丁志宏，徐向廣，宋秋波

（1.天津市中水科技咨詢有限責(zé)任公司，天津　300170；2.水利部海河水利委員會(huì)，天津　300170）

海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)研究工作的若干思考

丁志宏1，徐向廣2，宋秋波1

（1.天津市中水科技咨詢有限責(zé)任公司，天津300170；2.水利部海河水利委員會(huì)，天津300170）

摘 要：結(jié)合農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉管理工作的現(xiàn)實(shí)需求，總結(jié)了在流域?qū)用骈_(kāi)展農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)研究工作的目的和意義，提出了分區(qū)劃分工作的基本原則和技術(shù)路線，剖析了分區(qū)研究工作的主要內(nèi)容和技術(shù)要點(diǎn)，以期為有關(guān)方面開(kāi)展農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)研究提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：海河流域；節(jié)水區(qū)劃；分區(qū)劃分；分區(qū)原則；技術(shù)路線；工作內(nèi)容；技術(shù)要點(diǎn)

海河流域水資源貧乏，多年平均水資源總量370億m3，人均水資源量270 m3，僅為全國(guó)人均水資源量的12.8%，是全國(guó)七大江河流域中人均水資源量最少的流域。與此同時(shí)，海河流域又是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)達(dá)地區(qū)，也是主要的糧棉油產(chǎn)區(qū)，社會(huì)生活與經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)用水量巨大（現(xiàn)狀總用水量371.87億m3，現(xiàn)狀年為2012年，下同），農(nóng)業(yè)灌溉用水量占總用水量的比重較大（現(xiàn)狀占比59.66%）且用水效率不高（現(xiàn)狀綜合灌溉定額3 360 m3/hm2，灌溉水有效利用系數(shù)0.64），地下水超采嚴(yán)重（現(xiàn)狀嚴(yán)重超采區(qū)面積6.12萬(wàn)km2，年超采水量80億m3）。

隨著各類(lèi)國(guó)家級(jí)、區(qū)域級(jí)和省級(jí)等不同級(jí)別經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)劃的陸續(xù)部署和推進(jìn)實(shí)施，海河流域的工業(yè)和城市生活用水量在未來(lái)將會(huì)有較明顯的增加，“工、農(nóng)、生”爭(zhēng)水問(wèn)題將日趨嚴(yán)重。因此，在今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)，大力發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉將是確保海河流域糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，是實(shí)現(xiàn)以水資源的可持續(xù)利用支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略措施和實(shí)踐抓手。

但在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉工作實(shí)踐過(guò)程中，海河流域的地形地貌、耕作制度、作物種類(lèi)、作物需水量、水資源條件、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等方面具有明顯的空間差異性，為了貫徹落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度，提高流域管理機(jī)構(gòu)對(duì)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉工作指導(dǎo)的針對(duì)性，亟需根據(jù)海河流域各地的自然地理?xiàng)l件、社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r、經(jīng)濟(jì)能力和水資源條件等制約因素劃分制訂出不同類(lèi)型的節(jié)水灌溉分區(qū)體系，進(jìn)而根據(jù)各分區(qū)的水資源狀況和特點(diǎn)提出分區(qū)管理意見(jiàn)和適宜技術(shù)模式，為流域?qū)用娴霓r(nóng)業(yè)灌溉規(guī)劃與管理工作提供技術(shù)參考和基礎(chǔ)支撐。

