基于DEA模型的河南工业经济环境效率实证分析

陶建格， 王松林， 潘仕梅

(1. 中原工学院， 郑州 450007; 2. 中国科学院， 北京 100101;

3.中国农业大学， 山东 烟台 264670)



基于DEA模型的河南工业经济环境效率实证分析

陶建格1，2， 王松林1， 潘仕梅3

(1. 中原工学院， 郑州 450007; 2. 中国科学院， 北京 100101;

3.中国农业大学， 山东 烟台 264670)

摘要：建设“资源节约型、环境友好型社会”是经济社会发展的战略方向，节能减排是当前经济发展工作的重要任务。在分析了相关研究文献，进行环境经济分析的基础上，利用数据包络分析(DEA)对河南省工业经济的环境效率进行了研究。选择河南省18地市和10个考核县级市作为决策单元，选取2012年决策单元的工业废气排放量、工业废水排放量、工业固体废弃物排放量作为环境负荷投入指标，工业用水总量、工业能耗作为资源投入指标，工业增加值、工业利润总额作为产出指标，运用DEA模型进行工业经济环境效率分析。结果表明：济源等12个行政区域表现出工业经济的环境DEA有效性较强，洛阳等7个行政区域有效性相对较弱，焦作等9个行政区域有效性相对较差。

关键词：DEA模型；河南省；工业经济；环境效率

全球资源环境问题已经引起世界各国的极大关注,“哥本哈根共识”的达成也表明人们对环境治理重要性的认识进一步提高[1]。伴随着经济增长和消费水平的提高，现行的经济活动导致自然资源枯竭、生态环境恶化和全球变暖，可持续发展受到严重制约。伴随着工业化、城市化进程的加快和经济的高速增长，我国的环境问题也日益突出，环境污染已经远远超出了环境容量，许多重要的自然资源存在难以为继的局面[2]，发达国家上百年工业化分阶段出现的环境问题在我国已经集中出现。新时期，中国提出了构建和谐社会，开展资源节约型和环境友好型社会建设的构想。要求实行最严格的耕地保护制度和节约用地制度，着力提高资源利用效率，加强生态建设和环境保护，全面增强可持续发展能力。落实节约资源和保护环境基本国策，建设低投入、高产出，低消耗、少排放，能循环、可持续的国民经济体系和资源节约型、环境友好型社会。《国务院关于支持河南省加快建设中原经济区的指导意见》强调了中原经济区建设的基本原则：坚持节约集约，把实现内涵式发展作为基本要求。因此，对河南工业经济环境效率进行研究，具有重要现实意义。

1指标选择

借鉴相关研究文献，对河南省工业经济情况进行实证研究，可根据环境经济子系统要素分析、环境经济系统主要统计指标和主要控制指标来确定具体指标[3]。选择工业能源消耗总量、工业用水总量作为经济产出的资源投入指标；选择工业废水排放总量、工业废气排放总量和工业固体废弃物产生量作为环境负荷指标，表示经济产出的环境投入；选择工业增加值、工业利税总额作为经济产出指标。具体见表1。

2DEA模型研究与分析

2.1相关研究综述

近年来，许多学者从不同角度对资源环境经济领

表1　河南省工业经济环境效率分析指标体系

域的相关问题进行了大量研究，成果越来越丰富。目前，对于资源环境经济效率评价的层次分析法、协调性评价等方法存在主观性强、相关性约束难以检验等问题。数据包络分析(Data Envelopment Analysis, DEA)是著名运筹学家Charnes和Cooper等以相对效率为基础，运用规划分析来进行效率评价的一种新方法。资源环境经济系统具有复杂性和多目标性，DEA方法特别适合评价经济系统的资源环境投入效率问题，在资源环境经济研究领域得到了广泛应用。张庆民等研究了基于DEA的城市群环境投入产出效率，以我国十大城市群为对象，分析了环境保护投入与环境治理效果指标之间的效率问题[4]；赵艳等研究了基于DEA的江苏省环境效率，分析了江苏省各市经济增长指标和环境负荷指标的效率问题[5]；唐小力研究了基于DEA的中国西部地区环境效率，分析了2001-2008年西部12省的COD、SO2与GDP的效率问题[6]；王俊能等研究了基于DEA理论的中国区域环境效率，分析了我国31个省市环境效率[7]；郭国峰等研究了基于DEA模型的河南省环境治理效率评价[8]；杨杰等研究了安徽省17城市环境效率的动态变化[9]。以上文献研究多集中于环境污染排放与经济增长关系的效率研究、环境治理投入与环境污染排放关系的效率研究。1992年，可持续发展世界经济理事会(WBCSD)提出生态效率概念，认为生态效率包括环境效率和资源效率，环境效率衡量经济发展的环境负荷，资源效率衡量经济发展的自然资源投入效率[10-11]。本文研究基于DEA理论中的BCC模型，将环境负荷、自然资源作为投入指标，分析河南省工业经济产出与环境、资源之间的效率问题。

