楊　華

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽(yáng) 550002)

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基于DEA-ESDA下的水資源利用效率分析

楊華

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽(yáng) 550002)

我國(guó)是一個(gè)水資源大國(guó)，年均水資源總量約為2.82 萬(wàn)億 m3，排在世界第6位，但我國(guó)人均占有的淡水資源僅為2 231 m3，還不到世界平均水平的1/4。隨著國(guó)內(nèi)水資源緊缺日益嚴(yán)重，提高對(duì)水資源的利用效率已成為當(dāng)前解決缺水短水的關(guān)鍵措施。文章立足于我國(guó)人均水資源占用量不足的角度，以水資源的利用效率作為研究對(duì)象，通過(guò)引入DEA，即數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法來(lái)計(jì)算不同地區(qū)在各時(shí)期內(nèi)水資源的利用效率，并借助ESDA，即探索性空間數(shù)據(jù)分析法對(duì)我國(guó)水資源利用率的變化特征展開(kāi)了深入研究。

DEA；ESDA；水資源；利用效率；空間差異

就現(xiàn)階段而言，要想預(yù)測(cè)國(guó)家和地區(qū)間的絕對(duì)水資源利用效率是極為困難的，故對(duì)國(guó)內(nèi)部分地區(qū)的相對(duì)水資源利用效率進(jìn)行分析便成為研究水資源利用率的關(guān)鍵方法。本文以DEA法對(duì)我國(guó)部分省區(qū)在2003—2013年期間的相對(duì)水資源利用效率進(jìn)行了研究，在結(jié)合ESDA空間數(shù)據(jù)分析法的基礎(chǔ)上，對(duì)我國(guó)水資源利用效率的全局空間差異做出了系統(tǒng)分析，以期為更好地了解并掌握我國(guó)水資源空間分布以及利用情況提供有價(jià)值的參考意見(jiàn)。

1　研究方法及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1水資源利用效率計(jì)算

作為國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的非參數(shù)且具有前言性的效率分析法，DEA能夠?qū)ν愋汀⑼a(chǎn)出的各部門相對(duì)效率測(cè)定的有效方法，是管理與決策科學(xué)以及評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域中所應(yīng)用的重要分析工具[1]。但就傳統(tǒng)的DEA模型而言，其并不能夠?qū)ρ芯繉?duì)象的有效決策單元做出更為精確的劃分，因此，本次研究選取的是改進(jìn)后的主導(dǎo)型DEA模型進(jìn)行水資源相對(duì)效率的計(jì)算。具體計(jì)算方法為，設(shè)存有n個(gè)決策單元，且每一項(xiàng)決策單元均x1j，x2j…xmj等m個(gè)投入項(xiàng)以及y1j，y2j…ysj等s個(gè)產(chǎn)出項(xiàng)，投入與產(chǎn)出的全向量則用λj表示，對(duì)于主導(dǎo)型DEA模型來(lái)說(shuō)，每一項(xiàng)決策單元DMUi均具有其對(duì)應(yīng)的相對(duì)應(yīng)的效率評(píng)價(jià)指數(shù)θ，且λj與θ均滿足公式1：

∑λj=1；

λj≥0(j=1,2…n)

(1)

利用公式1求出對(duì)水資源利用的相對(duì)效率值θk，且需要說(shuō)明的是θk的值越大，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效率則越高[2]。