1　工作目的和研究意義

為了實(shí)現(xiàn)以水資源的可持續(xù)利用支撐流域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展，規(guī)模化發(fā)展節(jié)水灌溉、全面提高農(nóng)業(yè)用水效率是海河流域農(nóng)業(yè)灌溉事業(yè)發(fā)展的必由之路，是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一項(xiàng)重大戰(zhàn)略和根本性措施，而海河流域各區(qū)域在發(fā)展節(jié)水灌溉的自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件以及農(nóng)業(yè)發(fā)展布局和各種農(nóng)業(yè)技術(shù)措施適用性等方面均存在著明顯的地域差異性，這些差異性相互聯(lián)系、相互影響且并存于同一區(qū)域內(nèi)，從而形成各區(qū)域發(fā)展節(jié)水灌溉的不同特點(diǎn)。為此，亟需在系統(tǒng)分析流域水資源狀況、全面掌握農(nóng)田灌溉發(fā)展情況、綜合考慮各種影響因素的基礎(chǔ)上，開(kāi)展農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)研究工作，以揭示海河流域各區(qū)域農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉發(fā)展條件的區(qū)間差異性和區(qū)內(nèi)一致性，科學(xué)合理地劃分出海河流域不同的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉分區(qū)，按照自然和經(jīng)濟(jì)規(guī)律以及水資源開(kāi)發(fā)利用條件擬定各區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源高效利用的方向、措施以及管理意見(jiàn)，為農(nóng)業(yè)節(jié)水發(fā)展的宏觀決策、分類(lèi)指導(dǎo)以及制定和審查節(jié)水灌溉發(fā)展規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)研究工作可以為流域管理機(jī)構(gòu)有效履行流域農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉管理工作職責(zé)提供基礎(chǔ)性支撐和方向性參考，是貫徹落實(shí)“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”新時(shí)期治水思路的重要基礎(chǔ)工作，是推進(jìn)實(shí)施《國(guó)家農(nóng)業(yè)節(jié)水綱要（2012—2020年）》的必要技術(shù)工作，是流域管理機(jī)構(gòu)履行對(duì)流域農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉工作進(jìn)行宏觀指導(dǎo)和組織工作職責(zé)的重要抓手。

2　分區(qū)原則和技術(shù)路線

2.1分區(qū)原則

農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉區(qū)劃的分區(qū)必須根據(jù)調(diào)查收集的資料和研究分析的成果，參考有關(guān)的區(qū)劃和規(guī)劃以及長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐中所形成的區(qū)劃概念來(lái)進(jìn)行。分區(qū)的方法要遵循“區(qū)別差異性、歸納相似性”的原則，即將分區(qū)指標(biāo)相同或相似的基本分區(qū)單元納入同一個(gè)區(qū)，各分區(qū)之間在某些指標(biāo)或某個(gè)指標(biāo)上有顯著的差別。

節(jié)水灌溉區(qū)劃是水利區(qū)劃的組成部分，而水利區(qū)劃又是綜合農(nóng)業(yè)區(qū)劃的組成部分。因此，節(jié)水灌溉區(qū)劃必須遵循水利區(qū)劃的一些基本原則，要與整個(gè)水利建設(shè)發(fā)展方向相一致，同時(shí)又要反映農(nóng)業(yè)區(qū)劃中對(duì)水利工作的要求。

根據(jù)研究目的和工作要求，海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)研究工作的指導(dǎo)原則可以歸納如下:

（1）自然要素的一致性，即氣候、地形、地貌、土壤等自然地理?xiàng)l件要有一定的相似性，水資源的開(kāi)發(fā)利用條件也應(yīng)基本相似。

（2）節(jié)水灌溉發(fā)展方向和目標(biāo)的一致性，即在同一區(qū)域內(nèi)主要灌溉作物對(duì)象及節(jié)水灌溉措施要基本一致。

（3）行政區(qū)劃的完整性，即適當(dāng)照顧現(xiàn)有行政區(qū)劃，盡可能保持分區(qū)的區(qū)界與行政區(qū)域界限相一致，破地市而不破縣區(qū)。

（4）相對(duì)的獨(dú)立性，即要反映節(jié)水灌溉區(qū)劃的特點(diǎn)。節(jié)水灌溉區(qū)劃雖然是農(nóng)業(yè)水利區(qū)劃的一個(gè)組成部分，在總體上應(yīng)服從農(nóng)業(yè)水利區(qū)劃，但節(jié)水灌溉又與其他水利措施有顯著不同的特點(diǎn)，保持其相對(duì)獨(dú)立性有助于指導(dǎo)節(jié)水灌溉的發(fā)展。

2.2技術(shù)路線

海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)研究工作可采用實(shí)證研究與理論分析相結(jié)合的工作思路，通過(guò)資料收集、文獻(xiàn)調(diào)研和數(shù)據(jù)分析，綜合考慮自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等影響因素的約束和保障作用，將農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展需求與現(xiàn)實(shí)可能影響條件這兩方面因素進(jìn)行對(duì)比分析并緊密結(jié)合起來(lái)，提出科學(xué)、合理、實(shí)用的節(jié)水分區(qū)區(qū)劃。

