陳敏娜

(廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院基礎(chǔ)部，廣東佛山528216)

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基于SBM模型的水污染物排污指標(biāo)分配實(shí)證研究

陳敏娜

(廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院基礎(chǔ)部，廣東佛山528216)

文章應(yīng)用非期望產(chǎn)出的SBM模型來評價企業(yè)的水環(huán)境績效，并將評價結(jié)果與傳統(tǒng)的DEA評價方法(CRS和VRS)進(jìn)行比較分析，最后以此進(jìn)行排污指標(biāo)初始分配，以佛山市南海區(qū)皮革企業(yè)為例，進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用.結(jié)果表明，方法的模擬分配結(jié)果在公平的基礎(chǔ)上，企業(yè)環(huán)境效率越高，可分配到的COD和NH3-N排放指標(biāo)也越高，這對企業(yè)治污起到激勵作用，效率評價以MaxDEA pro軟件運(yùn)算，易于操作.

環(huán)境效率； 排污指標(biāo)分配； 非期望產(chǎn)出； SBM模型

1　引　　言

水污染物排污指標(biāo)分配，即排污權(quán)分配，是指環(huán)境保護(hù)行政主管部門綜合考慮區(qū)域環(huán)境容量與質(zhì)量、總量控制目標(biāo)和行業(yè)綜合整治等要求，以指標(biāo)核定結(jié)果為重要依據(jù)，將水污染物排污總量分成若干份額，再按規(guī)定的分配規(guī)則分配給不同排污企業(yè)的過程.

污染物排污指標(biāo)分配方法一般采用Grandfathering或Bench-marking兩種分配方法.Grandfathering是以排放實(shí)體在基準(zhǔn)期的歷史平均排放量為基礎(chǔ)確定應(yīng)獲得的排放份額的一種方法[1].而Bench-marking指監(jiān)管機(jī)構(gòu)先建立各行業(yè)的基準(zhǔn)排放率，然后用排放實(shí)體的產(chǎn)量乘以基準(zhǔn)排放率即為排放實(shí)體應(yīng)分得的配額的方法[2].這兩種分配方式雖然簡單易操作，然而對那些污染減排控制較好的企業(yè)分到的配額少，那些排污量大的企業(yè)反而得到較多的配額，在某種程度上這兩種分配方式是在變相激勵企業(yè)去排污，不但不利于節(jié)能減排的實(shí)施，有時反而“促進(jìn)”企業(yè)污染排放.因此，作為環(huán)境保護(hù)行政主管部門如何綜合評價企業(yè)或地區(qū)的環(huán)境問題，并以此制定一種合理的配額分配機(jī)制尤為重要.這個問題涉及到兩個關(guān)鍵點(diǎn)：一是如何評價環(huán)境效率；二是如何制定合理的配額分配機(jī)制.

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型(DEA)是一種重要的綜合評價方法，它是以“技術(shù)效率”為基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)本身獲得產(chǎn)出和投入的權(quán)重，反映一個生產(chǎn)單元技術(shù)水平高低的一種方法.自從1978年Charnes、Cooper和Rhodes三人在《歐洲運(yùn)籌學(xué)雜志》(European Journal of Operational Research)發(fā)表了論文“Measuring the efficiency of decision making units”，創(chuàng)立了DEA理論以來，除了以他們姓氏命名的CCR(也稱CRS)模型外，還發(fā)展了諸多DEA模型，如規(guī)模收益可變的VRS模型、至前沿最遠(yuǎn)距離(SBM)模型、方向距離函數(shù)(DDF)模型、混合距離函數(shù)(EBM)模型等.

