基于DEA-Malmquist模型的黄河流域水资源利用效率评价

何楠 袁胜楠 王军

摘 要：为了对黄河流域水资源利用效率问题进行分析和评价，采用层次分析法从指标集中选取6个指标，运用DEA-Malmquist评价模型，从静态和动态两个角度评价分析沿黄九省（区）2014—2018年的水资源利用效率。分析发现：黄河流域用水效率总体良好，呈逐年上升趋势;沿黄九省（区）中，山东省的用水效率最高，四川省的用水效率最低;受技术变化指数因素影响，水资源全要素生产率变化指数呈增长趋势。总之，通过提高规模效率、技术进步，可以不断提高用水效率，改善用水水平，实现黄河流域水资源科学可持续利用。

关键词：水资源利用效率;层次分析法;数据包络分析法;Malmquist指数法;黄河流域

中图分类号：TV213.9;TV882.1 文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.05.002

Abstract： In order to analyze and evaluate the water resources utilization efficiency of the Yellow Riverbasin， the analytic hierarchy process was used to select 6 indicators from the indicator set to build a comprehensive water resources utilization efficiency evaluation system， and the DEA-Malmquist evaluation model was used to evaluate and analyze the water utilization efficiency of 9 provinces along the Yellow River from 2014 to 2018 from a static and dynamic perspective. The results show that the water use efficiency of the Yellow River basin is generally good， showing an upward trend; among the nine provinces along the Yellow River basin， Shandong has the highest water efficiency， while Sichuan has the lowest; the total factor productivity index of water resources shows an increasing trend and its changes are mainly determined by technological progress. In short， by improving scale efficiency and technological advancement， it can continuously improve the water resources utilization efficiency and water use level and achieve scientific and sustainable utilization of the water resources in the Yellow River basin.

Key words： utilization efficiency of water resources; analytic hierarchy process; data envelopment analysis; Malmquist index method; Yellow River basin

1 引 言

近年來，伴随着社会经济的快速发展，水资源不足问题日趋严重。在经济发展由高速向高质量转变的过程中，科学、可持续地利用水资源非常重要[1]，一方面要控制水资源总使用量，另一方面要提高用水效率，其中提高用水效率是关键[2]。黄河是一条资源性缺水的河流，流域内水沙关系失调，水量时空分布不均，干流曾经发生过罕见的断流现象。因此，提高用水效率、加强水资源监督管理工作，已逐渐成为学术界和社会关注的热点[3]。国内外学者关于水资源利用效率的研究中，主要从评价指标体系的建立和评价方法两方面着手。评价指标体系的建立有多种方法[4-7]，但是需要结合实际的问题，建立科学性强、代表性强、涵盖面广的评价指标体系。尤其是跨省（区）的流域，由于地理位置、自然环境的不同，各个地区在发展过程中，其经济状况、产业结构、水资源利用方式等[8]存在明显的差异，因此水资源利用效率也存在差异。而在评价方法中，每一种评价方法从不同角度出发进行评价[9-12]，都有自身的优缺点。对于用水效率的分析，需要采用动、静结合的研究方法。笔者从综合、工业、农业、生活4个方面遴选出14个指标构成基本指标集，采用改进的层次分析法最终得到6个评价指标，利用数据包络分析（DEA）方法和Malmquist指数从静态和动态两个角度评价分析沿黄九省（区）的水资源利用效率，以期为黄河流域水资源高效利用提供决策依据。

2 评价指标体系构建

2.1 评价指标体系构建原则和依据

水资源利用效率的评价指标数量众多，笔者在查阅大量文献、询问专家意见的基础上，遵循“科学性、特殊性、定性与定量结合”的原则，从综合、工业、农业、生活4个方面筛选出14个指标构成基本指标集，在指标集中采用改进层次分析法再次筛选，最终确定评价指标。

2.2 改进的层次分析法

传统的层次分析法以1～9作为指标的重要性标度，而经过改进的层次分析法相较于传统层次分析法，其在重要性标度方面更优。本文改进的层次分析法采用e0/4～e8/4对指标的重要性进行比较。改进的层次分析法在运用过程中，与传统的层次分析法步骤基本一致，所以这里不再赘述。在基本指标集的基础上，对收集资料、专家意见反复研究，结合各个指标间的区别与联系，确定了各个层次之间的判断矩阵，并通过一致性检验得到各个指标权重，见表1。

根据计算结果，前6个指标反映了目标层的79%，已基本能够满足评价的要求。因此，考虑到指标的科学性、代表性，使用前6个指标对黄河流域水资源利用效率进行评价。建立的黄河流域水资源利用效率评价指标体系如图1所示。遴选使用的数据均来自于各省（区）的《水资源公报》《统计年鉴》等，时间跨度为2014—2018年。

