基于DEA模型的宿州市用水效率评价

孙莲莲，韩淑新，贾艳灵，许雅婷

(宿州学院 资源与土木工程学院，安徽 宿州 234000)

1 概 述

水是生命之源，是推动社会发展、经济进步的重要战略资源。宿州市地处安徽省淮北平原东北部，是典型的温带半湿润季风气候，冬季气候干燥且寒冷，雨雪稀少。以2018年相关数据对宿州市水资源状况进行说明，宿州市多年平均降雨量为838.4 mm，2018年水资源总量为48.81×108m3[1]，占全省水资源总量的5.84%，人均水资源占有量仅为859.18 m3(按年末常住人口计算)，为全国人均水资源占有量的42.80%(按人均数据2 007.57 m3计算)和43.66%(年末全国人口，中国统计年鉴及水资源公报)，属于严重缺水地区[2]。近年来，宿州市的水资源利用现状令人堪忧。一方面，由于宿州市属于水资源短缺地区，随着经济等各方面的发展及人口的增长、水环境的污染，使得水资源供需矛盾日益突出。另一方面，由于技术欠缺、规划利用及管理制度的不够合理等因素，综合导致了宿州市水资源利用效率不高[3]，使宿州市未来的经济发展与社会进步受到制约。因此，研究宿州市的水资源利用效率刻不容缓。只有这样，才能为更好地规划和利用宿州市水资源提供科学依据，研究成果更具有重要的理论价值和实际应用价值，推动宿州市水资源的优化配置和节水型社会的建设。

近年来，我国学者利用层次分析模型(AHP)及DEA模型等多种方式进行用水效率的研究，且都取得不错的实践性成果，形成很多可以反映水资源利用状况的指标。但影响水资源利用效率的因素具有多样性，为了对宿州市的水资源利用效率进行有效的综合评价，本文将农业用水、工业用水、生活用水以及水资源可持续性指标同时纳入指标评价体系[4]，采用数据包络分析法(DEA)对宿州市的2011-2019年的水资源利用效率进行纵向分析评价。为使评价更为客观可靠，选取2019年作为典型年对各行政分区再进行横向分析评价，并利用LINGO软件求解模型运行结果，经过对结果进行合理的数据分析，可以得到限制区域用水效率发展的关键因素，从而为提高区域用水效率有针对性地提出合理化的建议和对策，以促进宿州市的整体用水效率的提高[5]。

2 DEA建模

2.1 DEA简介

数据包络分析法由Charnes、 Cooper 和Rhodes于1978 年提出，该方法的原理主要是通过保持决策单元的输入或输出不变，借助于数学规划和统计数据确定相对有效的生产前沿面，将各个决策单元投影到DEA的生产前沿面上，并通过比较决策单元偏离DEA前沿面的程度来评价他们的相对有效性，是一种以相对效率概念为基础，以凸分析和线性规划作为工具的评价方法。利用搜集到的数据样本资料，把每一个被评价单位作为一个决策单元(DMU)，再由众多DMU构成被评价群体，通过对投入和产出比率的综合分析，确定是否为DEA有效。

DEA方法以综合指标评价效率，其权重不受人为主观因素的影响，该方法中的权重由数学规划产生，不需优先赋予权重值。同时，它可以对非效率的DMU提出改善方向，从而可以为决策者提供改善效率的途径[6]。

2.2 评价指标选取

为了能够综合评价宿州市的水资源利用状况，保证指标体系的科学性、有效性和全面性，本文将水资源与生产要素相结合，采用多输入模型，将输入指标拆解为万元GDP用水量(全面概述)、万元工业增加值用水量(工业层面)、单方水粮食产量(农业层面)、居民生活年人均用水量(生活层面)、万元GDP排放COD的量(生态层面)和水资源可持续性指标(可持续性层面)共6项指标；单一输出指标为人均GDP。

2.3 模型建立

C2R模型是DEA的第一种模型，该模型主要适用于指标的有效性评价和贡献率测算。本文即采用该模型对宿州市用水效率进行研究，模型如下：

3 数据收集与计算

3.1 数据收集整理

基础数据主要来源为历年《安徽省水资源公报》《宿州市水资源公报》和《宿州市国民经济和社会发展统计公报》。宿州市2011-2019年模型输入与输出指标见表1，2019年各行政分区的输入与输出指标见表2。