本文的主要目的就是使用一種DEA(即SBM模型)評價技術(shù)對包含非期望產(chǎn)出(Undesirable Outputs) 的水環(huán)境效率進(jìn)行評價，并根據(jù)包含松弛變量的無效率值判斷DMU的有效問題，同時作為水環(huán)境績效權(quán)重，進(jìn)行水污染物排放指標(biāo)的分配.本研究最突出的特點(diǎn)第一在于利用SBM模型解決了徑向模型對無效率的測量沒有包含松弛變量的問題；第二考慮了非期望產(chǎn)出問題；第三結(jié)合我國節(jié)能減排任務(wù)的要求，根據(jù)SBM模型的評價結(jié)果來分配水污染排污指標(biāo)，目前該項研究尚未查到相關(guān)文獻(xiàn)，大量的研究都集中在根據(jù)傳統(tǒng)的DEA模型(即CRS或VRS)計算出環(huán)境效率值，最終實(shí)現(xiàn)分配排污指標(biāo)方面.

2　水環(huán)境效率評價模型構(gòu)建

2.1模型的比較和選擇

經(jīng)典的DEA模型依賴一個基本的假設(shè)：投入盡可能縮減而產(chǎn)出盡可能擴(kuò)大.但現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)過程中往往帶有明顯的副產(chǎn)品，即“非期望產(chǎn)出”，如污水、廢氣等，這些非期望產(chǎn)出必須盡可能減少，而傳統(tǒng)的DEA模型卻只能使之增加，這與節(jié)能減排的目標(biāo)相悖，因此經(jīng)典的DEA模型對于非期望產(chǎn)出的處理顯然不再合適.

為了解決包含非期望產(chǎn)出的環(huán)境效率問題，一些學(xué)者對此進(jìn)行了有益的探索.早期的研究把非期望產(chǎn)出當(dāng)作影子價格處理(Pittman,1983)或運(yùn)用投入產(chǎn)出的弱可處理性(Fare et al,1989)處理污染變量，或者將非期望產(chǎn)出作為投入變量進(jìn)行處理(Hailu Vee-man,2001).這幾種對非期望產(chǎn)出的處理方法，劉勇等[3]通過分析各自的特征，指出各有缺陷，如在減少非期望產(chǎn)出同時，必須犧牲好的產(chǎn)出；或能夠縮減非期望產(chǎn)出，但卻不符合生產(chǎn)過程等缺陷.為了解決這種問題，Tone Kaoru(2001)提出了非徑向非角度的SBM(Slack Based Measure)模型，該模型同時從投入和產(chǎn)出兩個角度對無效率狀況進(jìn)行測量，且無效率用各項投入(產(chǎn)出)可以縮減(增加)的平均比例來衡量，有效地解決了投入產(chǎn)出松弛性的問題.[4]在非徑向非角度的SBM模型基礎(chǔ)上，Tone Kaoru(2007)又構(gòu)造出了非期望產(chǎn)出SBM模型，該模型把松弛變量直接放進(jìn)了目標(biāo)函數(shù)中，這樣一方面優(yōu)化了投入產(chǎn)出的松弛性問題，另一方面也解決了非期望產(chǎn)出存在下的效率評價問題[5].其SMB模型的規(guī)劃式表示為

(2-1)

其中β表示對無效率程度的測量，而投入記為X，好產(chǎn)出記為Y，壞產(chǎn)出B，相應(yīng)的投入、好產(chǎn)出和壞產(chǎn)出向量分別記為gx,gy和gb.投入、好產(chǎn)出和壞產(chǎn)出的方向向量值通常采用gx≥0，gy≥0，gb≤0，表示無效DMU的改進(jìn)方向?yàn)闇p少投入，增加好產(chǎn)出、減少壞產(chǎn)出.模型(2-1)的生產(chǎn)可能集為

S={(x,y)|x≥Xλ,y≤Yλ,b≥Bλ}.

表示q種產(chǎn)出(包含p種非期望產(chǎn)出)的平均改進(jìn)比例，用來代表產(chǎn)出的無效率程度，(2-1)規(guī)劃式可定義為[6]

(2-2)

2.2指標(biāo)選擇

根據(jù)《廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)水污染物排放限值》規(guī)定，工業(yè)廢水污染物主要是化學(xué)需氧量(COD)和氨氮(NH3-N)兩項，因此以這兩項作為非期望產(chǎn)出.而影響廢水污染物排放的因素眾多，本文不失一般性，以影響較大的用水消耗量、原材料、廢水治理設(shè)施處理能力、廢水治理設(shè)施運(yùn)行費(fèi)作為投入指標(biāo)，以企業(yè)的工業(yè)總產(chǎn)值作為產(chǎn)出指標(biāo).指標(biāo)具體設(shè)計見表1.

