江苏省工业用水效率及节水潜力分析.pdf

第 卷 第 期 年 月人 民 长 江.收稿日期:基金项目:中央级公益性科研院所基本科研项目()江苏省水利科技项目()作者简介:李 恩男硕士研究生研究方向为水文学及水资源 :.通信作者:耿雷华男正高级工程师研究方向为水文学及水资源 :.文章编号:()引用本文:李恩耿雷华饶猛等.江苏省工业用水效率及节水潜力分析.人民长江():.江苏省工业用水效率及节水潜力分析李恩耿 雷 华饶猛盖 永 伟(.南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏 南京 .河海大学水文水资源学院江苏 南京 .长江保护与绿色发展研究院江苏 南京 .阜阳市水利局安徽 阜阳 .江苏省水资源服务中心江苏 南京)摘要:为探究江苏省工业节水潜力促进水资源合理利用和工业绿色发展建设采用超越对数随机前沿生产函数模型利用 年江苏省 个工业行业的面板数据测算了各行业用水效率与节水潜力并采用系统聚类分析方法将 个行业的用水效率与节水潜力类型进行分析 结果表明:江苏省工业各行业用水效率值均未达到 工业节水潜力总和为.亿 各工业行业存在一定的节水空间节水潜力较大全省 个行业按用水效率分为 类并分别对各类的行业进行了有针对性的具体分析全省 个行业按节水潜力分为 类江苏省分行业节水潜力呈现出金字塔特征高节水潜力行业与中节水潜力行业仅涉及 个行业但其节水潜力之和占全省节水潜力总和的 研究成果可为江苏省工业节水管理及优化工业水资源配置提供借鉴关 键 词:工业用水效率 节水潜力 随机前沿分析 江苏省中图法分类号:.文献标志码:./.前 言水资源过量开发利用导致的水资源短缺与水环境问题严重制约了全球经济社会的发展 当前中国工业经济正处于绿色转型关键期资源与环境问题相互交织工业经济发展空间日益缩小开展工业用水效率与工业节水潜力的研究对缓解工业水资源短缺、优化工业水资源配置具有重要意义 工业水资源涉及行业众多“取 输 制 配 用 排 净 回”全过程用水系统结构与各环节全流程用水工艺复杂工业用水效率受工业结构与布局、经济发展水平、行业规模等因素的影响传统的计算方法很难适用于现有工业用水效率与节水潜力的计算 随着认知的提高与技术的进步随机前沿分析()作为学科交叉与深度融合的产物已逐渐应用于金融、工业、农业等领域 郑在洲等提出了基于万元工业增加值用水量与工业用水重复利率的节水潜力计算方法田伟等基于 模型分析了中国农业技术效率余敦涌等采用随机前沿分析方法以城市化率、人均道路面积等 个指标作为投入要素单位碳排 产出作为产出要素测算了中国 个省域 年和 年的碳排放效率雷玉桃等选取随机前沿生产函数模型分析了中国各省份水资源效率与节水潜力邢宏洋等基于空间随机前沿分析方法测算了服务业全要素生产率 但对工业领域分行业用水效率与节水潜力的计算研究较少 此外传统工业节水潜力的计算方法大多基于万元工业增加值用水量与工业用水重复利用率这两个指标但 第 期 李 恩等:江苏省工业用水效率及节水潜力分析这两项指标无法具体反映出工业水资源复杂的经济属性 本文在以往研究成果的基础上以江苏省为例基于超越对数随机前沿分析生产函数模型采用工业增加值、固定资产净值、就业人数以及用水量 个指标测算江苏省 个工业分行业用水效率与节水潜力进一步完善 模型在工业节水潜力计算领域的应用弥补了传统计算方法的不足并运用.软件对江苏省各行业用水效率与节水潜力进行聚类分析 研究区概况江苏省地处中国东部沿海地区中部东部濒临黄海与上海市、浙江省、安徽省、山东省接壤地跨北纬 、东经 土地面积.