中國七大流域水環境效率動態評價

王大鵬 朱迎春

(1．清華大學國情研究中心，北京100084;2．中國科學技術發展戰略研究院，北京100038)

經過10年快速發展，中國國內生產總值(GDP，匯率法)由2000年的世界第六位上升至2010年的第二位，與美國GDP的相對差距由8．26倍縮小至2009年的2．83倍，人均GNI超過4 000美元，進入下中等收入國家行列［1］。但從某種程度講，中國經濟的快速發展是以環境污染和生態破壞為代價的，每萬美元GDP產生CO2排放9．5 t，超過下中等國家6．1 t/萬美元的水平，是世界平均水平的2．02倍，其它廢水、廢固等污染排放情況同樣嚴峻［2］。應對氣候變化、保護生態環境、發展循環經濟、改善生活環境都迫切需要我國建設資源節約型、環境友好型社會，實現環境經濟可持續發展。因此從環境經濟效率變化(Eco－efficiency)的角度，探究我國經濟發展中環境效率發展變化趨勢及動因，對改善我國環境污染狀況，調整產業結構有重要意義。

1 文獻回顧

環境經濟效率是指在某一地區使用更少環境壓力承載提供滿足人類需求的商品與服務。自1992年環境經濟效率概念被世界可持續發展工商理事會(World Business Council for Sustainable Development)提出以來，越來越多的國內外學者開始關注這一話題，并嘗試從定量角度測算具體的效率值。被普遍接受的計算公式是:環境經濟效率=產品或服務的價值/污染排放造成的環境影響。研究方法主要有兩種類型，一是模糊層次分析法和因子分析法。這類分析方法或是通過專家賦權，或是基于不同環境壓力對環境影響相同的前提假設，研究者主觀傾向對研究結果影響較大［3－5］。王波等使用因子分析對我國2007年大陸各省環境經濟效率做了排名［6］，但由于具體指標和數據樣本選擇的差異，結果與莊宇等使用R因子分析對我國1999年大陸各省所作環境經濟效率排名出入較大［7］。二是基于DEA 或 Malmquist指數方法，應用比較普遍［8－11］。DEA 或Malmquist指數方法避免了人為賦權的問題，客觀性較強，但是這類方法常以環境污染作為輸入，經濟增加值作為輸出，輸入輸出對應關系不明確。針對上述問題，Kuosmanen T．［12］提出了環境效率方程EE，以此為基礎模仿Malmquist指數構建及分解建立了EPI環境經濟效率變化模型，并應用該方法對歐盟地區二十成員國1990－2003年動態環境效率變化情況進行了分析。楊文舉利用這一模型計算了中國大陸2003－2007年各省區工業動態環境效率，并將環境效率進一步分解為環境技術變化和環境效率變化［13］。

相對而言，國內外基于DEA或Malmquist指數方法的環境效率研究更為廣泛，但仍存在有待完善之處:一是直接將DEA或Malmquist指數方法平移到環境領域，模型應用中輸入輸出指標的選擇存在爭議;二是對Malmquist指數或EPI環境經濟效率的分解，模仿經濟研究中技術進步與技術效率提高的分解，在環境研究領域中缺乏與其對應的實證含義;三是當少數評價單元在DEA或EE方程中始終處于效率前沿時，無法對這幾個評價單元進行橫向比較，同時易造成動態環境效率評價的無效;四是針對省際比較的研究較多，而針對流域對比分析的研究寥寥無幾。

針對上述問題，本文在Kuosmanen T．［12］研究基礎上，加強假設條件，得到S－EE方程，實現所有評價單元的全部排序。同時基于S－EE方程構建S－環境效率變化模型，并應用此模型和S－EE方程對1998－2009年我國七大流域靜態、動態水環境效率進行評價，以期在流域環境效率評價方面有所拓展。

2 模型、算法研究與探討

2．1 EPI環境經濟效率變化模型構建及分解

環境經濟效率用以測算在同等經濟產出情況下，不同評價單元污染排放對環境產生的壓力。Kortelainen［12］提出的測算方法基本思想是，假設有N個評價單元，每個評價單元的經濟活動將產生經濟增加值V和M種環境壓力Z。在此假定下，第k個評價單元的靜態環境效率EE可以表示為:

