基于DEA-ESDA下的水资源利用效率分析

杨　华

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002)



基于DEA-ESDA下的水资源利用效率分析

杨华

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550002)

我国是一个水资源大国，年均水资源总量约为2.82 万亿 m3，排在世界第6位，但我国人均占有的淡水资源仅为2 231 m3，还不到世界平均水平的1/4。随着国内水资源紧缺日益严重，提高对水资源的利用效率已成为当前解决缺水短水的关键措施。文章立足于我国人均水资源占用量不足的角度，以水资源的利用效率作为研究对象，通过引入DEA，即数据包络分析法来计算不同地区在各时期内水资源的利用效率，并借助ESDA，即探索性空间数据分析法对我国水资源利用率的变化特征展开了深入研究。

DEA；ESDA；水资源；利用效率；空间差异

就现阶段而言，要想预测国家和地区间的绝对水资源利用效率是极为困难的，故对国内部分地区的相对水资源利用效率进行分析便成为研究水资源利用率的关键方法。本文以DEA法对我国部分省区在2003—2013年期间的相对水资源利用效率进行了研究，在结合ESDA空间数据分析法的基础上，对我国水资源利用效率的全局空间差异做出了系统分析，以期为更好地了解并掌握我国水资源空间分布以及利用情况提供有价值的参考意见。

1　研究方法及数据来源

1.1水资源利用效率计算

作为国内应用最为广泛的非参数且具有前言性的效率分析法，DEA能够对同类型、同产出的各部门相对效率测定的有效方法，是管理与决策科学以及评价技术领域中所应用的重要分析工具[1]。但就传统的DEA模型而言，其并不能够对研究对象的有效决策单元做出更为精确的划分，因此，本次研究选取的是改进后的主导型DEA模型进行水资源相对效率的计算。具体计算方法为，设存有n个决策单元，且每一项决策单元均x1j，x2j…xmj等m个投入项以及y1j，y2j…ysj等s个产出项，投入与产出的全向量则用λj表示，对于主导型DEA模型来说，每一项决策单元DMUi均具有其对应的相对应的效率评价指数θ，且λj与θ均满足公式1：

∑λj=1；

λj≥0(j=1,2…n)

(1)

利用公式1求出对水资源利用的相对效率值θk，且需要说明的是θk的值越大，整个系统运行效率则越高[2]。

1.2数据来源

本次研究所选取的各项数据均来源于中国水资源公报中记载的2003—2013年的我国30省共340个决策单元。本次研究以投入-产出的方法研究水资源的相对利用效率，原因为水资源作为社会资源多数情况下是与其他社会资源或生产要素相结合后才真正实现产出的，故将用水量作为投入指标，将生产与生活用水作为输水量，将生产要素中的劳动力选为从业人员衡量经济效益，并以固定资产投资作为另一指标[3]。值得注意的是本次对水资源相对利用效率的研究是以经济效益为标准来评价的，故将输出指标选为各省的国民生产总值。综上所述，此次研究所选取的输入指标为生产和生活用水量、固定资产投资以及从业人员，而输出指标则选为各省的国民生产总值(GDP)。在指标选取后，需根据各类输入指标对输出指标GDP重要性的程度构建出判断矩阵Cn。

1.3ESDA方法

ESDA方法即空间效率的探索性数据分析法，在此方法下，通过以空间自相关指数为依据，进而关联测度对社会及自然现象的非常态分布以及空间模式进行全面分析[4]。在自相关系数的选取方面主要分为全局空间的自相关系数，其用来探索基于相对利用效率的水资源空间的利用价值在全部区域与子区域空间格局中的分布特征或空间异质性，并利用散点图将各省水资源的局部空间利用格局进行可视化分析。

2　结果及分析

2.1水资源利用效率计算的结果及分析

图1给出了所研究的各省去的水资源利用的相对效率以及相对效率在2003—2013年期间的变化趋势，结合图1对各省水资源利用的时间分异特征以及空间分异特征进行总结如下：

1)时间分异特征。由图1可知，2003—2013期间，各省区的水资源利用效率均呈现出显著上升的趋势，且尤以发达地区对水资源自用率的变化趋势最为显著。2003年我国多数省区的水资源相对利用效率均处于较低水平，且仅有少出发达地区对水资源的相对利用效率在0.3以上，而2013年，我国各省区对水资源的相对利用效率发生了质的飞跃，且据了解，仅有广西、新疆、西藏和贵州等4省水资源利用率在0.3以下。由此可知，从水资源利用的角度出发，我国经济建设正在向着资源可持续利用的方向发展，而相对应的，通过提高各省区的水资源利用效率可以促进地区经济效益以及社会和生态效益的提高。

2)空间分异特征。采用有序分类分析的方法，将所研究的30个省划分为欠发达地区、中等发达地区以及发达地区。由图1可知，我国各省区对水资源利用相对效率的情况为：发达地区>中等发达地区>欠发达地区。说明了近年来，随着发达地区经济、科技水平的不断完善，在提高其水资源相对利用效率的同时，也大幅提高了人们的节水意识，通过加大对相关基础设施的投入，有效节约了生产、生活用水。由此可知，我国对水资源相对利用效率以及利用效率的变化在分布空间上呈现出明显的集中分布特征，说明了相邻省区对水资源的利用效率有存在空间关联的可能，故可利用ESDA方法对我国水资源相对利用效率的模式进行分析和探索。

