化可表示为:

                   2.6

进一步将全要素生产率变化分解为效率变化(LEC)和技术进步(LTP)两部分:

                   2.7

                     2.8

如果考虑规模效应的可变性,可将效率变化进一步分解为纯效率变化(LPEC)和规模效率变化(LSEC),并将技术进步分解成纯技术进步(LPTP)和技术规模变化(LTPSC)。针对本文的研究对象,可将式(2.4)中的9个变量作为投入和产出要素,根据前式(2.5-2.8)可得出包含用水要素和城市污水排放的全要素生产率变化。

(三)数据来源及说明

本文以全要素生产率分解作为基本分析框架,以中国南水北调工程东线和中线涉及的50个城市区域(包括2个直辖市,3个省会城市)作为研究对象(决策单元),并以城市污水排放量排放作为环境约束,试图得出中国南水北调所涉及城市的用水全要素生产率变化趋势。兼顾数据的可获得性,本文以城市用水人口(P)、生产运营用水(PO)、公共服务用水(PS)、居民家庭用水(RH)、免费和漏损水量(FL)、城市资本存量(K)为投入变量,以城市国内生产总值(GDP)作为期望产出,以城市污水排放(SD)作为非期望产出。由于《中国城市建设统计年鉴》中对于2006年后供水总量的统计来源进行调整,故本文选择2006-2014年度的城市级别面板数据作为研究样本。

《中国城市建设统计年鉴》的名词解释如下:生产运营用水指在城市范围内生产、运营单位在生产、运营过程中的用水;公共服务用水指为城市社会公共生活服务的用水;包括行政事业单位、部队营区和公共设施服务、社会服务业、批发零售贸易业、旅馆饮食业等单位的用水;居民家庭用水指城市范围内所有居民家庭的日常生活用水,包括城市居民、农民家庭、公共供水站用水;免费水量指城市灭火以及除居民家庭、公共服务、生产运营用水范围以外的各种特殊用水,包括消防用水、深井回灌用水、其他用水,漏损水量主要指漏损水量指在供水过程中由于管道及附属设施破损而造成的漏水量、失窃水量以及水表失灵少计算的水量。

其中,20062014年的城市级别数据中的城市用水人口、生产运营用水、公共服务用水、居民家庭用水、免费和漏损水量、污水排放量源自《中国城市建设统计年鉴》,城市非农国内生产总值根据《中国城市统计年鉴》提供的城市地区生产总值,结合《中国统计年鉴》提供的第一产业比重调整得出。2000年各地级市的初始资本存量等于该地级市GDP占比乘以该省的资本存量。各年的投资额采用固定资产投资数据,并且用以2000年为基期的固定资产投资价格指数调整为实际值。计算时采用的折旧率为0.11。我们根据单豪杰所采用的永续盘存法计算得出各城市资本存量数据,并将资本存量和国内生产总值统一调整为2000年不变价格数据。

从表1可以看出,2006 -2014年期间,南水北调涉及城市中,城市用水人口增加幅度较大的是郑州(132.13%),洛阳(75.79%)、宿迁(75.10%),明显减少的是汉中(-21.25%);生产运营用水增加幅度较大的主要有宿迁(344.44%)、淮安(279.93%)、徐州(194.41%),明显减少的是汉中(-93.54%)、淮南(-74.18%)、安康(-71.10%)、商洛(-68.18%);公共服务用水增加幅度较大的主要有滨州(906.67%)、南阳(259.97%)、济南(258.72%)、明显减少的是鹤壁(-94.07%)、邢台(-85.51%)、安康(-85.07%);居民生活用水增加幅度较大的主要有宿迁(148.86%)、枣庄(109.77%)、淮安(104.24%),明显减少的是平顶山(-44.48%)、济南(-33.55%)、安康(-26.56%);免费加漏损水量增加幅度较大的主要有平顶山(637.47%)、临沂(612.36%)、宿州(601.75%),明显减少的是安康(-86.9%)、聊城(-77.94%)、滨州(-73.90%);污水排放增加幅度较大的是聊城(514.29%)、宿迁(217.64%)、淮安(178.65%),明显减少的是淮南(-39.61%)、淮北(-32.59%)。

