第二节 主要研究内容

一 技术路线

本书针对我国不同区域工农业发展与用水效率日益失衡的问题，以国家提出的“建设节水型社会”战略和最严格的水资源管理办法为背景，以国际前沿的多维数据包络分析（DEA）方法及其多重约束条件为整合改进的基础，以服务于科学制定工农业发展的用水政策，建立健全和完善我国不同地区产业用水、节水和治水的调节机制为总目标，在整理和分析相关研究成果的基础上，采用图1的研究思路，主要步骤包括以下五个方面：（1）总结国内外用水效率的研究成果；（2）基于脱钩理论与改进的方法对我国不同省份（不包括港、澳、台地区）工农业发展与用水量之间的协调性进行系统评判，分析地区、行业及不同农业作物用水效率的差异与演化态势；（3）在梳理整合多维DEA模型的基础上，构建能够纳入资源约束和环境约束等多重约束条件的模型系统；（4）估计地区工农业的用水效率，并探讨主要的影响因素，特别讨论水价可能的影响及作用；（5）以案例研究的方式考察不同工业区、主要粮食主产区、相关企业和农业生产水资源配置的成功经验和教训，并提出政策建议和提示。

图1 研究的技术路线

二 主要内容

本书中的产业主要指工业和农业两大产业，服务业由于数据缺失没有包含在内。

本书以中国地区产业水资源利用效率为考察对象，紧扣新形势下水资源约束和水环境污染两大条件，把握不同区域用水与产业可持续发展之间的关系，揭示工农业不同发展阶段用水与产业发展间的区域差异、产业内部差异与动态发展趋势，掌握区域、产业内部经济发展与用水量的协调性及演化态势的一般规律；在对不同区域及细分产业发展用水与发展协调度进行综合评判的基础上，全面系统地对水资源利用效率的方法进行梳理，纳入资源约束与环境污染条件，构建科学合理的用水效率评价方法系统；对我国不同省份和细分产业用水效率进行实证估计，研究区域及细分产业用水效率的差异及演化规律与态势，探究区域内部和产业内部用水效率低下的主要节点；考察不同因素对产业用水效率的作用机制，特别检验现行用水价格的作用，研究“真实”市场条件下的工农业用水价格，扩展方法论的应用价值；最后通过案例研究的方式探究改革现行产业供水和用水体制以及水价改革的可行性，为合理制定产业用水政策和促进区域产业的可持续发展提供理论支持和实践指导。

基于以上分析，本书从以下六个方面展开研究：

（一）区域及产业发展与用水量的协调性及态势：基于脱钩理论的研究

我国工业和农业发展在时间上存在不同的阶段性，在区域和产业内部存在着较大的不平衡。总体上东部地区工业发展更为突出，工业技术水平更高，工业处于转型升级的更高阶段；中西部农业发展更为突出，农业产业化程度也存在较大的不平衡。本部分所要回答的问题在于，工农业发达的地区是否在水资源配置及节水上也有着与其他地区同样的趋势，工农业发展与用水量间的关系在区域和产业内部是否协调。

本部分摒弃传统的单纯考察产业产值或增加值与用水量之间的比率关系来研究用水效率的方式，采用改进的脱钩理论和评价方法，给出脱钩指数，并分析区域间及细分行业间差异的规律及演变态势。本部分研究对于整体把握中国区域及细分产业经济发展与用水量间的关系和时间变化态势起到引领作用，也为案例研究提供了合理的参考依据。

（二）产业用水效率的度量方法

度量资源与能源的效率通常用产出与资源使用量之比来粗略地反映，如万元GDP用水量、单位水资源产出水平等，但这类用水效率指标仅反映用水和产出间的比率关系，忽略了其他投入要素对产出的作用。学界研究中通常采用两种方法来度量用水效率：参数方法和非参数方法。参数方法通常假设一个行为方程，产出作为因变量，用水量及其他投入要素作为影响因素，采用SFA（随机前沿）等方法来预测要素的利用效率。非参数方法则不局限于仅有一个产出变量，也不需要预设行为方程，在资源和其他条件的约束下，基于线性规划方法而得到。这又以DEA（数据包络分析）为典型方法。本部分在DEA方法的基础上考虑多重约束，并以区域为对象，使用平行结构DEA模型对细分产业再进行细致的方法创新探讨。

