基于DEA的礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率評價

趙淑芹，劉 倩

(石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院土地與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，河北 石家莊 050031)

在中國，明確礦產(chǎn)資源由全體社會成員共同享有說明礦產(chǎn)資源具有公共品的屬性。在其開發(fā)利用活動中產(chǎn)生的外部不經(jīng)濟(jì)性的表現(xiàn)是采礦人按利潤最大化原則確定的開采量，往往與符合公共利益最大化原則而確立的數(shù)量相去甚遠(yuǎn)，從而導(dǎo)致了諸如礦山開采破壞植被資源、地表塌陷、水土流失、尾礦(廢礦)堆積占用耕地等一系列問題的產(chǎn)生。生態(tài)效率(Eco-efficiency)的核心思想是提供最大化價值的同時最小化消耗與污染[1-3]。礦產(chǎn)資源得到可持續(xù)利用就要充分考慮礦產(chǎn)資源開發(fā)利用帶來的外部不經(jīng)濟(jì)性的負(fù)面效果，改變對礦產(chǎn)資源開發(fā)利用效率的審視觀，從過去和現(xiàn)在更多基于對礦產(chǎn)資源開發(fā)利用進(jìn)行經(jīng)濟(jì)社會效率評價轉(zhuǎn)變?yōu)椋瑥耐度氘a(chǎn)出的角度考量礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率，使礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的生態(tài)影響與資源強(qiáng)度降低到一個至少與礦產(chǎn)資源開發(fā)利用承載能力一致的水平，從而保障礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的可持續(xù)性。

目前礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率研究文獻(xiàn)比較有限。宋守志等[4]重點(diǎn)分析了國內(nèi)固體礦產(chǎn)資源開發(fā)綜合利用中所取得的成就及存在的不足之處，提出應(yīng)該堅決地樹立起循環(huán)經(jīng)濟(jì)的新理念。王曉琳等[5]指出循環(huán)經(jīng)濟(jì)的路子是不斷提高我國礦產(chǎn)資源開發(fā)綜合利用的水平之理想選擇。王淀佐等[6]詳細(xì)闡述了礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用對保障我國經(jīng)濟(jì)與資源安全以及緩解資源的壓力等方面有著重要意義。趙軍偉等[7]認(rèn)為礦產(chǎn)資源開發(fā)利用效率評價研究較少且有較大局限性，評價指標(biāo)除了利用率外，還包括利用效果，受到資源條件、礦業(yè)政策、礦產(chǎn)經(jīng)濟(jì)、社會環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、國際市場、國際政治、礦山開發(fā)階段、生產(chǎn)管理和生產(chǎn)技術(shù)等多方面因素的影響。從CNKI檢索文獻(xiàn)看，國內(nèi)對礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率研究還未成體系，目前對礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率進(jìn)行思考較少。Barba-Gutiérrez等嘗試運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)模型(DEA)從投入產(chǎn)出的視角分析生態(tài)效率[5]，本文借鑒此模型，通過構(gòu)建礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率評價模型，分析河北省11個市礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率現(xiàn)狀，并闡述其空間分布規(guī)律，然后給出優(yōu)化礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的生態(tài)效率方案。

1 礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率評價DEA 模型及指標(biāo)選擇

1.1 生態(tài)效率評價DEA 模型

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(data envelopment analysis，DEA)是著名運(yùn)籌學(xué)家A.Charnes和W.W.Copper等學(xué)者提出的。DEA以“相對效率”概念為基礎(chǔ)，以規(guī)劃理論為工具，按照多種投入和多種產(chǎn)出的觀察值，得出每個DMU綜合效率的數(shù)量指標(biāo)。據(jù)此將各決策單元定級排隊，確定有效的決策單元，并可給出其它決策單元非有效的原因和效率較差的DMU效率優(yōu)化空間。本文選擇DEA中的C2R模型作為河北省11個市(DMU)礦產(chǎn)資源開發(fā)利用效率評價的基礎(chǔ)平臺。假設(shè)每個決策單元DMUj都有相應(yīng)的效率評價指數(shù)，可以適當(dāng)?shù)娜?quán)系數(shù)v和u，使得式(1)hj≤1；通過式(2)計算得出礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率值hj的大小；通過式(3)計算礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率非有效市的松弛變量與剩余變量，所得結(jié)果將用于河北省11市礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率實現(xiàn)DEA有效的優(yōu)化中。

j=1,2,…,n

(1)

j=1,2,…,n

(2)

v=(v1,v2,…,vm)T≥0

u=(u1,u2,…,us)T≥0

式(2)中，Xri為第r個DMU第i項投入；Yri為第k個DMU第j項產(chǎn)出；Vi為第i項投入權(quán)重；Uj為j項產(chǎn)出權(quán)重；hj為第j個DMU的效率值(相對效率)；ε為非阿基米德無窮小量。

