楊麗芬,高延銘,譚 萌,張 莉

(國(guó)家海洋局北海信息中心 青島 266061)

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法在填海造地有效性綜合評(píng)價(jià)中的嘗試應(yīng)用*

楊麗芬,高延銘,譚 萌,張 莉

(國(guó)家海洋局北海信息中心 青島 266061)

在總結(jié)分析山東省典型區(qū)域填海造地現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,對(duì)數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法在填海造地有效性綜合評(píng)價(jià)領(lǐng)域進(jìn)行了嘗試應(yīng)用,包括構(gòu)建填海造地影響評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,以及以山東煙臺(tái)、威海、濰坊、青島和日照5個(gè)典型區(qū)域?yàn)槔M(jìn)行填海造地的有效性評(píng)價(jià)。

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法;填海造地;有效性評(píng)價(jià)

填海造地作為一種重要的海洋開(kāi)發(fā)方式,在提供大量土地、帶來(lái)巨大社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),也帶來(lái)了一系列生態(tài)環(huán)境的負(fù)面效應(yīng),如濱海濕地面積減少、海灣自凈能力減弱等。因此,只有對(duì)填海造地現(xiàn)狀開(kāi)展科學(xué)有效的評(píng)價(jià),才能確保以最小的生態(tài)環(huán)境影響為代價(jià),最高效地開(kāi)發(fā)利用海洋空間資源,科學(xué)規(guī)劃、合理控制填海造地的規(guī)模及其布局。我國(guó)大規(guī)模的填海造地影響評(píng)價(jià)工作開(kāi)始于21世紀(jì)初,研究特點(diǎn)主要有兩個(gè)方面:一是主要研究?jī)?nèi)容為填海造地對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響評(píng)價(jià)[1-8],綜合評(píng)價(jià)的研究相對(duì)較少[9-11];二是多為理論研究,實(shí)例數(shù)據(jù)驗(yàn)證的較少。

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(the Data Envelopment Analysis,簡(jiǎn)稱DEA)方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多投入/多產(chǎn)出的多個(gè)決策單元的效率評(píng)價(jià),定量地得出綜合評(píng)價(jià)效率值和其他相關(guān)數(shù)據(jù),目前已被驗(yàn)證可以在多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用[12-14]。本研究以山東省典型區(qū)域?yàn)槔?對(duì)DEA方法在填海造地綜合評(píng)價(jià)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了嘗試。

1 山東省典型區(qū)域填海造地現(xiàn)狀分析

我國(guó)的海域使用分類體系中,填海造地是用海方式的一種,即指筑堤圍割海域填成土地,并形成有效岸線的用海方式。在填海造地這一用海方式下,又有多種用海類型,用海類型(A)包括:工業(yè)用海、漁業(yè)用海、交通運(yùn)輸用海、特殊用海、旅游娛樂(lè)用海、造地工程用海和其他用海;用海類型 (B)包括:路橋用海、船舶工業(yè)用海、港口用海、城鎮(zhèn)建設(shè)填海造地用海、其他工業(yè)用海、科研教學(xué)用海。本研究中重點(diǎn)考慮的是填海造地的用海類型 (A)。

根據(jù)遙感影像分析和相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),對(duì)山東省圍海造地典型區(qū)域的填海造地情況按照用海類型 (A)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,山東沿海典型區(qū)域填海造地情況的現(xiàn)狀如下:①截至2011年底,山東省青島、煙臺(tái)、日照、威海、濰坊5個(gè)沿海重點(diǎn)用海地區(qū)確權(quán)的填海造地總面積約為14 590 hm2。②5個(gè)不同地區(qū)的主要用海類型 (A)不同。青島沿海圍海造地以交通運(yùn)輸用海和造地工程用海為主,其中交通運(yùn)輸用海面積所占比例最大,為44%;煙臺(tái)的圍海造地以工業(yè)用海、交通運(yùn)輸用海和漁業(yè)用海為主,其中工業(yè)用海占到了一半以上,為53%;威海的圍海造地開(kāi)發(fā)相對(duì)平均,工業(yè)用海、交通運(yùn)輸用海和漁業(yè)用海所占比例都超過(guò)了20%,其次為旅游娛樂(lè)用海;濰坊沿海的圍海造地主要以交通運(yùn)輸用海為主,特殊用海也占了較大比例;日照沿海圍海造地特征特別顯著,以交通運(yùn)輸用海為主,占到87%,造地工程用海是另一個(gè)重要組成部分。③總體來(lái)看,山東沿海典型區(qū)域填海造地的用海類型 (A)以交通運(yùn)輸用海和工業(yè)用海為主,其次依次為造地工程用海、漁業(yè)用海、旅游娛樂(lè)用海等 (圖1)。

