基于DEA方法的我國(guó)大氣污染治理效率評(píng)價(jià)

王 奇,李明全 (北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,北京 100871)

末端治理是減少污染排放、改善環(huán)境質(zhì)量的重要途徑.以大氣污染物控制為例,最近幾年為了完成二氧化硫的減排目標(biāo),各地采取了大量的工程措施以加強(qiáng)污染治理.據(jù)統(tǒng)計(jì)“十一五”期間我國(guó)建成的二氧化硫脫硫機(jī)組是“十一五”初期的10倍,大氣污染治理工程對(duì)污染減排目標(biāo)的完成發(fā)揮了重要作用,以 2009年為例,通過(guò)采取污染治理措施形成的二氧化硫新增減排量超過(guò) 170萬(wàn) t,高于其他污染減排措施的減排量(2009年《中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》).雖然從全國(guó)層面上,規(guī)模不斷擴(kuò)大的污染治理工程建設(shè)有效地降低了大氣污染物排放,但是由于地區(qū)間在污染治理設(shè)施建設(shè)投入、設(shè)施運(yùn)行與管理等方面存在的差異,各地的環(huán)境污染治理效率存在較大差異,對(duì)各地的污染治理效率進(jìn)行定量評(píng)價(jià),可以為進(jìn)一步提高污染治理績(jī)效提供科學(xué)依據(jù).

環(huán)境污染治理效率,即環(huán)境污染治理中投入產(chǎn)出的效率,是表征環(huán)境污染治理過(guò)程中要素投入對(duì)污染去除作用的指標(biāo),反映了污染治理要素投入產(chǎn)出績(jī)效.關(guān)于環(huán)境污染治理效率,部分學(xué)者運(yùn)用單要素投入與產(chǎn)出方法進(jìn)行評(píng)價(jià)研究.王麗婭等[1]通過(guò)對(duì)比污染處理投資增長(zhǎng)率與污染物處理量增長(zhǎng)率來(lái)分析環(huán)保投資的效率,并發(fā)現(xiàn)污染處理投資增長(zhǎng)超過(guò)污染物處理量增長(zhǎng);頡茂華[2]、吳淑麗等[3]分別用單位環(huán)保投資的污染物去除量表征環(huán)保投資的效率,分析認(rèn)為我國(guó)環(huán)境污染治理效率低下.這類(lèi)研究通常選用污染治理的資金投入和單個(gè)要素污染物處理量分別作為環(huán)境污染治理的投入和產(chǎn)出指標(biāo),而忽略了污染治理投入中的其他要素的共同作用以及可能帶來(lái)的其他污染物去除效果,因而難以較全面反映污染治理的整體效率.

由于單要素指標(biāo)評(píng)價(jià)方法在環(huán)境污染治理效率評(píng)價(jià)方面存在的局限性,已有部分國(guó)內(nèi)外學(xué)者運(yùn)用可以評(píng)價(jià)多投入多產(chǎn)出的主體相對(duì)效率的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)方法展開(kāi)研究.Larsson等[4]利用DEA方法計(jì)算了挪威不同生產(chǎn)企業(yè)污染控制的效率;Chen等[5]利用 DEA方法對(duì)比了臺(tái)灣19個(gè)大型市政垃圾焚化爐的污染處理效率.也有部分學(xué)者應(yīng)用DEA模型對(duì)我國(guó)環(huán)境污染治理效率的評(píng)價(jià)開(kāi)展了研究.其中,褚俊英等[6]應(yīng)用DEA方法對(duì)我國(guó)81個(gè)污水處理廠的污染治理效率進(jìn)行了比較研究,Shi等[7]通過(guò)DEA方法計(jì)算了我國(guó)各省份SO2的治理效率,Xiong[8]對(duì)我國(guó)各省份工業(yè)污染的治理效率進(jìn)行了研究,劉立秋[9]、顏偉等[10]、楊春梅[11]、王寶順等[12]分別評(píng)價(jià)了所考察年份我國(guó)各省份環(huán)保投入的效率,劉紀(jì)山[13]對(duì)我國(guó)中部 6個(gè)省份的環(huán)境污染治理效率進(jìn)行了研究.