1  2014年较2006年中国南水北调城市相关变量均值变化率(%

城市

P

PO

PS

RH

FL

SD

北京

13.05%

-20.37%

38.41%

35.77%

81.78%

25.10%

天津

38.25%

1.14%

-12.31%

66.25%

36.19%

19.17%

石家庄

27.61%

-6.91%

37.46%

20.89%

17.10%

81.68%

邯郸

12.28%

-43.65%

-10.39%

13.86%

51.35%

-13.81%

邢台

53.31%

-64.87%

-85.51%

0.74%

243.29%

-3.78%

保定

20.98%

-7.93%

11.67%

27.75%

55.70%

14.54%

沧州

20.11%

-26.39%

76.17%

10.60%

23.00%

33.74%

衡水

12.78%

-58.37%

78.66%

-9.81%

53.34%

37.02%

徐州

35.14%

194.41%

-26.68%

35.51%

12.04%

57.00%

连云港

17.38%

97.18%

27.61%

83.38%

26.09%

44.07%

淮安

56.94%

279.93%

22.55%

104.24%

-5.29%

178.65%

扬州

-10.72%

-45.68%

-45.28%

32.20%

-13.85%

-10.17%

泰州

39.27%

-27.05%

-50.60%

19.97%

64.19%

47.16%

宿迁

75.10%

344.44%

15.91%

148.86%

68.45%

217.64%

蚌埠

35.51%

115.11%

4.83%

84.70%

-47.41%

-4.62%

淮南

-0.71%

-74.18%

-10.21%

-2.15%

-31.92%

-39.61%

淮北

13.49%

-49.69%

-73.00%

-9.22%

38.24%

-32.59%

宿州

39.13%

-34.79%

-24.59%

49.74%

601.75%

-1.83%

济南

-11.14%

24.03%

258.72%

-33.55%

-4.90%

3.02%

青岛

22.15%

56.16%

96.17%

16.61%

29.99%

58.62%

淄博

21.35%

4.74%

28.43%

44.07%

-20.55%

14.26%

枣庄

34.77%

-2.28%

-39.05%

109.77%

272.24%

54.83%

东营

10.93%

-25.94%

-69.58%

8.79%

-24.92%

30.25%

烟台

28.65%

36.25%

26.43%

54.52%

188.52%

59.44%

潍坊

23.39%

134.00%

-4.15%

31.01%

-12.87%

77.37%

济宁

67.67%

28.67%

18.08%

39.52%

31.53%

41.65%

泰安

15.34%

6.70%

62.63%

-11.72%

58.90%

24.34%

威海

12.28%

42.24%

87.05%

-12.76%

21.83%

40.00%

莱芜

26.21%

-45.43%

38.07%

-25.76%

-3.20%

35.64%

临沂

53.14%

32.51%

163.75%

76.88%

612.36%

134.31%

德州

54.85%

61.60%

16.51%

32.69%

-11.23%

53.22%

聊城

29.64%

-15.61%

12.82%

36.30%

-77.94%

514.29%

滨州

59.47%

28.38%

906.67%

33.75%

-73.90%

-17.11%

菏泽

24.59%

160.62%

-25.60%

33.96%

-36.56%

38.48%

郑州

132.13%

-23.00%

46.72%

51.84%

32.44%

45.75%

洛阳

75.79%

-42.17%

52.44%

26.24%

3.03%

6.38%

平顶山

8.25%

-28.75%

-17.24%

-44.48%

637.47%

7.20%

安阳

12.00%

-48.05%

-15.57%

54.19%

-0.25%

-21.93%

鹤壁

15.52%

28.08%

-94.07%

26.70%

-8.09%

5.56%

新乡

-12.22%

41.03%

-68.14%

33.31%

-8.55%

20.75%

焦作

9.99%

-28.80%

7.85%

65.80%

-11.10%

29.32%

濮阳

34.83%

9.28%

15.37%

12.01%

173.60%

25.61%

许昌

36.80%

2.30%

-7.28%

48.99%

-30.40%

11.88%

漯河

17.67%

1.30%

-24.30%

4.19%

-6.18%

-11.50%

三门峡

37.64%

-7.43%

-36.41%

84.74%

-24.49%

24.56%

南阳

53.19%

51.45%

259.97%

35.69%

-6.72%

87.77%

十堰

15.88%

-43.22%

-48.91%

-6.84%

2.27%

-7.18%

汉中

-21.25%

-93.54%

45.73%

21.90%

28.02%

25.47%

安康

26.88%

-71.10%

-85.07%

-26.56%

-86.90%

8.45%

商洛

42.06%

-68.18%

-41.67%

-13.80%

128.70%

1.05%

平均

29.15%

15.56%

30.82%

30.43%

60.92%

41.42%

 实证分析结果与讨论

(一)环境无效率值分析

根据式(2.3)和(2.4)可计算中国南水北调涉及城市在全部样本期内的用水无效率值(简称无效率值)。由于篇幅限制,表2仅给出分析期内统一前沿面前提下的城市用水人口(P)、生产运营用水(PO)、公共服务用水(PS)、居民家庭用水(RH)、免费及漏损水量(FL)、城市资本存量(K)、污水排放量(SD)、城市非农国内生产总值(GDP)等全部变量在2006-2014年间的无效率平均值(即GIE)。

