西北干旱區城市水資源綠色效率及節水減排研究

關鍵詞：水資源綠色效率；ＳＢＭ 模型；節水減排潛力；西北干旱區

中圖分類號：ＴＶ２１３．９ 文獻標志碼：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０６．０１１

引用格式：張文閣，雍會．西北干旱區城市水資源綠色效率及節水減排研究［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（６）：６８－７３．

０引言

２０１４年初，習近平總書記在北京視察時，明確提出“城市發展要堅持以水定城、以水定產、以水定人、以水定地”，為我國城市發展指明了方向。城市水資源綠色效率是指城市中水資源等生產要素的投入與帶來的經濟、社會和生態環境產出的比值。分析城市水資源綠色效率及節水減排潛力，對于合理規劃人口、城市和產業發展，促進城市與經濟、生態協調發展，人與自然和諧共生具有重要意義。西北干旱區深處內陸，降水稀少，蒸發量極大，氣候干旱。西北干旱區水資源具有時空分布不平衡的特點，與快速發展的工業化、城鎮化不相匹配，其產業結構不合理、技術水平相對較低，加上水資源嚴重短缺、利用效率較低等問題，使得城市水資源供需矛盾日益突出。因此，研究西北干旱區城市水資源綠色效率及其特征，分析影響水資源綠色效率的因素，對提升西北干旱區城市水資源綠色效率，促進城市高質量發展具有重要意義。

孫才志等［１］ 首先提出水資源綠色效率的概念，并將研究內容擴充到社會發展領域、生態環境領域。水資源綠色效率測度與影響因素研究逐漸成為學術界的熱點。學者們從不同的視角開展水資源綠色效率相關研究。在區域研究方面，孫才志等［２］ 和潘忠文等［３］ 分別對中國３１ 個省市的水資源綠色效率進行測度，結果表明我國水資源綠色效率區域差異顯著。在流域經濟帶方面，張瑋等［４］ 、楊高升等［５］ 均發現長江經濟帶水資源綠色效率區域差異明顯，但兩者研究所得水資源綠色效率變化趨勢不一致；王紀凱等［６］ 發現黃河流域工業水資源綠色效率整體呈持續上升趨勢，空間非均衡性顯著；楊騫等［７］ 研究發現黃河流域水資源綠色效率平均值高于長江經濟帶，兩者的差距呈逐步縮小態勢；安慧等［８］ 對長江經濟帶城市水資源綠色效率進行測度，發現長江經濟帶城市水資源綠色效率整體逐年提高，空間分布呈上、中、下游逐步遞增的態勢；岳立等［９］ 發現黃河流域大部分城市水資源利用未達到生產前沿面。上述研究不斷完善水資源綠色效率評價體系，但未充分表征水資源節約、水污染治理等問題，仍需補充完善。

筆者運用包含非期望產出的ＳＢＭ 模型，對西北干旱區３４個地級市的水資源綠色效率進行測度，通過具體的水資源投入及水污染排放的可改進量，測算西北干旱區各地級市的節水潛力和減排潛力，以期指導西北干旱區各個地級市節水減排的具體工作，推動西北干旱區實現生產、生態的綠色發展。

１研究區概況、研究方法與數據來源

１．１研究區概況

參考耿慶玲［１０］ 對西北干旱區的區域劃分，本文所述西北干旱區主要包括新疆、甘肅、青海、寧夏、內蒙古錫林郭勒以西地區、陜西關中平原及陜北高原，面積約３６９萬ｋｍ^２。西北干旱區地處內陸干旱半干旱區，距海洋較遠，加之有天山、青藏高原、帕米爾高原等阻擋濕潤氣流，降水稀少，空氣干燥，大陸性特征明顯。本文選取西北干旱區的地級市為研究對象，剔除吐魯番、哈密這兩個數據缺失較多的城市，最終確定３４個地級市為本文的研究對象。將西北干旱區劃分為南、中、北三大區域，分析三大區域之間的差異。南部區域包括西安、銅川、寶雞、咸陽、渭南、定西、慶陽、平涼、天水、隴南共１０個地級市；中部區域包括西寧、海東、延安、榆林、銀川、石嘴山、吳忠、固原、中衛、張掖、金昌、武威、白銀、蘭州共１４個地級市；北部區域包括烏魯木齊、克拉瑪依、嘉峪關、酒泉、呼和浩特、包頭、烏海、鄂爾多斯、巴彥淖爾、烏蘭察布共１０個地級市。

