郜蘢郁

(河北省水務(wù)中心,石家莊 050000)

0 引 言

進(jìn)入21世紀(jì)以來,我國農(nóng)業(yè)用水占比一直保持在60%左右[1]。由于缺乏完善的管理維護(hù)體系以及設(shè)備老化等因素,灌溉水利用率只有50%左右,而發(fā)達(dá)國家的灌溉水利用率在80%以上[2]。針對(duì)農(nóng)村用水和水利工程基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者開展了大量研究。張超等[3]以濟(jì)寧市農(nóng)田水利工程為例,分析了節(jié)水灌溉技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的不足,并從多個(gè)方面對(duì)節(jié)水灌溉技術(shù)和管理進(jìn)行改進(jìn)。計(jì)利剛[4]詳細(xì)介紹了農(nóng)村灌溉用水系數(shù)和各種相關(guān)物理參數(shù)的測算方法,研究結(jié)果顯示灌溉用水系數(shù)測算法的精確度更高。徐鍇[5]認(rèn)為農(nóng)田水利工程建設(shè)是促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的決定性因素,通過研究上饒市農(nóng)田水利工程的現(xiàn)狀,總結(jié)出當(dāng)前農(nóng)田水利工程管理中的普遍問題。Stringer L C等[6]提供了干旱地區(qū)政府部門需求一致性的水資源綜合管理方法,認(rèn)為農(nóng)田水利工程的建設(shè)和維護(hù)有利于加速農(nóng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的進(jìn)程。Rosa L[7]認(rèn)為在全球水資源短缺的背景下,要想滿足不斷增長的糧食需求,除了擴(kuò)大耕地面積外,還需要改善農(nóng)田水利工程設(shè)施。

本文采用相關(guān)分析法、聚類分析法和多元回歸分析法,對(duì)靈壽縣15個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)田水利工程和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益之間的關(guān)系進(jìn)行研究,以期在農(nóng)田水利設(shè)施投資比重上予以參考,使其建設(shè)和維護(hù)更有目的性。

1 靈壽縣農(nóng)田水利工程基本信息和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 靈壽縣基本概況和各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)田水利工程設(shè)施修建情況

靈壽縣位于中國河北省西部,隸屬于石家莊市,總面積1 069km2,截至2020年常住人口35.06萬人。根據(jù)《靈壽縣統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù),靈壽縣山區(qū)面積528.9km2,占總面積49.48%;丘陵面積403.90km2,占總面積37.78%。惡劣的地形對(duì)靈壽縣農(nóng)業(yè)發(fā)展提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),相較于河北省其他地形相對(duì)平坦的區(qū)縣,靈壽縣更重視農(nóng)田水利工程建設(shè)。

農(nóng)田水利工程指以農(nóng)業(yè)增產(chǎn)為目的,以調(diào)節(jié)、改善農(nóng)田水分狀況和地區(qū)水利條件為手段的水利工程,其基本內(nèi)容主要是灌溉設(shè)施、排水設(shè)施、小型河道治理設(shè)施、塘壩水庫等[8]。農(nóng)田水利工程可以增強(qiáng)農(nóng)田抵抗旱澇等天災(zāi)的能力,完善生態(tài)循環(huán),有利于農(nóng)作物生長。

根據(jù)靈壽縣實(shí)際情況和相關(guān)研究,選取養(yǎng)護(hù)次數(shù)較多、影響范圍較廣且投資金額較大的農(nóng)田水利工程設(shè)施與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值進(jìn)行相關(guān)性分析,以確定農(nóng)田水利工程設(shè)施的修建是否對(duì)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生影響[9]。農(nóng)田水利工程設(shè)施通常分為渠系工程、水源工程和渠系建筑物,靈壽縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)情況見表1。

表1 靈壽縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)田水利工程設(shè)施修建情況

1.2 考慮農(nóng)田水利工程設(shè)施影響的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)體系

采用聚類分析法,將靈壽縣15個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)劃分為3個(gè)等級(jí);考慮到數(shù)據(jù)獲取便利性和計(jì)算簡便性,選擇農(nóng)用肥總量和有效灌溉面積作為衡量農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的指標(biāo)[10]。有效灌溉面積和農(nóng)業(yè)用肥總量均能在靈壽縣統(tǒng)計(jì)局官方數(shù)據(jù)庫中獲取,都能直接改變作物產(chǎn)量,具有明確經(jīng)濟(jì)意義。由于二者數(shù)值差距較大且單位不同,對(duì)其進(jìn)行歸一化處理,聚類結(jié)果見圖1。

圖1 靈壽縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益聚類結(jié)果圖

根據(jù)圖1可知,A等級(jí)區(qū)包括靈壽鎮(zhèn)、塔上鎮(zhèn)、青同鎮(zhèn)、慈峪鎮(zhèn)、三圣院鄉(xiāng)和北譚莊鄉(xiāng)6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn);B等級(jí)區(qū)包括岔頭鎮(zhèn)、北洼鄉(xiāng)、陳莊鎮(zhèn)、牛城鎮(zhèn)、南寨鄉(xiāng)和南燕川鄉(xiāng)6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn);C等級(jí)區(qū)包括寨頭鄉(xiāng)、狗臺(tái)鄉(xiāng)和南營鄉(xiāng)3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。參考聚類結(jié)果和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值可以發(fā)現(xiàn),A等級(jí)區(qū)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益較好,B等級(jí)區(qū)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益居中,C等級(jí)區(qū)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益較差。

首先采用多元線性回歸方法進(jìn)行分析,基本方程如下:

f(x)=a+a1x1+a2x2+…+anxn

(1)

式中:a為常數(shù);an為待估計(jì)系數(shù);n為自變量數(shù)量。

根據(jù)相關(guān)研究提出的指標(biāo)選取原則,選擇與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值顯著相關(guān)的5種農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)施和農(nóng)業(yè)物資使用量:農(nóng)用化肥使用量(t)、農(nóng)用塑料薄膜使用量(t)、農(nóng)藥使用量(t)、農(nóng)村用電總量(kW·h)、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力(kW)[11]。

采用層次分析法對(duì)靈壽縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析,分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層,具體指標(biāo)見表2。

表2 靈壽縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)體系

在構(gòu)建指標(biāo)體系后,需要對(duì)各指標(biāo)的權(quán)值進(jìn)行計(jì)算,權(quán)向量的求解需要進(jìn)行正則化處理,公式如下:

(2)

式中:i、j分別為準(zhǔn)則層和目標(biāo)層序號(hào)。

將判斷矩陣行向量求和,再進(jìn)行正則化處理,公式如下:

(3)

式中:W為正則化處理后的指標(biāo)權(quán)重值。

2 靈壽縣農(nóng)田水利工程對(duì)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)效益的影響

2.1 農(nóng)田水利工程與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值的相關(guān)性分析

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值是以貨幣形式表現(xiàn)的農(nóng)、林、牧、副、漁全部產(chǎn)品的總量,能夠反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總規(guī)模和總成果,包括種植業(yè)產(chǎn)值、采集產(chǎn)值、兼營工商業(yè)產(chǎn)值、林業(yè)產(chǎn)值、畜牧業(yè)產(chǎn)值和漁業(yè)產(chǎn)值[12]。由于本研究主要討論農(nóng)田水利工程設(shè)施,故只選擇種植業(yè)產(chǎn)值、畜牧業(yè)產(chǎn)值和漁業(yè)產(chǎn)值作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值。根據(jù)表1中數(shù)據(jù),分析各農(nóng)田水利工程設(shè)施對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值的相關(guān)性,結(jié)果見表3。

表3 農(nóng)田水利工程設(shè)施與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值相關(guān)性分析結(jié)果

由表3可知,渠道襯砌的皮爾森系數(shù)為0.625,顯著性為0.013。由于0.625的絕對(duì)值在0.5和0.8之間,且0.013小于0.05,表明渠道襯砌的總長度和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值顯著相關(guān)。清淤筑堤的皮爾森系數(shù)為0.588,顯著性為0.022。由于0.588的絕對(duì)值在0.5和0.8之間,且0.022小于0.05,表明清淤筑堤總長度和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值顯著相關(guān)。截潛的皮爾森系數(shù)為0.264,顯著性為0.172。由于0.264的絕對(duì)值小于0.5,且0.172大于0.05,表明截潛數(shù)量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值沒有顯著相關(guān)性。方塘蓄水的皮爾森系數(shù)為0.671,顯著性為0.021。由于0.671的絕對(duì)值在0.5和0.8之間,且0.021小于0.05,表明方塘蓄水總量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值顯著相關(guān)。農(nóng)業(yè)用井的皮爾森系數(shù)為0.627,相關(guān)性為0.044。由于0.627的絕對(duì)值在0.5和0.8之間,且顯著性小于0.05,表明農(nóng)業(yè)用井?dāng)?shù)量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值顯著相關(guān)。橋涵的皮爾森系數(shù)為0.814,顯著性為0.003。由于0.814在0.8和1之間,且0.003小于0.05,表明橋涵數(shù)量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值之間有非常高的相關(guān)性。

根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),橋涵數(shù)量和當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值有非常高的相關(guān)性,截潛數(shù)量和當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值無關(guān),其他4種農(nóng)田水利工程設(shè)施均和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值有顯著相關(guān)性?？梢源_定,農(nóng)田水利工程設(shè)施的修建和維護(hù)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值有重要影響。

選擇渠道襯砌、清淤筑堤、方塘蓄水、農(nóng)用井和橋涵5種對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值具有顯著相關(guān)性的農(nóng)田水利工程設(shè)施進(jìn)一步分析,通過多元線性回歸分析法和層次分析法對(duì)不同等級(jí)鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行排序,以確定農(nóng)田水利工程設(shè)施對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響。將渠道襯砌長度、清淤筑堤長度、方塘蓄水總量、農(nóng)用井?dāng)?shù)量和橋涵數(shù)量分別編號(hào)1-5,農(nóng)業(yè)物資使用量分別編號(hào)6-10。

2.2 農(nóng)田水利工程對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值的影響分析

農(nóng)業(yè)物資使用量數(shù)據(jù)來源于《靈壽縣統(tǒng)計(jì)年鑒》,而農(nóng)業(yè)水利工程設(shè)施數(shù)據(jù)來源于靈壽縣水利公報(bào)、發(fā)改委相關(guān)文件匯總而成。數(shù)據(jù)選取時(shí)間范圍2010-2020年,對(duì)全部指標(biāo)進(jìn)行回歸分析,結(jié)果見表4。

表4 不同分區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值的回歸分析結(jié)果

表4中,A、B、C三區(qū)的決定系數(shù)分別為0.611、0.672和0.754,均在0.5～0.8之間。顯著性分別為0.001、0.000和0.001,均小于0.05,表明選中的10項(xiàng)指標(biāo)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值具有顯著相關(guān)性。其中,5種農(nóng)田水利工程設(shè)施對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要程度的影響見表5。

表5 農(nóng)田水利工程設(shè)施對(duì)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)率

由表5可以發(fā)現(xiàn),盡管橋涵數(shù)量對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值有非常高的相關(guān)性,但對(duì)于地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)率總體不如渠道襯砌長度。在A等級(jí)地區(qū),方塘蓄水總量的貢獻(xiàn)率最高;在B等級(jí)地區(qū),渠道襯砌長度和橋涵數(shù)量的貢獻(xiàn)率較高;在C等級(jí)地區(qū),渠道襯砌長度和方塘蓄水總量貢獻(xiàn)率較高。

根據(jù)表5構(gòu)建的指標(biāo)體系和式(2)、式(3)計(jì)算出各層的指標(biāo)權(quán)重,準(zhǔn)則層判斷矩陣權(quán)重計(jì)算結(jié)果見圖2。

圖2 準(zhǔn)則層指標(biāo)權(quán)重

圖2中,A類地區(qū)準(zhǔn)則層指標(biāo)的權(quán)重值分別為52%、33%和15%;B類地區(qū)準(zhǔn)則層指標(biāo)的權(quán)重值分別為73%、18%和9%;C類地區(qū)準(zhǔn)則層指標(biāo)的權(quán)重值分別為65%、28%和7%。由此可知,在準(zhǔn)則層中,農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)條件對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的影響最大;農(nóng)田水利工程設(shè)施有一定影響;農(nóng)業(yè)物資使用影響較小。

指標(biāo)層判斷矩陣權(quán)重計(jì)算結(jié)果見表6、圖3和圖4。

圖3 農(nóng)田水利工程設(shè)施各指標(biāo)權(quán)重

圖4 農(nóng)業(yè)物資使用各指標(biāo)權(quán)重

表6 農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)條件各指標(biāo)權(quán)重

表6中,3個(gè)等級(jí)地區(qū)的有效灌溉面積權(quán)重均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于從業(yè)人口的權(quán)重。而有效灌溉面積是衡量地區(qū)水利化程度和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定性的重要指標(biāo),靈壽縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)要想提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益,可以通過農(nóng)田水利工程設(shè)施修建和維護(hù)增加有效灌溉面積。

圖3中,A等級(jí)地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)5項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值分別為0.261、0.051、0.448、0.152和0.088;B等級(jí)地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)5項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值分別為0.491、0.136、0.007、0.072和0.231;C等級(jí)地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)5項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值分別為0.277、0.122、0.397、0.055和0.149。

由此可知,對(duì)靈壽縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)而言,渠道襯砌長度對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生重要影響,而清淤筑堤長度和農(nóng)用井?dāng)?shù)量影響程度較小。在方塘蓄水總量和橋涵數(shù)量上的影響程度上有一定差異性,對(duì)A等級(jí)地區(qū)和C等級(jí)地區(qū)而言,方塘蓄水總量影響程度大。對(duì)B等級(jí)地區(qū)和C等級(jí)地區(qū)而言,橋涵數(shù)量有一定影響力。

圖4中,A等級(jí)地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)5項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值分別為0.371、0.175、0.189、0.152和0.113;B等級(jí)地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)5項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值分別為0.193、0.514、0.096、0.062和0.135;C等級(jí)地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)5項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重分別為0.112、0.207、0.484、0.091和0.106。相較于農(nóng)田水利工程設(shè)施指標(biāo)權(quán)重具有一致性,農(nóng)業(yè)物資使用情況受限于各地區(qū)農(nóng)業(yè)土地面積、農(nóng)業(yè)從業(yè)人口、土壤成分等因素差異較大。

靈壽縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益全部評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重見圖5。

圖5 靈壽縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益總指標(biāo)權(quán)重

圖5中,3個(gè)等級(jí)地區(qū)的總指標(biāo)權(quán)重具有較高的一致性?？傮w而言,有效灌溉面積、渠道襯砌和農(nóng)用化肥使用量3項(xiàng)指標(biāo)的影響最顯著。其中,A等級(jí)地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中,影響程度排在前三位的是有效灌溉面積、方塘蓄水量、渠道襯砌長度;B等級(jí)地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中,影響程度排在前三位的是有效灌溉面積、農(nóng)業(yè)從業(yè)人口數(shù)量和渠道襯砌長度;C等級(jí)地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中,影響程度排在前三位的是有效灌溉面積、方塘蓄水總量和渠道襯砌長度。

因此,經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好的A等級(jí)地區(qū)需要保持方塘蓄水總量和農(nóng)用井?dāng)?shù)量;經(jīng)濟(jì)發(fā)展一般的B等級(jí)地區(qū)需要更多的橋涵工程;經(jīng)濟(jì)發(fā)展較差的C等級(jí)地區(qū)需要先完成更多的清淤筑堤工程。

3 結(jié) 論

通過聚類分析法、多元回歸分析法和層次分析法,確定了河北省石家莊市靈壽縣15個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益對(duì)5種主要農(nóng)田水利工程設(shè)施的響應(yīng)程度。研究結(jié)果表明,在A等級(jí)地區(qū)和B等級(jí)地區(qū),渠道襯砌長度對(duì)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)效益的影響程度最高;在A等級(jí)地區(qū)和C等級(jí)地區(qū),方塘蓄水總量對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的影響程度最高;C等級(jí)地區(qū)的清淤筑堤長度對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的影響程度較高。