3 研究区域概况与研究方法

3.1 黄河流域概况

“水少沙多，水沙异源”[13]一直是黄河的突出问题。沙化和荒漠化的土地在黄河流域多呈集中分布的状态，水土流失、水沙关系失调等一系列问题并存，这些环境问题导致黄河流域的生态变得越来越脆弱、敏感[14]，生态环境陷入恶性循环。据统计，黄河流域的水资源开发利用强度过大[15]，已经是一般流域生态警戒线的2倍之高。流域内的水资源多应用于农业，农业用水约占用水总量的60%。由此可见，黄河流域水资源在利用方式、利用效率等方面存在较大问题，改善黄河流域水资源问题、提高水资源利用效率至关重要。

3.2 数据包络分析法

数据包络分析法是一种多学科综合运用的评价方法。对于多输入、多输出决策单元的综合评价问题，该方法不需要进行任何权重假设，也不需要直接对数据进行综合，就可以将决策单元进行效率排队[16]，因此被广泛应用于水資源利用效率的评价。本文采用的是DEA方法扩展下的BCC模型，该模型在CRR模型的基础上增加∑λj=1，假设决策单元（DMU）处于规模报酬可变的情形下，用来衡量技术效率和规模效率，该模型如下：

3.3 Malmquist指数法

Malmquist指数法可用来分析t时期到t+1时期全要素生产水平的变化，公式为

式中：Tfpch为全要素生产率变化指数;Techch为技术变化指数;Effch为技术效率变化指数。

当Tfpch>1时表示全要素生产率水平相较于上一时期有所提高，反之则有所下降。Effch还可进一步分解，分别为Pech（纯技术效率变化）和Sech（规模效率变化）。

3.4 模型输入输出指标

根据数据包络分析法的特点以及数据的可获得性，确定模型的输入、输出指标，见表2。

4 实证分析

4.1 2014—2018年黄河流域水资源利用效率静态分析

运用EMS 1.3软件，选择BCC模型，在规模报酬可变的条件下，以投入要素为导向计算了2014—2018年沿黄九省（区）的水资源利用效率，见表3。

从综合效率上来看，沿黄九省（区）的综合效率平均值为0.723，小于1，未达到DEA有效。在2014—2018年期间，沿黄九省（区）综合效率存在较大差异，这可能与各个省（区）的水资源利用方式和利用水平差别较大有关。在这九省（区）中，山东省和内蒙古自治区的水资源利用效率最高，其次是宁夏回族自治区、陕西省、河南省、青海省、山西省、甘肃省、四川省。其中四川省的用水效率最低，可能是因为四川省的水资源时空分布不均，阿坝藏族羌族自治州和甘孜藏族自治州的水资源量较为丰富，约占全省总量的60%，但是全省的人口、工业、农业却集中在四川盆地以及周边区域。

从技术效率上来看，沿黄九省（区）的技术效率平均值为0.956，由于四川省、陕西省、山西省的技术效率小于1，并没有达到技术有效，因此在用水方面需要进一步提高技术效率。其中四川省的技术效率只有0.684，表明四川省在用水技术方面明显落后，这也进一步说明四川省需要加快用水技术革新，在取水、用水过程中增加先进机器设备的运用，减少水资源低效利用、滥用等现象的发生，提高整体用水水平。

从规模效率上来看，沿黄九省（区）的规模效率平均值为0.748，除了山东省和内蒙古自治区，其他省（区）均处于规模递减的状态，这些省（区）应该缩小投入规模，合理地调配资金、土地等资源，才能够降低生产成本，进一步提高用水效率。在九省（区）中，甘肃省的规模效率最低。甘肃省地域狭长，气候环境复杂，且甘肃省境内的黄土高原水土流失问题严重，生态环境脆弱，这些复杂的地理因素不利于甘肃省开展规模化生产，因此甘肃省应该因地制宜，缩小生产规模，减少投入，才能够提高水资源利用效率。

4.2 2014—2018年黄河流域水资源利用效率动态分析

运用DEAP 2.1中的Malmquist指数法对2014—2018年沿黄九省（区）水资源利用效率进行分析，见表4。

从表4分析结果可知：沿黄九省（区）全要素生产率变化指数呈上升趋势，用水效率均在提升。九省（区）的规模效率变化均围绕1波动，其中宁夏回族自治区的规模效率最低，这说明九省（区）应该结合自身条件，高效发挥水资源的规模效益，提升水资源利用水平，促进区域经济发展。九省（区）的技术变化指数均大于1，意味着用水技术得到改善，水资源的浪费率逐渐降低，用水效率得到提升。在纯技术效率变化方面，九省（区）都围绕着1波动，但是宁夏回族自治区的纯技术效率变化为1，而技术效率变化指数却并未达到1，这是规模报酬递减造成的。面对此类情况，宁夏回族自治区政府需要调整用水产业规模，合理规划用水方向，实施科学的水资源管理政策，达到“水尽其用”。