3.2 模型计算

将所搜集到的宿州市2011-2019年的相关指标数据带入C2R模型中，并利用LINGO软件对模型进行求解，将每一年作为一个决策单元(DMU)，得到宿州市近9年水资源利用效率相对值，结果见表3。再将2019年每个行政分区作为一个决策单元(DMU)进行横向数据分析，得到各行政分区水资源利用效率相对值，见表4。

表1 宿州市2011-2019年输入指标与输出指标值

表2 宿州市5个行政分区2019年输入与输出指标值

表3 宿州市2011-2019年水资源利用效率值

表4 宿州市2019年各行政分区水资源利用效率值

4 结果分析

1) 根据表3对宿州市近9年的水资源利用效率进行分析，其中能够达到DEA有效的年份占1/3，并且随着年份的推移与社会各方面的不断发展，有效年份在持续增加。谭炳卿、张磊等在2010年选择利用数据包络分析法及层次分析法分别对安徽省淮河流域各市的相对用水效率进行了评估。结果表明，层次分析法中宿州市在2010年的相对用水效率仅为0.5，在安徽省范围内，属于较低水平[7]。本文2011年计算结果为0.496，与其计算结果较为相近。

就宿州市整体而言，2011-2016年用水效率偏低，主要是由于经济发展水平较低，农业及工业用水效率不高，而且居民节水意识不强，水资源浪费现象严重，水资源规划与利用不够合理化。伴随社会经济发展和技术水平的提高，从2017年开始，宿州市相对用水效率达到DEA有效。2017年宿州市海关正式通关，现代农业全面提升，新增高效节水灌溉面积0.066 7×104hm2，农业用水效率得到提高；随着水利建设投资加大，产业转型步伐加快，工业主导地位突出，水污染防治取得阶段性成果。同时素质化教育的开展，使得居民的节水意识有所提高，水资源规划与利用也逐步趋于合理化，最终使得整体相对用水效率得到提高。

2) 根据表4对2019年宿州市5个行政分区的相对用水效率进行分析，其中泗县与砀山县用水效率相对较低，尚未达到DEA有效。萧县、埇桥区及灵璧能够达到DEA有效。

砀山县相较其它4个分区而言，人均水资源占有量仅为230 m3，属于水资源严重匮乏地区，整体用水效率较低的主要原因是工业用水效率较低。另外，水资源可持续性指标绝对值较小，说明其水资源矛盾会日益突出。因此，砀山县应优先提高工业用水效率，推广先进的节水技术，加大节约用水宣传，提升居民的节水意识，合理进行水资源规划与利用。

泗县2019年农田灌溉用水量为9 303×104m3，占比总用水量53%，可见农业灌溉节水技术水平较低是其整体相对用水效率较低的主要原因。可以考虑通过引进先进的农田灌溉节水技术、扩大节水灌溉面积、调整农业供水价格等方式，达到提高整体水资源利用效率，促进当地经济与水资源协调发展的目标。

埇桥区人均GDP输出在宿州市范围内处于最高水平，但水资源可持续性指标绝对值较小，今后需要继续加强节水建设。灵璧县万元工业增加值用水量约为埇桥区整体水平的1.9倍，但人均GDP输出仅约为埇桥区的57.83%，需进一步提高工业用水效率。此外，灵璧县的水资源可持续性指标的绝对值较高，可以考虑与埇桥区进行技术与资源的互助建设。萧县整体用水效率较好，但农业用水效率有待进一步提高。

5 结 语

本文通过建立DEA模型，并采用LINGO软件进行模型求解，对宿州市近9年的相对用水效率进行分析与评价，同时以2019年作为典型年对5个行政分区进行横向的相对用水效率评价。通过由模型运行得出的水资源相对利用效率的数值大小及各输入指标数据确定分析方向与调整方向，为相关区域因地制宜地制定调整策略，包括水资源的管理制度调整及节水措施调整等，以便提高整体的水资源利用效率，弱化水资源短缺对于当地经济与社会发展的制约作用，实现经济社会与资源的协调发展。