摘 要： 篩選13 個水資源系統(tǒng)、農業(yè)系統(tǒng)關鍵性指標，構成綜合評價指標體系，利用熵值法確定指標權重，參考物理學中的容量耦合內容，建立水資源系統(tǒng)?農業(yè)系統(tǒng)耦合協(xié)調度模型。結合新疆維吾爾自治區(qū)昌吉回族自治州（簡稱昌吉州）水資源及農業(yè)經濟發(fā)展狀況，將水資源系統(tǒng)與農業(yè)系統(tǒng)的綜合協(xié)調度分成3 個階段、8 種類型。測評結果表明，近21 年來，昌吉州水資源與農業(yè)發(fā)展相互影響、相互制約，農業(yè)的快速發(fā)展使水資源大量消耗。受到水資源制約，農業(yè)發(fā)展的效用出現(xiàn)遞減趨勢，水資源系統(tǒng)與農業(yè)系統(tǒng)耦合協(xié)調度一度惡化為瀕臨失調衰退型。2015 年以后，昌吉州強化落實最嚴格水資源管理制度，嚴控“三條紅線”，節(jié)水增效、退水減地和清潔行動等一系列政策措施有序推進，水資源生態(tài)環(huán)境得到改善，耦合協(xié)調度有所提升。未來，昌吉州應從健全水權分配制度、推廣農業(yè)高效節(jié)水技術、退減灌溉面積、開展生物工程建設及壓減地下水開采量等方面著手，興利除弊、革故鼎新，發(fā)揮水資源最大效益，實現(xiàn)區(qū)域農業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞：農業(yè)發(fā)展；水資源；協(xié)調度；昌吉州

中圖分類號：S27 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1795（2024）08-0121-07

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.08.021

0 引言

農業(yè)以土而立、憑水而旺。水是重要的農業(yè)基礎資源，也是農業(yè)經濟可持續(xù)發(fā)展的制約條件。由于水資源的有限性，在水資源與農業(yè)之間的分配是此消彼長的，即水資源生態(tài)安全與農業(yè)發(fā)展目標是對立的矛盾關系[1]。農業(yè)生產的快速發(fā)展必然要求更多的水資源，同時，水文生態(tài)系統(tǒng)自身修復的功能需要得到保障，人類不能過度開采水資源，破壞生態(tài)系統(tǒng)的自身修復功能[2]。由于受到技術水平和資源存量約束的雙重制約，水資源與農業(yè)協(xié)調發(fā)展問題越來越突出。要使生態(tài)環(huán)境安全與農業(yè)安全所需水資源量達到平衡，需要地區(qū)水資源管理部門科學規(guī)劃、統(tǒng)籌協(xié)調，合理開發(fā)使用地表水和地下水，充分開發(fā)和利用空中水資源及有效降水，發(fā)揮水庫和土壤的調蓄作用，從而提高水資源利用效率，實現(xiàn)農業(yè)和生態(tài)安全[3]。

國內外研究人員運用不同的模型和方法，對水資源承載力及水資源與社會經濟協(xié)調發(fā)展問題進行了分析研究。蘇敏杰等[4] 從水資源、經濟社會和生態(tài)系統(tǒng)3 個方面提出水資源承載力評價指標體系和分級標準，基于最大熵投影尋蹤技術對云南省2006—2015 年水資源承載力進行評價。孫雅茹等[5] 從水資源、社會、經濟和生態(tài)環(huán)境4 個方面選取評價指標，利用結構熵權法對南京市水資源承載力進行評價。高宇星[6] 完成了昌吉州水資源承載力分析，認為昌吉州水資源承載力無法承受人民生活、工農業(yè)生產用水，并且已經對生態(tài)系統(tǒng)造成了一定影響。邢霞等[7] 借助耦合協(xié)調度和障礙度模型探討了黃河流域用水效率和經濟發(fā)展之間的協(xié)調關系。鄭德鳳等[8] 從時空匹配趨勢及數(shù)量協(xié)調發(fā)展兩個角度評價城市化質量與水資源的協(xié)調發(fā)展狀態(tài)。LUO Z 等[9] 將分布式社會經濟?水生態(tài)模型與耦合協(xié)調度模型相結合，提出了社會經濟?水生態(tài)協(xié)調發(fā)展評價新框架。

綜上所述，水資源和社會經濟發(fā)展密切相關，但目前水資源和社會經濟耦合協(xié)調關系研究多聚焦于水資源與城鎮(zhèn)化、經濟發(fā)展效率之間的關系，對水資源系統(tǒng)與農業(yè)系統(tǒng)耦合協(xié)調關系的研究較少。

