城市发展对水资源利用的影响 本文关键词：水资源，利用，影响，城市，发展
城市发展对水资源利用的影响 本文简介：摘要：本文从投入产出的角度出发，选取固定投资总额、就业人数和用水总量作为投入指标，GDP作为产出指标，采用数据包络模型（DEA）分析中的C2R模型对2005—2014年湖南省14个市州的用水效率进行评价，并将其与城镇化率、单位GDP能耗、人均GDP进行回归分析。研究表明，湖南省各市州存在用水效率水平
城市发展对水资源利用的影响 本文内容：
摘要：本文从投入产出的角度出发，选取固定投资总额、就业人数和用水总量作为投入指标，GDP作为产出指标，采用数据包络模型（DEA）分析中的C2R模型对2005—2014年湖南省14个市州的用水效率进行评价，并将其与城镇化率、单位GDP能耗、人均GDP进行回归分析。研究表明，湖南省各市州存在用水效率水平不高、地区差异等现象，并且湖南省各市州水资源利用效率与其城镇化水平、单位GDP能耗呈负相关关系，与经济发展水平呈正相关关系。最后为提高水资源利用效率提出建议。
关键词：城市发展；水资源利用效率；数据包络分析
一、文献综述
目前，发展中国家已经成为世界城市发展进程中的主体。作为发展中大国，我国自改革开放以来，城市发展水平稳步提高。与此同时，湖南省城市发展也逐渐步入正轨。城市的发展对水资源利用产生了一定影响。本文立足于城市发展指标和水资源利用效率的理论基础，构建出城市发展进程与水资源利用效率影响机制的理论分析框架，为研究城市发展产生的影响提供了一个新的考量维度。在城市发展指标方面，“城市发展”内涵强调城市的整体性、内生性、综合性，其外延形成了合理的城市发展指标。在国外，克劳克（Cloke）[1]从表征人口、居住及与城市中心距离远近等的16个指标进行分析，建立城市化的指标系统，代替了先前关于城市化模糊的表述。阿历克斯•英克尔斯（Alexlnkeles）[2]以衡量现代化社会的10项指标为代表来度量城市发展的经济增长力。道格拉斯韦伯斯特（DouglasWebster）[3]的城市竞争力模型也是对城市竞争力的有力表述。我国研究人士则主要从经济发展、社会进步、城市综合实力几个方面来评价。张小林、金其铭[4]将衡量城市发展的标准划分为5类15个详细指标。该指标系统基本上反映了城市发展过程中的内容，但由于创建时间较早、体系过于简单，存在一定缺陷。而后郑弘毅[5]建立了我国第一套完整的城市发展指标体系。近几年来，随着国内对城市发展进程研究的不断深入，国家统计局在城市综合实力、城市竞争力的指标体系研究方面得到了长足进步，倪鹏飞[6]的弓箭模型指标体系是其代表成果。在水资源利用方面，我国在水资源利用效率的评价方法上已经有了一定的建树。谢锐[7]等基于2007年湖南省水资源投入产出模型，进一步采用用水系数、产出系数等指标来测度湖南省的用水效率和效益。高媛媛[8]等基于投影寻踪及遗传算法，建立了水资源利用效率评估模型，并将其应用于我国省级行政区的评估。李良县[9]等基于水资源的效用价值论，探讨了如何采用效益分摊系数法计算分行业的水资源经济价值。王茵[10]利用投入产出分析方法，定量分析各行业的用水效率及效益，构建了水资源与国民经济发展定量核算模型，提出水资源对经济发展贡献率和水资源边际效益求解方法。麻荣永[11]等将主成分分析方法引入到水资源利用评价研究中，构造可持续发展评价指标体系，分析得出影响水资源可持续利用的3个主要子系统。赵晨[12]等从投入产出的角度出发，选取农业、工业、生活用水量等作为投入指标，GDP、粮食产量等作为产出指标，运用数据包络分析中的C2R模型对江苏省的水资源利用效率进行评价。对于城市发展与水资源利用相互关系的定量研究，国内学者对不同城市用不同方法进行定量分析。2009年，李添萍[13]等以青海省为例，分析城市发展与水资源的关系，得出人口规模与生活用水有很强的相关性，工业用水利用率与城市化率存在明显的线性相关。