基于數據包絡分析的太湖流域重點行業環境效率評價研究

施芊蕓，田愛軍，顏潤潤

(江蘇環保產業技術研究院股份公司，江蘇 南京 210019)

1 引言

改革開放以來，太湖流域工業化、城鎮化發展迅速，但同時也帶來了一系列環境問題，水污染物排放量超過太湖流域污染物消納和自凈能力，水資源和水環境承載力日益薄弱，水污染嚴重[1]。在我國經濟新常態的發展邏輯下，建設資源節約型、環境友好型社會已成為太湖流域加快轉變經濟發展方式的重要著力點。

環境效率是一種綜合評價指標，用以度量經濟與環境協調發展水平，其發展水平高低與經濟發展的協調程度和資源能源的利用比率等因素關系密切[2]。由于不同行業產值、資源消耗、污染物排放量、生產技術水平、污染治理水平不同，不同行業發展對環境產生的負面影響也不盡相同，因此對從行業層面進行環境效率評價及其影響因素研究，對管理重點行業污染排放，促進地區行業經濟和環境的協調發展和區域的可持續發展具有重要且深遠意義。

本研究通過環境效率評價方法，確定基于數據包絡分析法的太湖流域重點行業環境效率評價模型，構建環境效率指標體系，計算并評價太湖流域各重點行業環境效率分值，為后續基于環境效率水平確定太湖區域重點行業排污許可限值奠定了工作基礎，同時，為太湖流域產業優化升級以及優化太湖流域重點行業水污染物排放管理提供合理支撐和科學參考。

2 基于數據包絡分析的環境效率評價

2.1 環境效率定義

環境效率又被稱為生態效率(Eco-efficiency)，是生產活動與可持續發展聯系的紐帶，也是可持續發展潛力分析的重要指標。Schaltegger和Sturm于1990年首次提出此概念并將其定義為：增加的價值與增加的環境影響的比值[3]。1992年，世界可持續發展工商理事會(World Business Council for Sustainable Development，WBCSD)將其定義為：滿足人類高質量生活需求的商品和服務的經濟價值與整個生命周期中對環境造成影響的比值，并指出環境效率是應對可持續發展的重要概念。此后環境效率這一概念被廣泛地認識和接受[4]。隨后，世界經濟合作與發展組織(Organization for Economic Cooperation and Development，OECD)將環境效率的評價范圍進行擴展[5]，并將其定義為生態資源滿足人類需要的效率，是產出與投入的比值。產出是指經濟活動提供的產品和服務價值，投入是指經濟活動消耗的資源以及造成的環境負荷[6]。

2.2 環境效率評價方法

數據包絡分析方法(Data Envelopment Analysis，DEA)可以針對具有多個投入指標和多個產出指標的決策單元(DMU，即樣本數)進行環境效率評價。該方法以決策單元作為環境效率評價的基本單位，當決策單元擁有相同或相似的外部環境、相同目標以及相同投入指標和產出指標時[7]，可利用線性規劃原理獲得最優解。該方法屬于一種典型的非參數前沿分析方法，而生產前沿則是指投入最小化或產出最大化的一系列點或區間構成的分布。決策單元的效率以其到生產前沿的距離來表征，距離越大效率越低，距離越小則效率越高。

Fare R等[8]首創性地建立了基于DEA的雙曲測度模型評價美國造紙廠環境效率。此后，DEA方法評價環境效率的研究從多方面得到改進，并成功運用工業行業環境效率評價。例如Tyteca D[9]和Bevilacqua M等[10]提出了規模收益不變的環境效率評價模型并應用于美國電力和石油行業，Kortelainen M等[11]直接基于生態效率的定義并引入Malmquist指數方法建立動態評價模型。Reinhard S等[12]考慮非期望產出對環境效率的影響，將其作為投入指標求解環境效率，但其改進后的模型忽視了減少非期望產也可以提高環境效率這一問題。隨后，大量改進DEA模型研究產生，均有考慮投入和產出變量，比如通過構建距離函數，改變投入、產出的改進方向從而提升環境效率[13]；為了解決投入和產出的松弛性問題，有研究引入松弛變量，考慮了所有投入、產出變量的潛在改進空間，提出非徑向、非角度的松弛變量模型[14]。

總體看來，DEA評價環境效率方法具有以下優點。

(1)針對具有多投入多產出特點的決策單元可有效地進行效率評價。

(2)投入產出的權重是根據最優原則由模型內自動計算生成，避免了傳統評價方法中權重設置時主觀因素對評價結果的影響[15]。

(3)無需生產函數以及對各個參數進行估計[6]，基礎數據獲取較為簡便，易于計算獲得結果。

(4)計算過程和計算結果可以不受計量單位的影響[16]。

3 江蘇省太湖流域重點行業環境效率評價

3.1 數據來源及指標體系構建

本研究對江蘇省太湖流域內28個行業大類進行太湖流域重點行業環境效率評估。基礎數據來源于2017年度太湖流域環境統計數據；太湖流域重點行業則作為本研究中環境效率評價的一組決策單元，根據《國民經濟行業分類》(GB/T4754-2017)對太湖流域重點行業進行分類。