万 地形以平原为主湖泊众多水网密集 改革开放以来江苏省国民经济进入快速发展期 年全省地区生产总值迈上 万亿台阶位居全国第二人均 .万元规模以上工业增加值.万亿元仅次于广东省 完善的工业系统为江苏省 作出了巨大贡献但由于工业改革起步较早一些工艺与用水设备无法达到现有节水水平加上单一的煤电结构与电力工业沿江布局导致江苏省工业用水量居高不下工业用水量远超全国其他省份 数据与研究方法.数据来源 模型的技术结构方程中行业固定资产净值、就业人数和用水量为投入项产出项为工业增加值对于 年间的江苏省行业固定资产净值以 年行业固定资产净值为基础加上由趋势预测法得到的净资产值进行估算工业增加值与行业就业人数从江苏省统计年鉴中获得各行业用水量从江苏省规模以上行业用水直报系统中获得以 年为计算期测算江苏省工业分行业用水效率.研究方法万元工业增加值与工业用水重复利用量是用水效率计算方法中的两个重要指标但工业用水效率带有一定的经济属性是工业增加值、就业人数、企业固定资产、用水量等综合作用的结果 本次研究以工业用水效率表达投入与产出因素之间最佳配置状态该指标与前沿面密不可分前沿是指一定投入下的最大产出不同投入对应的不同最大产出形成的曲线即为前沿面 前沿分析根据函数的具体形式可分为参数方法和非参数方法前者以随机前沿分析()为代表性方法后者以数据包络分析()为代表性方法 目前国内外学者在 模型中普遍采用生产总值()及就业人数()作为技术结构方程中的投入与产出项 本文结合研究需要与江苏省实际情况在技术结构方程的投入项中关联水资源与节水投资要素新增两项指标:工业取水量()、固定资产净值()这些指标包含了工业节水过程中房屋、建筑物、技术投资、设备投资、节水投资等能够体现出工业行业在节水领域的综合实力使工业用水效率与节水潜力的计算结果更为合理 通过改进 等模型结构新增技术非效率方程以增加模型的可靠性以对数型 函数的随机前沿生产函数展开形式作为模型的技术结构方程:()式中:为 行业第 年的工业增加值亿元为 行业第 年的工业行业固定资产净值亿元为 行业第 年的工业就业人员万人为 行业第 年的工业用水量亿 为时间参数 、为待估参数误差项为复合结构其中 代表影响生产活动的随机因素(非负)代表着生产效率随机误差项 独立于 且()新增技术非效率方程对技术非效率项进一步解释与扩充:()式中:分别代表行业序号及时间序列为技术非效率项代表第 个行业相对前沿的技术效率水平为随机扰动项是正太分布()的截断分布使 以保证 服从正态分布()的非负截断分布为待估参数技术效率项为 ()()式中:表示工业用水效率 当 时说明工 人 民 长 江 年业还有节水潜力 节水潜力分布特征.模型测算采用 .软件选择误差修正模型对超越对数随机前沿生产函数模型参数进行测算 表 给出了参数测算值、统计量以及最大似然估计结果 由表 可见在技术结构方程中有 个参数的测算值在水平上是统计显著的 个参数的测算值在 的水平上是统计显著的其中、以及 测算结果均为正值且在技术结构方程参数中为最大值表明江苏省工业行业固定资产净值、就业人数以及工业取水量对工业增加值为正向影响且固定资产净值影响最大同时侧面印证了工业发展需要大量投资但就业人数与工业用水量也是不可或缺的重要因素 的估计值为.且在 的统计水平上是显著的说明误差基本上来自技术非效率方程因此本文构建的随机前沿生产函数对于江苏省工业分行业样本整体来说是适用的.