2012年，秦煜世[14]以石羊河流域作为研究对象，运用主成分分析法进行分析，建立城镇化及水资源系统的综合评价指标。2013年，杨德刚、武广洋[15]基于1995—2010年乌鲁木齐发展与水资源开发利用现状，构建了城市发展与水资源潜力的综合评价模型及二者的协调度模型。2014年，吕添贵等[16]以赣江上游水源保护区为例，通过构建耦合度模型对2001—2011年赣江上游流域城市发展与水资源环境耦合状态进行评价，并提出了优化路径。通过对国内外研究城市发展与水资源利用效率各种不同评价指标进行比较，可以发现，目前尚无一个全面公认的评价体系，每种方法各有其优缺点。本文采用了一种经典的应用范围较广的评价方法，保证结果的有效性。将用水量、资本和劳动力作为生产要素即投入指标，各个市州的地区生产总值作为产出指标，用DEA方法对水资源利用效率进行测算。同时选取衡量城市发展指标，建立了一套面板数据模型，运用面板数据进行回归分析来探索湖南省的城市发展对水资源利用效率的影响，使得城市持续健康发展与水资源利用相协调，具有重要的理论和现实意义。
二、水资源利用效率测算
1、指标选取和数据选择
数据包络分析方法主要通过保持决策单元（DUM）的输出或者输入不变，借助于数学规划和统计数据确定相对有效的生产前沿面，将各个决策单元投影到DEA的生产前沿面上，并通过比较决策单元偏离DEA前沿面的程度来评价它们的相对有效性。在测算2005—2014年间湖南省14个市州的水资源利用效率时采用超效率DEA方法，分别选取固定投资、就业人数和各自的水资源消耗量作为投入指标，选取各个市州地区生产总值作为产出指标。各个市州每年的生产总值、固定投资总额、年末从业人数数据均来源于2006—2015年《湖南省统计年鉴》。在选取各个市州的劳动力投入的数据时忽略了不同劳动力之间的素质差异，将劳动力投入定义为各个市州当年年末的就业人数。水资源消耗量是各个市州所有人口的用水总量。在该数据的选择上，本文选择湖南省14个市州2005—2014年的相关数据进行分析，数据来源于2005—2014年《湖南省水资源公报》。
2、湖南省
14个市州水资源利用效率的比较通过对湖南省14个市州自2005年之后的10年面板数据的分析，选取投入主导型模型和不考虑规模收益的模型（即C2R模型），利用公式计算得到各个省份的水资源利用效率。借助DEAP2.1软件计算得到的2005—2014年湖南省14个市州地区水资源利用效率（见表1）。从表1中可看出，湖南省在2005—2014年间的平均水资源利用效率水平为0.548，总体水平不高。但从各个市州的水资源利用效率来看，不同地区用水效率情况有所不同。如长沙市的水资源利用效率在2013年、2014年达到了DEA有效，表示其在10年中水资源利用效率有所提高。但部分市州的用水效率不甚乐观。如株洲市在2009—2011年间用水效率有所提高，但2011—2014年间水资源利用效率却在下降。从14个市州10年间平均的水资源利用效率来看，平均水资源利用效率值最高的4个市州为长沙、郴州、益阳和常德，均高于0.7。其中郴州和长沙的平均水资源利用效率值最高，两市这10年间的水资源利用效率均超过了0.8。而平均水资源利用效率最低的4个市州为怀化、张家界、邵阳和湘西，都低于0.4。其中水资源利用效率值最低的是湘西，只有0.262。从各个市州总体的水资源利用效率值可以看出，湖南省不同市州的水资源利用效率差异比较大。通过对各市州的变化趋势进行分析，可以看出水资源利用效率的差异与各个区域的经济发展水平、区位优势的差异有所联系。其中处于经济发展水平较高、区位优势较强地区的长沙、郴州水资源利用效率较高；处于经济发展水平次之、需要靠增长极辐射带动地区的湘潭（靠长沙带动）、永州（靠郴州带动）用水效率相对低下；而处于经济发展水平落后，区位不占优势甚至处于劣势的大湘西地区用水效率最低。结合表1，通过对各个市州的水资源利用效率进行综合排序，可以发现长株潭地区各个市州的水资源利用效率普遍比较高，湘南地区次之，大湘西地区的最低。从整体上可以看出，湖南省水资源利用效率大小位于0.643到0.467之间。在2005—2009年期间，全省的总体水平一直处于下降状态，并于2009年达到最低值0.487；2009—2011年间又出现了显著的提升，并在2011—2014年间保持着相对稳定状态，一直处于0.6以上。可以看出，在这10年间全省的水资源利用效率呈现先下降后上升的变化趋势。
