基于DEA模型的水资源系统效率评价及奖惩机制设计研究

论文摘要

二十一世纪以来,随着人类活动强度的不断增大,水资源危机与生态环境赤字日益严重。当前,中国乃至全球都面临着水资源危机的共同挑战,这不仅会使经济发展的前景成为泡影,还可能威胁到社会的稳定和人类的生存。中国经济的快速增长和城市化进程的加快也进一步加剧了水资源短缺和水污染严重的双重危机。因此,决策者不再满足于测量单独的水资源使用系统或者污水处理系统的效率,而是更加迫切地想要了解综合水资源系统运行效率以及导致该系统运行低效的具体原因。再者,中国区域水资源环境承载力与社会经济发展存在着严重的不平衡。为了进一步引导各地区合理有效地改善和提升水资源环境承载力,促进地区可持续发展,针对不同地区明确其具体的改善方向就变得极为重要。在此背景下,本文首先测算了综合水资源系统及其系统内各个子系统的相对运行效率;其次,在效率评价的基础上设计了基于水资源环境承载力的奖惩机制。研究结果对于政府制定水资源保护政策以及各地区改善水环境、提高水资源环境承载力具有重要的指导意义。论文的主要工作和创新点如下:（1）将经济用水、社会用水和污水处理三个子系统概念化为一个带有混合网络结构的两阶段综合水资源系统,据此为决策者提供一个更加全面的效率测量方法。在第一阶段,水资源使用系统包含了两个平行的子系统,即经济用水子系统和社会用水子系统,两个用水子系统通过消耗水资源和资本分别产生经济效益和社会效益。在此过程中不可避免产生的污水作为非期望产出在第二阶段（污水处理子系统）中进行处理,最终将无法被处理的污水作为最终的非期望产出排出。据此,本文构建了一个扩展的两阶段基于松弛变量（SBM）的数据包络分析（DEA）模型,用于测量该综合水资源系统的总效率及各个子系统的运行效率,并找出导致该系统运行低效的薄弱环节。在案例研究中,本文选取2014-2016年中国淮河流域四个省所有省辖市的相应数据进行效率测算,验证了所提出方法的实用性。（2）基于水资源短缺和水污染严重两大问题,本文选取了一系列评价指标,采用DEA标杆管理（Benchmarking）模型设计了一个基于水资源环境承载力的奖惩机制。在这个奖惩机制中,首先根据以往各地区的水资源环境承载力表现,利用DEA模型为每个地区每个指标设置一个期初目标作为该地区期初安排生产活动的导向。其次根据政策要求设计了实施奖惩机制的具体规则,即根据当期每个指标的观测值对所设置参照点的完成程度确定该指标所属的超载等级,据此判断是否对该地区实施奖励或惩罚及其具体金额。然而,最初设置的期初目标由于只考虑了往期的水资源环境承载力表现,在实施奖惩机制的时期内不一定能被实现从而不能直接作为奖惩计划的参照点;同时,当前被评价时期的最佳生产实践前沿面亦不能直接作为该奖惩计划的参照点,因为参照点应当是基于客观条件而不是基于某个时期的运行表现来设置。因此,本文提出了一个扩展的DEA Benchmarking模型,结合期初目标调整当期的最佳生产实践前沿面,最小化DEA目标和期初目标的距离,由此求得奖惩计划的参照点。这一方面保证了该参照点可以在当期被实现,另一方面还考虑了所有被评价的地区已经按照期初目标完成了当年的生产运营活动这一客观事实。最后,本文将所提出的方法应用到2014-2016年中国淮河流域十大城市基于水资源环境承载力的奖惩机制案例研究中,结果表明,该方法可以明确每个指标的实际运行情况与参照点之间的差距;可以识别每个指标还需做出多大空间的改进;还可以确定每个城市是否应当得到奖励或被惩罚及其具体的金额。

论文目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究动态

1.2.1 水资源系统效率评价与分析

1.2.2 基于水资源环境承载力的奖惩机制设计

1.3 研究方法、内容和思路

1.3.1 研究方法

1.3.2 研究内容及思路

1.4 可能的创新和不足

1.4.1 可能的创新之处

1.4.2 可能存在的不足之处

第二章相关理论基础

2.1 水资源环境承载力理论

2.1.1 概念内涵

2.1.2 研究方法

2.1.3 水资源环境承载力监测预警与可持续发展的关系

2.2 数据包络分析

2.2.1 基本概念

2.2.2 基本原理

2.2.3 评估流程

2.3 标杆管理

2.3.1 基本概念

2.3.2 标杆管理流程

2.3.3 DEA在标杆管理的应用

2.4 本章小结

第三章区域水资源系统效率评价

3.1 综合水资源系统构建

3.2 模型建立

3.2.1 符号说明

3.2.2 模型建立

3.3 模型求解

3.4 案例分析

3.4.1 数据

3.4.2 结果分析

3.5 本章小结

第四章基于水资源环境承载力的奖惩机制设计

4.1 问题描述

4.2 构建期初导向目标

4.3 水资源环境承载力奖惩机制设计

4.4 确定参照点实施奖惩计划

4.5 案例分析

4.5.1 数据

4.5.2 结果分析

4.5.3 对比分析

4.6 本章小结

第五章结论与研究展望

5.1 主要贡献与结论

5.2 研究不足与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 罗瑞

导师: 周晓阳

关键词: 水资源,数据包络分析,混合网络结构,奖惩机制,标杆管理

来源: 陕西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 资源科学,水利水电工程

单位: 陕西师范大学

分类号: TV213.4

DOI: 10.27292/d.cnki.gsxfu.2019.001343

总页数: 70

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