１．２研究方法

１．３數據來源與指標選取

數據來源于２０１１—２０２０年《中國城市統計年鑒》《中國城市建設統計年鑒》和各地級市的統計年鑒及水資源公報，少數缺失數據通過線性插值法彌補。具體指標包括：１）以３４ 個地級市的用水總量衡量實際的水資源消耗量。２）以３４個地級市的城鎮單位從業人員數作為生產過程中的勞動投入。３）以３４個地級市的全社會固定資產投資總額作為資本投入指標。４）以３４ 個地級市的地區生產總值作為期望產出指標之一。５）以３４ 個地級市的污水及工業廢水排放量衡量生產過程中的非期望產出。６）社會發展指數。借鑒代金輝等［１３］ 對社會發展水平的研究，建立社會發展指數的指標體系，作為期望產出之一，見表１。

對原始數據進行標準歸一化處理，使不同量級、單位的數據能夠相互比較，計算公式如下：

２結果與分析

２．１城市水資源綠色效率及松弛變量測算

選用包含非期望產出的ＳＢＭ 模型，利用Ｍａｔｌａ?ｂＲ２０２０ａ 對２０１１—２０２０ 年西北干旱區３４ 個地級市的水資源綠色效率和松弛變量進行測算，具體結果見表２。

２０１１—２０２０年西北干旱區３４ 個地級市中，水資源綠色效率平均值為１的地級市有呼和浩特、銅川、嘉峪關、固原，數量占比為１１．８％；剩余８８．２％的地級市水資源綠色效率未達到生產前沿面，存在改善空間。進一步從投入產出的松弛變量探究原因，發現水資源綠色效率無效的地級市存在資源投入冗余、社會發展指數產出較少、污水及工業廢水排放量較大的情況。在地區生產總值期望產出的松弛結果中，大多數地級市都為最優水平，只有金昌、張掖、平涼、定西、隴南、石嘴山存在產出不足的情況。由于投入產出指標存在差異，因此各地級市可以根據松弛結果對水資源利用過程中的投入產出做出改善調整。

２．２空間分布特征分析

各地級市的水資源綠色效率差異明顯，采用自然斷點法將２０１１—２０２０年西北干旱區各地級市水資源綠色效率平均值分為高、中、低三級，見表３。其中呼和浩特、榆林等１２ 個地級市屬于高值區，其余２２個地級市屬于中低值區。同時，西安、蘭州等經濟較發達地級市處于水資源綠色效率的中低值區，而榆林、隴南等經濟欠發達地級市處于高值區。出現這種差異的原因是，部分經濟欠發達地級市在水資源利用過程中投入要素較少，產出與投入相匹配，使得水資源綠色效率相對較高，而經濟發達地級市投入要素過多，污水與工業廢水排放量較大，投入與產出不相匹配，故水資源綠色效率相對較低。