EEk(Zs，Vs，τ)表示以 τ時期的環境壓力數據所在環境效率前沿為參照，第k個評價單元以時期s的環境壓力數據為輸入，所得相對環境效率。其結果可由線性規劃(2)計算得出:

為測度第K個評價單元從τ－1時期到τ時期之間的環境經濟效率變化，可以用τ－1時期或τ時期的環境前沿為參照，運用上式所示的線性規劃來得到兩個相對環境效率。但是不同時期環境前沿所得相對環境效率結果并不一致。為綜合考慮這兩種情況，Kortelainen［12］沿用Charnes A［14］和 Caves等［15］在計算 Malmquist指數時所采用的思路，利用兩種環境前沿下所得到的相對環境效率的幾何平均值來度量第k個評價單元在τ－1時期到τ時期之間的環境經濟效率變化EPIk(τ－1，τ)。

因為 EEk(Zs，Vs，τ)∈［0，1］，所以 EPIk(τ－ 1，τ)∈［0，∞］。如果 EPIk(τ－1，τ)＞1，表明在 τ－1時期到 τ時期之間，第k個評價單元的環境經濟效率得到了改善，其值越大，環境經濟效率的改善程度越大。

為探討環境經濟效率變化的源泉，Kortelainen［12］還仿照F?re等人［16］對Malmquist全要素生產率進行兩重分解的研究，將環境經濟效率變化分解成環境效率變化(ECOEFF)和環境技術進步(TECH)兩個部分:

同時為了解釋環境技術進步是否具有偏向性，Kortelainen［12］借鑒 F?re 等人［17］在生產率分析中的技術進步的分解思路，將環境技術進步分解成一個數量指標(MATCH)和一個偏向性指標(EBLAS):

2．2 基于S－EE方程的S－環境效率變化模型構建

然而上述模型的構建基于EE靜態環境效率的計算，實際應用中，可能因為各評價單元環境效率差異太大造成一個或幾個評價單元的長期處于環境前沿上，導致靜態環境效率效果無意義以及環境效率變化結果的無效。同時，上訴模型模仿經濟研究中技術進步與技術效率提高的分解，在環境研究領域中是否具有對應的實證含義尚值得商榷。本文借助Anderson P，Peterson N C［18］的研究，在EE模型中加強假設條件，將被評價單元的環境壓力指標從松弛變量中消除，可得S－EE靜態環境效率方程槇EEk(Zτ，Vτ，τ)。其基本思想是在進行第k個評價單元靜態環境效率評價時，使第k個評價單元的環境壓力輸入被其它所有評價單元的環境壓力輸入線性組合替代，而將第k個評價單元排除在外。該方程可以由線性規劃方程(6)計算得出:

3 變量選取與樣本數據說明

3．1 評價單元的選擇

根據研究目的，本文評價單元為我國七大流域，包括長江流域、黃河流域、珠江流域、松花江流域、淮河流域、海河流域和遼河流域。

3．2 輸入輸出指標構建

水環境經濟壓力輸入指標的選取，應綜合考慮流域內經濟增量和相應環境污染兩類情況。為同以往研究一致，本文采用的環境壓力指標借鑒 Kortelainen［12］及楊文舉［13］的研究成果，同時參考流域水環境問題研究常用指標。考慮到指標代表性和數據可得性，研究采用輸入指標包括單位GDP(1998年不變價，下同)廢水排放量、單位GDP化學需氧量(COD)排放量。考慮到流域水環境研究的特殊性，在本次研究的輸入指標中增加流域水質狀況，即七大流域河流水質達標率(按評價河長統計)。輸出指標仍沿用此類研究常用的單位GDP。鑒于數據統計口徑的變化，樣本的分析時間為1998－2009年。經處理后所得環境經濟壓力輸入指標的一般統計描述見表1，不同流域環境壓力差異較大，南方流域單位GDP廢水排放量明顯高于北方流域，但流域水質一般好于北方流域。

表1 1998－2009中國七大流域環境經濟壓力指標統計描述Tab．1 The descriptions of the variables for seven drainage areas 1998－2009