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源

本次研究所選取的各項(xiàng)數(shù)據(jù)均來(lái)源于中國(guó)水資源公報(bào)中記載的2003—2013年的我國(guó)30省共340個(gè)決策單元。本次研究以投入-產(chǎn)出的方法研究水資源的相對(duì)利用效率，原因?yàn)樗Y源作為社會(huì)資源多數(shù)情況下是與其他社會(huì)資源或生產(chǎn)要素相結(jié)合后才真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出的，故將用水量作為投入指標(biāo)，將生產(chǎn)與生活用水作為輸水量，將生產(chǎn)要素中的勞動(dòng)力選為從業(yè)人員衡量經(jīng)濟(jì)效益，并以固定資產(chǎn)投資作為另一指標(biāo)[3]。值得注意的是本次對(duì)水資源相對(duì)利用效率的研究是以經(jīng)濟(jì)效益為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)的，故將輸出指標(biāo)選為各省的國(guó)民生產(chǎn)總值。綜上所述，此次研究所選取的輸入指標(biāo)為生產(chǎn)和生活用水量、固定資產(chǎn)投資以及從業(yè)人員，而輸出指標(biāo)則選為各省的國(guó)民生產(chǎn)總值(GDP)。在指標(biāo)選取后，需根據(jù)各類輸入指標(biāo)對(duì)輸出指標(biāo)GDP重要性的程度構(gòu)建出判斷矩陣Cn。

1.3ESDA方法

ESDA方法即空間效率的探索性數(shù)據(jù)分析法，在此方法下，通過(guò)以空間自相關(guān)指數(shù)為依據(jù)，進(jìn)而關(guān)聯(lián)測(cè)度對(duì)社會(huì)及自然現(xiàn)象的非常態(tài)分布以及空間模式進(jìn)行全面分析[4]。在自相關(guān)系數(shù)的選取方面主要分為全局空間的自相關(guān)系數(shù)，其用來(lái)探索基于相對(duì)利用效率的水資源空間的利用價(jià)值在全部區(qū)域與子區(qū)域空間格局中的分布特征或空間異質(zhì)性，并利用散點(diǎn)圖將各省水資源的局部空間利用格局進(jìn)行可視化分析。

2　結(jié)果及分析

2.1水資源利用效率計(jì)算的結(jié)果及分析

圖1給出了所研究的各省去的水資源利用的相對(duì)效率以及相對(duì)效率在2003—2013年期間的變化趨勢(shì)，結(jié)合圖1對(duì)各省水資源利用的時(shí)間分異特征以及空間分異特征進(jìn)行總結(jié)如下：

1)時(shí)間分異特征。由圖1可知，2003—2013期間，各省區(qū)的水資源利用效率均呈現(xiàn)出顯著上升的趨勢(shì)，且尤以發(fā)達(dá)地區(qū)對(duì)水資源自用率的變化趨勢(shì)最為顯著。2003年我國(guó)多數(shù)省區(qū)的水資源相對(duì)利用效率均處于較低水平，且僅有少出發(fā)達(dá)地區(qū)對(duì)水資源的相對(duì)利用效率在0.3以上，而2013年，我國(guó)各省區(qū)對(duì)水資源的相對(duì)利用效率發(fā)生了質(zhì)的飛躍，且據(jù)了解，僅有廣西、新疆、西藏和貴州等4省水資源利用率在0.3以下。由此可知，從水資源利用的角度出發(fā)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)正在向著資源可持續(xù)利用的方向發(fā)展，而相對(duì)應(yīng)的，通過(guò)提高各省區(qū)的水資源利用效率可以促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)和生態(tài)效益的提高。

2)空間分異特征。采用有序分類分析的方法，將所研究的30個(gè)省劃分為欠發(fā)達(dá)地區(qū)、中等發(fā)達(dá)地區(qū)以及發(fā)達(dá)地區(qū)。由圖1可知，我國(guó)各省區(qū)對(duì)水資源利用相對(duì)效率的情況為：發(fā)達(dá)地區(qū)>中等發(fā)達(dá)地區(qū)>欠發(fā)達(dá)地區(qū)。說(shuō)明了近年來(lái)，隨著發(fā)達(dá)地區(qū)經(jīng)濟(jì)、科技水平的不斷完善，在提高其水資源相對(duì)利用效率的同時(shí)，也大幅提高了人們的節(jié)水意識(shí)，通過(guò)加大對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的投入，有效節(jié)約了生產(chǎn)、生活用水。由此可知，我國(guó)對(duì)水資源相對(duì)利用效率以及利用效率的變化在分布空間上呈現(xiàn)出明顯的集中分布特征，說(shuō)明了相鄰省區(qū)對(duì)水資源的利用效率有存在空間關(guān)聯(lián)的可能，故可利用ESDA方法對(duì)我國(guó)水資源相對(duì)利用效率的模式進(jìn)行分析和探索。