２．３各區域水資源綠色效率時間演變特征分析

從區域上來看，２０１１—２０２０年西北干旱區南、中、北三大區域水資源綠色效率的平均值分別為０．６４０、０．６４９、０．７８５，其中北部區域高于西北干旱區城市平均水平（０．６８６），而中部和南部區域與平均水平還存在著一定的差距，總體呈現出南部＜中部＜北部的發展態勢。如圖１ 所示，研究期內西北干旱區三大區域發展態勢相似，呈“先平穩上升，再下降，后回升”的變化趨勢。北部、中部、南部區域的效率峰值均出現在研究中期，分別為０．８９０、０．７６４、０．７６５，且在２０１５年后均有不同程度的下降。究其原因，西北干旱區有限的水資源與人口增長、工業化和城市化的快速發展相矛盾，同時部分城市對生態環境的保護意識薄弱、技術落后、污水排放過多等原因致使水資源綠色效率呈下降趨勢。２０１9年后，西北干旱區南部、北部區域呈現上升態勢，中部區域則處于緩慢下降趨勢，存在較大改善空間，未來仍需持續攻克水資源低效難題。

２．４節水減排潛力分析

利用節水減排潛力模型測算得到２０１１—２０２０年西北干旱區３４個地級市的節水潛力、污水減排潛力和工業廢水減排潛力，如圖２～圖４所示，以此來反映西北干旱區３４個地級市的節水減排空間。

從總體來看，西北干旱區各地級市節水潛力大于其減排潛力，說明相較于減排任務，西北干旱區各地級市的節水任務更加緊迫。就節水情況而言，西北干旱區各市的節水潛力為２６．９３％，這意味著在水資源的利用過程中，有將近１／３ 的水資源被浪費。就減排情況而言，３４ 個地級市在研究期內可實現的污水減排量達１６３９．５９萬ｔ，污水減排潛力為２０．３７％；可減少的工業廢水排放量為５３６．８２萬ｔ，工業廢水減排潛力為２０．１５％。

從區域層面上來看，三大區域各市的節水潛力與減排潛力存在較明顯的差異，整體上節水潛力大于減排潛力，并且區域之間呈現“中部＞南部＞北部”的格局。西北干旱區中部、南部區域各市的節水潛力呈波動下降態勢，北部區域呈波浪形變化趨勢。在污水減排潛力上，西北干旱區三大區域之間的差距呈“擴大—縮小—擴大”的變化態勢，整體變化幅度較大。在工業廢水排放潛力上，中部區域呈波浪形變化趨勢，南部、北部區域在研究中期呈波動下降態勢、研究后期出現潛力峰值。

結合安慧等［８］ 的城市分類標準，西北干旱區各市等級劃分以節水減排潛力較高值為準，節水減排潛力的臨界值為９％、１９％、４９％，Ａ：節水減排潛力３ 個指標均在０％～９％之間；Ｂ：節水減排潛力３ 個指標至少有一個在９％～１９％之間；Ｃ１：節水減排潛力３ 個指標有一個在１９％～４９％之間；Ｃ２：節水減排潛力３ 個指標至少有兩個在１９％～４９％之間；Ｄ１：節水減排潛力３ 個指標有一個高于４９％；Ｄ２：節水減排潛力３ 個指標有兩個高于４９％。

西北干旱區各地級市等級劃分結果見表４。從城市層面上來看，３４ 個地級市在研究期內等級為Ａ 的城市有９ 個，其中呼和浩特、銅川、嘉峪關、固原這４ 個地級市處于前沿面上，節水潛力、污水及工業廢水減排潛力均為零。但并不意味著這些城市不存在水資源浪費、污水及工業廢水排放冗余現象，而是相對于其他地級市而言，目前這些市的生產技術水平無法進一步實現水資源的節約以及減少污水的排放。等級為Ｂ 和Ｃ的地級市共有１２ 個，該等級的地級市整體節水減排潛力相對較小，但仍存在改善空間。等級為Ｄ１ 的地級市有１１ 個，其中巴彥淖爾、金昌、白銀、武威、張掖、酒泉、銀川、石嘴山的平均節水潛力達６６．９７％，平均每年的節水量為１５．１４ 億ｍ^３。等級為Ｄ２ 的地級市有２個，渭南的節水潛力和工業廢水減排潛力分別為５５．１４％、５４．６４％，平均每年可節約８．０４９ 億ｍ^３ 的水資源，可減少排放２ １６０．６９０ 萬ｔ 的工業廢水；吳忠市平均每年有１３．９１９ 億ｍ^３ 水資源被浪費，第二產業主要集中在石油化工、有色金屬等產業，有１ ０６５．９２９ 萬ｔ的污水和１ ０５０．０４７ 萬ｔ 工業廢水被過度排放，是未來西北干旱區重點節水減排城市。為進一步確定西北干旱區３４ 個地級市明確的節水減排目標，可通過松弛變量計算出各地級市節水減排的目標最優值，即實際用水量、污水及工業廢水排放量與可節水量、可減少的污水及工業廢水量的差值。