4 七大流域水環境效率實證分析

4．1 七大流域S－動態環境效率與EPI環境效率評價結果比較

本文使用Kortelainen［12］所提出方法對我國七大流域EPI、TECH、ECOEFF、MATECH、EBIAS、ECOEFF 進行了計算，并與上述的S－動態環境效率結果進行了對比。研究發現，Kortelainen［12］所提出方法計算得到的96個EE靜態環境效率結果中，等于1．00的共60個，占全部評價結果的62.5%，導致長江流域、淮河流域和海河流域的ECOEFF結果為0，評價無效，而本文提出的模型有效避免了這一問題。

4．2 七大流域的S－EE靜態環境效率評價

靜態環境效率是流域單位經濟產值環境排放強度的綜合體現，效率較低的評價單元在產生同等的經濟產出時造成的環境壓力較大。研究中流域水質指標的引入，同時考慮了流域環境承載能力，即環境承載能力較大的流域，可以接受較大的環境排放強度而靜態環境效率不降低。本文采用S－EE模型得到七大流域1998－2009年靜態環境效率評價結果(見表2)。從七大流域1998－2009年均靜態環境效率來看，珠江流域、海河流域水環境情況相對其他五大流域表現較好，而遼河流域、淮河流域、黃河流域表現較差。主要原因包括兩個方面，一是黃河流域、淮河流域、遼河流域，單位產值排污強度本身較大，單位GDP廢水排放量，單位GDP COD排放量均較高。二是受氣候條件原因，南方水系水量較大，環境承載能力較強，在同等排污量情況下，能保持較高的河流水質。海河流域雖處我國北方，河流水質劣于其他流域，但經濟發達，產業結構更優越，單位GDP廢水排放量是我國平均水平的45．1%，單位GDP COD排放量是我國平均水平的74．5%，是七大流域最好水平。表2中，長江流域、珠江流域和海河流域連續十二年處于環境效率前沿，松花江流域1999－2009連續十一年處于環境效率前沿。黃河流域、淮河流域和遼河流域除個別年份外，長期處于靜態環境效率無效狀態。

表2 1998－2009年七大流域S－EE靜態環境效率評價Tab．2 The S－EE eco－ efficiency change of seven drainage areas 1998－2009

目前我國各地環境標準一條線，但由于環境承載能力的不同，在流域環境污染治理過程中，承載能力較小的流域更易出現環境問題［19］。因此污染排放標準的制定還需適當考慮流域環境承載能力，對環境承載能力較低的流域，實施更為嚴格的污染排放標準，使高污染行業向環境承載能力較高流域流動，形成流域產業結構的環境友好型布局，避免個別流域污染問題長期難以解決。

4．3 七大流域的S－動態環境效率評價

為進一步分析各流域相對自身的水環境效率變化，研究采用S－動態環境效率模型對七大流域和全國平均1998－2009年的動態環境效率變化進行了計算，結果見表3和圖1。我國平均水環境效率在1998－2009年出現年均1．53%的上升，表明總體上我國各流域水環境問題有所改善，單位GDP污染排放出現下降，河流水質有所改善。從結果來看，年均S－動態環境效率變化為負值的黃河流域、淮河流域、遼河流域和珠江流域，正是在這些年因污染問題和斷流問題比較受關注的流域，與我們的直觀認識相吻合。為進一步分析各流域動態環境效率變化情況，結合我國流域水污染防治管理體制改革狀況，本文將整個研究時期按照4年一個階段劃分為1998－2001、2002－2005、2006－2009三個部分。

表3 1998－2009年七大流域S－動態環境效率變化Tab．3 The dynamic eco-efficiency change of seven drainage areas 1998－2009 %

圖1 1998－2009年七大流域S－動態環境效率變化Fig．1 The dynamic eco－ efficiency change of seven drainage areas 1998－2009

1998－2001是我國七大流域水環境效率出現明顯下降的階段，平均水環境效率年均下降2．03。七大流域中有四個流域出現水環境效率下降，其中比較嚴重的是屢次出現重大環境事故的淮河流域，年均水環境效率下降11．14%。主要原因是這一時期淮河流域水質較差，劣V類水質河長占比超過50%，同時單位GDP COD排放量約為2002－2005年的2倍。水環境效率下降略低于淮河流域的是當時流域水質問題最為嚴重的遼河流域，年均水環境效率下降7．46%。受斷流問題困擾的黃河流域年均水環境效率下降3．63%，斷流造成這一時期流域河流水質狀況惡劣，V類和劣V類水質河長占比超過70%。水環境效率較好的是我國珠江流域、長江流域和松花江流域，這三個流域水量相對豐沛，環境經濟承載能力較強，流域水質較好，相對其他流域水環境效率的下降，上述流域年均水環境效率分別提升 17．52%、16．35 和13．85%。

