评估中国综合水资源再利用效率：不同流域间的差异及影响因素

水再利用（WRU）效率的三阶段动态网络DEA模型分析显示，中国30个省份的WRU系统存在显著的阶段差异，其中回用水再利用阶段效率提升最慢。水资源压力区域在水利用阶段表现最优，但污水处理和回用阶段仍有提升空间，生态检测因子正向影响显著，而收益指标构成主要制约因素。地理探测器与障碍度模型揭示了系统内外双重驱动机制。（

　　

周颖|吴凤萍|冯峰|张琳娜|李根

中国南京河海大学商学院，211100

摘要

提高水资源再利用（WRU）效率被认为是缓解全球水污染和水资源短缺问题的更有效方法。本研究深入探讨了WRU的内部运作机制，将WRU过程划分为三个阶段：用水阶段、废水处理阶段和废水再利用阶段。为此，我们开发并应用了一个三阶段动态网络DEA框架。该模型基于中国30个省份的数据进行了分析，并进一步研究了其动态演变过程。同时构建了地理检测模型和障碍度模型，以探讨影响WRU效率的内部和外部因素。具体而言，废水再利用阶段的进展速度比用水阶段和废水处理阶段慢。水资源短缺或压力较大的地区往往能更有效地优化水资源利用。废水处理和废水再利用阶段的效率正在提高，最佳与最差表现之间的差距也在缩小。在各种外部因素中，生态因素对WRU效率的影响最为显著；而收益指标则是限制WRU系统效率的主要障碍因素，这表明当前的WRU系统尚未充分发挥其潜在的收益驱动作用。本研究为理解WRU系统的复杂动态提供了宝贵的见解，强调了在优化其性能时考虑这些相互关联因素的必要性。

引言

城市扩张的迅猛步伐给水资源利用和城市系统带来了巨大压力，对公共福祉和城市生态系统产生了持久影响。（Eliasson, 2015）2023年的联合国水会议也提出了加快水资源可持续利用和实现可持续发展议程中相关目标的必要性。（联合国, 2023）中国作为一个发展中国家，人均水资源仅为全球平均水平的四分之一，面临着严重的水资源短缺问题。约有7.77亿中国居民每年至少经历一个月的缺水情况（Sun等人，2021；Li等人，2003）。此外，家庭、农业、工业乃至生态领域之间的水资源竞争异常激烈（Li等人，2024；Li等人，2024；Liu等人，2022）。解决水资源短缺问题需要采取双重策略：在应对全球变化背景下，既要遏制日益严重的水污染，又要适应水资源供应和需求的动态变化（Baccour等人，2024）。

为应对这些挑战，采用水资源回收利用措施——特别是将处理后的废水重新用作替代水源——变得至关重要（Pronk等人，2022）。近年来，水资源再利用技术已在多个领域得到初步应用（Ahmad等人，2025），并在某些河流流域取得了基础设施建设和公众意识提升方面的初步进展。因此，扩大中国的水资源再利用规模不仅有助于缓解当地水资源短缺和污染问题，还能影响全球水资源消费模式（Feng等人，2024）。作为回应，中国政府已经出台了相关措施（El-Agha等人，2024），包括《推进废水处理和回收利用指南》和《优化替代水资源配置条例》。中国的水资源再利用项目为全球可持续水资源管理策略的制定提供了实践经验。

为了实现可持续发展目标（SDG6）并加速中国水资源管理的变革，本研究提出了一种创新的综合水资源再利用（WRU）系统。该系统采用三阶段流程进行运作。由于实际问题涉及多个输入变量、期望和非期望的输出结果以及随时间变化的技术关联阶段，因此采用了非参数动态网络DEA框架（Shabanpour等人，2017；Kalyan等人，2026）；在这些条件下，参数化前沿模型需要较强的功能形式和分布假设，而这些假设难以成立。DEA方法允许我们在不指定生产函数的情况下评估效率，同时保留各阶段之间的联系变量和延续项，并以符合WRU系统实际多阶段结构的方式进行建模（Faria等人，2010）。在用水阶段，通过水和劳动力等投入产生经济产出；该阶段旨在减少个人用水量，并提高不同领域的用水效率。在废水处理阶段，资本、劳动力、废水和电力等关键资源有助于生成高品质的再生水，尽管这一过程不可避免地会产生碳足迹。这些再生水成为下游生产的重要资源。在废水再利用阶段，其应用能够带来可量化的经济效益、环境效益和社会效益。通过优化WRU系统的效率和完善其三阶段结构，可以减少废水对环境的影响，同时减轻对淡水资源的压力。

本研究通过以下方式克服了现有研究的局限性：（1）通过将WRU过程划分为用水阶段、废水处理阶段和废水再利用阶段，扩展了学术界对可持续发展的认识；（2）应用并扩展了三阶段动态DEA模型来评估WRU系统的效率；（3）详细揭示了典型河流流域中WRU效率的测量结果、时空模式及其动态演变；（4）识别并阐明了影响WRU系统的内部和外部因素。

以下部分将介绍其余内容：第2节将回顾现有文献；第3节将阐述研究方法；第4节将展示关于效率、动态趋势和关键影响因素的发现；第5节将总结论文结论并提出对政策制定者的具体建议。

文献综述

水资源再利用（WRU）是一种综合方法，通过循环利用减少对自然水资源的依赖，从而缓解水资源短缺问题。该系统包括三个关键阶段：用水阶段（WU阶段），在此阶段水被初步消耗；废水处理阶段（WT阶段），在此阶段废水被净化；以及废水再利用阶段（WR阶段），在此阶段处理后的水被重新用于各种用途。（Yang等人，2024）通过智能和高效的管理方式优化水资源利用。

识别内部结构

本研究考察了中国30个省份的水资源再利用效率（WRU），将劳动力可用性和总体水资源供应作为用水阶段的关键输入变量，以促进经济增长（GDP作为衡量指标）（Yang等人，2024）。随后，废水排放被视为输入结果，用于后续处理过程（Yang等人，2024；Woodward等人，2021；Menon等人，2020；Xu等人，2023）。进入废水处理阶段后，输入变量包括废水排放量和处理过程。

确定变量和数据来源

本研究使用了2011-2021年间中国30个省份的面板数据。选择2011-2021年作为研究时期，以确保数据的一致性，并涵盖两个完整的国家政策周期：第十二个和第十三个五年计划期间，中国在此期间实施了影响WRU系统绩效的重大水资源管理、生态保护和产业结构调整改革。需要注意的是，中国大陆西藏地区的废水排放数据收集存在困难。

结论与政策建议

本研究通过剖析WRU系统的内部动态机制取得了新进展，将分析视角扩展到省级层面，并将WRU系统划分为三个明确阶段：用水阶段（WU）、废水处理阶段（WT）和废水再利用阶段（WR）。应用并扩展了三阶段动态DEA模型来评估WRU系统的效率。此外，还对流域层面的效率指标变化以及内部和外部影响因素进行了全面分析。

CRediT作者贡献声明

周颖：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法论设计、数据收集。吴凤萍：资源协调、项目管理工作。冯峰：资金筹措、正式数据分析、数据整理、概念框架构建。张琳娜：数据验证、监督工作。李根：数据可视化、结果验证。

资金支持

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：42271303）的资助，以及江苏省的软科学研究计划（项目编号：BR2024029）的资助。

利益冲突声明

我们声明与任何可能不当影响我们工作的个人或组织没有财务或个人关系，也没有任何可能影响本文观点或手稿评审结果的产品、服务或公司的利益。

致谢

作者感谢所有参与者和匿名审稿人的宝贵意见和批评。