三、城市发展对水资源利用效率影响的实证分析
1、模型选取
以水资源利用效率为被解释变量，影响水资源利用效率的因素作为解释变量建立回归模型。由于所用的数据为湖南省14个市州2005—2014年共10年的面板数据，因此采用面板数据的线性回归模型，其一般形式为：yit=αitxit+μiti=1，2，3，…，Nt=1，2，…，T在运用面板数据模型进行回归之前，应先选择模型的具体形式。因为本文的研究对象是湖南省14个市州，存在个体差异，故采用变截距模型对城市发展对水资源利用效率的影响进行研究。另一方面，从理论上分析，随机效应模型更适合用样本数据对总体进行推论，而固定效应模型更关注对样本本身的分析，能够反映个体之间的差异。本文研究对象的数据特征更加符合固定效应模型。下面利用似然比检验来确定使用的模型。似然比检验的结果如表2所示，其中P值小于0.05，应拒绝原假设，不宜采用随机效应模型，而应采用固定效应模型进行计量分析。综合以上分析，本文采用面板数据的变截距固定效应模型进行回归。
2、指标选择
本文选择湖南省14个市州的城镇化率（UR）、人均GDP（GPC）、单位GDP能耗（ECPG）衡量作为城市发展的指标。所有数据均来自于《湖南省统计年鉴》。城镇化是指社会由以农业为主的传统乡村型社会向以工业和服务业等非农产业为主的现代城市型社会逐渐转变的历史过程。因此本文采用城镇化率作为城市化的度量指标，即一个地区城镇常住人口占该地区常住总人口的比例。人均GDP是最重要的宏观经济指标之一，是了解和把握一个国家或地区的宏观经济运行状况的有效工具。本文对湖南省水资源利用效率和城市发展水平两者关系的研究，与湖南省各地区的经济发展状况也是息息相关的。水资源作为一种生产所需的重要资源，其利用效率反映了可持续发展战略的实施水平。单位产出的资源消耗与水资源利用效率也有相关性。为体现技术对水资源利用效率的影响，选取单位GDP能耗作为反映能源消费结构的主要指标。
3、单位根检验和协整检验
对UEWR、UR、GPC、ECPG的一阶差分进行单位根检验。检验结果如表3所示，LLC、IPS、Fisher-ADF、Fisher-PP四个检验结果的P值都明显小于0.05，拒绝了原假设，可以认为四者的一阶差分序列是平稳的。协整检验结果如表4所示，四种检验结果的P值均小于0.05，所以可以认为UEWR与UR、GPC、ECPG之间存在协整关系。
4、回归结果及分析
利用变截距固定效应模型对水资源利用效率的影响因素进行分析，运用Eviews6.0进行回归，得到结果如表5所示。根据表5的回归结果可知，拟合优度R2=0.927638，修正后的拟合优度R2=0.918225，F值为98.54964。在10%的显著性水平下，回归结果较好，t值也通过了检验。城镇化率、人均GDP、单位GDP能耗对水资源的利用效率产生显著的影响。通过对面板数据模型回归结果的分析可以得出以下结论。（1）城镇化率与水资源利用效率呈负相关关系。城镇化率对水资源利用效率的影响系数为-0.005684。城镇化率与湖南省的水资源利用效率的变动趋势截然相反，城镇化率每提高百分之1，水资源利用效率就会下降百分之0.5684。随着湖南省城市发展的深入，人民的生活水平得到提高，自来水、直饮水等基础用水设施日益完善。人们的日常生产生活并没有受到水资源短缺问题的困扰，在日常生产生活过程中往往没有认识到节约用水的重要性，从而导致水资源浪费严重、水资源利用效率低下、水资源利用结构不合理等问题。（2）经济发展水平与水资源的利用效率呈正相关关系。