1 研究區(qū)概況

新疆維吾爾自治區(qū)（簡稱新疆）昌吉回族自治州（簡稱昌吉州）位于天山北麓、準噶爾盆地東南緣，東經85°34′～91°32′、北緯43°06′～45°38′。昌吉州為典型的大陸性干旱氣候，具有夏季炎熱、冬季寒冷、日照時間長和晝夜溫差大的特點，南部山區(qū)氣候特征明顯，降水充沛，北部沙漠性氣候特征顯著，干旱少雨[10]。

昌吉州是農業(yè)大州，典型的綠洲經濟、灌溉農業(yè)。2022 年《昌吉回族自治州人民政府工作報告》顯示，昌吉州小麥種植總面積穩(wěn)定在13.33 萬hm2，總產量穩(wěn)定在80 萬t 以上，面粉生產能力達到100 萬t，是國家級雜交玉米制種基地、西甜瓜及蔬菜區(qū)域性良種繁育基地和全國最大的葡萄原酒供應基地，逐步形成了小麥、玉米、棉花、林果及畜禽協(xié)調發(fā)展的特色農業(yè)產業(yè)體系，品牌效應逐步顯現(xiàn)，發(fā)展基礎扎實。此外，昌吉州也是煤電煤化工、機電裝備制造、有色金屬加工的新興基地，準東創(chuàng)新產業(yè)示范區(qū)工業(yè)增加值年均增長17.4%，成為新疆新型工業(yè)化主戰(zhàn)場和昌吉州工業(yè)經濟的核心增長極，現(xiàn)代煤化工、硅基鋁基新材料等產業(yè)集聚發(fā)展，煤炭、電解鋁產能占新疆50% 左右，電力總裝機容量達3 280 萬kW[11]。隨著昌吉州社會經濟持續(xù)快速發(fā)展，城市化進程不斷加快，工業(yè)用水和生活用水出現(xiàn)大幅度增長，水資源開發(fā)利用與農業(yè)發(fā)展不匹配、不協(xié)調問題日益突出。

2 資料與方法

本研究關鍵指標數(shù)據(jù)年平均降水量A1、人均水資源量A2、用水總量A3、農業(yè)用水量A4、污水處理率A5、綠化覆蓋率A6、生態(tài)環(huán)境補水量A7、化肥施用量A8、農作物播種面積B1、有效灌溉面積B2、農業(yè)節(jié)水灌溉機械B3、農業(yè)總產值B4 及糧食產量B5 均來源于2002－2022 年《昌吉回族自治州統(tǒng)計年鑒》及昌吉州氣象局、水利局統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

在聽取農業(yè)、水利專家意見的前提下，運用綜合評價分析法，建立基于目標層、準則層、指標層的農業(yè)系統(tǒng)與水資源系統(tǒng)的綜合評價指標體系，利用熵值法計算指標體系內各單項指標的權重，從而得到農業(yè)系統(tǒng)和水資源系統(tǒng)的綜合評價函數(shù)。借鑒物理學中的容量耦合內容，構建農業(yè)系統(tǒng)與水資源系統(tǒng)的耦合協(xié)調度模型，用以分析昌吉州農業(yè)發(fā)展與水資源協(xié)調度水平。

3 指標體系構建

在評價指標的選取過程中，遵循科學性、系統(tǒng)性、特殊性和可操作性等原則，對大量涉及水資源、農業(yè)經濟系統(tǒng)評價指標的文獻進行分析研讀，采用德爾菲法對待選指標進行篩選，再結合研究區(qū)域實際狀況進行優(yōu)化，最終選取13 個關鍵性指標，構成農業(yè)系統(tǒng)與水資源系統(tǒng)的綜合評價指標體系，如表1 所示。

4 農業(yè)發(fā)展與水資源協(xié)調度建模分析

4.1 熵值法確定指標權重

水資源系統(tǒng)與農業(yè)系統(tǒng)評價指標體系涉及面廣，關聯(lián)度高。本研究采用熵值法這種客觀賦權法來確定各項指標的權重。熵值法借鑒了信息熵思想，它通過計算指標的信息熵，根據(jù)指標的相對變化程度對系統(tǒng)整體的影響來決定指標的權重，即根據(jù)各個指標值的差異程度來進行賦權，從而得出各指標的權重，其中相對變化程度大的指標賦予較大的權重[12]。