根據(jù)線性規(guī)劃對偶理論，將式(2)轉(zhuǎn)為對偶線性方程(3)

(3)

式中：λP為第P個DMU乘數(shù)；θk為第k個DMU參考集的權(quán)重；S-i為松弛變量；S+j為剩余變量。

1.2 生態(tài)效率評價投入/產(chǎn)出指標(biāo)確定

礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率就是經(jīng)開發(fā)利用產(chǎn)出的礦產(chǎn)品和產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會效果與投入開發(fā)的礦產(chǎn)資源量之比。礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的投入產(chǎn)出指標(biāo)是評價礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率的基礎(chǔ)。在確定了需要評價的11個DMU后，需要提供能夠基于DMU的投入/產(chǎn)出指標(biāo)。本文確定各市規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)水消費(fèi)、采礦業(yè)建設(shè)項目投資、從業(yè)人員作為DMU的礦產(chǎn)資源開發(fā)利用投入。確定礦產(chǎn)資源開發(fā)利用產(chǎn)出就相對復(fù)雜，對礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率評價涉及到期望產(chǎn)出與非期望產(chǎn)出，考慮到評價數(shù)據(jù)的可獲取性，本文選取礦產(chǎn)品銷售收入代表期望產(chǎn)出；確定(廢(矸)累計存放量+尾礦累計存放量)作為非期望產(chǎn)出見表1。

表1 礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率評價投入產(chǎn)出指標(biāo)

2 礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率及空間分布

2.1 生態(tài)效率計算

本文以DEAP-2.1軟件為計算平臺，以河北省11市為例進(jìn)行計算，得到11個市的礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率(表2)。根據(jù)計算結(jié)果，按降序?qū)Ω魇械V產(chǎn)資源開發(fā)利用的生態(tài)效率值進(jìn)行排序，11個市的序列為衡水市、滄州市、承德市、保定市、張家口市、石家莊市、廊坊市、秦皇島市、唐山市、邢臺市、邯鄲市。礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率值從衡水、滄州、承德、保定、張家口的1.000下降到邯鄲的0.177，衡水、滄州、承德、保定和張家口市θ=1，S-i=S+j=0，說明5市礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率DEA有效，石家莊、廊坊、秦皇島、唐山、邢臺、邯鄲6市為非生態(tài)效率有效市。礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率DEA有效表明衡水、滄州、承德、保定和張家口市的礦產(chǎn)資源開發(fā)利用實現(xiàn)了空氣污染指數(shù)負(fù)荷等2個指標(biāo)產(chǎn)出水平下最小化了采礦業(yè)建設(shè)項目投入等3個投入，而其他非生態(tài)效率有效市則需要通過改變其投入與產(chǎn)出才能達(dá)到礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率的DEA有效。

表2 礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率

從結(jié)果看，河北省礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率值變化速率呈現(xiàn)先由小變大，后由大變小的特征。礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率值下降速率平緩，礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率最優(yōu)DMU相對其他優(yōu)勢明顯。除承德市、張家口市、保定市、滄州市、衡水市5個市落在效率前緣面上，其他6個市都落在效率前緣面的右側(cè)，且以均衡遠(yuǎn)離效率前緣面的離散狀態(tài)分布；大部分市都集中在礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率高效區(qū)，礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率較高是河北省11個市區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)利用中主流的現(xiàn)實狀態(tài)，但仍有部分地區(qū)礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率較低。

2.2 生態(tài)效率空間分布

為了考察礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率空間分布規(guī)律，對河北省11市的礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率進(jìn)行分區(qū)定等。分區(qū)定等標(biāo)準(zhǔn)如下：[1.000，0.800)，礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率高效區(qū)；[0.800，0.600)，礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率亞高效區(qū)；[0.600，0.400)，礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率中效區(qū)；[0.400，0.000]，礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率低效區(qū)。

礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率高效區(qū)分布在河北省的中部、西北、北部。礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率高效區(qū)包括承德市、張家口市、保定市、滄州市、衡水市、石家莊市，礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率亞高效區(qū)分布在河北省中部的廊坊市，礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率中效區(qū)分布在河北省的東北部沿海的秦皇島市。礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率低效區(qū)包括唐山市、邢臺市、邯鄲市。

3 礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率優(yōu)化設(shè)計

礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率優(yōu)化將按照下面三條原則進(jìn)行：①DMU落在效率前緣面上是DEA有效的充分必要條件；②礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率優(yōu)化優(yōu)先考慮污染物的排放控制與減少；③在實現(xiàn)DEA有效中，現(xiàn)實的客觀條件不約束礦產(chǎn)資源開發(fā)利用過程中的投入產(chǎn)出與實現(xiàn)DEA有效的表1中的投入產(chǎn)出指標(biāo)。