2 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)法

2.1 DEA方法特點(diǎn)

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(the Data Envelopment A-nalysis,簡(jiǎn)稱DEA)是1978年由美國(guó)著名的運(yùn)籌學(xué)家A.Charnes和W.W.Cooper等學(xué)者,以相對(duì)效率概念為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的一種效率評(píng)價(jià)方法[15]。在有效性的評(píng)價(jià)方面,數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)具有一些顯著的優(yōu)點(diǎn):①適用于多輸出-多輸入的有效性綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題,在處理多輸出-多輸入的有效性評(píng)價(jià)方面具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì);②DEA方法決策單元的最優(yōu)效率指標(biāo)與投入指標(biāo)值及產(chǎn)出指標(biāo)值的量綱選取無(wú)關(guān),應(yīng)用DEA方法建立模型前無(wú)須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理;③ 無(wú)須任何權(quán)重假設(shè),而以決策單元輸入輸出的實(shí)際數(shù)據(jù)求得最優(yōu)權(quán)重,具有較強(qiáng)的客觀性;④DEA方法假定每個(gè)輸入都關(guān)聯(lián)到一個(gè)或者多個(gè)輸出,且輸入輸出之間確實(shí)存在某種聯(lián)系,但不必確定這種關(guān)系的顯示表達(dá)式。

2.2 DEA方法模型

DEA方法模型是直接使用輸入、輸出數(shù)據(jù)建立非參數(shù)的經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)模型。假定有t個(gè)決策單元DMU(Decision Making Units),每個(gè)決策單元都有m種輸入及n種輸出,用xij,yij分別表示第j個(gè)DMU對(duì)第i種輸入的投入量和對(duì)第r種輸出的產(chǎn)出量,其中i=1,…,m;j=1,…,t;r=1,…,n;輸入和輸出對(duì)應(yīng)的權(quán)系數(shù)分別為v=(v1,…vm)T,u=(u1,…,un)T,則每個(gè)決策單元的效率評(píng)價(jià)指數(shù)為hj=選取適當(dāng)?shù)臋?quán)系數(shù)u和v,使其滿足hj≤1,j=1,…,t。對(duì)第j0個(gè)決策單元進(jìn)行效率評(píng)價(jià)(1≤j0≤t),以權(quán)系數(shù)u和v為變向量,以第j0個(gè)決策單元的效率指數(shù)為目標(biāo),以所有決策單元的效率指數(shù)為約束,構(gòu)建如下的最優(yōu)化模型:

式中:xj和yj分別為的輸入和輸出向量。上述最優(yōu)化模型為分式規(guī)劃問(wèn)題,使用Charnes-Cooper變換,可以得到一個(gè)等價(jià)的線性規(guī)劃問(wèn)題及其對(duì)偶問(wèn)題:

對(duì)該分式規(guī)劃進(jìn)行Charnes-Cooper變換,令

則有等價(jià)的線性規(guī)劃問(wèn)題:

其對(duì)偶規(guī)劃為(DC2R),并引入松弛變量為:

其中θ無(wú)約束。

θ為第i個(gè)DMU的技術(shù)效率值,滿足0≤θ≤1。當(dāng)時(shí)θ=1時(shí),則稱DMU為DEA有效,當(dāng)時(shí)θ＜1時(shí),DMU為非DEA有效。

3 DEA方法應(yīng)用

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)填海造地用海方式的各種用海類型(A),填海造地的影響必然涉及交通運(yùn)輸業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)、漁業(yè)、旅游業(yè)等社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、資源的各個(gè)方面。

表1 圍海造地綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)

山東省5個(gè)圍海造地典型區(qū)域填海造地的各類用海類型 (A)分析結(jié)果顯示,各類用海類型所占比例由大到小依次為:交通運(yùn)輸用海、工業(yè)用海、造地工程用海、漁業(yè)用海、旅游娛樂(lè)用海、特殊用海和其他用海。采用專家咨詢法對(duì)各種影響要素進(jìn)行選定,結(jié)合DEA方法,最終確定綜合評(píng)價(jià)指標(biāo) (表1)包括:海岸線長(zhǎng)度、海域使用金、確權(quán)填海造地海域面積、規(guī)模以上港口生產(chǎn)用碼頭泊位、港口貨物吞吐量、就業(yè)人員、入境旅游外匯收入、海水養(yǎng)殖面積、近岸及海岸濕地面積。

