淮北市農(nóng)業(yè)用水變化影響因素的灰色關(guān)聯(lián)分析

高　楊

(宿州學(xué)院環(huán)境與測繪工程學(xué)院，安徽宿州 234000)

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淮北市農(nóng)業(yè)用水變化影響因素的灰色關(guān)聯(lián)分析

高楊

(宿州學(xué)院環(huán)境與測繪工程學(xué)院，安徽宿州 234000)

[摘要]本文基于2005-2014年淮北市農(nóng)業(yè)用水資料及相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行淮北市農(nóng)業(yè)用水變化影響因素的灰色關(guān)聯(lián)分析。結(jié)果表明：淮北市農(nóng)業(yè)用水量變化整體呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，農(nóng)業(yè)用水占總用水比重變化趨勢和農(nóng)業(yè)用水量變化基本保持一致，2005-2008年農(nóng)業(yè)用水量及所占比重逐年增加，2008年以后農(nóng)業(yè)用水量逐漸減少，近兩年趨于穩(wěn)定，農(nóng)業(yè)用水占總用水比重表現(xiàn)為逐年降低；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、灌溉面積和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平是影響淮北市近年農(nóng)業(yè)用水變化的主要因素。

[關(guān)鍵詞]農(nóng)業(yè)用水變化；影響因素；灰色關(guān)聯(lián)分析；淮北市

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各類用水部門的用水需求都在逐漸增加，合理配置水資源，緩解各部門用水矛盾成為關(guān)鍵，其中農(nóng)業(yè)用水是保障農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)條件，農(nóng)業(yè)用水變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將產(chǎn)生很大影響，必然引起專家和學(xué)者的關(guān)注，相關(guān)研究也日益增多。目前，在不同地區(qū)進(jìn)行了農(nóng)業(yè)用水多個(gè)層面的研究，一方面集中在對(duì)各地區(qū)農(nóng)業(yè)用水變化的分析研究[1-3]，另一方面集中在對(duì)農(nóng)業(yè)用水影響因素的研究，既有對(duì)影響因素的綜合分析[4-5]，也有特定因素影響農(nóng)業(yè)用水的針對(duì)性分析[6-7]，此外采用不同評(píng)價(jià)模型和方法對(duì)農(nóng)業(yè)用水效率的評(píng)價(jià)研究也在增多[8-10]，區(qū)域水資源現(xiàn)狀及用水結(jié)構(gòu)差異較大，各項(xiàng)研究也反映出不同地區(qū)農(nóng)業(yè)用水變化特征及影響因素具有明顯差異?；幢笔惺侨珖匾哪茉椿睾屯畋钡貐^(qū)的重要城市，礦業(yè)型城市的農(nóng)業(yè)用水變化不僅影響到區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，也影響到工業(yè)用水量的配額。通過分析淮北市近年農(nóng)業(yè)用水變化，準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)影響農(nóng)業(yè)用水變化的因素，為礦業(yè)型城市區(qū)域水資源合理配置和有效利用提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1研究區(qū)概況

淮北市位于安徽省北部，地處淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)的腹心，市轄三區(qū)一縣，包括烈山區(qū)、相山區(qū)、杜集區(qū)和濉溪縣，總面積約2741 km2，其中耕地面積1359.9 km2，總?cè)丝?15.9萬人。淮北市屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，季風(fēng)明顯，四季分明，年平均氣溫14.5 ℃，多年平均降水量844.3 mm，降水年內(nèi)分配不均，集中在夏季。轄區(qū)境內(nèi)的主要河流屬季節(jié)性河流，年際變化大且地表水貧乏，地下水資源較豐富，主要由第四系潛水和裂隙巖溶承壓水構(gòu)成，共分為相山、青龍山至王場和符離集3個(gè)水系。淮北市地水資源總量9.8億m3，人均水資源占有量453.9 m3，畝均水資源量481.3 m3，不足全省平均水平的1/2，全國平均水平的1/4。2014年，全市總供水量為4.84億m3，其中地表水源供水量1.37億m3，地下水源供水量3.32億m3，其它水源供水量0.15億m3。

2研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1研究方法

利用淮北市農(nóng)業(yè)用水量數(shù)據(jù)資料進(jìn)行農(nóng)業(yè)用水量變化趨勢分析，同時(shí)分析農(nóng)業(yè)用水占總用水量的比例變化。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行影響農(nóng)業(yè)用水變化主要因素的灰色關(guān)聯(lián)分析，根據(jù)區(qū)域農(nóng)業(yè)用水特點(diǎn)構(gòu)建影響農(nóng)業(yè)用水量變化的指標(biāo)體系，利用灰色關(guān)聯(lián)分析方法研究系統(tǒng)中不同因素之間的相關(guān)關(guān)系和關(guān)聯(lián)程度的特點(diǎn)[11]，設(shè)定農(nóng)業(yè)用水量的時(shí)間序列為參考序列，影響因素的時(shí)間序列作為比較序列，分別為

x0(k)={x0(1)，x0(2)，…，x0(n)}，

xi(k)={xi(1)，xi(2)，…，xi(n)}(i=1，2，…，m).