海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)研究工作的技術(shù)路線，如圖1所示。

圖1　海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)研究技術(shù)路線

3　工作內(nèi)容和技術(shù)要點(diǎn)

3.1工作內(nèi)容

農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)研究是指導(dǎo)農(nóng)業(yè)水資源合理開(kāi)發(fā)與高效利用的基礎(chǔ)性工作，其工作內(nèi)容可以劃分為選取基本評(píng)價(jià)單元、構(gòu)建分區(qū)指標(biāo)體系、劃分分區(qū)體系類(lèi)型和提出分區(qū)對(duì)策措施4項(xiàng)研究任務(wù)，具體分述如下:

（1）基本評(píng)價(jià)單元選取是要確定海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)研究工作的空間對(duì)象，是分類(lèi)指標(biāo)體系和指標(biāo)取值所要依附的地理單元的選擇過(guò)程，也是流域管理機(jī)構(gòu)實(shí)施農(nóng)業(yè)節(jié)水管理工作的基本著眼點(diǎn)和評(píng)價(jià)單元。

（2）分區(qū)指標(biāo)體系構(gòu)建是要在充分了解和掌握海河流域自然地理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展水平等現(xiàn)實(shí)狀況的基礎(chǔ)上，結(jié)合工作目的和資料收集情況，統(tǒng)籌考慮各項(xiàng)影響因素，抓住主要矛盾，以服務(wù)于流域管理機(jī)構(gòu)的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉管理工作為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，構(gòu)建農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，明確各項(xiàng)指標(biāo)含義，量化各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值。

（3）分區(qū)體系類(lèi)型劃分是要綜合考慮所建立的分區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的各項(xiàng)指標(biāo)值的內(nèi)在聯(lián)系，按照類(lèi)間差異度最大、類(lèi)內(nèi)相似度最大的原則，采用定性和定量相結(jié)合的分類(lèi)方法，在結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和專家意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用聚類(lèi)分析方法將待分類(lèi)的基本評(píng)價(jià)單元進(jìn)行歸類(lèi)，形成層次化的海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)區(qū)劃體系。

（4）分區(qū)對(duì)策措施建議是在取得海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉分區(qū)的基礎(chǔ)上，結(jié)合各分區(qū)的自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等影響因素，有針對(duì)性地提出各分區(qū)發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的對(duì)策措施，因地制宜地探討各分區(qū)節(jié)水灌溉發(fā)展方向和適用技術(shù)模式，為有關(guān)部門(mén)提供決策參考。

3.2技術(shù)要點(diǎn)

在開(kāi)展上述4項(xiàng)研究任務(wù)的過(guò)程中，有一些需要注意的問(wèn)題，現(xiàn)對(duì)各技術(shù)要點(diǎn)闡述如下:

3.2.1基本評(píng)價(jià)單元選取

單元的空間尺度或級(jí)別要以適應(yīng)分區(qū)所要服務(wù)的有關(guān)水行政主管部門(mén)的管理需求為目的，同時(shí)還要結(jié)合所能收集到的該尺度或級(jí)別的單元所具有的分區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系需要表征的數(shù)據(jù)與資料情況來(lái)確定。一般而言，省級(jí)層面上的農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)可以縣級(jí)行政區(qū)為基本評(píng)價(jià)單元，縣市級(jí)層面上的農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)可以鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)行政區(qū)為基本評(píng)價(jià)單元，各類(lèi)基本評(píng)價(jià)單元的選取可以同時(shí)考慮行政區(qū)劃和水資源分區(qū)來(lái)進(jìn)行，也可以只考慮行政區(qū)劃情況來(lái)進(jìn)行。為了便于與海河流域水資源綜合規(guī)劃等有關(guān)規(guī)劃成果相協(xié)調(diào)、便于農(nóng)業(yè)節(jié)水日常管理工作的開(kāi)展、便于流域機(jī)構(gòu)按照最嚴(yán)格水資源管理制度確定的“三條紅線”“四項(xiàng)制度”來(lái)開(kāi)展農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的水資源管理工作并結(jié)合基礎(chǔ)資料收集與掌握情況，在海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)研究工作中，選擇海河流域水資源三級(jí)區(qū)套地級(jí)市單元為本次分區(qū)工作的基本評(píng)價(jià)單元。海河流域劃分為15個(gè)水資源三級(jí)區(qū)，其中7個(gè)山區(qū)分區(qū)、8個(gè)平原分區(qū)，水資源三級(jí)分區(qū)與地級(jí)行政區(qū)相結(jié)合，形成81個(gè)三級(jí)區(qū)套地級(jí)市單元，其中“子牙河山區(qū)大同”“子牙河山區(qū)朔州”“灤河山區(qū)赤峰”和“徒駭馬頰河安陽(yáng)”這4個(gè)分區(qū)的面積僅為幾十平方公里，加之與其相關(guān)的自然地理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)灌溉等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)缺乏，從實(shí)際管理工作考慮，本次分區(qū)評(píng)價(jià)可暫不考慮這4個(gè)單元。因此，本次農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)劃分工作實(shí)際使用的基本評(píng)價(jià)單元共計(jì)77個(gè)。

