基于LMDI的區域因素與水資源消耗強度變化關系的研究

葉 凱,章恒全,張陳俊

(河海大學 商學院,江蘇 南京 211100)

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基于LMDI的區域因素與水資源消耗強度變化關系的研究

葉 凱,章恒全,張陳俊

(河海大學 商學院,江蘇 南京 211100)

摘要：基于改進的LMDI模型,考慮區域因素對水資源消耗強度變化的影響,對我國“十一五”期間水資源消耗強度的變化進行了分解分析。結果表明:技術進步是水資源消耗強度下降的主要影響因素,而產業結構調整和區域經濟相對規模變化未能促進水資源消耗強度的下降;東、中、西部地區水資源消耗強度的變化存在差異,東部地區對全國水資源消耗強度下降貢獻最大;含區域因素模型與未含區域因素模型相比,產業結構效應和技術進步效應分別相差0.96和2.33 m3/萬元。因此,各地區要進一步關注技術進步、產業結構調整和地區之間相互支持。

關鍵詞：水資源消耗;區域因素;分解效應; LMDI模型

自黨的十八大以來,以習近平同志為總書記的黨中央高度重視水資源問題,明確提出了“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的水治理新思路。最近,《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十三個五年規劃的建議》明確提出了“實行最嚴格的水資源管理制度,以水定產，以水定城,建設節水型社會”。用水效率是節水型社會評價指標體系的重要組成部分,因此對其開展研究,對建設節水型社會具有重要的意義。許多學者在這方面進行了相關研究，例如：賈紹鳳等[1]利用庫茲涅茨曲線研究了工業用水與經濟發展之間的關系,認為工業用水下降的直接原因是部門用水效率的提高和經濟結構的調整；陳素景等[2]認為經濟發展會引起水資源利用效率的提高,并且發現用水效率呈現冪指數衰減,同時,各地區的用水效率存在較大的差異；李世祥等[3]通過實證研究發現,我國中西部地區水資源利用效率收斂趨勢明顯,而東部地區不存在收斂趨勢,東部地區的用水效率明顯高于中西部地區的,區域經濟發展水平的差異是引起區域用水效率差異的主要原因。

國內外學者針對水資源消耗強度變化影響因素的相關研究甚少,而指數分解法(IDA)是這類研究最常用的方法,該方法主要被應用于能源消耗[4-6]和污染物排放[7-9]的影響因素分析。以能源消耗強度變化的影響因素分解分析為例,將能源消耗強度變化分解為結構效應和強度效應,分別反映產業結構調整和產業能源強度對能源消耗強度變化的影響;以此為鑒,不妨將水資源消耗強度變化分解為結構效應和強度效應,分別反映產業結構調整與產業用水強度對水資源消耗強度的影響。現有的分解分析都沒有考慮區域因素的影響,現今欠發達地區經濟發展占全國經濟的比重在不斷上升,但是其自身用水效率較低,使得水資源消耗強度下降存在很大的不確定性。

水資源是重要的自然資源,尤其對缺水國家和地區而言,水資源正在取代石油成為能源短缺的主要因素。然而對水資源消耗強度變化的影響因素分解分析鮮有學者關注。本文采用改進的LMDI方法,考慮區域因素對我國水資源消耗強度變化的影響,首先構建含區域因素的分解模型,再利用“十一五”期間的數據,利用含區域因素模型和未含區域因素模型分別分解分析水資源消耗強度變化的影響因素,并比較分解結果,最后得到結論并提出了相應的政策建議。

1模型構建

指數分解分析主要被應用于能源需求變化和污染排放變化的影響因素分析,也被應用于水資源領域,該方法得到了不斷的發展與完善。Ang B W[10]將指數分解法劃分為拉式指數分解法(Methods linked to Laspeyres index)與迪式指數分解法(Methods linked to Divisia index),并且各自包括若干種分解方法。但是在實際研究中,到底采用哪種方法更加適合,不同的學者有著不同的觀點。Ang B W， et al.[10-12]認為對數均值迪式指數分解法(Logarithmic Mean Divisia Index,即LMDI)是最優的方法。該方法包括加法模型與乘法模型,其乘法分解結果具有加法特性,乘法分解結果與加法分解結果可以相互轉化,不存在殘差項。考慮到分解結果解釋的難易程度,本文選擇改進的LMDI加法模型,即完全分解的LMDI加法模型。

改進的LMDI加法模型如下:

(1)

式(1)中：I為總用水強度;Q為國內生產總值;Qij為第i個地區第j次產業的產值;Wij為第i個地區第j次產業的用水量;Si為第i個地區產值占國內生產總值的比重;Sij為第i個地區第j次產業產值占第i個地區總產值的比重;Iij為第i個地區第j次產業的用水強度。

限于篇幅,此處省去詳細的推導過程,假定時間從時刻T-1變化到時刻T,根據對數均值權數函數等推導出的結果如下:

(2)

(3)

(4)

(5)

上述公式中:wij為權數,并且wij=Si·Sij·Iij； △Itot表示總用水強度的變化;△Ireg表示區域經濟規模相對變化引起水資源消耗強度的變化,反映了各地區經濟規模在全國的地位變化對水資源消耗強度變化的貢獻程度;△Istr表示區域內產業結構調整引起水資源消耗強度的變化,反映了區域內產業結構轉變對水資源消耗強度變化的貢獻程度;△Iint表示區域內產業用水強度變化引起水資源消耗強度的變化,反映了技術進步對水資源消耗強度變化的貢獻程度。

如果不考慮區域因素,則LMDI加法模型為:

(6)

式(6)中：I為總用水強度;Sj為第j次產業產值占國內生產總值的比重;Ij為第j次產業用水強度。

推導出的結果如下:

(7)

其中:

(8)

(9)

上式中△Istr和△Iint的含義與考慮區域因素的LMDI模型相同,分別反映產業結構調整和技術進步對水資源消耗強度變化的貢獻程度。

2實證分析

2.1數據說明

本文所用數據根據歷年《中國統計年鑒》和《中國水資源公報》整理計算而得。其中,國內生產總值指標按照三次產業進行劃分；年鑒公報中沒有將用水量指標按照三次產業進行劃分,而是劃分為農業用水、工業用水、生活用水和生態用水(2003年開始統計生態用水),為了便于研究,統一口徑后將用水量指標按照三次產業口徑進行整合,農業用水為第一產業用水,工業用水為第二產業用水,生活用水與生態用水合并為第三產業用水；用水強度指標由用水量指標除以產值指標得到(單位為m3/萬元)。為了統一口徑,消除價格因素的影響,以2006年為基期，即以2006年為100對三次產業產值進行調整。

2.2含區域因素的水資源消耗強度變化的因素分解

本文基于2006～2010年即“十一五”規劃期間的數據,利用模型中的公式(1)～公式(5),進行了含有區域因素的水資源消耗強度變化的因素分解。為了更好地反映我國水資源消耗強度變化的區域特征,按照三分法,將我國31個省(市、區)劃分為東、中、西部三個地區,分組情況如表1所示。

表2顯示了含區域因素的水資源消耗強度變化的分解因素效應及其貢獻率。在2006～2010年期間,我國水資源消耗強度累計下降了26.64 m3/萬元,其中技術進步效應累計達到-54.02 m3/萬元,占總效應的比重為202.78%,對水資源消耗強度的下降起到正向促進作用,是水資源消耗強度下降的主要影響因素；而區域結構效應和產業結構效應都是正值,兩者累計達到27.38 m3/萬元,占總效應絕對值的比重為102.78%,對水資源消耗強度的下降起到負向阻礙作用,其中區域結構效應的負向作用弱于產業結構效應的。

東、中、西部三個地區的水資源消耗強度都是累計下降的,只是下降幅度存在差異,東部下降最多,西部次之,中部下降最少；促進下降的原因存在很大的相似性,即技術進步效應是水資源消耗強度下降的主要影響因素,產業結構調整起到負向阻礙作用,東、中部地區的產業結構效應相似,西部地區的產業結構效應值最大。中、西部地區的區域結構效應是正值,而東部地區的是負值,說明中西部地區經濟占全國經濟的比重有所上升,而東部地區經濟占全國經濟的比重有所下降,由于全國整體用水效率比較低,所以引起區域結構效應的變化。

從3個地區對全國水資源消耗強度下降的貢獻程度來看,東部地區對全國水資源消耗強度下降的貢獻最大,貢獻率(地區總效應/全國總效應×100%)達到47%；西部次之；中部最小。西部地區的技術進步效應最大,東部次之,中部最小,但這并不能說明西部地區技術比東部地區先進；雖然3個地區水資源消耗強度的下降都是由技術進步引起的,但是影響機制存在差異性,東部地區主要由技術進步導致水資源消耗強度下降,而西部地區由于初始水資源消耗強度比較大,因此微小的技術進步都會引起較大的水資源消耗強度下降。

圖1顯示了含區域因素的全國及東、中、西部地區水資源消耗強度變化的分解因素效應,從中可以清楚地看出各個地區的總效應和分效應情況。

注：限于文章篇幅,此處只計算LMDI加法模型分解因素效應及其貢獻率,并沒有計算LMDI乘法模型的分解結果。下同。

2.3未含區域因素的水資源消耗強度變化的因素分解

表3顯示了未含區域因素的水資源消耗強度變化分解因素效應及其貢獻率。利用模型中的公式(6)～公式(9)計算得到：2006～2010年全國水資源消耗強度累計下降26.64 m3/萬元,與含區域因素的情況一致,其中技術進步效應累計達到-51.69 m3/萬元,占總效應的比重為194.03%,是水資源消耗強度下降的主要影響因素；而產業結構效應是正值,累計達到25.05 m3/萬元,占總效應絕對值的比重為94.03%,對水資源消耗強度的下降起到負向作用。東、中、西部三個地區的水資源消耗強度都累計下降,并且都是由技術進步效應的正向作用大于產業結構的負向作用所導致。