３結論

利用包含非期望產出的ＳＢＭ 模型對２０１１—２０２０年西北干旱區３４個地級市的水資源綠色效率進行測度，在此基礎上測算其節水減排潛力，主要結論如下。

１）西北干旱區３４ 個地級市中僅呼和浩特、銅川、嘉峪關、固原這４ 個地級市的水資源綠色效率處于生產前沿面。從區域的角度看，三大區域水資源綠色效率空間分布呈現出波動上升的發展態勢，區域之間的差異逐年縮小，但效率值均未達到有效產出，存在很大的改善空間。

２）在節水潛力方面，巴彥淖爾、渭南、銀川等１０個地級市的節水潛力年均值均超過５０％，說明上述地級市是西北干旱區的“節水大市”，這些地級市第一、二產業占比較高，生產過程中需水量較大，但技術水平相對較低，使得期望產出較低。三大區域之間的節水潛力差異明顯，中部區域節水潛力較高，南、北部次之。

３）在減排潛力方面，天水和西寧的污水減排潛力

均超過５０％，渭南、平涼和吳忠的工業廢水減排潛力均超過５０％，這些地級市將作為西北干旱區污水及工業廢水減排的重點地級市，其污水過度排放與產業結構和技術水平發展緊密相關。

４建議

根據以上結論，為進一步提高西北干旱區３４ 個地級市的水資源綠色效率，提出以下政策建議。

１）西北干旱區各地級市長期存在的“粗放型”經濟增長方式，導致整體的水資源綠色效率仍未達到有效產出。因此，轉變經濟發展方式、推動經濟的創新及高質量發展依然是西北干旱區未來的戰略重點。對處于水資源綠色效率前沿的地級市而言，要全面加強與東部沿海發達城市的合作，積極引進節水減排的先進技術、知識和管理經驗，改變當前的節水減排現狀。對未處于水資源綠色效率前沿的地級市而言，需加大各市之間的協同合作，促進整體水資源的優化配置，共同構建協同治理機制。

２）對節水潛力較大的地級市而言，應針對現存的問題，契合實際進行先進節水技術的研發、推廣和應用，提升節水減排水平。呼和浩特、鄂爾多斯、銅川、嘉峪關和固原應作為西北干旱區污水及工業廢水減排的“標桿城市”，在保證自身減排水平穩步提高的基礎上，充分發揮其輻射帶動作用，帶動其他地級市提升污水及工業廢水減排技術，從源頭上減少污水及工業廢水的產生。

３）水資源短缺是制約西北干旱區區域發展的重要因素，為破解西北干旱區資源型缺水瓶頸，應加大水資源開發力度，以蓄水為基礎，調水來補充水資源投入，進一步探索增水開發路徑，全面提升西北干旱區水資源管理能力，為西北干旱區經濟社會可持續發展提供水資源保障。

４）政府應加強對城市節水減排的環境規制，加強城市管理人員的考核監督工作，加強市場機制對節水減排的激勵。制定相關優惠政策，加大對西北干旱區城市的政策扶持，引進先進技術提高城市水資源管理水平，推動節水減排技術的研發推廣，進而推動西北干旱區整體的綠色發展。