图1　水资源相对利用效率及其变化趋势

2.2全局空间差异分析

对我国水资源利用效率的全局空间差异进行分析主要包括了两方面的工作内容：

1)空间自相关检验。所谓空间自相关检验是指对不同时段内的全局关系数逐一进行与正态分布相似的相关性检验。零假设：所选取的30个省区的水资源相对利用效率并明显的空间自相关关联，令显著水平α为0.05，在α水平下对Z>1.96或Z<-1.96的拒绝、零假设进行检验，若变量空间具有显著的正相关，则说明在空间范围内，变量的属性呈现出离散或集聚格局；若接受零假设，则说明变量属性在空间上呈现出随机分布的特征。

2)水资源相对利用效率的全局空间利用效率研究[5]。为了进一步说明全局空间自相关系数的统计量同常规系数指标之间的区别，对2003—2013年期间，各省水资源利用的相对效率的基尼系数与变异系数和艾肯森指数，并将其与全局空间自相关系数进行比较，进而对我国水资源利用的相对效率的空间差异进行辅助测度，具体结果如图2所示。

图2　水资源相对利用效率空间差异变化

图2中，Moran’s I代表全局空间自相关系数。由图2可知，基尼系数还以及变异系数和艾肯森指数的测度指标曲线大体呈现出相同的变化趋势，即显示出我国各省区对水资源利用相对效率的空间差异变化情况为性增大(2003—2006年)，再缩小(2006年—2010年)，再增大(2010—2011年)，再缩小(2011—2013年)的变化趋势。而三类常规系数的区别则在于，由于受用水效率变化的敏感性影响，使得各类系数在不同时段内关于测度指标的变化幅度有所不同。此外，图2中所显示的全局空间自相关系数的变化同基尼系数还以及变异系数和艾肯森指数的变化存在较大差异。测度指标由2003年的0.3274波动增大至2010年的0.3625，进一步说明了水资源相对利用效率具有相似水平的省区在空间上存在着集中性的表现，且各省对于水资源利用效率的空间性差异正在逐步减少，并在2010a达到最小。而2011—2013年，全局空间自相关系数则呈现出显著的下降趋势，说明各省区关于水资源利用效率的空间差异性增加。而对比2003年和2013年的全局空间自相关系数可知，2013年的指数值要小于2003年的指数值，说明了我国对水资源利用的相对效率在空间上的差异与10年前相比有所扩大，但扩大幅度不明显。

<1)，且各件产品是否为不合格品相互独立．

2.3散点图分析

本文对水资源利用的相对效率的散点图分析集中在其相对效率增长空间的关联模式研究方面。根据全局分布自相关系数的分析，将本次研究的30个省份分别划分为扩散效应区、极化效应区以及过渡区和低速增长区，进而对2003—2013年全国水资源利用相对效率增长的空间关联模式进行分析。首先，在扩散效应区方面，主要包括了北京、江苏、河北、上海、山西、山东和浙江等区域。上述扩散效应区中的省份对水资源利用效率的增长远高于其他省区的效率增长，故上述省份应为区域用水效率变化的增长级。其次，在极化效应区方面，主要为内蒙古、广东以及陕西等省，其对水资源的利用效率增长较快，且用水效率的增长空间较大。但就现阶段而言，上述省份对水资源的利用效率增长仍处于初期阶段，故其用水效率的增长并未带动其周边地区水资源利用效率的增长，故而呈现出一定的极化效应。再次，对黑龙江、辽宁、江西和海南等过度区进行分析可知，上述地区自身对水资源的相对利用效率较低，而受其他用水效率较高地区的空间影响较小，是由具有较高水资源利用率的地区向较低水资源利用地区进行过度的必经地区，分布在扩散效应与极化效应区周围。最后，对贵州、广西、宁夏等低速增长区进行分析可知，其对水资源的利用效率非常低，且用水效率的增长速度极为缓慢，并不能以较高的水资源利用率为区域的经济建设提有力保障。因此，未来，此类地区需要加快的水资源利用效率方法的研究，进而保证地方经济的稳定发展。

3　结　论

本文通过对水资源相对利用效率的计算方法，即DEA计算方法进行分析，在计算我国2003—2013年期间30个省区水资源相对利用效率的基础上，结合ESDA空间效率探索性数据分析法，对各省份对水资源利用相对效率的计算结果做出了系统探析，并各地区相对用水效率的全局空间差异和相对效率增长空间的关联模式展开了深入研究。可见，未来加强对我国水资源利用相对效率的研究力度，对于提高水资源利用率，并以其带动地方经济的发展具有重要的现实意义。

[1]廖虎昌，董毅明.基于DEA和Malmquist指数的西部12省水资源利用效率研究[J].资源科学，2011，02(12)：273-279.

[2]亓金涛，岳书铭.基于DEA模型的山东省蔬菜生产水资源利用效率分析[J].山东农业大学学报(社会科学版)，2013，04(05)：45-48.

[3]赵良仕，孙才志，郑德凤.中国省际水资源利用效率与空间溢出效应测度[J].地理学报，2014，01(08)：121-133.

[4]买亚宗，孙福丽，石磊，等.基于DEA的中国工业水资源利用效率评价研究[J].干旱区资源与环境，2014，11(13)：42-47.

[5]张浩文.兰州市水资源利用效率研究[D].兰州：西北师范大学，2012.

1007-7596(2016)06-0046-03

2016-05-12

杨华(1976-)，女，贵州玉屏人，高级工程师，从事水文分析及水利计算工程设计工作。

TV213.9

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