白如雙

(錦州市北鎮(zhèn)市水利勘測設(shè)計隊，遼寧 錦州 121300)

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數(shù)據(jù)包絡(luò)分析在錦州市水資源利用效率分析中的應(yīng)用

白如雙

(錦州市北鎮(zhèn)市水利勘測設(shè)計隊，遼寧 錦州 121300)

目前解決水資源短缺這一問題的主要方式就是提高水資源的綜合利用率。但是，這一方法不能從根本上對水資源的投入以及產(chǎn)出比進行分析。對此，文章將重點結(jié)合遼寧省不同城市2005-2015年10a間的水資源相關(guān)數(shù)據(jù)，通過選取當?shù)厣a(chǎn)以及生活用水等幾大主要指標，作為模型分析因子，采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法，對各指標的技術(shù)冗余率和規(guī)模冗余率進行分析，科學(xué)計算、分析該研究區(qū)水資源的總體利用效率，從而對其時空分布特征及具體規(guī)律進行合理研究，以期為該地區(qū)水資源綜合利用提供重要參考。

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法；錦州市；水資源利用；效率；應(yīng)用

隨著十八大以來五位一體戰(zhàn)略布局全面展開，國家對區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護的要求越來越高。在此背景下，中國環(huán)境保護以及節(jié)能減排的技術(shù)目標也逐漸被納入地區(qū)“十三五”發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃中。對于遼寧省而言，錦州市作為一大重要的綜合性城市，其在遼寧省構(gòu)建節(jié)約型社會和環(huán)保型社會中一直發(fā)揮著重要作用。但是近年來，由于水資源的濫用，導(dǎo)致區(qū)域間水資源相對短缺，制約了當?shù)毓I(yè)以及農(nóng)業(yè)等社會生產(chǎn)實踐活動開展。

1 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法簡介

隨著遼寧省老工業(yè)基地振興步伐不斷加快，當?shù)毓まr(nóng)業(yè)以及生產(chǎn)、生活用水量不斷增多。近年來，水資源已成為制約當?shù)亟?jīng)濟社會快速發(fā)展的主要瓶頸之一。對遼寧省錦州市用水效率相對時空變化規(guī)律進行分析，能夠進一步找到各個地區(qū)相對用水效率存在差異的主要成因[1]。一般而言，在對區(qū)域水資源進行分析時，需要構(gòu)建相關(guān)參數(shù)模型，而最大熵法以及插值模型及模糊優(yōu)選模型等是常見的幾種參數(shù)分析模型。這些方法在中國不同地區(qū)水資源可持續(xù)利用及安全性分析中，已取得了明顯的成效。但是，結(jié)合區(qū)域地理特征，對水資源利用效率進行分析，以上方法并不適用。基于此，文章將采用Data Envelopment Analysis方法(數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法)，對當?shù)厮Y源的投入與產(chǎn)出值進行效率分析，以避免人為主觀評價造成分析結(jié)果不準的問題出現(xiàn)[2]。

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法簡稱DEA，這一方法最早由美國著名運籌學(xué)家W.W.Cooper 學(xué)者和A.Charnes學(xué)者于20世紀70年代共同提出。這一方法的主要分析思想在于結(jié)合數(shù)據(jù)分析理論，對若干個不同類型的多輸入以及多輸出模塊的決策單元進行相對性及效益展開評價。其中，這一分析方法的主要優(yōu)點，在于能夠結(jié)合具體指標的分析值，為其指出具體的調(diào)整和優(yōu)化方向，從而便于時空橫向及縱向?qū)Ρ?，以此為區(qū)域相關(guān)部門決策管理奠定重要基礎(chǔ)[3]。

2 模型構(gòu)建及指標選取

文章所采用的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法，主要利用DEA模型中的C2R模型進行數(shù)據(jù)分析，假設(shè)該研究區(qū)有n個不同的決策單元：

DMUi(j=1,2,…,n)

(1)

在上述決策單元中，每一個單元內(nèi)分別包含s個輸出目標及m個輸入目標。文章假設(shè)該模型中的輸入向量和輸出向量分別通過以下指標表示：

Xj=(x1j,x2j,…,xmj)

Yj=(y1j,y2j,…,ysj)T

(2)

結(jié)合上述向量指標可構(gòu)建數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的DEA模型，具體如下所示：

λj≥0；j=1，2，…，n；S+≥0，S-≥0

(3)

