基于DEA模型的宿州市用水效率評價

孫蓮蓮，韓淑新，賈艷靈，許雅婷

(宿州學院 資源與土木工程學院，安徽 宿州 234000)

1 概 述

水是生命之源，是推動社會發展、經濟進步的重要戰略資源。宿州市地處安徽省淮北平原東北部，是典型的溫帶半濕潤季風氣候，冬季氣候干燥且寒冷，雨雪稀少。以2018年相關數據對宿州市水資源狀況進行說明，宿州市多年平均降雨量為838.4 mm，2018年水資源總量為48.81×108m3[1]，占全省水資源總量的5.84%，人均水資源占有量僅為859.18 m3(按年末常住人口計算)，為全國人均水資源占有量的42.80%(按人均數據2 007.57 m3計算)和43.66%(年末全國人口，中國統計年鑒及水資源公報)，屬于嚴重缺水地區[2]。近年來，宿州市的水資源利用現狀令人堪憂。一方面，由于宿州市屬于水資源短缺地區，隨著經濟等各方面的發展及人口的增長、水環境的污染，使得水資源供需矛盾日益突出。另一方面，由于技術欠缺、規劃利用及管理制度的不夠合理等因素，綜合導致了宿州市水資源利用效率不高[3]，使宿州市未來的經濟發展與社會進步受到制約。因此，研究宿州市的水資源利用效率刻不容緩。只有這樣，才能為更好地規劃和利用宿州市水資源提供科學依據，研究成果更具有重要的理論價值和實際應用價值，推動宿州市水資源的優化配置和節水型社會的建設。

近年來，我國學者利用層次分析模型(AHP)及DEA模型等多種方式進行用水效率的研究，且都取得不錯的實踐性成果，形成很多可以反映水資源利用狀況的指標。但影響水資源利用效率的因素具有多樣性，為了對宿州市的水資源利用效率進行有效的綜合評價，本文將農業用水、工業用水、生活用水以及水資源可持續性指標同時納入指標評價體系[4]，采用數據包絡分析法(DEA)對宿州市的2011-2019年的水資源利用效率進行縱向分析評價。為使評價更為客觀可靠，選取2019年作為典型年對各行政分區再進行橫向分析評價，并利用LINGO軟件求解模型運行結果，經過對結果進行合理的數據分析，可以得到限制區域用水效率發展的關鍵因素，從而為提高區域用水效率有針對性地提出合理化的建議和對策，以促進宿州市的整體用水效率的提高[5]。

2 DEA建模

2.1 DEA簡介

數據包絡分析法由Charnes、 Cooper 和Rhodes于1978 年提出，該方法的原理主要是通過保持決策單元的輸入或輸出不變，借助于數學規劃和統計數據確定相對有效的生產前沿面，將各個決策單元投影到DEA的生產前沿面上，并通過比較決策單元偏離DEA前沿面的程度來評價他們的相對有效性，是一種以相對效率概念為基礎，以凸分析和線性規劃作為工具的評價方法。利用搜集到的數據樣本資料，把每一個被評價單位作為一個決策單元(DMU)，再由眾多DMU構成被評價群體，通過對投入和產出比率的綜合分析，確定是否為DEA有效。

DEA方法以綜合指標評價效率，其權重不受人為主觀因素的影響，該方法中的權重由數學規劃產生，不需優先賦予權重值。同時，它可以對非效率的DMU提出改善方向，從而可以為決策者提供改善效率的途徑[6]。

2.2 評價指標選取

為了能夠綜合評價宿州市的水資源利用狀況，保證指標體系的科學性、有效性和全面性，本文將水資源與生產要素相結合，采用多輸入模型，將輸入指標拆解為萬元GDP用水量(全面概述)、萬元工業增加值用水量(工業層面)、單方水糧食產量(農業層面)、居民生活年人均用水量(生活層面)、萬元GDP排放COD的量(生態層面)和水資源可持續性指標(可持續性層面)共6項指標；單一輸出指標為人均GDP。

2.3 模型建立

C2R模型是DEA的第一種模型，該模型主要適用于指標的有效性評價和貢獻率測算。本文即采用該模型對宿州市用水效率進行研究，模型如下：

3 數據收集與計算

3.1 數據收集整理

基礎數據主要來源為歷年《安徽省水資源公報》《宿州市水資源公報》和《宿州市國民經濟和社會發展統計公報》。宿州市2011-2019年模型輸入與輸出指標見表1，2019年各行政分區的輸入與輸出指標見表2。

3.2 模型計算

將所搜集到的宿州市2011-2019年的相關指標數據帶入C2R模型中，并利用LINGO軟件對模型進行求解，將每一年作為一個決策單元(DMU)，得到宿州市近9年水資源利用效率相對值，結果見表3。再將2019年每個行政分區作為一個決策單元(DMU)進行橫向數據分析，得到各行政分區水資源利用效率相對值，見表4。

表1 宿州市2011-2019年輸入指標與輸出指標值

表2 宿州市5個行政分區2019年輸入與輸出指標值

表3 宿州市2011-2019年水資源利用效率值

表4 宿州市2019年各行政分區水資源利用效率值

4 結果分析

1) 根據表3對宿州市近9年的水資源利用效率進行分析，其中能夠達到DEA有效的年份占1/3，并且隨著年份的推移與社會各方面的不斷發展，有效年份在持續增加。譚炳卿、張磊等在2010年選擇利用數據包絡分析法及層次分析法分別對安徽省淮河流域各市的相對用水效率進行了評估。結果表明，層次分析法中宿州市在2010年的相對用水效率僅為0.5，在安徽省范圍內，屬于較低水平[7]。本文2011年計算結果為0.496，與其計算結果較為相近。

就宿州市整體而言，2011-2016年用水效率偏低，主要是由于經濟發展水平較低，農業及工業用水效率不高，而且居民節水意識不強，水資源浪費現象嚴重，水資源規劃與利用不夠合理化。伴隨社會經濟發展和技術水平的提高，從2017年開始，宿州市相對用水效率達到DEA有效。2017年宿州市海關正式通關，現代農業全面提升，新增高效節水灌溉面積0.066 7×104hm2，農業用水效率得到提高；隨著水利建設投資加大，產業轉型步伐加快，工業主導地位突出，水污染防治取得階段性成果。同時素質化教育的開展，使得居民的節水意識有所提高，水資源規劃與利用也逐步趨于合理化，最終使得整體相對用水效率得到提高。

2) 根據表4對2019年宿州市5個行政分區的相對用水效率進行分析，其中泗縣與碭山縣用水效率相對較低，尚未達到DEA有效。蕭縣、埇橋區及靈璧能夠達到DEA有效。

碭山縣相較其它4個分區而言，人均水資源占有量僅為230 m3，屬于水資源嚴重匱乏地區，整體用水效率較低的主要原因是工業用水效率較低。另外，水資源可持續性指標絕對值較小，說明其水資源矛盾會日益突出。因此，碭山縣應優先提高工業用水效率，推廣先進的節水技術，加大節約用水宣傳，提升居民的節水意識，合理進行水資源規劃與利用。

泗縣2019年農田灌溉用水量為9 303×104m3，占比總用水量53%，可見農業灌溉節水技術水平較低是其整體相對用水效率較低的主要原因。可以考慮通過引進先進的農田灌溉節水技術、擴大節水灌溉面積、調整農業供水價格等方式，達到提高整體水資源利用效率，促進當地經濟與水資源協調發展的目標。

埇橋區人均GDP輸出在宿州市范圍內處于最高水平，但水資源可持續性指標絕對值較小，今后需要繼續加強節水建設。靈璧縣萬元工業增加值用水量約為埇橋區整體水平的1.9倍，但人均GDP輸出僅約為埇橋區的57.83%，需進一步提高工業用水效率。此外，靈璧縣的水資源可持續性指標的絕對值較高，可以考慮與埇橋區進行技術與資源的互助建設。蕭縣整體用水效率較好，但農業用水效率有待進一步提高。

5 結 語

本文通過建立DEA模型，并采用LINGO軟件進行模型求解，對宿州市近9年的相對用水效率進行分析與評價，同時以2019年作為典型年對5個行政分區進行橫向的相對用水效率評價。通過由模型運行得出的水資源相對利用效率的數值大小及各輸入指標數據確定分析方向與調整方向，為相關區域因地制宜地制定調整策略，包括水資源的管理制度調整及節水措施調整等，以便提高整體的水資源利用效率，弱化水資源短缺對于當地經濟與社會發展的制約作用，實現經濟社會與資源的協調發展。