為保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，需要對(duì)量綱不同的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱處理，計(jì)算處理后的參考序列與比較序列之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)，公式為

(1)

其中，Δx0i(k)=|x0(k)-xi(k)|是絕對(duì)差序列，Zmax=maximaxkΔx0i(k)是兩極最大差，Zmin=miniminkΔx0i(k)是兩極最小差，Δ∈(0，1)是分辨系數(shù)，一般取值為0.5，可以削弱可能產(chǎn)生偏大最大絕對(duì)差值引起的失真帶來的影響。

參考序列和比較序列的灰色關(guān)聯(lián)度用各個(gè)時(shí)期的關(guān)聯(lián)系數(shù)進(jìn)行平均來表示，可以反映出參考序列與比較序列的整體性關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)度公式為

(2)

其中，r0i越大表示該影響因素對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)用水量變化的影響越大，r0i越小則表明對(duì)農(nóng)業(yè)用水量變化的影響越小。

2.2數(shù)據(jù)來源

淮北市各類用水量數(shù)據(jù)來源于2005-2014年安徽省水資源公報(bào)，研究中農(nóng)業(yè)用水量為農(nóng)田灌溉和林牧漁畜用水兩部分之和。灌溉面積、農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力、糧食單產(chǎn)、農(nóng)業(yè)各項(xiàng)產(chǎn)值等社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)則來源于2005-2014年淮北市國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)和2006-2015年安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒。

3淮北市農(nóng)業(yè)用水變化分析

淮北市2005-2014年農(nóng)業(yè)用水量及所占總用水量比重變化如圖1所示，近十年農(nóng)業(yè)用水量變化明顯，呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢。2005-2008年農(nóng)業(yè)用水量逐年增加，從1.44億m3增加至3.4億m3，2008-2012年農(nóng)業(yè)用水量持續(xù)減少，2012年農(nóng)業(yè)用水量減少至2.05億m3，近兩年的農(nóng)業(yè)用水量保持相對(duì)穩(wěn)定，2013和2014年農(nóng)業(yè)用水量分別為2.13億m3、2.02億m3。結(jié)合淮北市總用水量計(jì)算得出農(nóng)業(yè)用水占總用水比重變化趨勢和農(nóng)業(yè)用水量變化基本保持一致，也表現(xiàn)為先升高后降低。2005-2008年農(nóng)業(yè)用水占總用水比重從34.12%增加至53.88%，2008年以后農(nóng)業(yè)用水占總用水比重逐年降低，到2014年降低至41.74%。

圖1　淮北市2005-2014年農(nóng)業(yè)用水量及占總用水比重變化

4淮北市農(nóng)業(yè)用水變化影響因素分析

4.1主要指標(biāo)選取

農(nóng)業(yè)用水量的逐年變化受人文環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、資源條件等多種因素的影響和制約，根據(jù)淮北市農(nóng)業(yè)用水特點(diǎn)及近十年經(jīng)濟(jì)發(fā)展基本情況，選取12個(gè)可能對(duì)淮北市農(nóng)業(yè)用水變化產(chǎn)生影響的指標(biāo)因素，包括：X1—年降水量(mm)，X2—年均溫(℃)，X3—總?cè)丝跀?shù)(萬人)，X4—播種面積(千 hm2)，X5—有效灌溉面積(千 hm2)，X6—糧食產(chǎn)量(噸)，X7—畜產(chǎn)品產(chǎn)量(噸)，X8—水產(chǎn)品產(chǎn)量(噸)，X9—農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力(萬kw)，X10—主要糧食單產(chǎn)(kg/hm2)，X11—農(nóng)業(yè)產(chǎn)值比重(%)，X12—工業(yè)產(chǎn)值比重(%)。選取的影響淮北市農(nóng)業(yè)用水變化的指標(biāo)因素2005-2014年原始數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　2005-2014年淮北市農(nóng)業(yè)用水變化影響因素相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)