2  20062014年间中国南水北调各城市相关变量GIE一览表

城市

P

PO

PS

RH

FL

K

SD

GDP

合计

北京

0.00

0.01

0.01

0.01

0.00

0.01

0.03

0.00

0.07

天津

0.01

0.00

0.00

0.00

0.00

0.02

0.02

0.00

0.06

石家庄

0.02

0.03

0.02

0.02

0.02

0.03

0.23

0.00

0.37

邯郸

0.05

0.04

0.05

0.05

0.05

0.04

0.00

0.00

0.27

邢台

0.05

0.02

0.04

0.05

0.05

0.05

0.20

0.00

0.47

保定

0.05

0.04

0.05

0.05

0.05

0.02

0.00

0.00

0.26

沧州

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

衡水

0.05

0.01

0.05

0.05

0.05

0.05

0.26

0.00

0.51

徐州

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

连云港

0.05

0.04

0.05

0.05

0.05

0.04

0.18

0.00

0.46

淮安

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.03

0.09

0.00

0.37

扬州

0.02

0.01

0.01

0.04

0.04

0.03

0.21

0.00

0.37

泰州

0.04

0.01

0.00

0.04

0.04

0.03

0.16

0.00

0.32

宿迁

0.05

0.04

0.05

0.05

0.05

0.04

0.15

0.00

0.42

蚌埠

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.04

0.30

0.15

0.75

淮南

0.05

0.01

0.05

0.05

0.05

0.03

0.27

0.29

0.82

淮北

0.05

0.03

0.05

0.05

0.05

0.03

0.24

0.40

0.90

宿州

0.05

0.01

0.05

0.05

0.05

0.03

0.22

0.21

0.67

济南

0.03

0.02

0.00

0.03

0.03

0.02

0.15

0.00

0.28

青岛

0.01

0.04

0.00

0.01

0.02

0.02

0.11

0.00

0.20

淄博

0.05

0.05

0.05

0.04

0.05

0.01

0.00

0.00

0.24

枣庄

0.05

0.04

0.05

0.05

0.05

0.04

0.18

0.00

0.46

东营

0.01

0.00

0.00

0.02

0.03

0.03

0.11

0.00

0.21

烟台

0.02

0.03

0.01

0.02

0.01

0.03

0.11

0.00

0.23

潍坊

0.04

0.05

0.03

0.04

0.03

0.04

0.27

0.00

0.49

济宁

0.05

0.04

0.05

0.05

0.05

0.02

0.00

0.00

0.26

泰安

0.05

0.03

0.05

0.05

0.04

0.03

0.00

0.00

0.24

威海

0.05

0.04

0.05

0.05

0.05

0.03

0.00

0.00

0.27

莱芜

0.05

0.03

0.05

0.05

0.05

0.03

0.23

0.56

1.04

临沂

0.05

0.03

0.05

0.05

0.05

0.02

0.00

0.00

0.25

德州

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.03

0.05

0.00

0.34

聊城

0.05

0.03

0.05

0.05

0.05

0.03

0.00

0.00

0.26

滨州

0.05

0.03

0.04

0.04

0.05

0.03

0.00

0.00

0.25

菏泽

0.04

0.03

0.05

0.04

0.03

0.02

0.00

0.00

0.22

郑州

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

洛阳

0.05

0.03

0.05

0.05

0.04

0.03

0.00

0.00

0.24

平顶山

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.04

0.29

0.00

0.59

安阳

0.05

0.04

0.05

0.05

0.05

0.04

0.21

0.00

0.50

鹤壁

0.01

0.01

0.00

0.02

0.01

0.02

0.08

0.06

0.21

新乡

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.04

0.24

0.00

0.53

焦作

0.05

0.04

0.05

0.05

0.05

0.04

0.19

0.00

0.47

濮阳

0.05

0.04

0.05

0.05

0.05

0.04

0.24

0.10

0.61

许昌

0.05

0.03

0.05

0.05

0.05

0.03

0.00

0.00

0.26

漯河

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.03

0.27

0.24

0.79

三门峡

0.05

0.03

0.05

0.05

0.05

0.04

0.24

0.11

0.62

南阳

0.05

0.04

0.05

0.04

0.05

0.03

0.00

0.00

0.26

十堰

0.05

0.04

0.05

0.05

0.05

0.02

0.30

0.13

0.70

汉中

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

安康

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

商洛

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

平均

0.04

0.03

0.03

0.04

0.04

0.03

0.12

0.05

0.36

2的数据结果显示,2006-2014年间中国南水北调涉及城市整体无效率平均值为0.36,其中,与期望产出GDP相关的无效率值为0.05,说明在现有污水排放条件下,部分城市经济增长仍有空间(莱芜、淮北),但大部分城市GDP相关无效率值为0,后期应以调整产业结构作为主要目标;与用水人口、城市资本存量相关的无效率值为0.040.03;与城市用水相关的变量影响较大,其相关四项变量汇总为0.14,占全部无效率值的37.8%;城市污水排放要素无效率值最大(0.12),可见城市污水减排空间大于其他投入和产出变量,城市污水处理是部分城市后期的工作重点;化石能源消费无效率值为0.05,说明化石能源节约空间较大。用水和污水排放变量的无效率值普遍较大,可见中国南水北调各城市在未来首先需要注重强化用水控制与污水排放规制,以提升整体技术效率。