2002－2005年，我國七大流域年均水環境效率上升5．92%，是水環境效率提高最為明顯的階段。海河流域、珠江流域、黃河流域、遼河流域四個流域出現水環境效率提升，分別為 8．90%、7．68%、2．57% 和 2．53%。淮河流域水環境效率與前期持平(小于±0．5%)，僅長江流域和松花江流域兩個流域出現水環境效率下降。這一時期，長江中上游和松花江流域經濟快速增長，但產業結構發展不合理，單位GDP廢水排放量、單位GDP COD排放量分別由前期第三位上升為七大流域之首。這一時期我國各流域廢水排放絕對量、COD排放絕對量仍然較大但增速略有減緩，七大流域水質略好于前期，受益于這一時期我國經濟高增長，各流域單位GDP廢水排放量、單位GDP COD排放量均出現較為明顯的下降，這是整體水環境效率提高最為主要的原因。此外2002－2005年我國環境保護實施力度較大，集中出臺了多部水環境保護相關法律法規，逐步實施水務統一管理。各流域加強區域合作，探索各種更為靈活的管理機制，也是我國各流域水環境效率明顯上升的主要因素。

2006－2009年，我國七大流域年均水環境效率－0．03%，與前期持平。除珠江流域和海河流域出現水環境效率明顯下降外，其他五個流域水環境效率均有不同程度提升。前期因環境問題備受關注的長江流域、松花江流域和淮河流域水環境效率明顯提升，分別上升11．88%、5．51%和4．86%，前期靜態環境效率和動態環境效率值都比較高的珠江流域和海河流域出現水環境效率由正轉負的情況，尤其是珠江流域水環境效率下降高達18．81%。珠江流域、海河流域是我國經濟較發達地區，從水環境經濟壓力來看，2009年珠江流域單位GDP污染排放程度高于全國平均水平，而海河流域水質情況不容樂觀。珠江流域水資源相對豐富，但這樣高排放、高污染的落后發展方式必將為該流域經濟未來健康發展埋下隱患。

5 主要結論

本文提出S－環境效率變化模型，并應用該模型實證分析了我國七大流域1998－2009年水環境效率靜態和動態變化，得到如下結論:

第一，本文提出的S－環境效率變化模型有效避免了EPI環境效率模型出現大量評價單元靜態環境效率為1．00的問題，同時可以對所有評價單元各年動態環境效率變化進行有效計算，實證結果與各流域環境變化直觀認識相符。

第二，從水環境靜態效率評價結果來看，珠江流域、海河流域高于其他五大流域。流域水環境靜態效率受流域環境承載能力影響較大，可以利用這一特點對各流域產業布局進行調整和布局，降低北方流域環境承載壓力。通過降低單位GDP污染排放乃至污染排放絕對量可以有效改善流域靜態環境效率，也是解決流域環境污染的根本途徑。

第三，1998－2009年我國七大流域水環境動態效率有年均1．53%的改善，但主要受益于我國經濟快速增長，單位GDP污染排放量迅速下降，我國流域污染排放絕對量并未明顯好轉。七大流域水環境動態效率呈現前期下降，中期提高，后期持平的變化，表明我國流域水環境問題初步得到遏制，但改善跡象不明顯，根本好轉尚待時日。

第四，分階段來看，各階段出現環境效率下降的流域分別為:1998－2001年，淮河流域、遼河流域;2002－2005年，長江流域、松花江流域;2006－2009年，珠江流域、海河流域。問題流域的不斷更換表明我國流域水環境治理存在事后治理和大災才有大治的問題，缺乏主動和事先干預。有關部門應該根據流域具體特點，環境壓力種類、程度與各地經濟結構，主動而有針對性緩解各流域環境壓力，促進流域動態環境效率的有效提高。

(編輯:劉呈慶)

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