基于DEA模型的宿州市用水效率評(píng)價(jià)

孫蓮蓮，韓淑新，賈艷靈，許雅婷

(宿州學(xué)院 資源與土木工程學(xué)院，安徽 宿州 234000)

1 概 述

水是生命之源，是推動(dòng)社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)進(jìn)步的重要戰(zhàn)略資源。宿州市地處安徽省淮北平原東北部，是典型的溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，冬季氣候干燥且寒冷，雨雪稀少。以2018年相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)宿州市水資源狀況進(jìn)行說明，宿州市多年平均降雨量為838.4 mm，2018年水資源總量為48.81×108m3[1]，占全省水資源總量的5.84%，人均水資源占有量僅為859.18 m3(按年末常住人口計(jì)算)，為全國人均水資源占有量的42.80%(按人均數(shù)據(jù)2 007.57 m3計(jì)算)和43.66%(年末全國人口，中國統(tǒng)計(jì)年鑒及水資源公報(bào))，屬于嚴(yán)重缺水地區(qū)[2]。近年來，宿州市的水資源利用現(xiàn)狀令人堪憂。一方面，由于宿州市屬于水資源短缺地區(qū)，隨著經(jīng)濟(jì)等各方面的發(fā)展及人口的增長、水環(huán)境的污染，使得水資源供需矛盾日益突出。另一方面，由于技術(shù)欠缺、規(guī)劃利用及管理制度的不夠合理等因素，綜合導(dǎo)致了宿州市水資源利用效率不高[3]，使宿州市未來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步受到制約。因此，研究宿州市的水資源利用效率刻不容緩。只有這樣，才能為更好地規(guī)劃和利用宿州市水資源提供科學(xué)依據(jù)，研究成果更具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，推動(dòng)宿州市水資源的優(yōu)化配置和節(jié)水型社會(huì)的建設(shè)。

近年來，我國學(xué)者利用層次分析模型(AHP)及DEA模型等多種方式進(jìn)行用水效率的研究，且都取得不錯(cuò)的實(shí)踐性成果，形成很多可以反映水資源利用狀況的指標(biāo)。但影響水資源利用效率的因素具有多樣性，為了對(duì)宿州市的水資源利用效率進(jìn)行有效的綜合評(píng)價(jià)，本文將農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水以及水資源可持續(xù)性指標(biāo)同時(shí)納入指標(biāo)評(píng)價(jià)體系[4]，采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(DEA)對(duì)宿州市的2011-2019年的水資源利用效率進(jìn)行縱向分析評(píng)價(jià)。為使評(píng)價(jià)更為客觀可靠，選取2019年作為典型年對(duì)各行政分區(qū)再進(jìn)行橫向分析評(píng)價(jià)，并利用LINGO軟件求解模型運(yùn)行結(jié)果，經(jīng)過對(duì)結(jié)果進(jìn)行合理的數(shù)據(jù)分析，可以得到限制區(qū)域用水效率發(fā)展的關(guān)鍵因素，從而為提高區(qū)域用水效率有針對(duì)性地提出合理化的建議和對(duì)策，以促進(jìn)宿州市的整體用水效率的提高[5]。

2 DEA建模

2.1 DEA簡介

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法由Charnes、 Cooper 和Rhodes于1978 年提出，該方法的原理主要是通過保持決策單元的輸入或輸出不變，借助于數(shù)學(xué)規(guī)劃和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定相對(duì)有效的生產(chǎn)前沿面，將各個(gè)決策單元投影到DEA的生產(chǎn)前沿面上，并通過比較決策單元偏離DEA前沿面的程度來評(píng)價(jià)他們的相對(duì)有效性，是一種以相對(duì)效率概念為基礎(chǔ)，以凸分析和線性規(guī)劃作為工具的評(píng)價(jià)方法。利用搜集到的數(shù)據(jù)樣本資料，把每一個(gè)被評(píng)價(jià)單位作為一個(gè)決策單元(DMU)，再由眾多DMU構(gòu)成被評(píng)價(jià)群體，通過對(duì)投入和產(chǎn)出比率的綜合分析，確定是否為DEA有效。

DEA方法以綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)效率，其權(quán)重不受人為主觀因素的影響，該方法中的權(quán)重由數(shù)學(xué)規(guī)劃產(chǎn)生，不需優(yōu)先賦予權(quán)重值。同時(shí)，它可以對(duì)非效率的DMU提出改善方向，從而可以為決策者提供改善效率的途徑[6]。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

為了能夠綜合評(píng)價(jià)宿州市的水資源利用狀況，保證指標(biāo)體系的科學(xué)性、有效性和全面性，本文將水資源與生產(chǎn)要素相結(jié)合，采用多輸入模型，將輸入指標(biāo)拆解為萬元GDP用水量(全面概述)、萬元工業(yè)增加值用水量(工業(yè)層面)、單方水糧食產(chǎn)量(農(nóng)業(yè)層面)、居民生活年人均用水量(生活層面)、萬元GDP排放COD的量(生態(tài)層面)和水資源可持續(xù)性指標(biāo)(可持續(xù)性層面)共6項(xiàng)指標(biāo)；單一輸出指標(biāo)為人均GDP。

2.3 模型建立

C2R模型是DEA的第一種模型，該模型主要適用于指標(biāo)的有效性評(píng)價(jià)和貢獻(xiàn)率測算。本文即采用該模型對(duì)宿州市用水效率進(jìn)行研究，模型如下：

3 數(shù)據(jù)收集與計(jì)算

3.1 數(shù)據(jù)收集整理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來源為歷年《安徽省水資源公報(bào)》《宿州市水資源公報(bào)》和《宿州市國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》。宿州市2011-2019年模型輸入與輸出指標(biāo)見表1，2019年各行政分區(qū)的輸入與輸出指標(biāo)見表2。