南水北调各城市的无效率值差距较大。将用水四项变量进行汇总,中线工程的部分上游城市汉中(0.00)、安康(0.00)和商洛(0.00),东线和中线工程的下游城市北京(0.03)、天津(0.00)和沧州(0.00)各项无效率值均为0,可见上述城市与其他城市相比,较好地协调了水资源利用、经济发展与污水处理之间的关系,各项技术效率位于前列;但是,技术效率高并不意味着用水总量少,北京和天津的用水总量普遍较大,仍然承受一定的节水压力。对于污水排放变量无效率值,东线的中游城市徐州、济宁、威海、烟台、淄博,下游城市沧州和天津,中线的上游城市汉中、安康、商洛、三门峡,中游城市郑州、洛阳的无效率值也为0。同理,无效率值为0不意味着污水排放量小,郑州和洛阳的污水排放量较大,后期承受较大的治污压力。

纵观各城市的无效率值,区域无效率值呈现一定的集聚现象。前文已述,由于调水城市主要集中在南水北调工程的东线和中线上游,地理位置更靠南,总体而言,用水和污水排放变量的静态效率水平呈现东线低、中线高东线:上游低、中下游高中线:上下游高、中游低大城市高、小城市低的区域分布现象。

(二)环境全要素生产率指数的变量分解

分别采用全部面板构建global前沿面,并用某一年的截面构建当期前沿面的两种处理方式,结合式(2.5)和(2.6),可以计算出20062014年间中国南水北调涉及各城市用水全要素生产率(简称生产率)的平均增长率,并将全要素增长其分解为各个变量的影响效果之和,结果见下表3