模型检验为保证模型设定的科学性与可靠性在 等假设性检验的基础上新增交叉相乘检验与时间联合效应校验以体现工业节水潜力各指标间的交叉效应与时间效应本次研究设定如下种模型假设性检验()交叉相乘性检验():生产技术结构中不存在要素之间的二次和交叉相乘效应()技术进步检验():不存在技术性进步()联合时间效应检验():生产技术结构和技术效率的时间联合效应为零()希克斯技术进步检验():存在希克斯中技术进步()函数检验():适用于 函数表 给出了 种检验模型对无约束模型的统计检验 检验 是对投入要素中的行业固定资产净值、就业人数以及工业取水量的交叉相乘联合检验 其检验表明生产技术结构中投入要素二次项在 的水平上是显著的检验 是对模型是否存在技术性进步进行检验结果表明模型存在技术性进步检验 结果表明生产技术结构和技术效率具有显著的时间效应检验 表明模型存在非希克斯中性技术进步检验 表明 函数被拒绝且在 的水平上显著的 可见对于列出的 种假设性检验其检验结果均在 的水平上被拒绝说明采用超越对数随机前沿生产函数模型合理可靠表 模型参数测算结果.技术结构方程技术非效率方程变量参数测算值 统计值(双侧)变量参数测算值 统计值(双侧)截距.截距.(/).(/).(/).似然函数对数值.单边检验值.注:为 统计水平显著 为 统计水平显著 为 统计水平显著 第 期 李 恩等:江苏省工业用水效率及节水潜力分析表 随机前沿生产函数模型假设检验结果.原假设()对数似然值自由度临界值()检验结果.拒绝.拒绝.拒绝.拒绝.拒绝无约束模型.注:()和 分别为约束模型和无约束模型的对数似然值.行业用水效率表 列出了江苏省 年分行业平均用水效率从表中可以看出江苏省工业各行业用水效率均小于均未达到前沿面用水量存在一定的节水空间.节水潜力计算江苏省分行业平均用水效率均小于 表明各行业均存在节水潜力 节水潜力的计算方法主要有技术评估法和定额法两大类技术评估法是对某一行业、区域的节水技术进行评估得到单一行业或区域的节水潜力而定额法则通过比较现状值与参照标准来确定节水潜力 本文采用定额法计算节水潜力.节计算参照模型前沿面用水量则:()式中:表示 行业第 年工业前沿面用水量表示现在工业用水水平工业节水潜力表示为 ()()式中:表示工业节水潜力以.节江苏省分行业用水效率值为基础根据式()计算各行业节水潜力得到全省 个行业节水潜力合计.亿 具体计算结果见表 工业用水效率与节水潜力综合分析.工业用水效率为了便于对江苏省各行业用水效率进行比较分析运用 .软件对江苏省 年分行业用水效率进行聚类分析聚类方法采用组间平均连接法度量标准为区间法中的平方欧式距离 由此根据江苏省各行业用水效率值将其分类 个类别见表第类行业:非金属矿采选业农副食品加工业烟草制品业石油、煤炭及其他燃料加工业化学原料和化学制品制造业金属制品业通用设备制造业汽车制造业电气机械和器材制造业计算机 通信和其他电子设备制造业废弃资源综合利用业电力、热力生产和供应业共计 个行业 在研究期间行业用水效率处于省内最高水平 年间行业用水效率均值在.以上部分行业如烟草制品业石油、煤炭及其他燃料加工业化学原料和化学制品制造业以及电气机械和器材制造业用水效率均值超过.已经非常接近生产前沿面用水水平 这些行业主要分布在苏州、无锡、南通等经济发展水平较高、工业现代化程度较高的城市目前这些行业已经形成了成熟的工业体系水资源集约节约程度高表 江苏省工业分行业用水效率与节水潜力.行业名称用水效率节水潜力/万 行业名称用水效率节水潜力/万 采矿业 橡胶和塑料制品业.煤炭开采和洗选业.非金属矿物制品业.石油和天然气开采业.黑色金属冶炼和压延加工业.有色金属矿采选业.有色金属冶炼和压延加工业.非金属矿采选业.金属制品业.制造业 通用设备制造业.农副食品加工业.专用设备制造业.