3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

DEA模型根據(jù)決策者追求的目的不同,可以分為兩種,即Input-DEA模型和Output-DEA模型。Input-DEA模型基于投入的技術(shù)效率,即在一定產(chǎn)出下,以最小投入與實(shí)際投入之比來(lái)估計(jì),即決策者追求的傾向是輸入的減少。Output-DEA模型基于產(chǎn)出的技術(shù)效率,即在一定的投入組合下,以實(shí)際產(chǎn)出與最大產(chǎn)出之比來(lái)估計(jì),決策者追求的傾向是輸出的增大。本研究實(shí)驗(yàn)的目的是對(duì)5個(gè)決策單元的填海造地狀況進(jìn)行有效性評(píng)價(jià),即討論5個(gè)決策單元基于目前圍海造地情況的綜合效率如何。所以,本次試驗(yàn)選用Output-DEA模型,來(lái)評(píng)價(jià)各個(gè)決策單元的相對(duì)有效性。

本次實(shí)驗(yàn)選取山東省填海造地較為典型的5個(gè)區(qū)域作為DEA方法實(shí)驗(yàn)的決策單元,即青島、煙臺(tái)、威海、濰坊和日照。此外,根據(jù)上述的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系內(nèi)容以及DEA方法實(shí)驗(yàn)要求,收集整理了相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) (表2),數(shù)據(jù)分別來(lái)源于 《中國(guó)海洋統(tǒng)計(jì)年鑒2011》和 《山東統(tǒng)計(jì)年鑒2012》等[16-17]。

表2 DEA模型輸入、輸出項(xiàng)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(1)煙臺(tái)、濰坊和日照的技術(shù)效率等于1,即為DEA有效;青島和威海的技術(shù)效率小于1,即為非DEA有效,即青島和威海在目前投入狀況下,未達(dá)到技術(shù)有效。

(2)在目前圍海造地的投入狀況下,青島、威海應(yīng)在交通運(yùn)輸用海、旅游娛樂(lè)用海以及漁業(yè)用海方面提高效率,才能將圍海造地的效用發(fā)揮到最大。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)山東省沿海青島、煙臺(tái)、威海、濰坊和日照共5個(gè)圍典型區(qū)域填海造地的各類用海方式情況的統(tǒng)計(jì)分析,總結(jié)了山東沿海典型區(qū)域圍海造地的總體狀況,即用海類型 (A)以交通運(yùn)輸用海和工業(yè)用海為主,其次依次為造地工程用海、漁業(yè)用海、旅游娛樂(lè)用海等。

(2)根據(jù)填海造地的影響,結(jié)合山東省沿海典型區(qū)域填海造地的現(xiàn)狀,構(gòu)建了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,包括海岸線長(zhǎng)度、海域使用金、確權(quán)填海造地海域面積、規(guī)模以上港口生產(chǎn)用碼頭泊位、港口貨物吞吐量、就業(yè)人員、入境旅游外匯收入、海水養(yǎng)殖面積、近岸及海岸濕地面積。

(3)應(yīng)用DEA方法對(duì)上述5個(gè)典型區(qū)域嘗試進(jìn)行填海造地影響評(píng)價(jià),結(jié)果顯示:煙臺(tái)、濰坊和日照為DEA有效;青島和威海的總體效率小于1,為非DEA有效;此外,在目前圍海造地的投入狀況下,青島和威海應(yīng)在交通運(yùn)輸用海、旅游娛樂(lè)用海以及漁業(yè)用海方面提高效率,才能充分發(fā)揮填海造地的效用。

本研究?jī)H是數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法在填海造地影響評(píng)價(jià)方面的嘗試應(yīng)用。由于DEA方法是對(duì)決策單元的相對(duì)有效性進(jìn)行評(píng)價(jià),所以仍未實(shí)現(xiàn)對(duì)填海造地影響的實(shí)際綜合評(píng)價(jià),如何將該方法更好地應(yīng)用于填海造地影響評(píng)價(jià)領(lǐng)域還需要更多、更深入的實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步的驗(yàn)證探討。

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山東省海洋生態(tài)與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目 (2011010);國(guó)家海洋局海域管理技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目(201106);基于生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)渤海區(qū)域開(kāi)發(fā)集約用海研究(201005009).