3  20062014年间中国南水北调城市用水全要素生产率平均增长率及其变量分解(%

城市

P

PO

PS

RH

FL

K

SD

GDP

合计

北京

0.01

0.14

0.00

0.00

-0.01

-0.14

0.01

0.00

0.00

天津

0.00

0.03

0.01

-0.02

0.00

-0.23

0.03

0.00

-0.18

石家庄

0.00

0.06

0.00

0.00

0.00

-0.44

-0.15

0.00

-0.53

邯郸

-0.15

0.07

-0.08

-0.14

-0.16

-0.62

-0.16

0.00

-1.25

邢台

-0.02

0.31

0.16

0.00

-0.04

-0.53

0.06

0.00

-0.05

保定

0.00

0.04

0.00

0.00

-0.01

-0.34

0.03

0.00

-0.28

沧州

-0.61

-0.04

-0.65

-0.60

-0.65

-0.52

-2.78

0.00

-5.85

衡水

0.00

0.37

-0.02

0.01

-0.01

-0.44

-0.22

0.00

-0.32

徐州

0.10

-0.10

0.10

0.08

0.03

0.10

0.19

0.00

0.50

连云港

0.03

-0.02

0.01

0.00

0.00

-0.22

0.17

0.00

-0.03

淮安

0.01

-0.14

0.01

0.00

0.02

-0.25

-0.26

0.00

-0.61

扬州

0.00

0.25

0.01

-0.02

0.00

-0.47

0.28

0.00

0.05

泰州

0.01

0.21

0.05

0.01

0.00

-0.43

0.07

0.00

-0.07

宿迁

0.02

-0.21

0.02

-0.01

0.01

-0.21

-0.41

0.00

-0.79

蚌埠

-0.04

-0.04

-0.01

-0.05

0.00

-0.55

0.04

0.00

-0.64

淮南

-0.01

0.21

-0.01

-0.01

0.00

-0.55

0.19

0.00

-0.17

淮北

-0.09

0.07

-0.01

-0.06

-0.22

-0.56

0.05

0.00

-0.82

宿州

-0.34

-0.30

-0.06

-0.55

-0.67

-0.52

-1.54

0.00

-3.99

济南

-0.01

-0.02

-0.17

0.01

-0.01

-0.48

0.01

0.00

-0.68

青岛

-0.03

-0.05

-0.03

-0.01

-0.02

-0.49

-0.21

0.00

-0.83

淄博

-0.61

-0.59

-0.65

-0.62

-0.66

-0.49

-3.59

0.00

-7.21

枣庄

-0.17

0.00

-0.04

-0.25

-0.22

-0.52

-0.69

0.00

-1.90

东营

-0.29

0.07

0.01

-0.21

-0.04

-0.51

-1.04

0.00

-2.01

烟台

-0.01

-0.04

0.00

-0.02

-0.04

-0.35

-0.28

0.00

-0.74

潍坊

0.00

-0.05

0.01

0.00

0.01

-0.36

-0.13

0.00

-0.52

济宁

-0.03

-0.01

0.00

-0.01

0.00

-0.50

-0.11

0.00

-0.65

泰安

0.01

0.08

0.00

0.02

-0.01

-0.46

0.08

0.00

-0.27

威海

-0.01

-0.09

-0.02

0.01

-0.01

-0.47

-0.34

0.00

-0.93

莱芜

-0.01

0.06

-0.01

0.01

0.00

-0.53

-0.20

0.00

-0.68

临沂

-0.02

-0.04

-0.02

-0.03

-0.09

-0.47

-0.62

0.00

-1.27

德州

-0.02

-0.04

0.00

-0.01

0.01

-0.35

-0.17

0.00

-0.57

聊城

-0.61

-0.39

-0.66

-0.63

-0.64

-0.51

-3.20

0.00

-6.66

滨州

-0.59

-0.40

-0.59

-0.59

-0.66

-0.52

-2.94

0.00

-6.29

菏泽

0.05

-0.03

0.03

0.06

0.07

-0.05

0.60

0.00

0.73

郑州

-0.11

0.23

-0.05

-0.07

-0.04

-0.47

-0.19

0.00

-0.68

洛阳

-0.36

0.08

-0.19

-0.24

-0.23

-0.52

-0.68

0.00

-2.13

平顶山

-0.64

-0.59

-0.61

-0.65

-0.68

-0.51

-3.71

0.00

-7.41

安阳

-0.16

0.08

-0.06

-0.18

-0.08

-0.52

0.01

0.00

-0.92

鹤壁

-0.12

-0.01

0.43

-0.09

-0.07

-0.51

-0.13

0.00

-0.52

新乡

0.02

0.00

0.04

0.00

0.00

-0.43

0.05

0.00

-0.31

焦作

-0.21

0.04

-0.23

-0.35

-0.09

-0.52

-0.61

0.00

-1.97

濮阳

-0.15

0.00

-0.08

-0.09

-0.35

-0.51

-0.29

0.00

-1.48

许昌

-0.36

-0.04

-0.28

-0.36

-0.12

-0.49

-0.80

0.00

-2.45

漯河

-0.38

-0.03

-0.11

-0.28

-0.09

-0.50

-0.33

0.00

-1.72

三门峡

-0.06

0.05

-0.01

-0.09

-0.02

-0.55

-0.13

0.00

-0.80

南阳

-0.12

-0.12

-0.26

-0.13

-0.05

-0.54

-1.11

0.00

-2.33

十堰

-0.64

-0.57

-0.67

-0.67

-0.68

-0.41

-3.82

0.00

-7.46

汉中

0.65

0.23

0.67

0.64

0.68

0.07

3.62

0.00

6.56

安康

0.17

0.57

0.27

0.20

0.64

-0.10

1.60

0.00

3.35

商洛

0.62

0.41

0.66

0.66

0.65

0.33

3.39

0.00

6.73

平均

-0.11

-0.01

-0.06

-0.11

-0.09

-0.40

-0.41

0.00

-1.18

由表3可以看出,20062014年间,对南水北调涉及城市用水全要素生产率总体呈下降趋势(-1.18%),对全要素生产率退步影响效果较大的要素为污水排放(-0.41%)、城市资本存量(-0.4%),其次是家庭用水(-0.11%)和用水人口(-0.11)。由此可见,中国城镇化进程带来的南水北调城市用水人口变化,以及相应的家庭用水变化和城市污水变化,对样本城市用水全要素生产率带来了负面效应。因此,在南水北调污水治理规划为背景,污水排放作为环境约束的前提下,执意追求城镇化率水平并不意味着全要素生产率的提升与城市用水四项要素的全要素增长率为-0.27%,其中家庭用水对于整体全要素生产率负面影响最大(-0.11%),其次是免费及漏损水量(-0.09%),生产运营用水负面影响最小(-0.01%),这与国家从十五2001年)开始实施的工业节水规制措施有关系,也取得了一定效果;而十一五时期以来,城市人口增加以及缺乏对公共服务用水和居民家庭用水的规制,故城市用水人口、公共服务用水、居民家庭用水对生产率产生了阻滞作用。由此可见,国家对用水和污水排放规制的实施与否,将直接对全要素生产率产生显著影响。