3.2.2分區(qū)指標(biāo)體系構(gòu)建

首先要根據(jù)節(jié)水灌溉區(qū)劃的特點(diǎn)和要求，通過(guò)系統(tǒng)研究，結(jié)合實(shí)際確定分區(qū)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，所確定的指標(biāo)體系應(yīng)有明確的概念和量化的標(biāo)準(zhǔn)，而且所需要的數(shù)據(jù)可以通過(guò)資料收集、文獻(xiàn)調(diào)研、實(shí)地調(diào)查或分析計(jì)算等途徑和手段方便地取得，各項(xiàng)指標(biāo)必須要明確附著于特定的基本評(píng)價(jià)單元。一般而言，農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)指標(biāo)體系所要考慮的影響因素包括地形地貌、氣候特征、水文特性、水資源條件、灌溉發(fā)展水平、工程設(shè)施類(lèi)型、社會(huì)經(jīng)濟(jì)能力、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平、作物需水狀況、灌溉發(fā)展需求等若干類(lèi)，具體選取時(shí)要因地制宜、綜合考慮。

根據(jù)2.1節(jié)所述的農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)基本原則，考慮節(jié)水灌溉的特點(diǎn)，結(jié)合既有數(shù)據(jù)資料收集情況，按照全面性、概括性、易于取得的指標(biāo)選取要求，篩選出對(duì)海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)劃分工作影響較大的地貌類(lèi)型、灌溉水源、水資源開(kāi)發(fā)利用程度、氣候條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件、灌溉用水需求狀況、農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展水平7大類(lèi)、15個(gè)指標(biāo)組成海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，具體采用兩級(jí)分類(lèi)指標(biāo)體系，一級(jí)分區(qū)指標(biāo)體系主要體現(xiàn)的是地形地貌、灌溉水源和水資源現(xiàn)狀開(kāi)發(fā)利用程度，具體包括山丘區(qū)、平原區(qū)和引黃水3項(xiàng)定性指標(biāo)以及水資源開(kāi)發(fā)利用率和地下水開(kāi)發(fā)利用率2項(xiàng)定量指標(biāo)；二級(jí)分區(qū)指標(biāo)體系主要體現(xiàn)的是氣候特征、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、灌溉用水需求狀況、農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)展水平等，具體包括干旱指數(shù)、人均GDP、小麥灌溉定額、玉米灌溉定額、耕地灌溉率、糧田占有效灌溉面積比例、節(jié)水灌溉比、高效節(jié)灌比、現(xiàn)狀灌溉水利用系數(shù)、總用水量中的灌溉用水占比10項(xiàng)定量指標(biāo)。

3.2.3分區(qū)體系類(lèi)型劃分

要充分認(rèn)識(shí)到農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)工作的實(shí)質(zhì)就是按照分區(qū)指標(biāo)體系所確定的各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)選取的若干基本評(píng)價(jià)單元進(jìn)行聚類(lèi)的過(guò)程和結(jié)果，即“分區(qū)”就是“聚類(lèi)”，無(wú)論采用的分區(qū)劃分方法是哪一種。

目前，農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)方法可以概括為定性分析分區(qū)方法、定量分析分區(qū)方法以及定性分析與定量分析相結(jié)合的分區(qū)方法三大類(lèi)型，各類(lèi)方法分述如下:

（1）農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)劃分的定性分析方法有多種，常用的有經(jīng)驗(yàn)法、類(lèi)型法、指標(biāo)法、重疊法等。

經(jīng)驗(yàn)法是在所收集整理到的既有成果資料基礎(chǔ)上，將分區(qū)研究人員的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相融合來(lái)對(duì)評(píng)價(jià)單元進(jìn)行相似性歸類(lèi)，以得出分區(qū)成果的分區(qū)劃分方法。經(jīng)驗(yàn)法需要占有大量的既有資料和成果，分區(qū)成果的可靠性與分區(qū)工作劃分人員的水平和經(jīng)驗(yàn)有直接關(guān)系，因而具有一定的主觀性，但是該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、直接，無(wú)需數(shù)值計(jì)算。經(jīng)驗(yàn)法可以從宏觀方向上進(jìn)行分區(qū)，對(duì)所得分區(qū)的進(jìn)一步深化可以起到方向性的指導(dǎo)作用。

類(lèi)型法是根據(jù)區(qū)域內(nèi)客觀存在的具有不同特征的不同評(píng)價(jià)單元，選擇一定的指標(biāo)，通過(guò)定性分析，找出具有一定類(lèi)型代表性的基本特征，將基本特征相似的區(qū)域分別進(jìn)行分類(lèi)和組合而劃分出不同類(lèi)別分區(qū)的區(qū)劃方法。如，可按照水資源緊缺程度劃分為極度缺水型、輕度缺水型、一般缺水型、豐水型等；可根據(jù)地貌類(lèi)型，又可分為山區(qū)極度缺水型、平原輕度缺水型、河谷一般缺水型等；可根據(jù)作物類(lèi)型，又可分為經(jīng)濟(jì)作物山區(qū)極度缺水型、糧食作物平原輕度缺水型等；然后，根據(jù)缺水原因，又可分為經(jīng)濟(jì)作物山區(qū)工程極度缺水型、糧食作物平原水質(zhì)輕度缺水型等。最后，將歸納出的各大類(lèi)型分區(qū)在空間上進(jìn)行定位制圖。

指標(biāo)法是通過(guò)對(duì)有關(guān)自然地理?xiàng)l件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特征、作物種植結(jié)構(gòu)和灌溉發(fā)展水平等成果的分析和計(jì)算，確定出能反映各區(qū)域特征的主要指標(biāo)，如干燥度指標(biāo)、缺水程度指標(biāo)、人均耕地指標(biāo)、人均水資源量指標(biāo)、單位面積水資源量指標(biāo)、單位面積產(chǎn)值指標(biāo)、人均收入指標(biāo)等，最后再分配各指標(biāo)的層次和權(quán)重進(jìn)行分區(qū)劃分的方法。

重疊法，亦稱套圖法，是將所收集到的與農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)工作密切相關(guān)的行政區(qū)劃圖、地形地貌圖、氣候區(qū)劃圖、農(nóng)業(yè)區(qū)劃圖、水利區(qū)劃圖、土地利用圖以及農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)圖等重疊在一起，根據(jù)重疊的情況來(lái)確定區(qū)劃分區(qū)的邊界，現(xiàn)在一般采用ArcGIS等地理信息系統(tǒng)軟件來(lái)進(jìn)行。重疊法應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題是選好各類(lèi)對(duì)農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)起主要影響作用的因素圖，主要包括地形地貌圖、行政區(qū)劃圖與水利區(qū)劃圖等圖件。

（2）農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)劃分的定量分析方法是運(yùn)用高等數(shù)學(xué)或者數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)進(jìn)行區(qū)劃分區(qū)工作，主要有聚類(lèi)分析法、主成分分析法、層次分析法和判別分析法等。