圖1　水資源相對(duì)利用效率及其變化趨勢(shì)

2.2全局空間差異分析

對(duì)我國(guó)水資源利用效率的全局空間差異進(jìn)行分析主要包括了兩方面的工作內(nèi)容：

1)空間自相關(guān)檢驗(yàn)。所謂空間自相關(guān)檢驗(yàn)是指對(duì)不同時(shí)段內(nèi)的全局關(guān)系數(shù)逐一進(jìn)行與正態(tài)分布相似的相關(guān)性檢驗(yàn)。零假設(shè)：所選取的30個(gè)省區(qū)的水資源相對(duì)利用效率并明顯的空間自相關(guān)關(guān)聯(lián)，令顯著水平α為0.05，在α水平下對(duì)Z>1.96或Z<-1.96的拒絕、零假設(shè)進(jìn)行檢驗(yàn)，若變量空間具有顯著的正相關(guān)，則說(shuō)明在空間范圍內(nèi)，變量的屬性呈現(xiàn)出離散或集聚格局；若接受零假設(shè)，則說(shuō)明變量屬性在空間上呈現(xiàn)出隨機(jī)分布的特征。

2)水資源相對(duì)利用效率的全局空間利用效率研究[5]。為了進(jìn)一步說(shuō)明全局空間自相關(guān)系數(shù)的統(tǒng)計(jì)量同常規(guī)系數(shù)指標(biāo)之間的區(qū)別，對(duì)2003—2013年期間，各省水資源利用的相對(duì)效率的基尼系數(shù)與變異系數(shù)和艾肯森指數(shù)，并將其與全局空間自相關(guān)系數(shù)進(jìn)行比較，進(jìn)而對(duì)我國(guó)水資源利用的相對(duì)效率的空間差異進(jìn)行輔助測(cè)度，具體結(jié)果如圖2所示。

圖2　水資源相對(duì)利用效率空間差異變化

圖2中，Moran’s I代表全局空間自相關(guān)系數(shù)。由圖2可知，基尼系數(shù)還以及變異系數(shù)和艾肯森指數(shù)的測(cè)度指標(biāo)曲線大體呈現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)，即顯示出我國(guó)各省區(qū)對(duì)水資源利用相對(duì)效率的空間差異變化情況為性增大(2003—2006年)，再縮小(2006年—2010年)，再增大(2010—2011年)，再縮小(2011—2013年)的變化趨勢(shì)。而三類常規(guī)系數(shù)的區(qū)別則在于，由于受用水效率變化的敏感性影響，使得各類系數(shù)在不同時(shí)段內(nèi)關(guān)于測(cè)度指標(biāo)的變化幅度有所不同。此外，圖2中所顯示的全局空間自相關(guān)系數(shù)的變化同基尼系數(shù)還以及變異系數(shù)和艾肯森指數(shù)的變化存在較大差異。測(cè)度指標(biāo)由2003年的0.3274波動(dòng)增大至2010年的0.3625，進(jìn)一步說(shuō)明了水資源相對(duì)利用效率具有相似水平的省區(qū)在空間上存在著集中性的表現(xiàn)，且各省對(duì)于水資源利用效率的空間性差異正在逐步減少，并在2010a達(dá)到最小。而2011—2013年，全局空間自相關(guān)系數(shù)則呈現(xiàn)出顯著的下降趨勢(shì)，說(shuō)明各省區(qū)關(guān)于水資源利用效率的空間差異性增加。而對(duì)比2003年和2013年的全局空間自相關(guān)系數(shù)可知，2013年的指數(shù)值要小于2003年的指數(shù)值，說(shuō)明了我國(guó)對(duì)水資源利用的相對(duì)效率在空間上的差異與10年前相比有所擴(kuò)大，但擴(kuò)大幅度不明顯。

