我國各省市綜合用水效率評(píng)估預(yù)測(cè)

　　【摘要】本文在2010年中國統(tǒng)計(jì)年鑒中提取了全國各省市自治區(qū)（除港澳臺(tái)）的相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法（DEA）和層次分析法（AHP）模型計(jì)算出各省市的綜合用水效率，從而得出了符合現(xiàn)今我國水資源現(xiàn)狀和用水情況的水資源利用效率和效益評(píng)估指標(biāo)體系。在此基礎(chǔ)上，本文引入了概率分布模型，針對(duì)各個(gè)城市自身的特點(diǎn)預(yù)測(cè)了水資源何時(shí)會(huì)成為制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，并依據(jù)模型分析結(jié)果提出了相關(guān)改進(jìn)建議。
　　【關(guān)鍵詞】水資源利用效率 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法 層次分析法 概率分布模型
　　【中圖分類號(hào)】TU113.6+43【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1009-8585(2011)02-00-03
　　
　　
　　1 前言
　　我國人均淡水資源擁有量?jī)H為2200立方米，為世界平均水平的1/4。目前，全國城市缺水總量約70億立方米，全國660多個(gè)城市中有400多個(gè)存在不同程度的缺水。盡管水資源嚴(yán)重缺乏，水資源浪費(fèi)、利用效率及效益低下的現(xiàn)象卻普遍存在，這是粗放的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的必然結(jié)果，同時(shí)也是制約我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。因此，在水資源總量有限的情況下，提高生活、生產(chǎn)和生態(tài)用水的效率和效益，爭(zhēng)取獲得經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益多贏的局面，是建設(shè)節(jié)水型社會(huì)的核心目標(biāo)。
　　基于上述考慮，有必要建立水資源利用效率評(píng)估指標(biāo)體系和效益評(píng)價(jià)模型，用于對(duì)全國各省市之間進(jìn)行水資源利用效率和效益評(píng)估對(duì)比，為政府行政主管部門提供水資源科學(xué)管理的決策依據(jù)，進(jìn)行合理的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，促進(jìn)節(jié)水技術(shù)和產(chǎn)品的推廣，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的合理可持續(xù)利用。
　　2 數(shù)據(jù)指標(biāo)
　　我國關(guān)于水資源的利用已有些初步的研究，提出了一些反映水資源利用狀況的指標(biāo)：如水資源總量、年降水量、農(nóng)業(yè)萬元GDP用水量、工業(yè)萬元GDP用水量、化學(xué)需氧量、人均水資源量等。本文在參考2010年中國統(tǒng)計(jì)年鑒搜集到大陸31省市相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)的同時(shí)，又依據(jù)工業(yè)農(nóng)業(yè)的萬元GDP用水量推導(dǎo)出農(nóng)業(yè)和工業(yè)單位用水效益指標(biāo)。
　　3 模型選擇
　　水資源利用效率反映了水資源投入和產(chǎn)出的關(guān)系。從全國范圍看，由于區(qū)域自然條件、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等諸多變量的不同，中國水資源利用效率表現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異。而這些差異化特征與數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型（DEA）多輸入多輸出的特點(diǎn)相符合，所以本文選用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法，建立水資源利用效率的專項(xiàng)和綜合評(píng)估體系。
　　在橫向比較各地區(qū)間相對(duì)利用效率時(shí)，本文還引入了層次分析法（AHP），以國家的戰(zhàn)略方針為依據(jù)，將上述指標(biāo)歸為三類：經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益；然后通過搜集專家觀點(diǎn)確定各自權(quán)重以及分類正向負(fù)向指標(biāo)，成功地將專家的經(jīng)驗(yàn)因素融入評(píng)價(jià)模型中。