由表2和表3可知,污水排放要素既是导致静态技术无效率值的主要来源,同时也是城市用水全要素生产率下降的重要推手,此结论的表述并不矛盾。由式(2.6)可知,全要素生产率变化情况由统一前沿面下的技术无效率值的跨期比较而得,而静态无效率值相减得出动态全要素生产率变化。以南水北调中游城市汉中、安康和商洛为例,虽然全部分析期内的污水排放无效率值为0,但因自身加强了对污水排放的规制而呈现出明显动态进步,而其他要素角度,汉中、安康和商洛的全要素生产率提升明显。中线上游城市十堰、中游城市平顶山、东线中游城市淄博、滨州、聊城以及同时受水城市沧州的全要素退步明显。尤其是十堰市,作为中线重要水源地之一(丹江口水库),应高度重视污水处理环节。

(三)城市用水全要素生产率增长的根源分解

前文已经完成城市用水全要素生产率变化的要素分解,现将全要素生产率变化进行根源分解,以寻求技术效率和技术进步(退步)幅度的驱动效应。根据式(2.5-2.8),可将中国南水北调涉及城市用水全要素生产率分解为效率变化(EC)和技术进步(TP)指标。由于篇幅所限,下表4仅给出全部城市用水和污水排放等5个变量的ECTP分解结果。

4  20062014年间中国南水北调城市用水及污水处理变量全要素根源分解(%

城市

PO

PS

RH

FL

SD

EC

TP

EC

TP

EC

TP

EC

TP

EC

TP

北京

0.46

-0.32

0.15

-0.15

0.18

-0.18

0.11

-0.12

0.89

-0.76

天津

-0.07

0.11

0.10

-0.09

0.33

-0.34

0.26

-0.26

0.61

-0.58

石家庄

0.26

-0.20

0.32

-0.33

0.30

-0.29

0.15

-0.15

1.03

-0.97

邯郸

-0.05

0.12

0.06

-0.14

0.28

-0.43

0.28

-0.44

0.56

-0.89

邢台

0.54

-0.23

0.67

-0.50

0.62

-0.62

0.64

-0.68

2.47

-2.03

保定

0.22

-0.17

0.61

-0.61

0.23

-0.23

0.19

-0.19

1.25

-1.21

沧州

0.00

-0.04

-0.15

-0.51

-0.02

-0.57

-0.06

-0.59

-0.23

-1.71

衡水

-0.02

0.39

0.10

-0.12

0.44

-0.43

0.54

-0.55

1.06

-0.72

徐州

0.45

-0.54

0.68

-0.58

0.64

-0.56

0.69

-0.65

2.45

-2.34

连云港

-0.08

0.06

0.17

-0.16

0.40

-0.40

0.24

-0.24

0.73

-0.73

淮安

0.00

-0.13

0.47

-0.46

0.21

-0.21

0.23

-0.21

0.90

-1.01

扬州

0.55

-0.30

0.66

-0.65

0.62

-0.64

0.67

-0.68

2.50

-2.27

泰州

0.51

-0.30

0.67

-0.62

0.65

-0.63

0.68

-0.68

2.51

-2.23

宿迁

-0.19

-0.02

0.57

-0.55

0.44

-0.45

0.47

-0.46

1.29

-1.48

蚌埠

0.02

-0.05

0.14

-0.14

0.09

-0.13

0.12

-0.12

0.36

-0.45

淮南

0.09

0.12

0.11

-0.11

0.15

-0.15

0.12

-0.12

0.47

-0.27

淮北

0.04

0.03

0.22

-0.23

0.24

-0.30

-0.01

-0.20

0.48

-0.70

宿州

-0.28

-0.02

0.28

-0.34

-0.29

-0.26

-0.34

-0.33

-0.63

-0.95

济南

0.13

-0.15

0.26

-0.44

0.18

-0.18

0.28

-0.29

0.85

-1.05

青岛

0.10

-0.15

0.26

-0.29

0.20

-0.21

0.09

-0.11

0.66

-0.76

淄博

-0.54

-0.05

0.00

-0.65

-0.25

-0.37

-0.37

-0.30

-1.16

-1.36

枣庄

0.10

-0.10

0.23

-0.27

0.00

-0.25

0.20

-0.42

0.52

-1.04

东营

0.33

-0.26

0.62

-0.61

0.33

-0.55

0.63

-0.67

1.92

-2.09

烟台

0.19

-0.23

0.40

-0.41

0.27

-0.29

0.13

-0.17

1.00

-1.10

潍坊

0.01

-0.07

0.45

-0.45

0.22

-0.22

0.15

-0.15

0.84

-0.88

济宁

0.13

-0.14

0.38

-0.38

0.26

-0.27

0.13

-0.13

0.91

-0.93

泰安

-0.02

0.10

0.17

-0.18

0.43

-0.40

0.45

-0.45

1.03

-0.94

威海

0.08

-0.17

0.27

-0.29

0.41

-0.40

0.20

-0.21

0.96

-1.06

莱芜

-0.03

0.09

0.11

-0.13

0.23

-0.22

0.26

-0.26

0.58

-0.52

临沂

0.26

-0.29

0.21

-0.23

0.21

-0.24

0.02

-0.11

0.70

-0.87

德州

0.07

-0.11

0.66

-0.66

0.32

-0.33

0.24

-0.23

1.28

-1.32

聊城

-0.11

-0.29

-0.12

-0.55

-0.32

-0.31

-0.34

-0.31

-0.88

-1.45

滨州

0.00

-0.40

0.00

-0.59

0.00

-0.59

0.00

-0.66

0.00

-2.24

菏泽

0.31

-0.34

0.68

-0.66

0.63

-0.57

0.67

-0.60

2.29

-2.16

郑州

0.39

-0.16

0.62

-0.67

0.58

-0.65

0.64

-0.68

2.24

-2.16

洛阳

0.11

-0.03

0.03

-0.22

0.05

-0.29

0.13

-0.37

0.32

-0.90

平顶山

-0.52

-0.07

0.00

-0.61

-0.48

-0.17

-0.38

-0.31

-1.38

-1.16

安阳

0.22

-0.15

0.45

-0.51

0.08

-0.26

0.05

-0.14

0.80

-1.06

鹤壁

0.59

-0.60

0.57

-0.15

0.56

-0.65

0.60

-0.67

2.33

-2.08

新乡

-0.03

0.03

0.33

-0.29

0.27

-0.27

0.25

-0.25

0.82

-0.77

焦作

0.13

-0.09

0.13

-0.36

-0.07

-0.28

0.43

-0.53

0.63

-1.26

濮阳

0.09

-0.09

0.56

-0.65

0.37

-0.46

0.11

-0.46

1.13

-1.65

许昌

0.31

-0.35

0.35

-0.63

-0.02

-0.35

0.55

-0.67

1.20

-2.00

漯河

0.02

-0.04

0.09

-0.20

-0.04

-0.24

0.18

-0.27

0.24

-0.76

三门峡

-0.03

0.08

0.57

-0.58

0.27

-0.36

0.47

-0.49

1.29

-1.35

南阳

-0.17

0.06

0.00

-0.26

0.39

-0.52

0.37

-0.42

0.59

-1.15

十堰

-0.41

-0.16

-0.17

-0.49

-0.54

-0.13

-0.57

-0.12

-1.69

-0.90

汉中

0.23

0.00

0.67

0.00

0.64

0.00

0.68

0.00

2.22

0.00

安康

0.57

0.00

0.69

-0.41

0.67

-0.47

0.69

-0.05

2.62

-0.93

商洛

0.41

0.00

0.66

0.00

0.66

0.00

0.65

0.00

2.38

0.00

平均

0.11

-0.11

0.32

-0.38

0.24

-0.35

0.25

-0.34

0.92

-1.18

从全部城市总体角度来看,污水排放相关的EC变化为1.13%,与用水四项要素相关的EC变化为0.92%,其中公共服务用水EC贡献最大(0.32%),其他要素的EC也均为正值,这说明在全部分析期内的EC指标对TFP起到了正面推动作用;污水排放相关的TP生产率变化为-1.53%,与用水四项要素相关的TP变化为-1.18%,其中公共服务用水TP影响最大(-0.38%),其他要素的TP也均为负值,再次证实各要素的技术退步始终是全要素生产率下降的深层次根源。其中,TP指标下降尤为明显的地区有东线的上游城市扬州、泰州、徐州,中线的中游城市郑州、鹤壁、邢台,与其他城市相比,缺乏技术进步的实质性效果,以至于技术退步对全要素生产率造成负面冲击。

 结论与政策建议

(一)结论

针对现有研究对于中国南水北调城市用水绩效综合研究之不足,本研究构建城市用水环境生产分析框架,将城市污水排放同时纳入该分析框架,应用非径向的SBM方法,以加法结构的Luenberger指数分解作为研究思路,测算出20062014年中国南水北调城市用水静态无效率水平和动态全要素生产率变化,并进行投入产出的变量和技术根源分解,重点关注生产经营用水、公共服务用水、居民家庭用水、免费和漏损水量和城市污水排放的影响;进一步将样本城市进行用水强度和污水排放全要素变化的二维分类,拓展了城市水资源-经济-污水治理的系统分析思路,以寻求不同类型城市的可持续发展关键环节。研究发现,在城市污水排放的环境约束下,四项用水要素和城市污水排放构成城市用水无效率的主要源泉,其中城市污水排放、居民家庭用水、免费和漏损水量的无效率值水平较高;东线和中线涉及城市效率水平分化较大,总体呈现东线低、中线高东线:上游低、中下游高中线:上下游高、中游低大城市高、小城市低的集聚分布。全部样本分析期间的中国南水北调城市用水全要素生产率平均增长率为-1.18%,经变量分解后发现,污水排放对生产率退步影响较大(-0.41%),四项用水变量中影响最大的是居民家庭用水,而影响较小的是生产运营用水,可见十五时期以来的工业用水的环境规制措施对生产率的提升起到显著效果,十三五时期要重点加强对污水治理的严格规制。经全要素生产率根源分解后,技术退步的大幅度下降(-3.48%),甚至抵消了技术效率的大幅度提升(2.29%),导致实现两者的净效益为负(即生产率倒退);中线只调水城市的各项指标均优于其他类型城市整体绩效,直辖市及省会城市绩效优于其他城市;作为中线工程水源地的十堰的污水排放绩效全面恶化

