水利工程论文
水资源不仅制约着西北干旱半干旱区的经济社会发展，同时由于人类活动对水资源的不合理开发利用使得环境也在不断恶化，水的问题已经成为制约西北地区人类生存、生态环境及经济社会发展的首要问题。同时，在跨越式发展战略的背景下，农业、工业不断发展，新兴城镇数量和规模日益增长，资源需求将持续大幅度增加，新疆面临着严峻的自然资源瓶颈和生态环境承载力的双重约束，也将阻碍社会经济的持续健康发展。新疆首府乌鲁木齐市是典型的绿洲特大城市，同时也是内陆干旱缺水城市。淡水人均占有量只有全国的 1/5，世界的 1/21，已被列入全国 30 个严重缺水的城市之一。同时，乌鲁木齐市又是一个面临着重大发展机遇的城市，乌鲁木齐市将在未来 10 年实现跨越式发展，随着城市的快速发展，乌鲁木齐市资源性缺水矛盾将更加突出，对水资源的管理也将带来严峻的考验。要想解决这一矛盾，提高水资源利用效率是解决水资源供需矛盾的关键，只有不断提高水资源效率才能从根本上解决水资源危机，实现经济社会的可持续发展。
对水资源约束与经济发展的相关研究主要从耕地用水增加、人口增长导致水资源压力增大等方面展开，也有不少学者对水资源利用效率进行评价。针对新疆干旱区半干旱区水资源脆弱性以及新疆跨越式发展中水资源规划管理方面存在的问题，文中选取乌鲁木齐市作为研究区，通过数据包络分析方法，选取相应的投入产出指标，对乌鲁木齐市七区一县的水资源利用效率进行分析和评价，以期确切把握乌鲁木齐市当前的水资源利用状况和水资源利用效率偏低的原因，对合理利用水资源、提高用水效率有极大的帮助，也是解决水资源危机有效的方法之一，有助于决策者和水资源管理者们作出相应决策。
1 材料与研究方法
乌鲁木齐市位于亚欧大陆腹地，地处北天山北麓、准噶尔盆地南缘，东经 86°37'33″ －88°58'24″，北纬42°45'32″ － 44°08'00″。乌鲁木齐市区东、南、西三面环山，地势东南高、西北低，北为准噶尔盆地南缘。市区平均海拔 800m。乌鲁木齐地区的水源基流主要是冰川融水、融雪水、降雨和地下水。主要河流有乌鲁木齐河、头屯河、白杨河、柴窝堡湖等水系。乌鲁木齐市属于重度缺水城市，水资源利用已达到极限，水资源匮乏，已导致乌鲁木齐市地下水水位不断下降。乌鲁木齐市用水效率不高，据 2010 年乌鲁木齐市水资源公告，乌鲁木齐市农业灌溉用水 7． 0111 亿 m3，占总用水量的 64． 4%。农业灌溉用水利用系数为 0． 62左右，发达国家灌溉水的利用系数达到 0． 7 ～0． 8。乌鲁木齐市工业取水量为 1． 4823 亿 m3，水的重复利用率为 70%，而发达国家的为 75 ～85%。乌鲁木齐市水资源还面临着浪费问题，每年相当于供水总量 20～ 30% 的水量由于水管网" 跑冒滴漏" 被损耗。
乌鲁木齐市辖天山区、沙依巴克区、新市区、水磨沟区、头屯河区、达坂城区、米东区及乌鲁木齐县。
2010 年乌鲁木齐完成地区生产总值 1338． 50 亿元( 当年价) ，按可比价格计算，比上年增长 12． 2% 。2010年常住人口已超 300 万人，预计到 2020 年，全市常住人口将达到 500 万。
乌鲁木齐市七区一县定位不同，经济发展水平不一。天山区、沙依巴克区、新市区和水磨沟区是乌鲁木齐市的四个中心城区，是政治、经济、文化和金融中心。头屯河区、达坂城区和米东区交通便利，经济以工业为主导，是主要的制造业核心区和物流区。乌鲁木齐县以农业为主，旅游资源丰富。
数据包络分析( data envelopment analysis，DEA) 是由美国著名运筹学家 Charnes，Cooper 和 Rhodes 于1978 年提出的，采用线性规划的方法，利用观察到的有效样本数据，以相对效率为基础对同一类型的部门或单位( 评价单元，DMU) 的绩效进行比较或评价。利用 DEA 方法可以对经济发展生产前沿面上的规模有效性和技术有效性进行评价。DEA 方法巧妙的构造了目标函数，并通过 Charnes － Cooper 变换( 称为 C2－ R 变换) 将分式规划问题转化为线性规划问题，无需统一指标的量纲，也无需给定或者计算投入产出的权值，而是通过最优化过程来确定权重，从而使对决策单元的评价更为客观。