在上述模型中，ε為非阿基米德無窮小，另外模型運算過程中的綜合相對效率參數(shù)值通過θ表示，這一參數(shù)值越大，表明該地區(qū)水資源總體利用效率越高；而S+和S-分別表示DEA模型中的松弛變量。

1)若使DEA模型分析的效益最高，即要保證該研究區(qū)水資源總體利用效率最高，則需要確保S+=S-=0以及θ=1；此時在該模型n個不同單元組成的經(jīng)濟系統(tǒng)中，水資源投入量為X0時，所獲得的經(jīng)濟和社會效益最大。

2)若使DEA模型分析的效益有所提高，即要保證該研究區(qū)水資源總體利用效率不斷提升，需要確保S+≠0或S-≠0以及θ=1，此時在該模型n個不同單元組成的經(jīng)濟系統(tǒng)中，水資源投入量X0適當減少時，可保證實際產(chǎn)出效益不發(fā)生改變，或當水資源投入量X0投入保持不變時，可保證實際產(chǎn)出效益有效提高S+。

3)若DEA模型分析的效益最低，即該研究區(qū)水資源總體利用效率不但無明顯提升，反而資源實際利用效率在不斷降低，此時θ<1，也稱之為水資源投入與產(chǎn)出效率不成正比。在此種情況下，可知該研究區(qū)水資源遭到嚴重浪費。因此，要想保證在此條件下，對水資源浪費情況進行合理控制，只需保證在該模型n個不同單元組成的經(jīng)濟系統(tǒng)中，水資源投入量X0適當減少到原始值，同時保證模型運算過程中的綜合相對效率參數(shù)值θ=1，此時水資源總體投入與利用效率呈等量關(guān)系。

3 錦州市水資源利用效率分析中數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法的具體應(yīng)用

3.1DEA模型分析中指標的選取

結(jié)合上述模型優(yōu)化條件，文章在對錦州市水資源利用效率進行數(shù)據(jù)包絡(luò)分析時，首先需針對區(qū)域特征就水資源數(shù)據(jù)指標進行選取。由于水資源作為一種寶貴的自然資源，其本身并不能帶來產(chǎn)出效益，必須通過與相關(guān)要素進行組合優(yōu)化才能提高產(chǎn)出率。因此，本文在結(jié)合DEM模型進行數(shù)據(jù)分析時，通過多輸入模型法，結(jié)合資金以及勞動力及土地資源和用水量等相關(guān)指標，對區(qū)域水資源綜合利用效率進行合理分析[4]。最終經(jīng)過因素分析，本文選取的輸入指標主要包括生活用水量以及生產(chǎn)用水量和從業(yè)人員及土地利用面積、固定資產(chǎn)投資，選擇的模型輸出指標主要包括GDP。

3.2DEA模型分析中數(shù)據(jù)選取及處理

本文主要選取遼寧省各城市相關(guān)數(shù)據(jù)與錦州市水資源利用效率分析相關(guān)數(shù)據(jù)指標進行對比分析，數(shù)據(jù)選取時間段為2009-2015年。在數(shù)據(jù)選取過程中，考慮到遼寧省各地區(qū)農(nóng)業(yè)需水量與降水量之間存在關(guān)聯(lián)性。因此，為了降低數(shù)據(jù)分析過程的誤差，文章采用以下方式，對該研究區(qū)內(nèi)的農(nóng)業(yè)用水量進行處理：

U=U*×σ

(4)

式中：實際農(nóng)業(yè)需水量及農(nóng)業(yè)用水量分別通過U＊和U表示，該研究區(qū)年降水量與遼寧省內(nèi)最大降水量的比值通過σ表示；經(jīng)過以上數(shù)據(jù)處理之后，可保證各個地區(qū)自然降水量基本處于同一水平線中。

3.3DEA模型分析中參數(shù)計算

基于DEA模型可對該研究區(qū)各個決策單元內(nèi)的水資源相對利用效率及各個指標的松弛變量進行分析計算，以此結(jié)合該研究區(qū)生產(chǎn)以及生活用水中的技術(shù)冗余率及規(guī)模冗余率，對水資源實際利用效率WURE進行科學(xué)計算，具體計算公式為：

WURE=1-αij-βij

βij=1-θ

(5)