人均GDP对水资源利用效率的影响系数为0.00000560，即人均GDP每提高百分之1，水资源的利用效率会提高千万分之5.6，水资源利用效率会随着经济发展水平的提高得到提高。随着社会经济的不断发展，社会生产的增长速度加快，生产规模也不断扩大，对水资源的需求量也会迅速增加。然而，在水资源总量有限的前提下，在社会经济发展的过程中需要寻找新的水资源利用方法，形成合理的水资源利用结构来满足日益增长的社会生产需求。人们通过技术变革与技术创新、淘汰落后的水资源利用设备而改用高科技节水型设备等措施来减少水资源的利用量，在一定程度上使得水资源的利用率得到了提高。（3）单位GDP能耗与水资源利用效率呈负相关关系。单位GDP能耗对水资源利用效率的影响系数为-0.137509，即单位GDP能耗每下降百分之1，水资源的利用效率会提高百分之13.75，水资源利用效率会随着单位GDP能耗的下降得到提高。单位GDP能耗的系数为负值，这表明一个地区的水资源利用效率随着单位GDP能耗的增加而减少。单位GDP能耗越小说明经济发展的技术水平越高，高技术水平可以促进水资源利用技术的变革与创新，提高水资源的利用效率。
四、结论与建议
1、主要结论
根据以上测算结果和分析解释可以推测出，2005—2014年间湖南省各市州的城镇化率、人均GDP、单位GDP能耗与水资源利用效率之间存在着一定的相关关系。随着城市发展水平整体上升，城镇化率明显提高，同时水资源利用效率下降，城镇化率与水资源利用效率呈负相关关系。社会生产的增速随着城镇化率的提高而加快，以人均GDP为代表的经济发展水平也不断提高，同时水资源利用效率亦有所上升，经济发展水平与水资源的利用效率存在正相关关系。另外，湖南省各地区科学技术水平伴随着城镇化率的提高而不断进步使得消耗的能源量逐渐减少，单位GDP能耗呈下降趋势，而水资源的利用效率却有所提高，单位GDP能耗与水资源利用效率呈负相关关系。
2、政策建议
（1）实施阶梯水价，实现分类供水，扩大补贴范围。湖南省现已面向城区居民实施了阶梯水价，但效果却差强人意。阶梯水价可以强化居民节水意识，由于居民用水量具有刚性，价格杠杆在短时间内不能发挥作用。基于各产业用水量大，居民用水占比最小的现状，相比而言，工农业农业节水潜力大。因此可以在不断强化阶梯水价的过程中，实现分类供水，保证居民用水质量；对其他部门采用不同水源供水，特别是工业等项目的生产，从而降低成本，减少浪费；也可以建立节水激励补贴机制。目前，湖南省仅对低保和特困家庭用水实行优惠补贴，对大多数居民不能起到激励作用，也就很难达到节水的目的。不同地区可根据各自的条件扩大补贴范围，增强居民的节水动力。（2）控制水污染，注重水循环。水污染伴随产业规模扩大而来。湖南省每年向湘、资、沅、澧四水排污量高达20多亿吨，目前省内已有117个水污染严重区域。在水资源总量有限的前提下，要做好水污染控制工作。从根本出发，限制排污总量，根据不同河流、河段所处的产业环境进行差异化处理，发挥抑制排污的作用；积极治理被污染区域，改善水环境。另外，可以推进污水、雨水的利用。广泛收集各行业污水，加强污水处理厂建设，加大再生水利用程度，提高水的利用率；基于湖南年降水量的特点，可以大面积进行雨水集蓄并集中处理，实现水资源循环利用。（3）加强技术改造，完善节水设施。在湖南省水资源利用方面，农业种植面积广且用水量大，重工业集中且用水重复利用率低，因此需要引进高技术水平提高水资源利用率，分行业推广节水技术。农业方面，推广塘堰整修、扩容等工程，在湘西等灌溉条件差的丘陵山区进行梯田改造，推广节水补灌设备，实现节水高产高质的有机统一；对于三一重工等重工业要推广高效用水工艺，推进矿井水综合利用，提高废水的循环利用率；在城镇建设方面，推进供水管网改造，采取控源截污、垃圾清理等措施，提倡并鼓励居民家庭选用节水器具。
作者：梁恒维 王悦洋 宁梓男 王雪 刘禹轲 单位：湖南大学经济与贸易学院
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