食品制造业.汽车制造业.酒、饮料和精制茶制造业.铁路、船舶、航天和其他运输设备制造业.烟草制品业.电气机械和器材制造业.纺织业.计算机、通信和其他电子设备制造业.纺织服装、服饰业.其他制造业.造纸和纸制品业.废弃资源综合利用业.文教、工美、体育和娱乐用品制造业.金属制品、机械和设备修理业.石油、煤炭及其他燃料加工业.电力、热力、燃气及水的生产和供应业 化学原料和化学制品制造业.电力、热力生产和供应业.医药制造业.燃气生产和供应.化学纤维制造业.人 民 长 江 年表 江苏省工业用水效率聚类分析结果.序号行业名称分类 序号行业名称分类煤炭开采和洗选业石油和天然气开采业有色金属矿采选业非金属矿采选业农副食品加工业食品制造业酒、饮料和精制茶制造业烟草制品业纺织业纺织服装、服饰业造纸和纸制品业文教、工美、体育和娱乐用品制造业石油、煤炭及其他燃料加工业化学原料和化学制品制造业医药制造业化学纤维制造业橡胶和塑料制品业非金属矿物制品业黑色金属冶炼和压延加工业有色金属冶炼和压延加工业金属制品业通用设备制造业专用设备制造业汽车制造业铁路、船舶、航天和其他运输设备制造业电气机械和器材制造业计算机、通信和其他电子设备制造业其他制造业废弃资源综合利用业金属制品、机械和设备修理业电力、热力生产和供应业燃气生产和供应 第类行业:纺织服装、服饰业文教、工美、体育和娱乐用品制造业非金属矿物制品业黑色金属冶炼和压延加工业有色金属冶炼和压延加工业共计 个行业 在研究期间内行业用水效率不高均值在.之间但在 年间各行业用水效率呈现出总体增加的趋势这主要得益于“十三五”期间江苏省钢铁行业转型升级以及纺织行业技术创新带来的红利如江苏钢铁行业扎实推进节能减排、提升装备水平、优化产品结构等各项工作为行业用水效率的提高打好了扎实基础 第类行业:有色金属矿采选业酒、饮料和精制茶制造业纺织业医药制造业化学纤维制造业橡胶和塑料制品业专用设备制造业铁路、船舶、航天和其他运输设备制造业燃气生产和供应共计 个行业在研究期间行业用水效率在.之间在江苏省行业用水效率中处于中下水平第类行业:煤炭开采和洗选业石油和天然气开采业食品制造业造纸和纸制品业其他制造业金属制品、机械和设备修理业共计 个行业 这些行业在研究期间内行业用水效率均值小于.在江苏省行业用水效率排行中属于最低的一类这些行业大多以煤炭、纸制品等附加值低的产品为主且行业准入门槛低导致行业用水效率不高 江苏省工业行业水资源效率具体见图.工业节水潜力为保证分类可靠性去除与其他行业节水潜力差距过大的电力、热力生产和供应业并最后将其归为节水潜力最大的一类选择 均值聚类法运用.软件对各行业节水潜力进行聚类分析将 个行业分为 类分类结果见表 根据分类结果确定电力、热力生产和供应业为高节水潜力行业节水潜力为.亿 潜力占比为.纺织业、造纸和纸制品业、化学纤维制造业、黑色金属冶炼和压延加工业为中节水潜力行业节水潜力分别为.亿.亿.亿.亿 节水潜力合计占全省的.其余 个行业为低节水潜力行业平均节水潜力仅为.亿 节水潜力合计仅占全省的.图 江苏省工业行业用水效率分类示意.第 期 李 恩等:江苏省工业用水效率及节水潜力分析表 江苏省工业节水潜力聚类分析结果.