通過以上規(guī)模冗余率以及技術(shù)冗余率，可結(jié)合該研究區(qū)實際用水情況對某一特定時期，由于自身發(fā)展規(guī)模及用水方式發(fā)生變化，導(dǎo)致水資源出現(xiàn)利用冗余的現(xiàn)象進行分析，以此通過這兩大指標，對水資源的實際利用管理情況和投入與產(chǎn)出比值進行評估[5]。通常情況下，技術(shù)冗余率和規(guī)模冗余率越低，表明該研究區(qū)內(nèi)水資源的實際利用效率越高，反之則越低[6]。因此，也可結(jié)合這兩大指標對區(qū)域水資源利用開發(fā)潛力進行分析評估。

表1為遼寧省錦州市2009-2015年城市生活用水規(guī)模冗余率和技術(shù)冗余率統(tǒng)計數(shù)據(jù)：

表1 遼寧省錦州市2009—2015年生產(chǎn)、生活用水規(guī)模冗余率和技術(shù)冗余率

遼寧省錦州市2009—2015年水資源利用效率分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2：

表2 遼寧省錦州市2009—2015年水資源利用效率分析數(shù)據(jù)

因此，從上述數(shù)據(jù)對比中可以看出，錦州市2009—2015年生產(chǎn)、生活用水規(guī)模冗余率和技術(shù)冗余率較高，而水資源利用效率較低，主要原因在于錦州市城市化水平相對較低，而且農(nóng)業(yè)人口所占比重較大[7]。因此，生活用水較多，浪費現(xiàn)象非常嚴重，最終導(dǎo)致該地區(qū)實際生產(chǎn)與生活用水率不高[8]。

4 結(jié) 語

綜上所述，水是人類及一切生物賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)資源，也是農(nóng)業(yè)以及工業(yè)生產(chǎn)實踐中極為寶貴的自然資源。中國水資源總存儲量大，但地區(qū)分布不均，尤其是人們對水資源的浪費不斷增多，導(dǎo)致地區(qū)水資源短缺的現(xiàn)象非常嚴重。故本文試圖通過數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法，對錦州市水資源利用效率進行分析評價，從而就水資源綜合利用效率的時空變化特征進行研究，以此找到不同地區(qū)水資源利用效率存在差異的主要成因，希望為本地區(qū)以及全國同類地區(qū)相關(guān)政策的制定和實施提供參考建議。

[1]嚴登華，何巖，王浩，等.生態(tài)水文過程對水環(huán)境影響研究述評[J].水科學(xué)進展，2005(05)：747-752.

[2]高素麗.遼河流域河道生態(tài)工程建設(shè)方案[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2011(06)：35-38.

[3]李學(xué)森.凌河流域水資源現(xiàn)狀及保護措施[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2015(03)：36-37.

[4]劉莉.水文生態(tài)安全法律保障研究[D].西安：長安大學(xué)，2014.

[5]榮潔.城市小流域水量水質(zhì)模型及水環(huán)境容量計算的研究與應(yīng)用[D].南京：南京大學(xué)，2014.

[6]陳俊，王曉玭.我國城市化對水環(huán)境的影響及生態(tài)化綜合治理方法淺談[J].江西化工，2010(02)：20-22.

[7]金云杰.凌河流域人工濕地對水環(huán)境質(zhì)量影響分析評價[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2015(05)：27-28.

[8]何鵬.南水北調(diào)東線工程受水區(qū)水環(huán)境累積影響評價[D].邯鄲：河北工程大學(xué)，2012.

Application of Data Envelopment Analysis in Water Resources Utilization Efficiency Analysis of Jinzhou City

BAI Ru-shuang

(Beizhen Urban Water Conservancy Investigation and Design Group Jinzhou City，Jinzhou 121300，China)

At present，major way to solve the shortage of water resources is to increase the comprehensive utilization efficiency of water resources.However，this method can't analyze the inputs and outputs of water resources fundamentally.For this，combination with the relative data about various cities of Liaoning Province in ten years from 2005 to 2015，by selecting main indicators about local productive and domestic water as the factor of model analysis，the data envelopment analysis method was adopted to analyze the technological redundancy rate and scale redundancy rate of each indicator，and to calculate and analyze the total utilization efficiency of water resources of the researched area，so as to study reasonably the characteristics and specific laws of space-time distribution and supply important references for comprehensive utilization on water resources of the area.

data envelopment analysis method; Jinzhou City; water resources utilization; efficiency; application

1007-7596(2017)02-0124-04

2017-01-12

白如雙(1966-)，男，遼寧錦州人，工程師，研究方向為水利工程規(guī)劃勘測、整編、水利工程建設(shè)與管理工作。

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