本部分主要阐述：（1）距离函数、随机前沿函数和DEA方法的基本原理。着力介绍距离函数、DEA方法和随机前沿函数等方法的演化及数学原理，并分析距离函数与DEA方法、距离函数与随机前沿函数之间的关系以及随机前沿函数与DEA方法之间的交互关系，以及它们在具体应用中存在的优势与缺陷。（2）纳入资源约束和环境污染因素的DEA模型选择。以产出方向距离函数和SBM方法为主要选择，考察两种方法不同假设条件下可能对要素效率的影响。（3）纳入产业发展的不平衡和技术异质性的方法选择。主要根据中国工农业发展和水资源不平衡状况，使用共同前沿方法分别考察不同分区下的用水效率。（4）基于平行结构的省份内部各子产业的用水效率评价方法研究。以区域产业为对象，研究地区产业内部结构的用水效率，探寻内部节点用水效率低下的原因或来源，并实现同步测算，这是用水效率估计方法的延伸与扩展，也是同类研究还没有考虑和研究的内容。（5）在上述用水效率评价模型的基础上，构建动态的全要素用水效率模型，并分解成技术进步效应、规模效应以及效率改善效应等多个部分，以考察全要素用水效率变化的动态因素。（6）开发适用于本书的多维DEA软件系统。该软件系统能够处理考虑区域技术异质性的共同前沿模型、纳入资源和环境约束的模型、平行结构的DEA系统以及动态全要素用水效率系统问题。

（三）双重约束下的产业用水效率评价与解析

在前一部分的基础上，本部分筛选能够处理环境污染以及使用共同前沿方法的DEA模型，分别对工业和农业包含用水量以及相应的水污染指标的投入产出模型进行估计，并分离出理论产业用水量，与实际用水量相比较，得到需要的各区域、子产业不同时间的用水效率。在此基础上，同样采用能够纳入水资源约束及发展异质性的模型，再分别对农业不同产业及不同作物用水效率进行估计，详细考察农业内部产业及不同作物的用水效率；利用能够纳入非期望产出及资源约束的平行DEA模型，考察不同省份工业内部细分产业用水效率问题，探寻工业内部用水无效率的来源。

本部分主要包含：（1）农业面源污染的清单分析。由于农业污染数据的不可得性，本部分将首先深入到不同农业污染单位，从地级市层面详细评估不同地区、不同作物及农业产业的污染数据；（2）分省份进行工业和农业用水效率的估计，并比较参数和非参数的结果差异，分析不同区域工业用水效率及相应的技术落差比，把共同前沿用水效率分解为群组用水效率与技术落差比，探究地区用水效率的来源；（3）使用非参数方法探讨产业用水效率的时空转化规律，并以可视化的图形展示结果；（4）比较研究不考虑水资源约束和水污染影响的产业用水效率，解释所用方法与技术的合理性和科学性；（5）考察省份内部及子产业在平行DEA结构下用水效率的差异；（6）分析全要素用水效率的结果及来源，考察用水效率演化的动态特征。

（四）绿色技术偏向与产业用水效率

以往学者所做工业方面的研究极少涉及水资源和水环境双重约束下的技术进步偏向性问题，更少有学者考虑到产出偏向性的存在，而在农业层面，甚至少有文章涉及技术进步偏向性的研究。并且，以往文献大都采用参数法测算工业技术进步偏向，由于经济体中生产技术存在多样性，参数法就可能导致固定生产函数无法得到稳健结果。根据以往研究成果与不足，本部分利用基于方向性距离函数的DEA模型，估算兼顾水资源和水污染的中国工业、农业绿色全要素生产率增长率（即用水效率），并进一步分解其来源以得到产出偏向、投入偏向和规模变化技术进步指数，据此判断中国工业、农业绿色技术进步的偏向性是水资源节约（水资源投入的相对减少、投入偏向）抑或水环境保护（污水排放的相对减少、产出偏向），以便更有诱导技术进步方向和优化工业、农业发展的路径。