由于沒有考慮區域因素,所以各地區的分項效應之和并不等于總效應,沒有辦法獲得各地區的效應占全國總效應的比重。西部地區水資源消耗強度下降幅度最大,中部次之,東部最小,這與技術進步效應完全一致；然而東部地區產業結構效應為正值且最小,由此可以看出東部地區的產業結構調整更加有利于水資源消耗強度的下降。

圖2顯示了未含區域因素的全國及東、中、西部地區水資源消耗強度變化的分解因素效應,從中可以清楚地看出各地區的總效應和分效應情況。

2.4有、無區域因素的水資源消耗強度變化分解結果的比較

表4和圖3顯示了有、無區域因素的我國水資源消耗強度變化因素分解結果的比較,兩種模型的總效應是一致的,在2006～2010年期間,水資源消耗強度累計下降26.64 m3/萬元,含區域因素的技術進步效應和產業結構效應分別比不含區域因素的對應效應小2.33和0.96 m3/萬元,正好等于區域結構效應的差異。含區域因素模型增加了技術進步效應對水資源消耗強度下降的促進作用,同時弱化了產業結構效應的阻礙作用。

表4有、無區域因素的水資源消耗強度變化分解結果的比較

注：基于表2和表3整理得到；此處只比較全國水資源消耗強度變化的分解結果,并沒有比較東、中、西部地區水資源消耗強度。

3結論及政策建議

本文基于改進的LMDI模型(即不僅考慮產業結構調整和技術進步對水資源消耗強度變化的影響,還考慮區域結構因素的影響)，對我國“十一五”期間水資源消耗強度的變化進行了分解分析,同時比較了有、無區域因素模型分解結果的差異性,得到如下結論：

第一,在含區域因素的模型中,技術進步是全國水資源消耗強度下降的主要影響因素,而產業結構調整和區域經濟規模的相對變化對水資源消耗強度的下降起到負向作用；東、中、西部地區的水資源消耗強度下降存在差異,但都是由技術進步效應的正向作用大于產業結構效應與區域結構效應的負向作用所致,其中東部地區對全國水資源消耗強度下降影響最大。

第二,在未含區域因素的模型中,技術進步同樣是水資源消耗強度下降的主要影響因素,產業結構調整沒有促進水資源消耗強度的下降,其中西部地區水資源消耗強度下降最大,與技術進步效應一致,但是東部地區產業結構的調整更加有利于水資源消耗強度的下降。

第三,含區域因素模型與未含區域因素模型相比,產業結構效應和技術進步效應分別相差0.96和2.33 m3/萬元；通過含區域因素模型分解分析,能夠得到各個地區水資源消耗強度變化對全國的貢獻程度,即各地區的效應加總等于全國的效應。

基于以上分析,我們提出如下政策建議:(1)各地區在發展經濟的同時,要進一步關注技術進步,形成創新的良好環境,降低水資源消耗強度,尤其是中、西部欠發達地區;(2)加快產業結構調整和優化,水資源消耗強度大的部門向水資源消耗強度小的部門轉移,也是降低水資源消耗強度的重要途徑;(3)各地區應通力合作,經濟發達地區要加強對經濟欠發達地區在資金、技術、人才和管理等方面的對口支持,以提高欠發達地區的用水效率,促進節水型社會建設。

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(責任編輯:黃榮華)

Research on Relationship between Regional Factors and Water Resource Consumption Intensity Variation Based on LMDI

YE Kai, ZHANG Heng-quan, ZHANG Chen-jun

(College of Business, Hohai University, Nanjing 211100, China)

Abstract：Considering the regional factors influence on water resources consumption intensity change, the water resources consumption intensity change during China’s “Eleventh Five-Year” was analyzed based on the improved LMDI model. The results showed that the technological progress was the main factor of water consumption intensity decreased, while the industrial restructuring and changes in the relative size of the regional economy failed to promote water consumption intensity decreased. There existed differences in water resources consumption intensity change between eastern, central and western regions, and the eastern region contributed most to the decrease of national water consumption intensity. Compared with the model of excluding regional factors, the industrial structure effect and technological innovation effect calculated by the model excluding regional factors were less than 0.96 and 2.33 m3/104Yuan. Therefore, the regions should further focus on technological progress, industrial restructuring and the support among different regions.

Key words：Water resource consumption; Regional factors; Decomposition effect; LMDI model

收稿日期：2015-12-25

作者簡介：葉凱(1989─),男,湖北黃岡人,碩士,主要研究方向為工程項目管理與水資源經濟學。

中圖分類號：F323.213

文獻標志碼：A

文章編號：1001-8581(2016)05-0095-05