整體而言,雖然現(xiàn)有研究對(duì)我國(guó)環(huán)境污染治理效率評(píng)價(jià)進(jìn)行了較多探索,但在污染治理產(chǎn)出指標(biāo)選擇方面,現(xiàn)有研究大多將大氣與水體污染治理等相關(guān)指標(biāo)統(tǒng)一作為 DEA模型輸出指標(biāo),由于大氣污染物、水污染物治理的特點(diǎn)差別較大,導(dǎo)致綜合計(jì)算環(huán)境污染治理效率一定程度上會(huì)掩蓋各省在不同污染治理領(lǐng)域存在的差異,而且難以有針對(duì)性地評(píng)價(jià)大氣或者水污染治理效率狀況.另外,在污染治理投入指標(biāo)選擇方面,現(xiàn)有研究多選擇當(dāng)年的污染治理投入(例如當(dāng)年的環(huán)境污染治理投資)作為 DEA模型輸入指標(biāo),大部分都忽視了前期投入且本期仍在發(fā)揮重要作用的污染治理設(shè)施,所以現(xiàn)有研究較難反映真實(shí)污染治理效率水平.此外,在方法應(yīng)用方面,現(xiàn)有研究多采用傳統(tǒng)的投入或產(chǎn)出導(dǎo)向DEA模型,研究結(jié)果出現(xiàn)了多個(gè)省份同時(shí)相對(duì)有效而難以進(jìn)一步辨識(shí)污染治理效率相對(duì)高低,導(dǎo)致其對(duì)分析與指導(dǎo)解決問(wèn)題的意義不足.本文以大氣污染治理為例,在合理選取有關(guān)投入產(chǎn)出指標(biāo)的基礎(chǔ)上,應(yīng)用超效率DEA評(píng)價(jià)模型,分析我國(guó)2004~2009年各省份的大氣污染治理效率.

1 模型方法與指標(biāo)選取

1.1 超效率DEA模型構(gòu)建

當(dāng)前,評(píng)價(jià)污染治理效率的方法主要包括簡(jiǎn)單的比率分析方法、DEA方法等[14].由于大氣污染治理是一類(lèi)多投入和多產(chǎn)出的污染控制活動(dòng),且其投入產(chǎn)出關(guān)系較難進(jìn)行函數(shù)界定,因此選擇可以評(píng)價(jià)多投入和多產(chǎn)出活動(dòng)的DEA方法更為切合研究主題.

DEA方法是評(píng)價(jià)具有相同投入-產(chǎn)出結(jié)構(gòu)的多個(gè)主體活動(dòng)的相對(duì)有效性的一種非參數(shù)方法,自1978年Charnes等[15]提出第1個(gè)DEA模型(C2R模型)以來(lái),陸續(xù)發(fā)展了許多不同類(lèi)型的DEA模型[16].這些DEA模型的基本思想是由已知的一組投入-產(chǎn)出主體利用線性規(guī)劃模型確定其生產(chǎn)前沿面,通過(guò)判斷各個(gè)主體與生產(chǎn)前沿面的相對(duì)距離評(píng)價(jià)各個(gè)主體的相對(duì)效率.為了應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)DEA模型評(píng)價(jià)相對(duì)效率時(shí)可能出現(xiàn)的多個(gè)主體同時(shí)相對(duì)有效的情況,1993年Andersen等[17]提出了超效率DEA模型,使有效主體之間能進(jìn)一步比較效率高低.超效率DEA模型的基本思想是由不包括被評(píng)價(jià)主體的其他所有主體利用線性規(guī)劃模型確定生產(chǎn)前沿面,并通過(guò)判斷被評(píng)價(jià)主體與該生產(chǎn)前沿面的相對(duì)距離評(píng)價(jià)其相對(duì)效率.當(dāng)被評(píng)價(jià)主體是無(wú)效主體時(shí),由于其并不會(huì)影響到生產(chǎn)前沿面,所以超效率模型與傳統(tǒng)效率模型計(jì)算結(jié)果一致;但是當(dāng)被評(píng)價(jià)主體是有效主體時(shí),由于該主體的扣除會(huì)影響到生產(chǎn)前沿面,所以超效率模型計(jì)算的效率值可能大于 1.根據(jù)超效率DEA模型計(jì)算的有效主體相對(duì)效率,實(shí)質(zhì)上反映了由于該有效主體的存在導(dǎo)致生產(chǎn)前沿面相對(duì)其不存在時(shí)生產(chǎn)前沿面的提升程度.為了應(yīng)對(duì)大氣污染治理效率評(píng)價(jià)中可能出現(xiàn)的多個(gè)有效主體的情況,此處選擇超效率DEA模型進(jìn)行分析.