表1　水環(huán)境污染處理效率評價指標(biāo)

3　配額分配方法

3.1分配原則

借鑒《廣東省碳排放管理試行辦法》對碳排放配額分配所遵循的原則，水污染物排污指標(biāo)分配遵循以下原則，

(i) 效率優(yōu)先原則.以企業(yè)環(huán)境治理績效作為重要的分配依據(jù).

(ii) 有限的公平原則.根據(jù)本省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展實(shí)際，綜合考慮排放企業(yè)行業(yè)基準(zhǔn)水平和歷史碳排放量，較為公平、合理地分配配額.

(iii) 客觀定量為原則.分配方法多采用定額達(dá)標(biāo)法、排污績效法、產(chǎn)排污系數(shù)法、類比法等，盡量避免通過專家打分、博弈商榷等方法進(jìn)行分配.

(iv) 時效性原則.水污染排放配額分配核定是一次性行為，應(yīng)每年根據(jù)企業(yè)具體情況作出相應(yīng)的調(diào)整.

3.2分配方法

基于SBM模型的水污染排放配額分配核定是以排污績效法為基礎(chǔ)，偏好整體利益最大的分配方式下，通過SBM模型計算企業(yè)的水環(huán)境績效系數(shù)，作為權(quán)重，再通過水環(huán)境效率系數(shù)調(diào)整排放指標(biāo)分配比例的方法.

考慮到在實(shí)際生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)工藝、污染治理設(shè)施的區(qū)別極大地影響企業(yè)的污染治理效率，因此采用本模型進(jìn)行排放配額分配核定主要適用于同行業(yè)類型企業(yè)的排污分配.

設(shè)某區(qū)域共有n家同行業(yè)企業(yè)需要分配總排污量為Q(萬噸)的水污染物排放指標(biāo)，這n家企業(yè)當(dāng)年的污染物排放總量為q(萬噸)，q≥Q.企業(yè)k當(dāng)年的污染物排放量為qk(萬噸)，根據(jù)SBM模型計算的水環(huán)境績效系數(shù)θk，那么企業(yè)k應(yīng)分配到的水污染物排放額度為

4　實(shí)證研究

4.1數(shù)據(jù)來源與處理

數(shù)據(jù)主要來源于廣東省佛山環(huán)境保護(hù)局總量控制科提供的南海區(qū)皮革企業(yè)的生產(chǎn)及污染排放資料.根據(jù)環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2014年佛山市南海區(qū)共有30家皮革企業(yè)，由于本研究采用的模型對缺失值較為敏感，因此相關(guān)數(shù)據(jù)提供不全的企業(yè)不宜參與分配，因此最終選取了20家資料齊全的企業(yè)作為實(shí)證研究的對象，對其進(jìn)行COD和NH3-N排放指標(biāo)的初始分配.案例企業(yè)的主要變量相關(guān)數(shù)據(jù)見表2所示.

表2　案例企業(yè)主要變量相關(guān)數(shù)據(jù)值

非期望產(chǎn)出DDF模型中的評估結(jié)論與輸入輸出指標(biāo)數(shù)據(jù)的量綱無關(guān)，所以不必對各指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理.