3.2 模型計(jì)算

將所搜集到的宿州市2011-2019年的相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)帶入C2R模型中，并利用LINGO軟件對(duì)模型進(jìn)行求解，將每一年作為一個(gè)決策單元(DMU)，得到宿州市近9年水資源利用效率相對(duì)值，結(jié)果見表3。再將2019年每個(gè)行政分區(qū)作為一個(gè)決策單元(DMU)進(jìn)行橫向數(shù)據(jù)分析，得到各行政分區(qū)水資源利用效率相對(duì)值，見表4。

表1 宿州市2011-2019年輸入指標(biāo)與輸出指標(biāo)值

表2 宿州市5個(gè)行政分區(qū)2019年輸入與輸出指標(biāo)值

表3 宿州市2011-2019年水資源利用效率值

表4 宿州市2019年各行政分區(qū)水資源利用效率值

4 結(jié)果分析

1) 根據(jù)表3對(duì)宿州市近9年的水資源利用效率進(jìn)行分析，其中能夠達(dá)到DEA有效的年份占1/3，并且隨著年份的推移與社會(huì)各方面的不斷發(fā)展，有效年份在持續(xù)增加。譚炳卿、張磊等在2010年選擇利用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法及層次分析法分別對(duì)安徽省淮河流域各市的相對(duì)用水效率進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果表明，層次分析法中宿州市在2010年的相對(duì)用水效率僅為0.5，在安徽省范圍內(nèi)，屬于較低水平[7]。本文2011年計(jì)算結(jié)果為0.496，與其計(jì)算結(jié)果較為相近。

就宿州市整體而言，2011-2016年用水效率偏低，主要是由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低，農(nóng)業(yè)及工業(yè)用水效率不高，而且居民節(jié)水意識(shí)不強(qiáng)，水資源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，水資源規(guī)劃與利用不夠合理化。伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)水平的提高，從2017年開始，宿州市相對(duì)用水效率達(dá)到DEA有效。2017年宿州市海關(guān)正式通關(guān)，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)全面提升，新增高效節(jié)水灌溉面積0.066 7×104hm2，農(nóng)業(yè)用水效率得到提高；隨著水利建設(shè)投資加大，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型步伐加快，工業(yè)主導(dǎo)地位突出，水污染防治取得階段性成果。同時(shí)素質(zhì)化教育的開展，使得居民的節(jié)水意識(shí)有所提高，水資源規(guī)劃與利用也逐步趨于合理化，最終使得整體相對(duì)用水效率得到提高。

2) 根據(jù)表4對(duì)2019年宿州市5個(gè)行政分區(qū)的相對(duì)用水效率進(jìn)行分析，其中泗縣與碭山縣用水效率相對(duì)較低，尚未達(dá)到DEA有效。蕭縣、埇橋區(qū)及靈璧能夠達(dá)到DEA有效。

碭山縣相較其它4個(gè)分區(qū)而言，人均水資源占有量僅為230 m3，屬于水資源嚴(yán)重匱乏地區(qū)，整體用水效率較低的主要原因是工業(yè)用水效率較低。另外，水資源可持續(xù)性指標(biāo)絕對(duì)值較小，說明其水資源矛盾會(huì)日益突出。因此，碭山縣應(yīng)優(yōu)先提高工業(yè)用水效率，推廣先進(jìn)的節(jié)水技術(shù)，加大節(jié)約用水宣傳，提升居民的節(jié)水意識(shí)，合理進(jìn)行水資源規(guī)劃與利用。

泗縣2019年農(nóng)田灌溉用水量為9 303×104m3，占比總用水量53%，可見農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水技術(shù)水平較低是其整體相對(duì)用水效率較低的主要原因?？梢钥紤]通過引進(jìn)先進(jìn)的農(nóng)田灌溉節(jié)水技術(shù)、擴(kuò)大節(jié)水灌溉面積、調(diào)整農(nóng)業(yè)供水價(jià)格等方式，達(dá)到提高整體水資源利用效率，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)與水資源協(xié)調(diào)發(fā)展的目標(biāo)。

埇橋區(qū)人均GDP輸出在宿州市范圍內(nèi)處于最高水平，但水資源可持續(xù)性指標(biāo)絕對(duì)值較小，今后需要繼續(xù)加強(qiáng)節(jié)水建設(shè)。靈璧縣萬元工業(yè)增加值用水量約為埇橋區(qū)整體水平的1.9倍，但人均GDP輸出僅約為埇橋區(qū)的57.83%，需進(jìn)一步提高工業(yè)用水效率。此外，靈璧縣的水資源可持續(xù)性指標(biāo)的絕對(duì)值較高，可以考慮與埇橋區(qū)進(jìn)行技術(shù)與資源的互助建設(shè)。蕭縣整體用水效率較好，但農(nóng)業(yè)用水效率有待進(jìn)一步提高。

5 結(jié) 語

本文通過建立DEA模型，并采用LINGO軟件進(jìn)行模型求解，對(duì)宿州市近9年的相對(duì)用水效率進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，同時(shí)以2019年作為典型年對(duì)5個(gè)行政分區(qū)進(jìn)行橫向的相對(duì)用水效率評(píng)價(jià)。通過由模型運(yùn)行得出的水資源相對(duì)利用效率的數(shù)值大小及各輸入指標(biāo)數(shù)據(jù)確定分析方向與調(diào)整方向，為相關(guān)區(qū)域因地制宜地制定調(diào)整策略，包括水資源的管理制度調(diào)整及節(jié)水措施調(diào)整等，以便提高整體的水資源利用效率，弱化水資源短缺對(duì)于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的制約作用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)與資源的協(xié)調(diào)發(fā)展。