DEA 有效性代表的是" 效率" 的概念，DEA 有效包括技术效率( 也称综合效率) 分解为纯技术效率和规模效率两部分。在 DEA 模型中把最佳生产状态的比值定为 1，即 DEA 有效，根据 DEA 有效的定义和生产活动技术有效的定义可知，DEA 有效，就代表了其技术有效和规模有效。利用 DEA 模型还可分析规模收益状况，在生产规模发生变化时，所带来的规模收益递增、规模收益不变和规模收益递减等三种情况。
对于非有效单元，利用"投影原理"不仅能指出指标的调整方向，还能给出调整量，并可进行纵向的时间比 较和横向的区域比较。因此，对于乌鲁木齐市各城区水资源利用效率的评价问题，很适于运用DEA评价模型进行评价。文中选取乌鲁木齐市七区一县作为决策单元，使用 DEA 模型进行效率评价时，需要首先确定输入输出指标，参考其他文献中有关水资源评价指标的选取，以及结合 DEA 模型的使用要求( 决策单元的数量应该是评价指标个数的两倍以上) ，选取经济效益作为产出指标 O，以资本投入和劳动力投入作为投入指标( 表 1) 。【表1】
2 结果与分析
对乌鲁木齐市七区一县的统计数据，分别编号为:1 天山区; 2 沙依巴克区; 3 新市区; 4 水磨沟区; 5 头屯河区; 6 米东区; 7 达坂城区; 8 乌鲁木齐县。运用 DEAP2． 1 软件，以投入为导向，以 2008 年、2009 年和2010 年的截面数据为代表进行分析( 表 2) 。【表2】
2． 1 乌鲁木齐市各城区水资源利用效率分析
首先对乌鲁木齐市七区一县水资源综合利用效率进行分析，通过计算得到 2008 年、2009 年和 2010年的效率值( 表 3，图 1) 。【表3.图1】
( 1) 从综合效率来看，整体而言，乌鲁木齐市各城区的综合效率的平均值未达到 1，用水效率不高，但 2009 年和 2010 年的平均值都大于 2008 年，整体水资源利用效率在提高。2008 年，达到 DEA 有效的城区只有新市区，即投入产出都达到了最优状态，技术效率和规模效率都有效，其他 6 城区一县都非 DEA有效，其中米东区和乌鲁木齐县的水资源利用综合效率最低。2009年，达到 DEA 有效的城区有沙依巴克区、新市区和米东区，其他四区一县均为非 DEA 有效，水资源综合效率最低的为乌鲁木齐县，仅有 0． 362。2010 年，达到 DEA 有效的城区只有新市区，其他六区一县均为非DEA 有效，水资源综合效率最低的仍然为乌鲁木齐县，为 0． 329。和 2008 年相比，三年总体看来，只有天山区的综合效率呈下降趋势，其他区县均呈现增长趋势。
( 2) 从纯技术效率来看，2008 年，除了新市区达到技术有效外，沙依巴克区、水磨沟区、头屯河区和达坂城区也达到了技术有效，说明这几个城区的各资源之间组合达到了最优，而其它三城区市则需要进一步完善要素的投入结构。2009 年，在上述几个达到技术有效的城区外，米东区也达到了技术有效。2010年，在之前两年达到技术有效的城区中，沙依巴克区和米东区未达到技术有效。整体看来，天山区和乌鲁木齐县一直未达到技术有效，但技术效率较 2008 年也有略微增长。米东区的技术效率增长最快，但是乌鲁木齐县的技术投入过低，这说明乌鲁木齐市水资源的技术革新和资源优化配置上还需要进一步加强、改进和优化。
( 3) 从规模效率来看，2008 年，2009 年和 2010 年规模收益递减的城区只有天山区，说明天山区的投入规模过大，只通过高投入带来高产出是不合理的，天山区是乌鲁木齐市金融和商业中心，经济发达，人口众多，对水资源的消耗量也最大，因此，只有通过资金、水资源和劳动力等要素的合理利用和配置才能提高资源的利用效率。水磨沟区、头屯河区、达坂城区和乌鲁木齐县三年均为规模收益递增，说明这些城区的规模和投入、产出不匹配，有必要扩大生产规模。沙依巴克区和米东区的规模收益由 2008 年的递增到2009 年的不变到 2010 年的递增，说明这两个城区的生产规模还可以进一步的加大。新市区已达到最优配置，所以只需要保持不变即可。