4.2灰色關(guān)聯(lián)分析

對(duì)農(nóng)業(yè)用水變化的影響因素進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析時(shí)，采用初值化方法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱處理，把表1中選取指標(biāo)的數(shù)據(jù)序列作為比較序列，參考序列則為淮北市對(duì)應(yīng)年份農(nóng)業(yè)用水量變化的數(shù)據(jù)序列。表2所示為計(jì)算得到的淮北市農(nóng)業(yè)用水變化與12個(gè)選取指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度以及排序。從計(jì)算結(jié)果可以看出，有5項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度超過0.7，其中糧食產(chǎn)量與農(nóng)業(yè)用水量變化的關(guān)聯(lián)度最大，排序居于首位，顯著高于畜產(chǎn)品產(chǎn)量及水產(chǎn)品產(chǎn)量，說明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中糧食生產(chǎn)很大程度上決定了農(nóng)業(yè)用水量的變化；反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的2項(xiàng)指標(biāo)農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力和主要糧食單產(chǎn)在關(guān)聯(lián)度排序上分別處在第二和第四位，說明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平是影響淮北市農(nóng)業(yè)用水變化的重要因素；有效灌溉面積關(guān)聯(lián)度為0.8025，排在各項(xiàng)指標(biāo)的第三位，對(duì)應(yīng)了灌溉用水作為農(nóng)業(yè)用水大戶對(duì)其變化的重要影響；關(guān)聯(lián)度排序在第五位的是工業(yè)產(chǎn)值比重，表明由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，各類用水類型相互影響制約，工業(yè)發(fā)展帶來的用水量增加對(duì)農(nóng)業(yè)用水變化產(chǎn)生一定影響；其余的7項(xiàng)指標(biāo)顯示的關(guān)聯(lián)度較小，都未超過0.7，需要說明的是降水量因素排在最后一位，與相關(guān)研究[5]得出降水量對(duì)農(nóng)業(yè)用水量的影響不同，通過分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)近十年淮北市降水變率大，2007年降水量達(dá)1224.6 mm，2011年僅為653.6 mm，相較農(nóng)業(yè)用水變化，降水量過大的變化幅度必然使計(jì)算得出的關(guān)聯(lián)度較小，同時(shí)說明了降水量對(duì)淮北市農(nóng)業(yè)用水量變化的影響在減小。根據(jù)關(guān)聯(lián)度計(jì)算分析結(jié)果，淮北市農(nóng)業(yè)用水變化的主要影響因素可以歸納為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、灌溉面積和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平等三個(gè)方面。

表2　淮北市農(nóng)業(yè)用水變化影響因素的灰色關(guān)聯(lián)度及排序

4.3主要影響因素分析

4.3.1產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化對(duì)農(nóng)業(yè)用水量變化產(chǎn)生影響包括三大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和農(nóng)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面。一方面，隨著區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，各部門的用水量需要進(jìn)行合理配置，工業(yè)和農(nóng)業(yè)是并立的兩大用水部門，工業(yè)發(fā)展必然帶來農(nóng)業(yè)用水量的變化。2005-2014年淮北市農(nóng)業(yè)用水和工業(yè)用水變化對(duì)比如圖2所示，可以看出淮北市農(nóng)業(yè)用水和工業(yè)用水的變化呈現(xiàn)出明顯的反向變化關(guān)系，與農(nóng)業(yè)用水變化表現(xiàn)為先增加后減少的趨勢對(duì)應(yīng)，工業(yè)用水變化總體呈現(xiàn)出先減少后增加的趨勢，其中2006年工業(yè)用水量最高，為2.14億m3，到2009年減少為近年最低的1.28億m3，2014年增加至1.83億m3，這種變化與淮北市近年工業(yè)產(chǎn)值比重變化呈現(xiàn)出一致性；另一方面，農(nóng)業(yè)用水包括農(nóng)、林、牧、漁等各類用水，農(nóng)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)系也會(huì)影響農(nóng)業(yè)總用水量的變化?；幢笔修r(nóng)業(yè)用水主要包括農(nóng)田灌溉用水和林牧漁畜用水兩類，兩類用水量及所占農(nóng)業(yè)總用水量比例如表3所示，農(nóng)田灌溉用水在農(nóng)業(yè)用水量中占絕對(duì)優(yōu)勢，2011年所占比重最高，達(dá)94.74%，占比重最低的2006年也有76.16%，說明農(nóng)田灌溉用水的變化決定了農(nóng)業(yè)用水量的變化趨勢，這與關(guān)聯(lián)分析中糧食產(chǎn)量與農(nóng)業(yè)用水量的關(guān)聯(lián)度排在各指標(biāo)的首位是相對(duì)應(yīng)的。

圖2　2005-2014年淮北市農(nóng)業(yè)用水和工業(yè)用水變化對(duì)比

年份2005200620072008200920102011201220132014農(nóng)田灌溉用水量(億m3)1.281.311.473.02.192.122.161.922.01.28比例(%)88.8976.1680.7788.2489.3988.7094.7493.6693.9088.89林牧漁畜用水量(億m3)0.160.410.350.40.260.270.120.130.130.16比例(%)11.1123.8419.2311.7610.6111.305.266.346.1011.11