為了克服傳統(tǒng)產(chǎn)出導(dǎo)向超效率模型可能出現(xiàn)無(wú)解的問(wèn)題,本文采用通過(guò)引入阿基米德無(wú)窮小量來(lái)構(gòu)建調(diào)整的產(chǎn)出導(dǎo)向超效率模型的方法來(lái)獲得可行解[18].調(diào)整的產(chǎn)出導(dǎo)向超效率模型相對(duì)傳統(tǒng)模型具有如下特征:當(dāng)傳統(tǒng)的產(chǎn)出導(dǎo)向超效率模型有可行解時(shí),調(diào)整的產(chǎn)出導(dǎo)向超效率模型評(píng)價(jià)值與其相同;而當(dāng)傳統(tǒng)產(chǎn)出導(dǎo)向超效率模型無(wú)可行解時(shí),調(diào)整的產(chǎn)出導(dǎo)向超效率模型仍然能夠獲得可行解.

考慮到污染治理過(guò)程中邊際成本遞增現(xiàn)象的存在,即隨著污染控制力度的增大,單位投入的污染治理量逐漸減少,計(jì)算過(guò)程中采用可變規(guī)模效益模型.

最后,對(duì)我國(guó)大氣污染治理效率的評(píng)價(jià),本文采用基于產(chǎn)出導(dǎo)向的徑向可變規(guī)模效益的超效率DEA模型進(jìn)行分析,假設(shè)在時(shí)期t有N個(gè)主體,每個(gè)主體都通過(guò)J種投入要素生產(chǎn)S種產(chǎn)出,相應(yīng)的投入產(chǎn)出向量為(X,Y),那么模型的線性規(guī)劃形式為:

式中:n0為被評(píng)價(jià)決策單元;λ為權(quán)重系數(shù);ε是非阿基米德無(wú)窮小量(此處取10-5).

1.2 指標(biāo)選取與數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用DEA模型評(píng)價(jià)大氣污染治理效率,關(guān)鍵在于選取合適的投入和產(chǎn)出指標(biāo),以準(zhǔn)確地反映大氣污染治理特征.大氣污染治理過(guò)程中,主要投入包括大氣污染治理設(shè)施的投入、大氣污染治理設(shè)施運(yùn)行中的人力物力投入等兩方面,分別反映了大氣污染治理中固定資產(chǎn)投入和流動(dòng)要素投入情況;同時(shí),污染治理的效果直接表現(xiàn)為大氣污染物的去除量.考慮到數(shù)據(jù)的可獲得性,選擇廢氣治理設(shè)施數(shù)作為大氣污染治理固定資產(chǎn)投入的表征指標(biāo),該指標(biāo)間接反映了歷年大氣污染治理投資在當(dāng)年發(fā)揮作用的固定資產(chǎn)存量;選擇廢氣處理運(yùn)行費(fèi)用作為大氣污染治理流動(dòng)要素投入的表征指標(biāo),該指標(biāo)綜合反映了當(dāng)年用于大氣污染治理的人力、能源等各種生產(chǎn)要素投入;選擇工業(yè)二氧化硫去除量、工業(yè)煙塵去除量、工業(yè)粉塵去除量作為大氣污染治理產(chǎn)出的表征指標(biāo).由于西藏、青海某些指標(biāo)數(shù)據(jù)的缺失,故選取我國(guó)2004~2009年除西藏和青海外的29個(gè)省份的相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.數(shù)據(jù)來(lái)自2005~2010年《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》和《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》.

2 我國(guó)大氣污染治理效率及結(jié)果分析

2.1 計(jì)算結(jié)果

基于構(gòu)建的超效率DEA模型,對(duì)我國(guó)29個(gè)省份 2004~2009年的大氣污染治理效率進(jìn)行評(píng)價(jià).使用MaxDEA軟件進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果見(jiàn)表1.

2.2 結(jié)果分析

從時(shí)間維度來(lái)看,2004~2009年間我國(guó)各省份大氣污染治理效率變動(dòng)不大.江西、內(nèi)蒙古等省份大氣污染治理效率一直較高,而北京、天津等省份大氣污染治理效率一直較低,廣東、寧夏等少數(shù)省份的大氣污染治理效率呈現(xiàn)出一定程度的波動(dòng).