2.2DEA模型处理过程

数据包络分析(DEA)是在Farrell测度基础上发展起来的一种评价决策单元(Decision Making Unit，DMU)相对效率的非参数方法。DEA方法将一个“可以通过一系列决策,投入一定数量的生产要素,并有一定数量的产出”的系统称为决策单元。对于已知的n个决策单元,每个决策单元有m种“输入”以及s种“输出”，分别表示决策单元的“单元资源耗费”和“单元产出”。DMUj表示第j个决策单元，vi表示第i种类型输入的权重，ur表示第r种类型输出的权重，xi,j表示第j个决策单元第i种类型输入的投入量，yr,j表示第j个决策单元第r种类型输出的产出量。

设：Xj=(x1,j,xx,j,…,xm,j),Yj=(y1,j,y2,j,…,ys,j),用DEA方法来判断各个单元投入、产出的合理性与有效性。其最优化模型为：

(1)

u≥0,v≥0

这是一个分式规划模型，利用Charnes—Cooper变换，可以将其转换为一个等价的线性规划模型为：

maxuTY0=Vp

(2)

ωTX0=1

ω≥0,μ≥0

这个线性规划模型的对偶规划模型为：

minθ=Vp

(3)

λj≥0;j=1,2,…,n;s+≥0;s-≥0

对偶规划模型参数的经济学含义：

θ为该决策DMU0的有效值(投入相对产出的有效利用程度)；λj为相对于DMU0重新构造一个有效DMU组合中j个决策单元DMUj的组合比例；s+、s-为松驰变量。

当θ=1且s+=s-=0时，称决策单元DMU0为DEA有效，即在由n个决策单元组成的系统中，在原投入X0的基础上所获得的产出Y0已达到最优；当θ=1且s+≠0或s-≠0时，称决策单元DMU0为DEA弱有效，即在由n个决策单元组成的系统中，对于投入X0可减少s-而保持原产出Y0不变，或在投入X0不变的情况下可将产出提高s+；当θ<1时，则称决策单元DMU0为DEA无效，即在由n个决策单元组成的系统中，可通过组合将投入降至原投入X0的θ比例而保持原产出Y0不减少。

设k=∑λj/θ，则k为DMU0的规模收益值。当k=1时，表示DMU0的规模收益不变，此时DMU0达到最大产出规模点；当k<1时，表示DMU0的规模收益递增，且k值越小，规模递增趋势越大，表明DMU0在投入X0的基础上，适当增加投入量，产出量将有更大比例的增加；当k>1时，表示DMU0的规模收益递减，且k值越大，规模递减趋势越大，表明DMU0在投入X0的基础上，即使增加投入量也不可能带来更大比例的产出，此时没有再增加决策单元投入的必要。

3DEA模型评价结果与分析

3.1DEA模型评价结果

指标数据来源于《河南省2013年统计年鉴》和河南省环保厅公布的污染物排放数据，由于指标数据不存在逆向指标，所以不用进行正向化处理。根据DEA规划的BCC模型，运用MATLAB软件分析，得到河南省工业经济环境效率(结果见表2)。

表2　河南省工业经济环境效率DEA分析结果

(续表2)