4.3.2灌溉面積

淮北地區(qū)降水的時(shí)空分布極不均勻，尤其是雨量的季節(jié)分配并不完全與農(nóng)作物的需水要求相適應(yīng)，進(jìn)行農(nóng)田灌溉是保證糧食生產(chǎn)的必要條件。農(nóng)田灌溉用水量作為農(nóng)業(yè)用水中的主要部分，主要取決于單位面積的需水量和有效灌溉面積，有效灌溉面積是指在水利工程或設(shè)備已裝配的情況下可以進(jìn)行灌溉的農(nóng)田面積，它是影響區(qū)域農(nóng)業(yè)用水量的一個(gè)重要因素。表1中可以看出，淮北市2005-2014年有效灌溉面積的變化同樣呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，特別是2005-2008年增幅最大，從83 300 hm2增加至127 260 hm2，對(duì)應(yīng)了同時(shí)期農(nóng)業(yè)用水量的大幅增加，近五年淮北市有效灌溉面積雖有增加變化，但浮動(dòng)不大，一般保持在14萬hm2左右，與近年農(nóng)業(yè)用水變化幅度不大也具有一致性。

4.3.3農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的提高，一方面可以提高農(nóng)業(yè)用水效率，降低單位農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的耗水量，起到抑制農(nóng)業(yè)用水增加的作用，例如滴灌、噴灌等節(jié)水灌溉技術(shù)等；另一方面可以擴(kuò)大農(nóng)業(yè)用水范圍，起到促進(jìn)農(nóng)業(yè)用水量增加的作用，例如農(nóng)田水利建設(shè)擴(kuò)大灌溉面積等。表1中的淮北市農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力呈現(xiàn)出逐年增加的變化趨勢，但增加的幅度有一定差異，2010年以前的五年農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力增幅明顯，年均增加超過10萬kw，2010年以后年均增加在8萬kw左右，另外淮北市主要糧食單產(chǎn)在研究期的前半段波動(dòng)較大，而在后半段相對(duì)平穩(wěn)，這些都與農(nóng)業(yè)用水量變化幅度前期大后期小具有一定關(guān)聯(lián)性。

5結(jié)論

通過對(duì)淮北市2005-2014年農(nóng)業(yè)用水量變化特征分析和影響因素的灰色關(guān)聯(lián)分析得出結(jié)論：(1)近十年淮北市農(nóng)業(yè)用水量變化整體呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，2005-2008年農(nóng)業(yè)用水量逐年增加，2008-2012年農(nóng)業(yè)用水量持續(xù)減少，2013-2014年的農(nóng)業(yè)用水量保持相對(duì)穩(wěn)定；(2)農(nóng)業(yè)用水占總用水比重變化趨勢和農(nóng)業(yè)用水量變化基本保持一致，2005-2008年農(nóng)業(yè)用水占總用水比重呈增加趨勢，2008年以后逐年降低；(3)淮北市農(nóng)業(yè)用水變化的主要影響因素有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、灌溉面積和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平等。

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Grey Correlation Analysis of Agricultural Water Consumption and Its Influence Factors in Huaibei

GAO Yang

(School of Environment and Surveying Engineering, Suzhou University, Suzhou Anhui 234000, China)

Abstract:Based on the data of agricultural water consumption and socio-economic statistics from 2005-2014 in Huaibei, the change of agricultural water was analyzed. And the leading factors were analyzed by grey correlation analysis method. The results indicate that agricultural water and agricultural water proportion in total water presented decreasing trend after the first increase. There were gradually increased in 2005-2008. Agricultural water consumption decreased gradually after 2008, and tended to be stable the past two years. Agricultural water proportion in total water gradually decreased in 2008-2014. Industrial structure, irrigation area and agricultural production level were the main factors to lead to the change of agricultural water in Huaibei.

Key words:change of agricultural water; influence factors; grey correlation analysis; Huaibei

[中圖分類號(hào)]TV211.1

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]2095-7602(2016)04-0064-05

[作者簡介]高楊(1979- )，男，講師，碩士，從事水資源與水環(huán)境研究。

[基金項(xiàng)目]安徽高校省級(jí)人文社會(huì)科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目“產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整下的皖北地區(qū)用水結(jié)構(gòu)變化及用水量預(yù)測研究”(SK2016A0995)；宿州學(xué)院優(yōu)秀青年人才支持計(jì)劃項(xiàng)目“皖北地區(qū)用水結(jié)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)優(yōu)化研究”(2016XQNRL006)。

[收稿日期]2016-01-03