3.1 松弛變量減少下的DEA優(yōu)化

本文仍以河北省11市為例優(yōu)化每個DUM的松弛變量S-1(勞動力投入減少量)、S-2(資金投入減少量)、S-3(水資源投入減少量)，計算結(jié)果見表3。結(jié)果表明：承德市、張家口市、保定市、滄州市和衡水市基于礦產(chǎn)資源開發(fā)利用投入獲得的礦產(chǎn)資源生態(tài)產(chǎn)出最高。若讓其他6個DUM礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率同樣有效，則需要調(diào)整優(yōu)化6個非DEA有效的DUM的投入與產(chǎn)出方案，從而使得礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的生態(tài)效率為DEA有效。

表3顯示，除承德市、張家口市、保定市、滄州市、衡水市、唐山外，其他6個市都需要減少礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率指標(biāo)的量以實現(xiàn)DEA有效。其中秦皇島市需要減少1個指標(biāo)，石家莊市、邯鄲市、邢臺市、廊坊市都需要減少2個指標(biāo)以實現(xiàn)DEA有效。對S-1、S-2、S-3進(jìn)行單獨(dú)分析。S-1最高值是邯鄲市為33966.794，其次是邢臺市為19626.470，再次是廊坊市為5228.845，3個市都是礦產(chǎn)資源分布區(qū)，從事礦產(chǎn)資源開采的勞動力投入高度集中，勞動力投入過剩；其他市勞動力投入已經(jīng)達(dá)到相對最優(yōu)。S-2除石家莊市、邯鄲市、邢臺市需要減少投入外，其他市都不需要調(diào)整。

表3 礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率評價優(yōu)化設(shè)計

按照降序排序，從高到低為石家莊市、邯鄲市、邢臺市。S-3除石家莊市、秦皇島市、廊坊市需要減少投入外，其他市不需要調(diào)整。按照降序排列，從高到低為秦皇島市、石家莊市、廊坊市。綜上分析，S-1、S-2、S-3在河北省5個市為實現(xiàn)DEA有效，需要減少投入；而減少量的大小與礦產(chǎn)資源分布區(qū)有一定的正相關(guān)。

3.2 剩余變量增加下的DEA優(yōu)化

仍以河北省11市為例，每個DUM增加剩余變量S+1(廢棄物-礦產(chǎn)品銷售收入負(fù)荷)、S+2(空氣污染指數(shù))后的計算結(jié)果見表3。除承德市、張家口市、保定市、滄州市、衡水市外，其他市都需要增加礦產(chǎn)資源開發(fā)利用產(chǎn)出指標(biāo)的量以實現(xiàn)DEA有效。其中唐山市、邯鄲市需要增加2個指標(biāo)的量，石家莊市、秦皇島市、邢臺市、廊坊市需要增加1個指標(biāo)的量以實現(xiàn)DEA有效。對S+1、S+2進(jìn)行單獨(dú)分析。S+1有2個市不為0，分別是唐山市(0.005)和邯鄲市(0.001),其他市全部為0。說明唐山和邯鄲在礦產(chǎn)資源開發(fā)利用過程中產(chǎn)生的廢棄物較其他市多。S+2除承德市、張家口市、保定市、滄州市、衡水市外，都不為0，S+2最大為唐山市(368.707)，最小的非0為石家莊市，非0的S+2區(qū)間為[7.667，368.707]。

4 結(jié)論

礦產(chǎn)資源開發(fā)利用產(chǎn)生的廢棄物會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。對礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率進(jìn)行評價是為了實現(xiàn)礦產(chǎn)資源開發(fā)利用成本最小化的同時獲得最大化產(chǎn)出。既提高礦產(chǎn)品銷售收入，又不對環(huán)境造成負(fù)面影響。因此，可以通過減少礦產(chǎn)資源開發(fā)利用投入量，增加產(chǎn)出量實現(xiàn)礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率最大化。本文采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)中的C2R模型，以河北省11市為例，首先通過選取與礦產(chǎn)資源開發(fā)利用相關(guān)的5個指標(biāo)，以DEAP-2.1為平臺計算出11個市礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率值，通過對礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率值進(jìn)行大小排序，得出5個市DEA有效和6個市非DEA有效。其次基于該生態(tài)效率值描述礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率空間分布圖。最后通過對非DEA有效的市進(jìn)行礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率優(yōu)化設(shè)計，并得出：①河北省接近1/2的市存在礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率高效；②生態(tài)效率效率低效區(qū)存在于礦產(chǎn)資源儲量較多的市；③提高礦產(chǎn)資源開發(fā)利用生態(tài)效率既可以通過減少勞動力、資金投入，提高礦產(chǎn)品開采技術(shù)效率的投入實現(xiàn)，又可以通過減少污染物排放的產(chǎn)出優(yōu)化路徑選擇得以實現(xiàn)。

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