聚類(lèi)分析法是對(duì)某一研究對(duì)象進(jìn)行客觀的定量分類(lèi)，其需要根據(jù)各個(gè)樣本所具有的自然屬性、社會(huì)屬性以及其他屬性，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法定量地確定各評(píng)價(jià)單元之間的親疏關(guān)系，即根據(jù)各評(píng)價(jià)單元屬性的相似性和差異性，把相似性較大的單元聚成一類(lèi)，每一小類(lèi)之間的各單元屬性差異最小，各大類(lèi)單元之間的屬性則有明顯的差異性。該方法無(wú)需事先知道分類(lèi)單元可以分為多少類(lèi)，而是通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的計(jì)算來(lái)最后客觀地形成一個(gè)分類(lèi)體系。常用的聚類(lèi)分析法有動(dòng)態(tài)聚類(lèi)法、分解聚類(lèi)法、共區(qū)優(yōu)選法、系統(tǒng)聚類(lèi)法和模糊聚類(lèi)法等。其中，模糊聚類(lèi)法是聚類(lèi)分析方法與模糊集合理論相結(jié)合的產(chǎn)物，具有嚴(yán)格的數(shù)理基礎(chǔ)，能夠揭示各指標(biāo)之間的內(nèi)在本質(zhì)差別和有機(jī)聯(lián)系，消除了定性分析的主觀任意性，具有所得分類(lèi)結(jié)果可靠、無(wú)需事先知道分類(lèi)單元可分多少類(lèi)等優(yōu)點(diǎn)，是研究和實(shí)踐工作中應(yīng)用較多的一種方法。

主成分分析法是運(yùn)用降低數(shù)據(jù)維數(shù)的方法來(lái)使用較少的幾個(gè)綜合指標(biāo)代替原來(lái)較多的變量指標(biāo)，用較少的因子考慮多個(gè)因子的影響。其優(yōu)點(diǎn)是理論性和抽象性較強(qiáng)，不一定從原始指標(biāo)出發(fā)，而是可以通過(guò)數(shù)學(xué)變換來(lái)直接處理各自的函數(shù)；缺點(diǎn)是不能直接得到分區(qū)結(jié)果而是必須借助其他的分類(lèi)方法才能確定科學(xué)可靠的分區(qū)體系，通常用在其他方法的數(shù)據(jù)前處理程序中。

層次分析法首先是把復(fù)雜的系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)，并按照它們之間的從屬關(guān)系進(jìn)行分組，形成有序的遞階的層次化結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)將某種特性兩兩對(duì)比的方式來(lái)確定各個(gè)子系統(tǒng)的相對(duì)重要性，最后，綜合決策者的主觀判斷以確定各個(gè)子系統(tǒng)相對(duì)重要性的總順序。其優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單、計(jì)算簡(jiǎn)便，更容易符合現(xiàn)狀；缺點(diǎn)是在權(quán)重的確定過(guò)程中，受主觀因素影響較大。

判別分析法是根據(jù)分類(lèi)單元之間的區(qū)間差異性和區(qū)內(nèi)相似性原理建立的，雖然可以定量考慮多因子的綜合作用，可操作性也較強(qiáng)，但是經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“跳區(qū)”，即有個(gè)別樣本跨越區(qū)界的現(xiàn)象。

（3）為了使得分區(qū)結(jié)果更符合實(shí)際情況，在實(shí)際工作中，還可以采用定性分析與定量分析相結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)研究工作，主要有逐步判別分析與經(jīng)驗(yàn)聯(lián)合分區(qū)法、主成分分析與模糊聚類(lèi)相結(jié)合分區(qū)法、層次分析與星座聚類(lèi)聯(lián)合分區(qū)法以及其他各類(lèi)定性與定量相組合的分區(qū)方法等。

逐步判別分析與經(jīng)驗(yàn)聯(lián)合分區(qū)法是首先運(yùn)用判別法進(jìn)行分區(qū)，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)分區(qū)結(jié)果進(jìn)行人工修正。

主成分分析與模糊聚類(lèi)相結(jié)合分區(qū)法是首先運(yùn)用主成分分析法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行降維處理，化繁為簡(jiǎn)，得到主成分指標(biāo)，這樣就抓住了主要矛盾，既減少了計(jì)算的工作量又保留了原始指標(biāo)的主要信息，再用新的綜合指標(biāo)代替原來(lái)的指標(biāo)進(jìn)行模糊聚類(lèi)分區(qū)，這是分區(qū)工作中經(jīng)常采用的一種方法。

層次分析與星座聚類(lèi)聯(lián)合分區(qū)法是首先運(yùn)用層次分析法解決各指標(biāo)權(quán)重的確定問(wèn)題，然后對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行極差變換，將坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)，計(jì)算各點(diǎn)的指標(biāo)綜合值，最后再繪制星座圖來(lái)進(jìn)行分區(qū)劃分工作的方法，缺點(diǎn)是計(jì)算工作量較大、可操作性較差。

另外，也可以采用其他定性與定量相組合的分區(qū)方法。如，可以首先選取地形地貌、灌溉水源等定性因素運(yùn)用類(lèi)型法劃分幾類(lèi)大的一級(jí)分區(qū)，再采用模糊聚類(lèi)分析法對(duì)其余的定量指標(biāo)進(jìn)行分析計(jì)算得到二級(jí)分區(qū)，最后結(jié)合專家意見(jiàn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，確定最終的分區(qū)體系。

在農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)實(shí)踐工作中，具體采用哪種方法要根據(jù)工作目的和掌握資料情況，本著簡(jiǎn)便、適用、科學(xué)、可行的原則來(lái)選取。

考慮到海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)的對(duì)象單元具有模糊特征以及無(wú)法事先預(yù)知待分區(qū)對(duì)象單元的可分類(lèi)別數(shù)目，本次分區(qū)研究確定采用定性和定量相結(jié)合的分區(qū)方法，其中定性分析法采用類(lèi)型法、定量分析法采用模糊聚類(lèi)分析法。具體而言，定性分析法是依據(jù)地貌類(lèi)型和灌溉水源這2類(lèi)指標(biāo)來(lái)進(jìn)行的，是根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)從大的地理格局的角度來(lái)劃分農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)，具有字符型的指標(biāo)值；之后，其余5類(lèi)指標(biāo)具有數(shù)值型的指標(biāo)值，用于通過(guò)使用模糊聚類(lèi)方法來(lái)劃分二級(jí)分區(qū)，在得到二級(jí)分區(qū)體系數(shù)值計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，再結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)和管理部門(mén)的意見(jiàn)作必要的人工調(diào)整，通過(guò)這一定性與定量相結(jié)合的分區(qū)方法來(lái)開(kāi)展海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)研究工作。

3.2.4分區(qū)對(duì)策措施建議

可以采用的工作思路是將農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的技術(shù)特點(diǎn)及其影響因素與各分區(qū)客觀現(xiàn)實(shí)條件及其發(fā)展需求之間實(shí)現(xiàn)相互對(duì)接，分門(mén)別類(lèi)，列表分析，充分調(diào)查所要施行的技術(shù)客體與受納分區(qū)的環(huán)境主體之間的相容性，包括技術(shù)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等各方面的環(huán)境相容性，尤其要注意分析和考慮經(jīng)濟(jì)因素在農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的規(guī)劃、實(shí)施、管理工作中所起的驅(qū)動(dòng)和約束作用。

4　結(jié)語(yǔ)

在綜合考慮海河流域現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)節(jié)水工作各項(xiàng)影響因素和制約條件的基礎(chǔ)上，構(gòu)建分區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用模糊聚類(lèi)模型方法，開(kāi)展海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)研究是為流域?qū)用嫔系霓r(nóng)業(yè)灌溉規(guī)劃與管理工作提供技術(shù)參考和基礎(chǔ)支撐的一項(xiàng)重要技術(shù)工作。

在取得海河流域農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)體系成果之后，還可以繼續(xù)結(jié)合最嚴(yán)格水資源管理制度中的不同水平年的“總量控制”指標(biāo)在水資源三級(jí)區(qū)套地市單元的分解結(jié)果，提出不同規(guī)劃水平年各級(jí)分區(qū)、各單元適宜的灌溉水量控制指標(biāo)以及不同節(jié)水灌溉模式下的適宜灌溉面積，以便于流域管理機(jī)構(gòu)更好地實(shí)施農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉方面的水行政管理工作。

中圖分類(lèi)號(hào)：TV213.2；S-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-7328（2016）02-0042-05

DOI:10.3969/j.issn.1004-7328.2016.02.015

收稿日期：2015—12—25

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51309202）；水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（201101016）

作者簡(jiǎn)介：丁志宏（1979—），男，博士，主要從事水文學(xué)及水資源問(wèn)題的研究與咨詢工作。