3.2DEA模型评价分析

(1)济源、郑州、周口、商丘、漯河、许昌、濮阳等7个地级市，巩义、新蔡、邓州、汝州、长垣等5个计划单列考核县级市的工业经济环境综合效率DEA值等于1，综合效率最佳。表明这些地区的环境负荷(工业废水排放量、工业废气排放量、工业固体废弃物产生量)较小，资源投入(工业用水总量、工业能耗)得到相对有效利用，取得了相对有效产出。济源、郑州、漯河、许昌4城市为新兴工业城市，工业产出较多依靠新兴工业，技术附加值较高，对环境影响较小，对自然资源的利用相对较低。周口、商丘的工业成份中低投入、低污染的产业占有比重较大，新的工业投入也尽量避免投向资源消耗型、环境污染型产业。这说明，这些城市在实现工业经济增长的同时，比较注重资源节约型、环境友好型产业发展，其工业经济增长的环境效率相对较高。巩义等5个县级市的工业经济环境效率也较高，这得益于这些地方在县域经济发展过程中，注重工业增长的质量，招商引资和工业产业项目的投入注重质量，对高污染、高能耗项目改造取得了比较好的效果。

(2)洛阳、安阳、平顶山3市的DEA综合效率为0.8～1。这3个城市是传统的工业城市。洛阳主要是机械工业和矿业，安阳为钢铁业，平顶山为煤矿。近年来虽然注重提高工业改造力度和发展新型产业，但3个城市的传统产业还是占有比较大的比重，在一定程度上拖累了工业经济在环境上的效率表现。南阳、三门峡两市的DEA综合效率分别为0.98和0.90，表示这2个城市工业经济的环境效率表现还不够好，还有一些需要改进的地方，滑县、鹿邑亦如此。焦作、开封等6城市和兰考、永城、固始的DEA综合效率低于0.8。这些城市的工业经济环境效率较低的原因各不相同。焦作的传统工业占比较重，开封可能在招商引资方面对环境效率关注度不够。这些地区的工业经济有较多的地方需要改进。在当前强调资源节约型、环境友好型社会建设时期，节能减排已经是我们工业经济发展方向的战略指引，环境效率低的工业经济增长态势必然不能实现可持续发展。

4结语

为寻找工业经济环境DEA相对无效率的具体原因，指出这些地区工业发展的方向，需从投入冗余和产出不足角度进行进一步差额变量分析(见表2)。

(1)工业经济的环境效率分析。由表2可知，开封、南阳、驻马店3市和永城、鹿邑2县都表示出明显的环境负荷3项投入冗余，意味着工业经济产出的环境污染物排放多，产业环境效率差，在产业发展中应加强污染物排放控制；洛阳、平顶山、安阳、鹤壁、三门峡5市废水排放控制较好，这有利于水环境好转，但废气和固体废弃物排放量的环境效率差，在产业发展过程中应注意有针对性地控制大气污染物和固体废弃物的产生；兰考、新乡、固始表现为工业经济废气排放量大，环境效率差，应加强针对大气污染产业的控制；焦作、信阳的工业经济增长固体废弃物产生量大，应加强针对固体废弃物产生集中的产业(如矿业)控制。

(2)工业经济的资源效率分析。开封、鹤壁、新乡、永城、驻马店的工业用水量和能耗均保持在较好水平，其资源效率相对较好；南阳、鹿邑在此方面有进一步改进的余地，需要加强工业污水管理，减少废水工业的比重。洛阳、平顶山、安阳、焦作、三门峡、信阳、兰考、滑县、固始的工业废水量和工业能耗均较高，其产业表现出明显的资源无效率现象，这些地区应优化产业结构，减少对资源的依赖。

(3)资源节约、环境友好型社会建设总体分析。根据本研究设置的指标体系进行DEA效率分析，并对综合效率进行排序，可以得到各地市的工业经济环境效率综合分析情况(见表3)。

表3　2012年河南工业经济环境效率的DEA综合效率分析排序表

综合效率低的地市应积极寻找工业经济环境效率差的原因，在今后的产业发展过程中，既要注重GDP的增长，也要关注资源投入和环境保护，做到经济增长与资源节约和环境保护工作同步，摆脱过去“重经济，轻环保”的思想，走地方产业可持续发展之路。

参考文献：

[1] 联合国环境规划署.2010联合国环境规划署年鉴[M].北京:中国环境科学出版,2010:1-3.

[2]中国环境与发展回顾与展望课题组.中国环境与发展回顾与展望[M].北京：中国环境科学出版社，2007：12-13.

