基于dea方法的區(qū)域資源、環(huán)境和經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展評價

基于dea方法的區(qū)域資源、環(huán)境和經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展評價

資源和環(huán)境是人類生存和社會發(fā)展的基礎(chǔ)。然而,隨著工業(yè)化程度的不斷提高和經(jīng)濟的迅速發(fā)展,人類盲目開發(fā)和無償使用資源,不顧后果地隨意排放污染物,導致了世界范圍內(nèi)資源枯竭和退化,環(huán)境嚴重污染和生態(tài)劇烈失衡等一系列問題,嚴重威脅和阻礙著人類社會的生存和發(fā)展。于是,人類不得不回過頭來審視自己已經(jīng)走過的發(fā)展道路,深刻反思沿襲已久的生存方式和思想觀念,提出資源、環(huán)境、經(jīng)濟和諧發(fā)展的新生產(chǎn)方式。中國順應(yīng)這一形勢提出了科學發(fā)展觀,并且各地也分別根據(jù)自身的地理狀況、生產(chǎn)條件制定了一系列規(guī)劃計劃,以期沿著可持續(xù)發(fā)展方向邁進。因此,區(qū)域資源、環(huán)境和經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展程度的評價成為當前值得研究的課題。資源、環(huán)境、經(jīng)濟是一個包含很多元素的多層次的復雜系統(tǒng),而協(xié)調(diào)發(fā)展是這個系統(tǒng)或系統(tǒng)內(nèi)諸要素之間在和諧一致、配合得當、良性循環(huán)的基礎(chǔ)上由低級到高級、由簡單到復雜、由無序到有序的總體演化過程。協(xié)調(diào)發(fā)展不是單一的發(fā)展,而是一種多元發(fā)展。對系統(tǒng)而言,協(xié)調(diào)發(fā)展能力強,意味著系統(tǒng)用較少的資源消耗和環(huán)境代價獲得較大的經(jīng)濟發(fā)展,即可以把資源、環(huán)境作為系統(tǒng)的輸入,把經(jīng)濟增長作為輸出,用系統(tǒng)的投入產(chǎn)出有效性來衡量協(xié)調(diào)發(fā)展程度。鑒于此,本文將用DEA方法對區(qū)域資源、環(huán)境、經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展狀況作出評價。一、dea相對業(yè)績的非參數(shù)方法數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(dataenvelopmentanalysis)是由美國著名運籌學家查尼斯(A.Charnes)和庫柏(W.W.Cooper)等于1978年提出的,是在Farrell測度基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種評價決策單元(decisionmakingunit,DMU)相對業(yè)績的非參數(shù)方法,其中應(yīng)用最普遍的模型是C2R模型。DEA方法將一個“可以通過一系列決策,投入一定數(shù)量的生產(chǎn)要素,并有一定數(shù)量的產(chǎn)出”的系統(tǒng)稱為決策單元。對已知的n個決策單元,可用DEA方法來判斷各個單元投入、產(chǎn)出的合理性與有效性。對于某個選定的DMU0(下標設(shè)為0),判斷其有效性的C2R模型的對偶規(guī)劃可表示為:(D)???????????????????????????????????minθst∑j=1nλjXj+S?≤θX0∑j=1nλjYj?S+≥Y0λj≥0j=1?2?Λ?nS?≥0?S+≥0(1)(D){minθst∑j=1nλjXj+S-≤θX0∑j=1nλjYj-S+≥Y0λj≥0j=1?2?Λ?nS-≥0?S+≥0(1)(一)決策單元dmuC2R模型中,每個DMUj都有m(j=1,2,Kn)種輸入及s種輸出。分別用輸入Xj和輸出Yj表示。Xj=(x1j,x2j,Λ,xmj)T,Yj=(y1j,y2j,Λ,ysj)T。其中,xij>0表示第j個決策單元DMUj的第i種類型輸入的輸入量;yrj>0表示第j個決策單元DMUj的第r種類型輸出的輸出量;i=1,2,Km;r=1,2,K,s;j=1,2,K,n;X0=Xj0,Y0=Yj0,分別為選定決策單元DMU0的輸入和輸出。θ為該決策單元DMU0的有效值(指投入相對于產(chǎn)出的有效利用程度);λj為相對于DMU0重新構(gòu)造一個有效DMU組合中j個決策單元DMUj的組合比例;S-,S+為松弛變量。其經(jīng)濟含義分別為:(1)當θ=1且S-=S+=0時,則稱決策單元DMU0為DEA有效,即在這n個決策單元組成的系統(tǒng)中,在原投入X0的基礎(chǔ)上所獲得的產(chǎn)出Y0已達到最優(yōu);(2)當θ=1且S-≠0或S+≠0時,則稱決策單元DMU0為DEA弱有效,即在這n個決策單元組成的系統(tǒng)中,對于投入X0可減少S-而保持原產(chǎn)出Y0不變,或在投入X0不變的情況下可將產(chǎn)出提高S+;(3)當θ<1時,則稱決策單元DMU0為DEA無效,即在這n個決策單元組成的系統(tǒng)中,可通過組合將投入降至原投入X0的θ比例而保持原產(chǎn)出Y0不減。(二)dmu0投入量結(jié)果設(shè)k=∑λj/θ,則k為DMU0的規(guī)模收益值。(1)當k=1,表示DMU0的規(guī)模收益不變,此時DMU0達到最大產(chǎn)出規(guī)模點;(2)當k<1,表示規(guī)模收益遞增,且k值越小規(guī)模遞增趨勢越大,表明DMU0在投入X0的基礎(chǔ)上,適當增加投入量,產(chǎn)出量將有更大比例的增加;(3)當k>1,表示規(guī)模收益遞減,且k值越大規(guī)模遞減趨勢越大,表明在DMU0投入X0的基礎(chǔ)上,即使增加投入量也不可能帶來更大比例的產(chǎn)出,此時沒有再增加決策單元投入的必要。(三)產(chǎn)出不足率rj將決策單元中各分量的S-ij與對應(yīng)指標分量xij的比值定義為投入冗余率,記為αij。它表示該分量指標可節(jié)省的比例。同樣地設(shè)βrj=S+rj/yrj,則βrj稱為產(chǎn)出不足率。比較一個系統(tǒng)中不同年份的投入冗余率或產(chǎn)出不足率可動態(tài)地反映該系統(tǒng)在哪些方面有所改善和哪些方面還需要加強管理。還可分析同一時期內(nèi)相關(guān)系統(tǒng)間的投入冗余率、產(chǎn)出不足率,進行橫向比較。二、不同區(qū)域資源、環(huán)境和經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的dea分析(一)輸出指標的選擇這里將區(qū)域的協(xié)調(diào)發(fā)展系統(tǒng)看成DEA中的一個決策單元,這里的決策單元就是本文要考察的全國各省、直轄市、自治區(qū)。由于缺乏西藏地區(qū)的資料,本文選擇了除西藏外的30個省市自治區(qū),另外,本文將全國平均水平也作為一個決策單元進行評價比較,因此,共選擇了31個決策單元。由于全國各地區(qū)地形地貌、環(huán)境狀況有很大差別,因此本文選擇少數(shù)不失一般性的指標構(gòu)成輸入輸出指標體系。這里選取的三個資源投入指標分別是能源消耗總量、電力消耗總量、用水總量,三個環(huán)境投入指標分別是工業(yè)廢水排放總量、工業(yè)廢氣排放總量、工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量,輸出指標即經(jīng)濟指標GDP。(二)線性規(guī)劃求解過程本文原始數(shù)據(jù)來自2003年中國統(tǒng)計年鑒及環(huán)境公報,由于輸入輸出各指標具有不同的量綱,若直接帶入DEA模型中則不利于使用數(shù)學軟件編程求解線性規(guī)劃問題的過程,所以首先將原始數(shù)據(jù)按一定函數(shù)關(guān)系式歸一到某一無量綱區(qū)間。具體方法如下:設(shè)maxZij=αj(αj為第j項指標的最大值);minZij=bj(bj為第j項指標的最小值)。則:Z′ij=1+Zij?bjαj?bj×9?Z′ij?[1?10](2)Ζij′=1+Ζij-bjαj-bj×9?Ζij′?[1?10](2)(三)求解模型根據(jù)式(2)將數(shù)據(jù)無量綱化后,利用數(shù)學軟件LINDO求解式(1)所示的規(guī)劃模型,得出各決策單元的DEA相對效率值及相關(guān)變量如表1。(四)dea—全國各地區(qū)資源、環(huán)境、經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的聚類分析本文在運用以上DEA模型進行相對效率評價的基礎(chǔ)上,采用最優(yōu)分割的方法進行聚類,該方法因為是用最優(yōu)分割法計算出最優(yōu)分割點來聚類,因此比人為給定聚類標準更為科學和客觀。1.DEA—最優(yōu)分割法聚類原理最優(yōu)分割法是對有序樣品進行聚類的方法。該方法用來分類的依據(jù)是離差平方和。設(shè)樣品依次是x1,x2,Λ,xn(每個是m維向量),最優(yōu)分割法的步驟為:(1)定義類的直徑。設(shè)某一類Gij是{xi,xi+1,Λ,xj},j>i,它們的均值xˉij=1j+i+1∑i=1jxi?Gijxˉij=1j+i+1∑i=1jxi?Gij的直徑用D(i,j)表示,常用的直徑是:D(i,j)=∑i=1j(xi?xˉij)T(xi?xˉij)D(i,j)=∑i=1j(xi-xˉij)Τ(xi-xˉij)。(2)定義目標函數(shù)。將n個樣品分成k類,設(shè)某一種分法是:P(n,k):{xi1,xi1+1,Λ,xi2-1},{xi2,xi2+1,Λ,xi3-1},…,{xik,xik+1,Λ,xn}或簡記成P(n,k):{i1,i1+1?Λ?i2?1}?{i2?i2+1,Λ?i3?1},??{ik,ik+1,Λ,n}{i1,i1+1?Λ?i2-1}?{i2?i2+1,Λ?i3-1},??{ik,ik+1,Λ,n},其中分點滿足1=i1<i2<Λ<ik<ik+1=n定義這種分類的目標函數(shù)為:e[p(n?k)]=∑j=1kD(ij,ij+1?1)e[p(n?k)]=∑j=1kD(ij,ij+1-1),當n,k固定時,e[p(n,k)]越小表示各類的離差平方和越小,分類是合理的。(3)精確最優(yōu)解的求法。容易驗證有如下的遞推公式:e[p(n?2)]=min2≤j≤n{D(1?j?1)+D(j?n)}(3)e[p(n?2)]=min2≤j≤n{D(1?j-1)+D(j?n)}(3)e[p(n?k)]=mink≤j≤n{e[p(j?1?k?1)]+D(j?n)}(4)e[p(n?k)]=mink≤j≤n{e[p(j-1?k-1)]+D(j?n)}(4)當要分成k類時,首先找jk使式(4)達到極小,即:e[p(n,k)]=e[p(jk-1,k-1)]+D(jk,n),于是Gk={jk?jk+1?K?n}Gk={jk?jk+1?Κ?n},然后找jk-1,使它滿足e[p(jk-1,k-1)]=e[p(jk-1-1,k-2)]+D(jk-1,jk-1)],得到類Gk?1={jk?1?K?jk?1}Gk-1={jk-1?Κ?jk-1}。類似的方法得到所有類G1,G2,K,Gk,這就是所要求的最優(yōu)解。2.用DEA—最優(yōu)分割法對決策單元進行效率評價,并進行聚類分析,只需先對各決策單元用相應(yīng)的DEA模型計算出相對效率,再將所有相對效率按大小排序,然后給出聚類數(shù)目,再運用最優(yōu)分割法自動求得分割點即可。本文運用此方法將31個不同地區(qū)分成4類,結(jié)果見表1的第2列。三、重慶發(fā)展電力企業(yè)需要以強化對“三廢”的管理為導向,有重點、分層次地發(fā)展根據(jù)表1的評價結(jié)果,可以得出如下結(jié)論:1.第一類地區(qū)的DEA相對效率值為0.9以上,表明這部分地區(qū)資源、環(huán)境和經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展狀況很好,經(jīng)濟生產(chǎn)方式正積極由以投入為主的規(guī)模型向高效集約型轉(zhuǎn)變,并由污染型生產(chǎn)方式向綠色生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變,逐步轉(zhuǎn)變以資源消耗、環(huán)境污染為代價而換取經(jīng)濟增長的傳統(tǒng)非協(xié)調(diào)發(fā)展觀。其中北京、天津、上海、浙江、福建、山東、廣東、海南這8個省市全部為DEA有效,表明這些地區(qū)已經(jīng)在工業(yè)污染排放量最少的條件下,以最低的能源、電力、水的消耗,實現(xiàn)經(jīng)濟的最大產(chǎn)出,這正是協(xié)調(diào)發(fā)展生產(chǎn)方式所要求的。由表1可以看出,第一類地區(qū)中其余幾個省份DEA無效的原因是由于能源和水的投入未得到相應(yīng)的產(chǎn)出,以及工業(yè)“三廢”排放過多。因此,這幾個省份今后需要進一步加強能源、水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),提高綜合能源和水資源的利用率,其次,要加強環(huán)境監(jiān)督管理,堅決執(zhí)行新上項目的審查工作,關(guān)閉高污染,危害大的企業(yè)。從規(guī)模收益看,第一類地區(qū)中除了8個DEA有效的地區(qū)為規(guī)模收益不變外,其余都是規(guī)模收益遞減的,這表明通過增加資源的消耗并不能實現(xiàn)經(jīng)濟的進一步增長,只有在保持現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模的基礎(chǔ)上,通過技術(shù)進步提高資源利用率才是實現(xiàn)資源、環(huán)境和經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的根本手段。2.第二類地區(qū)的DEA相對效率值在0.8114到0.8404之間,屬于良好協(xié)調(diào)。從投入冗余率看,四個地區(qū)的能源冗余率最低為17.57%,能源消耗都過多是這類地區(qū)DEA無效的主要原因。因此這類地區(qū)要提高協(xié)調(diào)發(fā)展程度,必須節(jié)約能源,提高其利用率。除此之外,在新疆這樣一個水資源本來就匱乏的地區(qū),水資源投入冗余率竟高達67.16%,這嚴重制約了該地區(qū)的經(jīng)濟增長,因此,妥善解決西北地區(qū)水資源匱乏、利用率低的問題也是今后工作的重點。從表1中看出,重慶的電力投入冗余率為10.83%,在所有地區(qū)中居首位,因此,今后該地區(qū)要重點加強電網(wǎng)建設(shè),優(yōu)化火電結(jié)構(gòu),因地制宜地發(fā)展水電,在做好電力基礎(chǔ)設(shè)施后,積極改變能源使用結(jié)構(gòu),提高電力資源利用率。3.第三、四類地區(qū)分別屬于中級、初級協(xié)調(diào)。相比較而言,第三類地區(qū)協(xié)調(diào)發(fā)展程度較好,代表了全國大部分地區(qū)的平均水平。這兩類地區(qū)大都為規(guī)模收益遞增地區(qū),從理論上講,增加投入是可以實現(xiàn)經(jīng)濟增長的,但在這個以資源環(huán)境為投入要素的系統(tǒng)中,并不能放松