從省際維度來(lái)看,江西、內(nèi)蒙古、吉林、山東以及甘肅等省份大氣污染治理效率相對(duì)較高,而上海、重慶、福建、北京、天津、四川以及新疆等省份大氣污染治理效率相對(duì)較低.其中,江西大氣污染治理效率在所有省份中一直處于前 3名,內(nèi)蒙古、吉林等省份大氣污染治理效率也一直處于全國(guó)前列,該結(jié)果可能是由這些省份大氣污染治理相對(duì)比較容易以及大氣污染治理投入適度等多方面因素綜合作用引起的.而天津的大氣污染治理效率在所有省份中一直處于24名以后,北京、新疆等省份的大氣污染治理效率也相對(duì)落后.北京、天津等省份污染治理效率低可能與這些省份產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的環(huán)境污染特征以及大氣污染治理相對(duì)較難有關(guān),雖然投入大量資金與設(shè)備,但是污染去除的潛力逐漸變小;新疆等省份經(jīng)濟(jì)水平相對(duì)落后,環(huán)保設(shè)備技術(shù)低等可能是導(dǎo)致污染治理效率低的主要原因.

從區(qū)域維度來(lái)看,我國(guó)中部地區(qū)大氣污染治理效率高于東部和西部地區(qū).2004~2009年間,東部地區(qū) 11個(gè)省份相對(duì)效率的排名平均值在16~18間波動(dòng),中部地區(qū) 8個(gè)省份相對(duì)效率的排名平均值在9~12間波動(dòng),而西部地區(qū)10個(gè)省份相對(duì)效率的排名平均值在16~18間波動(dòng).結(jié)合各地區(qū)的具體特點(diǎn)分析該結(jié)果的可能原因是,東部地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)清潔且環(huán)境管制相對(duì)較為嚴(yán)格,相對(duì)來(lái)說(shuō)污染的處理需要投入較多的資金和設(shè)備,與其他地區(qū)比較資金設(shè)備投入的利用效率相對(duì)較低;中部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平中等,相比東部地區(qū)而言產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)粗放導(dǎo)致污染產(chǎn)生量較大,污染控制相對(duì)容易且投入的污染治理資金和設(shè)備相對(duì)適度,因此大氣污染治理效率相對(duì)較高;而西部地區(qū)大氣污染治理效率相對(duì)較低的原因,則可能是西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后,污染治理的資金和設(shè)備投入嚴(yán)重不足以及污染治理的技術(shù)水平相對(duì)較低.

表1 2004~2009年各省大氣污染治理超效率值Table 1 Super-efficiency value of different provinces from 2004 to 2009

計(jì)算結(jié)果表明,從治理效率角度來(lái)看,污染治理投入不足的地區(qū)需要加大污染治理資金與設(shè)備的投入,進(jìn)而提高大氣污染治理效率;但是,僅僅依靠大量污染治理資金與設(shè)備的投入是不夠的,還需要同步提高大氣污染治理的技術(shù)水平以及增強(qiáng)大氣污染治理的管理水平,否則會(huì)造成污染治理投入相對(duì)過(guò)剩進(jìn)而導(dǎo)致投入要素利用效率低下的后果.

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段,大量建設(shè)污染治理工程已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)污染減排目標(biāo)的重要手段,需要科學(xué)有效地評(píng)價(jià)各個(gè)地區(qū)大氣污染投資的使用效率.通過(guò)分析大氣污染治理的投入-產(chǎn)出特征,利用超效率DEA模型對(duì)我國(guó)2004~2009年間大氣污染治理效率進(jìn)行分析,結(jié)果表明研究期內(nèi)我國(guó)大氣污染治理效率的省際格局變動(dòng)不大,整體來(lái)說(shuō)中部地區(qū)大氣污染治理效率高于東部和西部地區(qū).為進(jìn)一步提高大氣污染治理績(jī)效,不同地區(qū)應(yīng)該采取不同的污染治理投入策略:東部地區(qū)應(yīng)更加注重提高大氣污染控制技術(shù)和管理水平而非繼續(xù)加大資金與設(shè)備的投入,而中西部地區(qū)則應(yīng)同時(shí)加大污染治理的投入水平與污染控制的技術(shù)水平.

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