杨丽芬,高延铭,谭 萌,张 莉

(国家海洋局北海信息中心 青岛 266061)

数据包络分析法在填海造地有效性综合评价中的尝试应用*

杨丽芬,高延铭,谭 萌,张 莉

(国家海洋局北海信息中心 青岛 266061)

在总结分析山东省典型区域填海造地现状的基础上,对数据包络分析法在填海造地有效性综合评价领域进行了尝试应用,包括构建填海造地影响评价指标体系,以及以山东烟台、威海、潍坊、青岛和日照5个典型区域为例进行填海造地的有效性评价。

数据包络分析法;填海造地;有效性评价

填海造地作为一种重要的海洋开发方式,在提供大量土地、带来巨大社会经济效益的同时,也带来了一系列生态环境的负面效应,如滨海湿地面积减少、海湾自净能力减弱等。因此,只有对填海造地现状开展科学有效的评价,才能确保以最小的生态环境影响为代价,最高效地开发利用海洋空间资源,科学规划、合理控制填海造地的规模及其布局。我国大规模的填海造地影响评价工作开始于21世纪初,研究特点主要有两个方面:一是主要研究内容为填海造地对海洋生态环境的影响评价[1-8],综合评价的研究相对较少[9-11];二是多为理论研究,实例数据验证的较少。

数据包络分析(the Data Envelopment Analysis,简称DEA)方法可以实现对多投入/多产出的多个决策单元的效率评价,定量地得出综合评价效率值和其他相关数据,目前已被验证可以在多个领域应用[12-14]。本研究以山东省典型区域为例,对DEA方法在填海造地综合评价领域的应用进行了尝试。

1 山东省典型区域填海造地现状分析

我国的海域使用分类体系中,填海造地是用海方式的一种,即指筑堤围割海域填成土地,并形成有效岸线的用海方式。在填海造地这一用海方式下,又有多种用海类型,用海类型(A)包括:工业用海、渔业用海、交通运输用海、特殊用海、旅游娱乐用海、造地工程用海和其他用海;用海类型 (B)包括:路桥用海、船舶工业用海、港口用海、城镇建设填海造地用海、其他工业用海、科研教学用海。本研究中重点考虑的是填海造地的用海类型 (A)。

根据遥感影像分析和相关调查数据统计,对山东省围海造地典型区域的填海造地情况按照用海类型 (A)进行统计分析,山东沿海典型区域填海造地情况的现状如下:①截至2011年底,山东省青岛、烟台、日照、威海、潍坊5个沿海重点用海地区确权的填海造地总面积约为14 590 hm2。②5个不同地区的主要用海类型 (A)不同。青岛沿海围海造地以交通运输用海和造地工程用海为主,其中交通运输用海面积所占比例最大,为44%;烟台的围海造地以工业用海、交通运输用海和渔业用海为主,其中工业用海占到了一半以上,为53%;威海的围海造地开发相对平均,工业用海、交通运输用海和渔业用海所占比例都超过了20%,其次为旅游娱乐用海;潍坊沿海的围海造地主要以交通运输用海为主,特殊用海也占了较大比例;日照沿海围海造地特征特别显著,以交通运输用海为主,占到87%,造地工程用海是另一个重要组成部分。③总体来看,山东沿海典型区域填海造地的用海类型 (A)以交通运输用海和工业用海为主,其次依次为造地工程用海、渔业用海、旅游娱乐用海等 (图1)。

2 数据包络分析(DEA)法

2.1 DEA方法特点

数据包络分析(the Data Envelopment A-nalysis,简称DEA)是1978年由美国著名的运筹学家A.Charnes和W.W.Cooper等学者,以相对效率概念为基础发展起来的一种效率评价方法[15]。在有效性的评价方面,数据包络分析(DEA)具有一些显著的优点:①适用于多输出-多输入的有效性综合评价问题,在处理多输出-多输入的有效性评价方面具有绝对优势;②DEA方法决策单元的最优效率指标与投入指标值及产出指标值的量纲选取无关,应用DEA方法建立模型前无须对数据进行无量纲化处理;③ 无须任何权重假设,而以决策单元输入输出的实际数据求得最优权重,具有较强的客观性;④DEA方法假定每个输入都关联到一个或者多个输出,且输入输出之间确实存在某种联系,但不必确定这种关系的显示表达式。

2.2 DEA方法模型

DEA方法模型是直接使用输入、输出数据建立非参数的经济数学模型。假定有t个决策单元DMU(Decision Making Units),每个决策单元都有m种输入及n种输出,用xij,yij分别表示第j个DMU对第i种输入的投入量和对第r种输出的产出量,其中i=1,…,m;j=1,…,t;r=1,…,n;输入和输出对应的权系数分别为v=(v1,…vm)T,u=(u1,…,un)T,则每个决策单元的效率评价指数为hj=选取适当的权系数u和v,使其满足hj≤1,j=1,…,t。对第j0个决策单元进行效率评价(1≤j0≤t),以权系数u和v为变向量,以第j0个决策单元的效率指数为目标,以所有决策单元的效率指数为约束,构建如下的最优化模型:

式中:xj和yj分别为的输入和输出向量。上述最优化模型为分式规划问题,使用Charnes-Cooper变换,可以得到一个等价的线性规划问题及其对偶问题:

对该分式规划进行Charnes-Cooper变换,令

则有等价的线性规划问题:

其对偶规划为(DC2R),并引入松弛变量为:

其中θ无约束。

θ为第i个DMU的技术效率值,满足0≤θ≤1。当时θ=1时,则称DMU为DEA有效,当时θ＜1时,DMU为非DEA有效。

3 DEA方法应用

3.1 评价指标

根据填海造地用海方式的各种用海类型(A),填海造地的影响必然涉及交通运输业、工业、建筑业、渔业、旅游业等社会、经济、资源的各个方面。

表1 围海造地综合评价指标

山东省5个围海造地典型区域填海造地的各类用海类型 (A)分析结果显示,各类用海类型所占比例由大到小依次为:交通运输用海、工业用海、造地工程用海、渔业用海、旅游娱乐用海、特殊用海和其他用海。采用专家咨询法对各种影响要素进行选定,结合DEA方法,最终确定综合评价指标 (表1)包括:海岸线长度、海域使用金、确权填海造地海域面积、规模以上港口生产用码头泊位、港口货物吞吐量、就业人员、入境旅游外汇收入、海水养殖面积、近岸及海岸湿地面积。

3.2 实验内容

DEA模型根据决策者追求的目的不同,可以分为两种,即Input-DEA模型和Output-DEA模型。Input-DEA模型基于投入的技术效率,即在一定产出下,以最小投入与实际投入之比来估计,即决策者追求的倾向是输入的减少。Output-DEA模型基于产出的技术效率,即在一定的投入组合下,以实际产出与最大产出之比来估计,决策者追求的倾向是输出的增大。本研究实验的目的是对5个决策单元的填海造地状况进行有效性评价,即讨论5个决策单元基于目前围海造地情况的综合效率如何。所以,本次试验选用Output-DEA模型,来评价各个决策单元的相对有效性。

本次实验选取山东省填海造地较为典型的5个区域作为DEA方法实验的决策单元,即青岛、烟台、威海、潍坊和日照。此外,根据上述的综合评价指标体系内容以及DEA方法实验要求,收集整理了相关实验数据 (表2),数据分别来源于 《中国海洋统计年鉴2011》和 《山东统计年鉴2012》等[16-17]。

表2 DEA模型输入、输出项的对应数据

3.3 实验结果

(1)烟台、潍坊和日照的技术效率等于1,即为DEA有效;青岛和威海的技术效率小于1,即为非DEA有效,即青岛和威海在目前投入状况下,未达到技术有效。

(2)在目前围海造地的投入状况下,青岛、威海应在交通运输用海、旅游娱乐用海以及渔业用海方面提高效率,才能将围海造地的效用发挥到最大。

4 结论

(1)通过对山东省沿海青岛、烟台、威海、潍坊和日照共5个围典型区域填海造地的各类用海方式情况的统计分析,总结了山东沿海典型区域围海造地的总体状况,即用海类型 (A)以交通运输用海和工业用海为主,其次依次为造地工程用海、渔业用海、旅游娱乐用海等。

(2)根据填海造地的影响,结合山东省沿海典型区域填海造地的现状,构建了评价指标体系,包括海岸线长度、海域使用金、确权填海造地海域面积、规模以上港口生产用码头泊位、港口货物吞吐量、就业人员、入境旅游外汇收入、海水养殖面积、近岸及海岸湿地面积。

(3)应用DEA方法对上述5个典型区域尝试进行填海造地影响评价,结果显示:烟台、潍坊和日照为DEA有效;青岛和威海的总体效率小于1,为非DEA有效;此外,在目前围海造地的投入状况下,青岛和威海应在交通运输用海、旅游娱乐用海以及渔业用海方面提高效率,才能充分发挥填海造地的效用。

本研究仅是数据包络分析法在填海造地影响评价方面的尝试应用。由于DEA方法是对决策单元的相对有效性进行评价,所以仍未实现对填海造地影响的实际综合评价,如何将该方法更好地应用于填海造地影响评价领域还需要更多、更深入的实验来进一步的验证探讨。

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山东省海洋生态与防灾减灾重点实验室开放基金项目 (2011010);国家海洋局海域管理技术重点实验室基金项目(201106);基于生态系统的环渤海区域开发集约用海研究(201005009).