(二)政策建议

1.加强对部分上游城市污水治理力度。

中国政府对南水北调的部分城市提出了治理污水的要求,处于东线工程上游地区的江苏和安徽部分城市的污水排放无效率值较大,如安徽的蚌埠、淮南、淮北、宿州,江苏的扬州的工业较为发达,城镇人口较为密集,污水排放容易超出自身环境容量,后期同样面临较重的污水排放治理任务。值得一提的是,位于中线重要水源地的十堰市,该地区的污水排放无效率值较大,再结合该地用水相关变量无效率值较大,十堰市将同时面临集约用水与治理污水的双重压力。同样位于南水北调工程中线上游城市,如陕西南部的汉中、安康和商洛,成为用水与污水无效率值的低地,拥有较好城市水务管理的静态绩效。

加强对东线和中线上游城市,特别是水源地城市的污水治理,将直接影响到南水北调工程的水质,对下游城市的用水安全和用水标准产生深远的影响。上游城市和重点水源地,可以加大流域治理,加强截面管理和水质监测,确保水质,以保证一江清水向北流

2.加强集约用水-经济发展-污水治理协同效应

目前,中国政府已经对十三五时期各地区的用水强度作出控制目标。所谓用水强度,即每万元国内生产总值对应的单位用水量,是用来衡量水资源消耗与区域经济发展的相对效率指标。本文将南水北调涉及城市用水强度与污水排放全要素变化进行分类分析,将全部城市划分为四个区域,以寻求各城市集约用水-经济发展-污水治理的协同对策。

区域特征如下:

1)区域为低用水强度(低于全部样本城市平均用水强度),且污水排放全要素变化为正的-类型,该类型在用水-经济-排放领域能够做到协调发展;中线上游城市汉中、安康、商洛属于区域的典型城市;

2)区域为低用水强度,但污水排放全要素变化为负的-类型,该类型城市应该在后期重点提升污水排放绩效,做好水环境的保护;东线的沧州、滨州、东营、聊城、宿迁为代表;

3)区域为高用水强度,但污水排放全要素变化为正的-类型,该类型城市应该在后期重点控制用水强度,注重水资源的集约利用,实现经济的可持续发展;与该区域其他城市相比,蚌埠和淮南等城市需要降低用水强度,做好对高水耗企业的监控和检测;

4)区域为高用水强度,且污水排放全要素变化为负的-类型,该类型城市应该在后期重点控制用水强度,同时注重城市污水治理,力争实现水资源-经济-水环境的改善。平顶山、淄博、漯河和十堰等城市应该加强对高用水强度企业规制,而十堰作为中线水源地,不仅污水排放全要素为负,且静态技术效率较差,后期仍关注污水治理,保护水源地水质。

目前看来,一些南水北调城市仍然面临着节约用水和控制水污染的双重压力。因此,中国应该继续在城市中实施更加严格的节水和水污染控制措施,从而确保实现国家水资源规划的三个目标,确保沿着可持续发展道路前进。


Measuring Water-use Performance in the Cities

along China’s South-North Water Transfer Project

Miao Zhuang, Sheng Jichuan


Abstract: Due to the construction and operation of China’s South-North Water Transfer Project (SNWTP), it is necessary to conduct a broader research on the underlying trends and factors of the water-use performance in the SNWTP’s cities from the perspective of “resource-economy-environment” system. This paper attempts to identify the optimal paths and measures for improving the water-use performance as measured by the Luenberger productivity indicator and its decomposition. The results show that sewage discharge, free-of-charge water use and leakage are the crucial variables that constitute major contributions to the overall inefficiency value associated with urban water use in the SNWTP. The static efficiencies of water consumption indicate better performance of the cities of the middle route if opposed to those of the eastern route. The results suggest that the cities that receive water from both of eastern and middle routes, have better performance in water use than other cities, while the static efficiency in the other water-consuming areas on the eastern and middle routes do not differ in this regard. The results also indicate that the water-use productivity for the SNWTP follow a downward trend during 2006-2014.

Keywords: South-North Water Transfer Project; Water-use Productivity; Water-use Performance; Performance Decomposition; Water Pollution Control

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