4.2環(huán)境效率評價結(jié)果

文中借助MAXDEA Pro軟件，應(yīng)用非期望產(chǎn)出SBM模型對佛山市南海區(qū)皮革企業(yè)2014年水效率進(jìn)行測算，同時與DEA基礎(chǔ)模型CRS和VRS測算的結(jié)果進(jìn)行比較分析，其CRS、VRS和SMB模型相對應(yīng)的水環(huán)境績效系數(shù)結(jié)果如表3所示.其中6家企業(yè)無論用CRS、VRS或SMB模型計算，θk均為1，說明對于投入無冗余的企業(yè)，無論用哪種評價方法，結(jié)果都是一樣的，但對于效率值小于1的企業(yè)來說，根據(jù)不同的模型計算，無效率程度結(jié)果相差較大，對于CRS,VRS模型來說，對無效率程度的測量只包含了所有投入(產(chǎn)出)等比例縮減(增加)的比例，不包含松弛改進(jìn)部分，也不考慮非期望產(chǎn)出，存在著嚴(yán)重的漏洞，因此企業(yè)的無效率程度用SMB模型計算出來的更符合排污指標(biāo)分配指標(biāo)的制定.例如企業(yè)02731，θk值為0.647，表明資源投入的冗余率約為35%，這與VRS模型計算的無冗余相比，從企業(yè)的原始資料可以看出，其結(jié)果更精確.

表3　案例企業(yè)水環(huán)境績效系數(shù)統(tǒng)計結(jié)果

4.3排污指標(biāo)分配

據(jù)統(tǒng)計，20家案例企業(yè)2014年的工業(yè)COD實(shí)際排放總量為4024.2噸，NH3—N排放總量為957.48噸，假設(shè)2015年COD及NH3-N都需要減少20%的排放量，即2015年可供分配的COD和NH3-N分別為3219噸和766噸，根據(jù)企業(yè)公平性原則，每個企業(yè)能分配到的排放指標(biāo)為各自前年COD排放量的80% .例如編號為00272的企業(yè)2014年工業(yè)COD、NH3-N排放量分別為194.8噸和29.2噸，其水環(huán)境績效系數(shù)約為0.43,2015年可分到的COD排放指標(biāo)為：194.8×0.8×0.43=67噸，NH3-N排放指標(biāo)為：29.2×0.8×0.43=10噸.

5　結(jié)　　論

文章提出了一種基于SBM模型的水污染物排污指標(biāo)配額的分配方法，該方法中所用到的SBM模型，因考慮到非期望產(chǎn)出，且充分考慮到投入產(chǎn)出的松弛性問題，因此是目前數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法中最值得推薦的評價方式.同時借助MaxDEA pro軟件的應(yīng)用，可操作性強(qiáng)，且準(zhǔn)確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于徑向的CRS模型或VRS模型.

在佛山市南海區(qū)皮革企業(yè)小范圍內(nèi)進(jìn)行試點(diǎn)表明，通過該方法分配污染物排放指標(biāo)配額能有效地提高企業(yè)節(jié)能減排的力度、改善環(huán)境狀況，同時該方法借助MaxDEA pro軟件的應(yīng)用，可操作性強(qiáng)，且準(zhǔn)確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于徑向的CRS模型或VRS模型，為環(huán)保職能部門制定政策提供了有效的參考信息，具有很大的應(yīng)用價值.

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An Empirical Research of Allocation of Water Pollutant Emission Quota Based on a SBM Model

CHENMin-na

(Department of Foundation Courses, Guangdong Polytechnic of Environmental Protection Engineering,Foshan Guangdong 528216, China)

This paper applies undesirable output of SBM model to evaluate the water environmental performance of enterprises, and comparatively analyzes the results of the evaluation with the traditional DEA Evaluation Method (CRS and VRS), and finally implements the initial allocation of emission quota by applying the model onto the leather enterprises in Nanhai District of Foshan. Results show that the simulation results of allocation is based on an equal footing, the higher the environment efficiency of enterprises, the more allocation of COD and NH3-N emission quotas they could get, this could be an incentive for enterprises to control pollution. The efficiency evaluation can be easily operated by using MaxDEA pro software.

environmental efficiency; emission quota allocation; undesirable output; Slack Based Measure (SBM) model

2016-03-17；[修改日期]2016-04-18

廣東環(huán)境保護(hù)工程學(xué)院教研項目(JG201509022)

陳敏娜(1980-)，女，碩士，講師，從事環(huán)境數(shù)學(xué)模型、環(huán)境統(tǒng)計研究.Email：chenmn07@126.com

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1672-1454(2016)03-0055-06