[3]陶建格.区域和谐要素系统模型及其管理机制研究[D].西安：西北工业大学，2010.

[4]张庆民,王海燕,欧阳俊.基于DEA的城市群环境投入产出效率测度研究[J].中国人口资源与环境，2011,21(2):18-23.

[5]赵艳,孙翔,朱晓东.基于DEA的江苏省环境效率研究[J].环境保护科学，2011,37(4):41-43，65.

[6]唐小力,祝东波.基于DEA的中国西部地区环境效率实证分析[J].重庆理工大学学报(社会科学版)，2012,26(4):25-29，46.

[7]王俊能,许振成,胡习邦,等.基于DEA理论的中国区域环境效率分析[J].中国环境科学，2010,30(4):565-570.

[8]郭国峰,郑召锋.基于DEA模型的环境治理效率评价[J].经济问题，2009(1):48-51.

[9]杨杰,叶小榕.基于DEA视窗分析与Malmquist指数的安徽环境效率动态变化研究[J].安徽商贸职业技术学院学报，2012,11(2):16-19.

[10]Schmidheiny S.Changing Course: A Global Business Perspective on Development and the Environment[M].Cambridge:MIT Press,1992:103-104.

[11]Bjorn S. A Road to Sustainable Industry: How to Promote Resource Efficiency in Companies[M].Dusseldorf:WBCSD,2001:16-18.

[12]魏权龄,岳明.DEA概论与CCR模型[J].系统工程理论与实践，1989(1):58-69.

[13]魏权龄,卢刚.DEA方法与模型的应用[J].系统工程理论与实践，1989(3):67-75.

陶建格：博士，副教授，中原工学院青年拔尖人才，中国科学院博士后联谊会副理事长，中国环境学会高级会员、中国自然资源学会会员，河南省社会科学优秀中青年学者。主要研究方向为资源环境经济系统工程、生态补偿、生态价值评价、可持续发展以及生态预警管理。近年来，主持、参与完成省部级以上项目9项，目前主持国家自然科学基金项目“基于云模型的环境经济系统动力学仿真与预警管理研究”，主持参与国家自然基金、省部级在研项目6项。 先后在《科研管理》《经济地理》《资源科学》《科技管理研究》和《生态环境学报》等期刊发表论文43篇，其中EI检索8篇。出版专著1部、教材3部，其中《中原经济区统筹城乡环境建设战略研究》获河南省社会科学优秀成果二等奖，《资源系统工程》被列为教育部“十二五”国家级规划教材。现为中国科学院地理科学与资源研究所地理学在站博士后。

[14]魏权龄,崔宇刚.评价相对有效性的几个重要模型[J].系统工程理论与实践，1989(2):55-68.

(责任编辑：陆俊杰)

Analysis of Henan Industrial Economic Efficiency

in Environment Based on the DEA Model

TAO Jian-ge1,2， WANG Song-lin1， PAN Shi-mei3

1.Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou 450007；

2. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Beijing 100101；

3.China Agricultural University, Yantai 264670, China)

Abstract：On the analysis of the relevant research literature and resources environmental economic system, it is great significance to analyze the industrial economic efficiency of resources and environment using data envelopment analysis (DEA) in Henan province. This research selects 18 cities in Henan province and 10 assessment county as a decision unit, selecting industrial waste gas emissions, industrial wastewater emissions, industrial solid waste emissions as environment load input index, industrial water amount, industrial energy consumption as a resource input index, industrial added value, industrial profit as output index, and using DEA model to analyze industrial economic efficiency of resources and environment. Research results indicate that: Jiyuan, Zhengzhou, etc 12 administrative regions show of the industrial economy DEA validity of resources and environment; Luoyang, Nanyang, etc 7 administrative area show of weak DEA validity; Jiaozuo, Kaifeng, etc nine administrative areas show of poor DEA validity. The cause of DEA weak and poor efficiency is analyzed, and the proposal for industrial economic development is put forward in the future.

Key words：model of DEA; Henan province； industrial economy； environment efficiency

中图分类号：F224

文献标志码：ADOI:10.3969/j.issn.1671-6906.2015.05.010

文章编号：1671-6906(2015)05-0040-06

作者简介：陶建格(1973-)，男，河南郑州人，副教授，博士，主要研究方向为经济地理、资源环境经济学。