序号行业名称分类 序号行业名称分类煤炭开采和洗选业石油和天然气开采业有色金属矿采选业非金属矿采选业农副食品加工业食品制造业酒、饮料和精制茶制造业烟草制品业纺织业纺织服装、服饰业造纸和纸制品业文教、工美、体育和娱乐用品制造业石油、煤炭及其他燃料加工业化学原料和化学制品制造业医药制造业化学纤维制造业橡胶和塑料制品业非金属矿物制品业黑色金属冶炼和压延加工业有色金属冶炼和压延加工业金属制品业通用设备制造业专用设备制造业汽车制造业铁路、船舶、航天和其他运输设备制造业电气机械和器材制造业计算机、通信和其他电子设备制造业其他制造业废弃资源综合利用业金属制品、机械和设备修理业电力、热力生产和供应业燃气生产和供应 结论与分析工业用水效率与节水潜力的测算一直都是工业水资源领域的重点与难点 随着学科的交叉与深度融合部分理论成熟的计量经济学模型逐渐应用到了工业水资源领域 本文以江苏省为例基于超越对数随机前沿生产函数模型对江苏省 个工业行业的用水效率与节水潜力进行了测算并采用系统聚类分析法对工业行业进行了分类 结果表明:所研究行业的用水效率均未达到节水潜力总和为.亿 各行业均存在一定的节水空间主要研究结论如下:()超越对数随机前沿分析生产函数模型适用于江苏省工业节水潜力的计算 在模型测算时模型中的 个参数有 个在 的水平上是统计显著的个在 的水平上是统计显著的且 的估计值为.解释为模型对样本数据整体是适用的在模型检验中设定的 种假设性检验均在 的水平上显著解释为采用超越对数随机前沿生产函数模型合理可靠()以工业用水效率为依据将研究的行业分为 类 第类行业用水效率均值在.以上得益于苏州、无锡、南通等城市成熟的工业体系第类行业用水效率均值在.之间且研究期间用水效率整体呈现增加的趋势得益于江苏省工业技术转型升级与创新第类行业用水效率在.之间在江苏省行业用水效率中处于中下水平第类行业用水效率均值小于.这类行业产品附加值低行业准入门槛低其水资源利用效率不高()工业节水潜力为依据将研究行业分为高节水潜力行业、中节水潜力行业、低节水潜力行业 江苏省分行业节水潜力呈现出金字塔特征高节水潜力行业涉及 个行业节水潜力占全省工业节水潜力之和.中节水潜力行业仅涉及 个行业但节水潜力占比.而低节水潜力行业共 个节水潜力仅占全省的.参考文献:李刚徐以强吴岩等.金融技术效率的测度及影响因素分析:以我国 个省(区、市)年的面板数据为例.工业技术经济():.高佳佳赵芝俊.我国小麦生产的技术进步率测算与分析:基于随机前沿分析方法.中国农业大学学报():.张丽峰.碳排放约束下中国全要素生产率测算与分解研究:基于随机前沿分析()方法.干旱区资源与环境():.刘佳余国新.地方财政支农支出对农业技术效率影响分析:基于随机前沿分析方法.中国农业资源与区划():.郑在洲耿雷华常本春等.工业节水潜力计算方法探讨.水利水电技术():.田伟柳思维.中国农业技术效率的地区差异及收敛性分析:基于随机前沿分析方法.农业经济问题():.余敦涌张雪花刘文莹.基于随机前沿分析方法的碳排放效率分析.中国人口资源与环境(增):.雷玉桃黄丽萍.基于 的中国主要工业省区工业用水效率及节水潜力分析:年.工业技术经济():.邢宏洋高俊谭辉.国际空间溢出与服务业全要素生产率:基于空间随机前沿分析方法的测度.数量经济技术经济研究():.潘国强雷存伟徐跃峰等.基于随机前沿的工业行业节水潜力分析与探讨.人民黄河():.():.():.():.郭盛杰董欣曾思育.基于数据包络分析的中国城镇污水处理厂综合效能评估.给水排水():.毛培刘沛罡赵金龙.后危机时期的中国工业部门产能过剩测度:基于数据包络分析法.工业技术经济():.王洪涛黄润垚谢丽等.长江经济带污水处理厂能源效率及其影响因素.同济大学学报(自然科学版)():.陈关聚白永秀.基于随机前沿的区域工业全要素水资源效率研究.资源科学():.人 民 长 江 年 .():.雷贵荣胡震云韩刚.基于 的工业用水节水潜力分析.水资源保护():.(编辑:黄文晋)(.):().: