基于DEA的江蘇省工業(yè)水資源利用效率研究

王 瑩

(河海大學(xué)商學(xué)院, 江蘇 南京 211100)

水是重要的自然和經(jīng)濟(jì)資源。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的激增,人們對(duì)水資源的需求日益增加,然而,大量的人為浪費(fèi)和污染水資源,水資源短缺愈發(fā)嚴(yán)重。

我國(guó)水資源豐富,但人口數(shù)量多,人均水資源量只有世界人均水資源量的1/4。根據(jù)2013年江蘇省水資源統(tǒng)計(jì)公報(bào),江蘇省擁有客水資源9 544億m3,而本地水資源總量?jī)H為373.3億m3(地表水資源量279.1億m3,地下水資源總量110.2億m3,重復(fù)計(jì)算15.99億m3)。江蘇省是一個(gè)水資源相對(duì)豐富的省份,但是人均水資源僅為472.6m3,是全國(guó)人均水資源量的23%。工業(yè)是江蘇省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè),同時(shí)工業(yè)也是耗水大戶?！督K省“十二五”工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》中提出,江蘇省工業(yè)進(jìn)入轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵階段,有幾點(diǎn)問題必須關(guān)注,其中一個(gè)就是要素利用水平需要提高,必須解決“高消耗、低利用”問題。水危機(jī)日益嚴(yán)重,提高工業(yè)水資源利用效率是江蘇工業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵,也是江蘇實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要之舉。

在對(duì)水資源利用效率研究方面,魏邦龍等[1]運(yùn)用層次分析法,從水資源擁有量、水域面積、自然資源3個(gè)方面,對(duì)甘肅省水資源利用狀況及效率進(jìn)行了評(píng)價(jià)。劉慶生[2]采用因子分析法,選取了工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活三方面的相關(guān)用水指標(biāo),分別對(duì)浙江省的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活用水效率進(jìn)行了計(jì)算和分析。王學(xué)淵等[3]采用隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)(SFA)方法,選取了1997—2006年的省級(jí)面板數(shù)據(jù),對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)效率和灌溉用水效率進(jìn)行了測(cè)算及分析。孫愛軍等[4]運(yùn)用隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)(SFA)模型,選取工業(yè)產(chǎn)值為產(chǎn)出變量,固定資產(chǎn)凈值年平均額、工業(yè)從業(yè)人員、固定資產(chǎn)凈值年平均余額和用水消耗量為投入變量,計(jì)算了我國(guó)1953—2004年間的工業(yè)水資源利用技術(shù)效率,分析并預(yù)測(cè)了工業(yè)未來耗水量。高媛媛等[5]構(gòu)建了一種基于投影尋蹤及遺傳算法的水資源利用效率評(píng)估模型,并利用該模型對(duì)我國(guó)31個(gè)省市的水資源利用效率進(jìn)行了評(píng)估。李志敏等[6]運(yùn)用主成分分析法和數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(DEA),選取了10個(gè)投入指標(biāo)和6個(gè)產(chǎn)出指標(biāo),計(jì)算并分析了2010年我國(guó)31個(gè)省級(jí)行政區(qū)的水資源利用效率。岳立等[7]基于超效率DEA方法,確定的輸入指標(biāo)為工業(yè)用水量、工業(yè)廢水排放量、工業(yè)從業(yè)人員、工業(yè)資本存量、工業(yè)企業(yè)個(gè)數(shù),輸出指標(biāo)為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、工業(yè)產(chǎn)值以及人均工業(yè)產(chǎn)值,選取了2003—2010年中國(guó)31個(gè)省區(qū)工業(yè)用水量和經(jīng)濟(jì)發(fā)展截面數(shù)據(jù),計(jì)算并分析了全國(guó)工業(yè)用水效率情況。目前,我國(guó)對(duì)水資源利用效率問題的研究主要集中在農(nóng)業(yè)水資源利用效率與配置、城市供水效益計(jì)算和評(píng)估方面,對(duì)工業(yè)水資源利用效率問題上還尚未形成體系。筆者運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(DEA)對(duì)江蘇省2002—2012年間工業(yè)水資源利用效率進(jìn)行研究分析,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行投影調(diào)整和改進(jìn)。

1 模型構(gòu)建

1.1 DEA方法簡(jiǎn)述

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)是著名運(yùn)籌學(xué)家Charnes等學(xué)者在“相對(duì)效率評(píng)價(jià)”概念基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的系統(tǒng)分析方法[8]。DEA理論發(fā)展到現(xiàn)在,已經(jīng)有多個(gè)模型。其中,C2R和BC2是最基本的兩個(gè)模型。

DEA應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛,優(yōu)勢(shì)也十分明顯,筆者選擇DEA分析方法,由于該方法不用事先確定指標(biāo)間的函數(shù)關(guān)系,并且能夠區(qū)分DEA有效決策單元和非DEA有效決策單元,并能指出非DEA有效決策單元相關(guān)指標(biāo)的調(diào)整值,可以為決策者提供一定的參考。

1.2 模型選取

C2R是DEA的第一個(gè)模型,在其基礎(chǔ)上增加了凸性假設(shè)∑λj=1就得到了BC2模型。BC2模型假設(shè)規(guī)模報(bào)酬可變,將C2R求得的技術(shù)效率(也稱綜合效率)分解為純技術(shù)效率和規(guī)模效率。本文欲研究江蘇省工業(yè)水資源利用效率,從技術(shù)和規(guī)模兩方面來分析其效率低下的原因,所以本文選擇BC2模型來進(jìn)行分析。

分析江蘇省工業(yè)水資源利用效率的BC2模型如下:欲縱向研究江蘇工業(yè)用水效率,則決策單元DMU為年份,假設(shè)有m種投入和s種產(chǎn)出,DMUj的投入向量為xj=(x1j，x2j，x3j，…,xmj)T，產(chǎn)出向量為yj=(y1j，y2j，y3j，…,ysj)T。設(shè)DMUj0的投入產(chǎn)出為(xj0,yj0),記為(x0,y0),BC2模型如下:

minθ

其中:n為決策單元DMU的個(gè)數(shù);s-和s+為松弛變量;θ為決策單元的有效值,也就是投入和產(chǎn)出的相對(duì)效率值。

若θ=1，且s-=s+=0,則決策單元為DEA有效;若θ<1,則決策單元為非DEA有效。若決策單元為非DEA有效,則可以通過其在相對(duì)有效平面上的投影來改進(jìn)。

1.3 變量選取

根據(jù)指標(biāo)選取的原則以及參考相關(guān)文獻(xiàn),本文在投入產(chǎn)出指標(biāo)如下:

表1 江蘇省工業(yè)用水投入產(chǎn)出指標(biāo)體系

a. 工業(yè)耗水量。這里沒有選取工業(yè)用水量這個(gè)指標(biāo),主要是考慮有些工業(yè)企業(yè)是用水大戶,但不一定是耗水大戶,可能是由于企業(yè)工業(yè)水重復(fù)利用率較高,工業(yè)用水量這個(gè)指標(biāo)不能完全說明水資源利用情況,所以筆者覺得選取工業(yè)耗水量在評(píng)價(jià)工業(yè)用水效率上較為適合。

b. 工業(yè)從業(yè)人員數(shù)。人是消費(fèi)的主體,本文從消費(fèi)角度考察工業(yè)水資源利用效率,選取工業(yè)從業(yè)人員數(shù)可以反映勞動(dòng)力對(duì)工業(yè)水資源利用情況[11]。

c. 工業(yè)固定資產(chǎn)投資額。水是自然資源,工業(yè)從業(yè)人員數(shù)是勞動(dòng)力,工業(yè)固定資產(chǎn)投資額是資金要素,自然資源加上社會(huì)資源共同利用才能發(fā)揮作用。

d. 工業(yè)廢水中COD(化學(xué)需氧量)排放量。COD是水體的主要污染物,COD主要來自工業(yè)廢水污染和生活水污染,過多的COD排放量必然會(huì)降低工業(yè)水資源的利用效率。對(duì)污染物一般有4種處理方式,為不考慮排放因素、排放變量作為投入要素、排放作為期望產(chǎn)出以及排放作為非期望產(chǎn)出[12]。這里將其納入投入指標(biāo)來考慮,是因?yàn)樵诋a(chǎn)出一定的情況下,希望投入越小越好。把COD排放量納入投入指標(biāo)考慮,要想實(shí)現(xiàn)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和可持續(xù)發(fā)展,環(huán)境問題必然要重視。

e. 工業(yè)生產(chǎn)總值。選取GDP中的工業(yè)產(chǎn)值作為產(chǎn)出指標(biāo),因?yàn)樗Y源作為一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)資源能帶來經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出。

1.4 數(shù)據(jù)來源

鑒于數(shù)據(jù)的可得性和研究需要,本文選取了2002—2012年江蘇工業(yè)投入產(chǎn)出的相關(guān)數(shù)據(jù)。本文選取的投入指標(biāo)(工業(yè)耗水量、工業(yè)從業(yè)人員數(shù)、工業(yè)固定資本投資額、工業(yè)廢水中COD排放量)和產(chǎn)出指標(biāo)(工業(yè)生產(chǎn)總值)均來自2003—2013年的《江蘇統(tǒng)計(jì)年鑒》和2002—2012年的《江蘇省環(huán)境狀況公報(bào)》。

2 實(shí)證分析

筆者選取了2002—2012年這11年間江蘇工業(yè)的相關(guān)指標(biāo),具體數(shù)據(jù)見表2。運(yùn)用deap2.1軟件包,以投入為導(dǎo)向,進(jìn)行DEA分析,計(jì)算結(jié)果見表3。

表2 2002—2012年間江蘇省工業(yè)用水投入產(chǎn)出

表3 2002—2012年江蘇省工業(yè)水資源利用效率值

注:綜合效率=純技術(shù)效率×規(guī)模效率。

從表3可以看出:

a. 從綜合效率來看,計(jì)算結(jié)果表明,2002—2012年間2002年、2003年、2004年、2008年、2011年和2012年達(dá)到DEA有效(綜合效率值為1),占樣本總數(shù)的55%,這幾年達(dá)到了技術(shù)有效和規(guī)模有效,規(guī)模收益不變,工業(yè)用水投入產(chǎn)出達(dá)到了最佳狀態(tài)。綜合效率平均值為0.97,低于平均值的年度有4個(gè),占樣本總數(shù)的36%。從圖1中可以看出,江蘇省工業(yè)水資源利用效率大多集中在0.97左右。

圖1 江蘇省工業(yè)水資源利用效率值

b. 從純技術(shù)效率來看,有7個(gè)年份的工業(yè)用水效率達(dá)到了技術(shù)有效,說明這幾個(gè)年份中,在目前的技術(shù)水平上,工業(yè)水資源投入組合達(dá)到了最優(yōu)。其中,2009年的純技術(shù)效率值為1,但是由于規(guī)模的原因,其綜合效率值不為1。

c. 從規(guī)模效率來看,有6個(gè)年份的規(guī)模效率不變,資源配置已經(jīng)達(dá)到最優(yōu)。2005年、2009年、2010年是規(guī)模遞增,投入加大就可以提高水資源利用效率。2006年和2007年是規(guī)模遞減,加大投入也不會(huì)增加產(chǎn)出,資源利用效率不夠。

通過DEA方法,可以得到非DEA有效的決策單元轉(zhuǎn)變?yōu)橛行Q策單元的投入和產(chǎn)出的松弛變量取值,具體見表4。

表4 投入產(chǎn)出的松弛變量取值

從表4可以看出,江蘇工業(yè)用水效率DEA無效既有投入冗余也有產(chǎn)出不足。2002—2012年間,有5個(gè)年份未達(dá)到DEA有效,其投入、產(chǎn)出需要調(diào)整。確定這些年份在有效前沿面上的投影,然后可以得到產(chǎn)出可節(jié)約量和產(chǎn)出可增加量,具體結(jié)果如表5所示。

表5 投入可節(jié)約量、產(chǎn)出可增加量

注:X1為工業(yè)耗水量可節(jié)約量；X2為工業(yè)從業(yè)人數(shù)可減少量；X3為工業(yè)固定資產(chǎn)投資額可以節(jié)約量；X4為工業(yè)廢水中COD排放量可減少量；Y1為工業(yè)生產(chǎn)總值可增加量。

3 結(jié)論及建議

本文基于投入導(dǎo)向型的BC2模型評(píng)價(jià)了江蘇工業(yè)水資源利用效率,實(shí)證分析表明:江蘇省工業(yè)水資源利用效率整體來說較高,但11個(gè)樣本數(shù)據(jù)有45%是DEA無效的,在工業(yè)耗水量、工業(yè)從業(yè)人員數(shù)、工業(yè)固定資本投資額和工業(yè)廢水中COD排放量上都存在投入冗余的情況,影響了其用水效率。由表5可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),江蘇省工業(yè)耗水量的可節(jié)約比例最大,為3.04%,其次是廢水中COD的排放量的可節(jié)約比例,為2.20%,所以節(jié)約工業(yè)耗水量和降低廢水中COD排放量是江蘇省工業(yè)用水效率提高的關(guān)鍵。

根據(jù)以上結(jié)論,可以從以下方面來提高江蘇省工業(yè)水資源利用效率:①減少工業(yè)耗水量。江蘇省應(yīng)該調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),淘汰高耗水的工業(yè)企業(yè),大力扶持符合國(guó)家政策、低耗水、用水效率高的工業(yè)企業(yè);同時(shí),加快技術(shù)創(chuàng)新,提高工業(yè)用水重復(fù)利用率。②減少不必要的人員投入。江蘇省工業(yè)企業(yè)在選擇人員方面不能一味追求數(shù)量,要重視工人的素質(zhì),優(yōu)化勞動(dòng)力結(jié)構(gòu);政府也可以聯(lián)合企業(yè)開展各種培訓(xùn)活動(dòng),充分挖掘工業(yè)從業(yè)人員的潛力,提高人員的職業(yè)技能。③嚴(yán)格控制廢水污染物的排放。加大對(duì)環(huán)保的關(guān)注力度,在處理廢水技術(shù)上加大投入力度,加快技術(shù)創(chuàng)新,提高工業(yè)廢水處理率,減少水體污染物。

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