主要内容包括：（1）技术偏向与要素投入偏向的相关研究梳理。概括相关技术偏向研究的内容，梳理有关要素投入偏向与技术进步的关系，引出绿色技术偏向与投入要素和产出之间的关系问题。（2）绿色技术偏向投入和产出角度方向距离函数改造及模型设定。主要从方向性距离函数出发，基于DEA模型，推导投入角度的技术偏向与要素组合的关系模型，推导产出角度的技术偏向与产出要素组合的关系模型，给出兼顾投入和产出角度的综合运算办法。（3）在农业、工业以及细分工业行业三个层面，从产业用水和产业水污染两个方面，研究双重约束下的投入偏向型技术进步与产业用水和其他要素组合之间的演化关系，研究产出偏向型技术进步与产出组合之间的演化关系。（4）研究投入和产出偏向型技术进步与产业影响因素之间的关系。

（五）产业用水效率差异的主要影响机制

本部分以度量的产业用水效率结果为基础，探究工农业用水效率背后的主要作用力量。根据经济学相关理论，本部分主要研究四类影响因素：第一是该地区的水资源丰裕程度；第二是地区的经济发展和工农业发达程度；第三是地区的水资源价格高低；第四是地区的工农业节水技术和产业水污染治理能力。因此，本部分主要研究：（1）主要影响因素的经济学含义与作用机理。（2）四类因素的具体指标选取及收集。（3）面板计量模型的构建。由于工业用水效率是一个受限因变量，回归模型的设定不能使用常规的线性方程，拟采用能够同时解决受限因素及模型估计偏误的面板Tobit模型。（4）模型估计结果的解释及说明。（5）用水价格的作用及影子价格的估计。我们预期现行水价可能无法解释工农业用水效率，因此，进一步采用用水量影子价格（对偶价格）的形式来反映“真实”的市场价格，并考察其对用水效率的作用。

（六）提高产业用水效率的优化路径及现实选择

本部分使用上述度量数据，具体对东部、中部、西部地区代表性省份从宏观和微观层面进行案例剖析，并提出案例研究的政策含义，为工农业水资源配给措施提供决策参考。研究内容可分为：

（1）宏观层面的案例研究。第一部分，具体收集全国地级市工业用水的价格信息，与估计的工业用水效率数据相结合，并辅以工业水污染数据和经济层面数据，形成较大层次的工业用水效率的数据库，研究用水效率的价格弹性，分析现行工业水资源供给制度和定价体系；探讨现行区域差别水资源税的可能性和税率出台的机制；选择一些代表性城市进行工业用水制度改革的调研和访谈，给出案例研究的政策启示和含义。第二部分，主要是收集关于我国各地区农业灌溉用水资料，考察不同地区农业用水配给政策和用水系数；配合农业面源污染的资料，研究农业用水和面源污染的关系；对一些典型的农业地区进行实地调研，考察农业用水的先进经验和水资源供给制度，形成具有指示意义的案例集。

（2）微观层面的案例研究。第一部分，对东部、中部、西部以及水资源缺乏和丰裕地区进行微观企业的实地调研，考察不同区域企业的用水方式、途径和废水的处理等，考察当地工业供水的定价机制及存在的主要问题；测试工业企业对水价逐步提高的敏感性程度；探讨阶梯水价对不同类型企业产出的影响，为推行工业水价改革及提高用水效率提供实践指导。第二部分，通过对重点粮食主产区农户灌溉用水的做法、当地水资源供给、节水意识、农业面源污染的来源等进行问卷调查，具体考察现行农业用水体制存在的问题，对不同农户对水价的反应灵敏性进行测试。