<1)，且各件產(chǎn)品是否為不合格品相互獨(dú)立．

2.3散點(diǎn)圖分析

本文對(duì)水資源利用的相對(duì)效率的散點(diǎn)圖分析集中在其相對(duì)效率增長(zhǎng)空間的關(guān)聯(lián)模式研究方面。根據(jù)全局分布自相關(guān)系數(shù)的分析，將本次研究的30個(gè)省份分別劃分為擴(kuò)散效應(yīng)區(qū)、極化效應(yīng)區(qū)以及過(guò)渡區(qū)和低速增長(zhǎng)區(qū)，進(jìn)而對(duì)2003—2013年全國(guó)水資源利用相對(duì)效率增長(zhǎng)的空間關(guān)聯(lián)模式進(jìn)行分析。首先，在擴(kuò)散效應(yīng)區(qū)方面，主要包括了北京、江蘇、河北、上海、山西、山東和浙江等區(qū)域。上述擴(kuò)散效應(yīng)區(qū)中的省份對(duì)水資源利用效率的增長(zhǎng)遠(yuǎn)高于其他省區(qū)的效率增長(zhǎng)，故上述省份應(yīng)為區(qū)域用水效率變化的增長(zhǎng)級(jí)。其次，在極化效應(yīng)區(qū)方面，主要為內(nèi)蒙古、廣東以及陜西等省，其對(duì)水資源的利用效率增長(zhǎng)較快，且用水效率的增長(zhǎng)空間較大。但就現(xiàn)階段而言，上述省份對(duì)水資源的利用效率增長(zhǎng)仍處于初期階段，故其用水效率的增長(zhǎng)并未帶動(dòng)其周邊地區(qū)水資源利用效率的增長(zhǎng)，故而呈現(xiàn)出一定的極化效應(yīng)。再次，對(duì)黑龍江、遼寧、江西和海南等過(guò)度區(qū)進(jìn)行分析可知，上述地區(qū)自身對(duì)水資源的相對(duì)利用效率較低，而受其他用水效率較高地區(qū)的空間影響較小，是由具有較高水資源利用率的地區(qū)向較低水資源利用地區(qū)進(jìn)行過(guò)度的必經(jīng)地區(qū)，分布在擴(kuò)散效應(yīng)與極化效應(yīng)區(qū)周圍。最后，對(duì)貴州、廣西、寧夏等低速增長(zhǎng)區(qū)進(jìn)行分析可知，其對(duì)水資源的利用效率非常低，且用水效率的增長(zhǎng)速度極為緩慢，并不能以較高的水資源利用率為區(qū)域的經(jīng)濟(jì)建設(shè)提有力保障。因此，未來(lái)，此類地區(qū)需要加快的水資源利用效率方法的研究，進(jìn)而保證地方經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。

3　結(jié)　論

本文通過(guò)對(duì)水資源相對(duì)利用效率的計(jì)算方法，即DEA計(jì)算方法進(jìn)行分析，在計(jì)算我國(guó)2003—2013年期間30個(gè)省區(qū)水資源相對(duì)利用效率的基礎(chǔ)上，結(jié)合ESDA空間效率探索性數(shù)據(jù)分析法，對(duì)各省份對(duì)水資源利用相對(duì)效率的計(jì)算結(jié)果做出了系統(tǒng)探析，并各地區(qū)相對(duì)用水效率的全局空間差異和相對(duì)效率增長(zhǎng)空間的關(guān)聯(lián)模式展開(kāi)了深入研究?？梢?jiàn)，未來(lái)加強(qiáng)對(duì)我國(guó)水資源利用相對(duì)效率的研究力度，對(duì)于提高水資源利用率，并以其帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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1007-7596(2016)06-0046-03

2016-05-12

楊華(1976-)，女，貴州玉屏人，高級(jí)工程師，從事水文分析及水利計(jì)算工程設(shè)計(jì)工作。

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