運用DEA分析方法對一組決策單元進行效率評價必須基于合理的評價指標體系。評價目的不同，選取的評價指標也不同。本研究利用DEA方法分析太湖流域重點行業環境效率，根據數據可得性，建立典型區域重點行業環境效率評價指標體系。指標類別分為投入指標、產出指標：投入指標主要為資源消耗，產出指標包括地區經濟產出(期望產出)以及環境污染(非期望產出)。具體投入和產出指標的構成見表1。

表1 典型區域重點行業環境效率評價指標體系

3.2 江蘇省太湖流域重點行業篩選

對大樣本數據太湖流域內5196家企業進行重點行業篩選，根據《國民經濟行業分類》(GB/T4754-2017)，共篩選出28個行業大類(不考慮42廢棄資源綜合利用業和44電力、熱力生產和供應業等配套基礎設施行業)進行環境效率評估。

印染、化工、造紙、鋼鐵、電鍍、食品等六大行業長期以來屬于太湖流域水污染物排放重點關注行業，由于化工行業類別復雜多樣，化工分類參考《江蘇省化工產業安全環保整治提升方案》進行梳理分類，中類行業代碼251精煉石油產品制造、261基礎化學原料制造、262肥料制造、263農藥制造、264涂料、油墨、顏料及類似產品制造、265合成材料制造、266專用化學品制造均屬于化工行業；印染、造紙、鋼鐵、食品行業類別較為明確，而電鍍行業暫無文件規定其行業類別，故不進行行業類別重新梳理。

3.3 江蘇省太湖流域重點行業環境效率評價

研究采用MaxDEA 8 Ultra軟件，運用考慮超效率[17]和非期望產出的SBM數據包絡分析模型進行江蘇省太湖流域重點行業環境效率計算。由于考慮投入、產出指標數量較多，該模型可以解決效率評價過程中的松弛問題，估計決策單元的超效率值，從而區別分析模型中多個行業效率為1的結果[18]。

太湖流域各重點行業環境效率得分(百分制)=各重點行業環境效率計算值/最大計算值(1.11)×100。

太湖流域重點行業環境效率得分見表2。由計算結果可知，太湖流域28個重點行業中，環境效率較高的為儀器儀表制造業、汽車制造業、其他化工行業(主要為日用化學品制造)、橡膠和塑料制品業、家具制造業、文教、工美體育和娛樂用品制造業、通用設備制造業、紡織服裝、服飾業等8個行業，得分均在90分以上(環境效率計算值≥1)；環境效率較低的為造紙和紙制品業、酒、飲料和精制茶制造業、紡織業(含印染)、紡織業(不含印染)、化工行業、非金屬礦物制品業、皮革、毛羽及其制品和鞋業、金屬制品業、醫藥制造業、有色金屬冶煉和壓延加工業、黑色金屬冶煉和壓延加工業、計算機、通信和其他電子設備制造業、化學纖維制造業、專業設備制造業、食品制造業、木材加工和竹藤棕草制品業等16個行業，得分均在20分以內(環境效率值≤0.20)。

表2 江蘇省太湖流域重點行業環境效率

4 結論及建議

4.1 結論

本研究運用數據包絡分析法(DEA)中考慮超效率和非期望產出的SBM數據包絡模型進行太湖流域重點行業環境效率計算及分析，得到如下結論。

(1)江蘇省太湖流域重點行業中，環境效率較高的為儀器儀表制造業、汽車制造業、其他化工行業(主要指日用化學品制造)、橡膠和塑料制品業、家具制造業、文教、工美體育和娛樂用品制造業、通用設備制造業、紡織服裝、服飾業等8個行業，盡管環境效率值較高，但并不能說明其環境效率已實現最優，在實際生產過程中仍有進一步提高對太湖水環境友好度。

(2)江蘇省太湖流域16類環境效率較低的行業中，造紙和紙制品業、酒、飲料和精制茶制造業、紡織業(包括印染行業)、化工行業、非金屬礦物制品業、皮革、毛羽及其制品和鞋業和金屬制品業等行業的生產對環境影響最大，應采取產業結構升級、強化污染物治理措施等手段減少上述行業對太湖水環境質量的負面影響。

4.2 政策建議

(1)提高對太湖流域重點行業環境效率的認識及重視程度。環境效率涉及生產、經濟、資源利用水平、污染物排放強度等多個方面，政府在控制太湖流域重點行業水污染物允許排放量時，應將行業排污許可量分配與行業公平性評價相結合，有助于太湖流域重點行業公平分配排污許可證限值，有利于加強重點行業污染控制工作。

(2)加快太湖流域產業結構升級和調整。在太湖流域水環境容量許可且保證生產技術水平先進情況下，可進一步鼓勵環境效率較高行業發展；同時通過提升生產技術水平及污染治理水平等手段，削減環境效率較低行業水污染物排放量，加快區域產業結構升級和調整，并向高科技及高附加值的環境友好產業發展，從而有效促進太湖流域水環境質量改善。