由表5可知，2015—2018年沿黄九省（区）全要素生产率变化指数年均升高8.3%，该指标的升高主要受技术效率变化指数和技术变化指数的影响，其中技术效率变化指数年均升高2.1%，接近技术变化指数的1/3，是提高生产力水平的主要因素。纯技术效率年均增长0.3%，说明沿黄九省（区）的水资源利用制度建设以及管理水平相对较为成熟。此外，规模效率年均增长1.8%，从侧面体现出沿黄流域的水资源规模配置日益完善。从年际变化上来看，5个指标的变化幅度小且稳定，但是在2017年，指标基本上都下跌，并且全要素生产率变化指数较2016年下降5.5%，这说明在2017年，技术效率变化指数、技术变化指数都出现了偏差，2017年黄河流域各省（区）并没有处理好资源的分配以及相关产业的调整。总体来说，沿黄九省（区）的水资源利用效率在逐年提高，但是还需要进一步进行技术创新，发挥科技在水资源利用过程中的作用。同时，还要加大培养公众环保、节约的意识，实现水资源的充分合理利用。

5 结论与建议

5.1 结 论

基于DEA方法和Malmquist指数法，利用沿黄九省（区）2014—2018年的水资源综合评价指标对水资源利用效率进行评价分析，得到的结论如下。

（1）从BCC模型上来看，黄河流域水资源的利用效率总体较高，用水效率呈上升趋势。水资源利用效率的提高与技术效率、全要素生产率的逐年升高有关。在各省（区）中，山东省的用水效率最高，四川省的最低。其中，影响四川省用水效率的关键因素是规模效率，调整用水规模配置成为四川省的重点任务。与此同时，山东省和内蒙古自治区的规模效率相对较高，这也进一步表明两省（区）的组织和规模设计相对较为成熟，用水配置较为合理。而在技术效率方面，1/3的省（区）未达到技术有效，凸显水资源的低效使用问题，而这与用水水平落后有着密不可分的关系。改良用水技术及设备，不断减少低能、低效等浪费现象，是提高水资源利用效率的重要手段。

（2）从Malmquist指数上来看，黄河流域的全要素生产率在波动升高，主要是各个指标在逐渐升高，带动水资源利用水平升高，从而使用水效率逐渐上升。从各年份平均Malmquist指数的分解指标来看，纯技术效率与规模效率逐年提高，这反映出隨着市场的变化，各省（区）逐步调整水资源产业规模，改进用水技术，改善水资源配置。技术效率变化指数虽有小于1的情况，但总体围绕着1呈波动增长状态。近几年来，技术变化指数虽然是大于1的状态，但是有着下滑的趋势。因此，改进、创新用水技术，仍是提高水资源利用水平的重要一环。

5.2 建 议

（1）黄河流域各级政府应结合本区域的地理特点，因地制宜，实现水资源的高效利用。同时，上下游政府之间也要科学合作，共同治理，达到水资源的合理调配与使用。随着科技的发展，大力引进新技术，实现用水科学化、数字化、智能化，从而提高用水技术效率。更进一步，各省（区）需要切实调整用水规模配置，缓解水资源开发利用强度大、水资源低效使用、用水矛盾等问题，缓解流域内的生态环境压力。同时，要不断完善河、湖长制的组织体系，落实河、湖长制制度，构建和谐区域管理协调体制。

（2）黄河流域独特的水文情况，以及各省（区）所处地理位置的差异，使得水资源使用情况明显不同，不同地区应采取不同的措施。青海省作为黄河的源头所在地，不合理的用水需求应得到遏制，通过引进和创新节水用水技术，大力发展绿色节水产业，逐渐淘汰传统落后的取用水方式，在用水源头方面进行治理，提高用水水平;四川、甘肃两省则需调整用水产业规模，结合经济发展状况，逐渐减少水资源产业的投入要素，加快完善水资源的投入分配制度;宁夏回族自治区则需要进一步提高水资源管理部门的办事效率，通过采取科学合理的手段，对水资源使用状况进行监管，提高水资源使用效率;陕西省、山西省、内蒙古自治区、河南省、山东省需要加快工业结构的调整、优化，因地制宜地发展与水资源相关的产业群，推动各省（区）之间的分工合作，提高黄河流域水资源整体实力。

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【责任编辑 张 帅】