2． 2 投入冗余与产出不足
在投入方面( 表 4) ，2008 年，天山区的固定资产投资总额，用水总量和用水人口三项投入均冗余，米东区和乌鲁木齐县的固定资产投资总额和用水总量两项投入冗余。2009 年，天山区三项投入冗余，乌鲁木齐县用水总量投入冗余。2010 年，天山区依然三项投入均冗余，沙依巴克区的用水人口冗余，米东区的固定资产投资总额和用水总量冗余，乌鲁木齐县用水总量冗余。这说明，天山区的资本投入过多，生产效率低下，应大力加快经济发展速度，提高经济发展效率。沙依巴克区在 2008 年和 2009 年投入均不冗余，在 2010 年用水人口冗余，说明劳动力效率有所下降。米东区在 2008 年和 2010 年均有固定资产投资总额和用水总量冗余，说明米东区在资本投入和资源合理利用方面还未找到最优配置的途径，还需进一步加强。乌鲁木齐县 2008 年的固定资产投资总额的冗余在 2009 年和 2010 年被消化，但用水总量持续冗余，乌鲁木齐县主要是农业用水，说明农业用水的效率极低，是亟待解决的主要问题。
在产出方面，相对应于投入冗余，依然是上述提到的几个区县的产出方面不足。说明这几个区县在投入产出方面的效率不高。尤其是天山区的产出不足额较大，说明其经济发展效率低下。
2． 3 投影分析
按照 DEA 模型投影定理的改进公式，根据表 3、4 中的综合效率指数、投入冗余额和产出不足额，计算出 2010 年乌鲁木齐市非 DEA有效区县的投影值，如表 5 所示。再投入冗余的区域中，如果保持现有产出不变，天山区可以减少 23． 03 亿元的固定资产投资额，减少0． 55 亿 m3的用水总量，还需减少 23． 65 万的劳动力投入。沙依巴克区需减少80． 73万人的劳动力投入。米东区可以减少 48． 83 亿元的固定资产投资额和 1． 79 亿 m3的用水总量，乌鲁木齐县可以减少 2． 31 亿 m3的用水总量。从产出方面来看，天山区需要增加的产出量最大，为100． 04 亿元，其他三个区县产出都需增加二十余亿元，才能达到相对有效性。
3 讨论
水资源是维系区域经济与社会发展的重要资源。随着工业化、城镇化和农业现代化的加速推进，区域水资源短缺矛盾日益凸显。在经济欠发达区域，水资源紧缺是制约区域经济发展的因素之一，必须有效提高水资源利用效率; 但另一方面，提高水资源利用效率需要投入大量资金和科学技术，在经济欠发达区域还较难实现，因此就更需要政府的大力支持。
其次，文中选取了固定资产投资总额、用水总量和用水人口这三个指标，研究了目前正处在跨越式发展阶段和水资源短缺矛盾突出的乌鲁木齐市作为研究区，深入研究不同行政区内的水资源利用效率差异，避免了大区域宏观研究的笼统性。但是，水资源利用效率所受影响因素较多，在今后的研究中可尝试结合本地区特点采用多种指标进行分析。
4 结论
文中运用 DEA 模型对乌鲁木齐市七区一县的水资源利用效率的有效性进行评价，从计算结果，可以得到以下结论:
( 1) 从整体来看，乌鲁木齐市水资源利用综合效率的平均值未达到 1，用水效率不高。2008 年、2009年和 2010 年三年均达到 DEA 有效的城区只有新市区，其他六区一县应借鉴新市区的经验进行调整。其中，乌鲁木齐县的水资源利用效率极为低下，主要由于经济发展水平较低，科学技术投入不够，导致用水效率不高。
( 2) 从技术效率、规模效率和规模收益来看，新市区均达到了最优状态。天山区的投入、产出和生产规模没有达到合理配置的程度，甚至略有衰退，应当改变其经济增长方式，合理控制生产规模。其他区县这三年呈现缓慢增长的趋势，说明投入、产出和生产规模还需要进一步的加强和优化。
( 3) 从投入冗余和产出不足方面看，四个非 DEA 有效区县中三个都存在用水总量投入冗余而相应的产出不足，说明急需解决的是提高用水效率，合理使用资本以及劳动力，以更好更快的带动经济发展。
参考文献
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