　　在預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)，本文利用1981年-2008年的降雨量數(shù)據(jù)求出了降雨量的概率分布，進(jìn)而，本文基于大量數(shù)據(jù)擬合出了降雨量和水資源總量的關(guān)系，并用MATLAB軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬和參數(shù)估計(jì)，求出了各省水資源在特定年份成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展瓶頸的概率分布。
　　4 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型（DEA）
　　數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法（DEA）是評(píng)價(jià)部門間相對(duì)有效性的有效方法，模型根據(jù)輸入指標(biāo)和輸出指標(biāo)來評(píng)價(jià)決策單元的優(yōu)劣，即所謂評(píng)價(jià)部門間的相對(duì)有效性。本文的目的是建立一種切實(shí)有效的水資源利用效率評(píng)價(jià)模型，顯然應(yīng)考慮多種影響水資源利用效率的輸入輸出指標(biāo)。考慮到DEA正是處理多輸入和多輸出效率評(píng)價(jià)體系的有效模型，本文將借鑒數(shù)學(xué)包絡(luò)分析法（DEA）建立水資源利用效率的評(píng)估體系。
　　4.1變量和概念設(shè)定
　　根據(jù)DEA模型要求及數(shù)據(jù)客觀可獲得性，確定輸入輸出指標(biāo)如下：
　　輸入指標(biāo)：水資源總量y1、總?cè)丝跀?shù)y2
　　輸出指標(biāo)：?jiǎn)挝惑w積水的農(nóng)業(yè)產(chǎn)值x1、單位體積水的工業(yè)產(chǎn)值x2和COD總排放量x3
　　本小題基于已獲取的水資源原始數(shù)據(jù)，研究31個(gè)省市的水資源利用效率，把每一個(gè)省市作為一個(gè)決策單元（DMU），借助以上確定的輸入輸出指標(biāo)，求出不用省市的效率值，判斷各個(gè)省市在同一年分的水資源利用效率水平，并進(jìn)行橫向?qū)Ρ确治觥?br/>　　4.2模型設(shè)計(jì)
　　基于上述變量，本文設(shè)計(jì)如下DEA模型：
　　其37063678c3976b507ea65250ce2bbb3931cbed5c86adc49a4885e2bd53a91eef中，S-是輸入的松弛變量；S+是輸出的松弛變量；
　　是n個(gè)決策單元的組合系數(shù)；，對(duì)應(yīng)求解每一個(gè)決策單元的模型，就可以檢驗(yàn)決策單元是否為DEA有效。在實(shí)際操作中，只要取ε足夠小（本文取ε=10-6），用單純型法即可求解。本文通過計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算軟件Lingo計(jì)算每一個(gè)決策單元的Q值（相對(duì)效率）和松弛變量。
　　4.3計(jì)算結(jié)果及分析
　　各城市的Q值計(jì)算結(jié)果如下（表一）：
　　從表1我們可以看出，計(jì)算31個(gè)DMU效率評(píng)價(jià)指數(shù)（Q值）的結(jié)果表明，有六個(gè)決策單元——天津、河北、江蘇、山東、廣東、廣西的Q值為1，Lingo計(jì)算結(jié)果中這些省市的松弛變量也都為0，說明這六個(gè)決策單元為DEA有效，也就是在不增加任何其他的投入指標(biāo)的情況下，其輸出效益不能再增大。
　　結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況分析，這六個(gè)省市中，天津、河北、山東都處于我國的華北平原，而江蘇和廣東也是經(jīng)濟(jì)大省，共同的特點(diǎn)就是工業(yè)相對(duì)發(fā)達(dá)，工農(nóng)業(yè)耗水量大，而且人口密度大，人均水資源占有量少，屬于缺水比較嚴(yán)重的地區(qū)，所以這五個(gè)地區(qū)的水資源利用效率相對(duì)最高也就很合理了。
　　考慮到廣西的旅游大省特點(diǎn)，我們可以發(fā)現(xiàn)，廣西當(dāng)前的工農(nóng)業(yè)模式是有利于其長(zhǎng)期發(fā)展的，過度發(fā)展工業(yè)或農(nóng)業(yè)反而會(huì)導(dǎo)致整體經(jīng)濟(jì)失衡。與廣西省經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)相似的海南省Q值非常接近1，也給這一觀點(diǎn)提供了佐證。
　　對(duì)于Q值不為1，但是處于0.75—0.99的重慶、貴州等省市，我們認(rèn)為他們的水資源利用效率相對(duì)較高或者一般水平。Lingo分析結(jié)果中這些省市的松弛變量t2值非零，說明對(duì)于這些省份，其工業(yè)的發(fā)展仍需要進(jìn)一步調(diào)整。而Q值低于0.75的省份如甘肅、寧夏等普遍存在松弛變量t1t2都不為零的現(xiàn)象，說明工農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)都有待調(diào)整。
　　5 層次分析模型（AHP）
　　層次分析模型的原理是基于相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)與研究，歸納出影響研究對(duì)象的因素作為指標(biāo)層，再將這些影響因素按照一定準(zhǔn)