農(nóng)業(yè)用水統(tǒng)計方法改進(jìn)的探索與實(shí)踐以麗水市為例

沈春玲，戚核帥，溫進(jìn)化

（1.麗水市水利局，浙江 麗水 323000；2.浙江省水利河口研究院（浙江省海洋規(guī)劃設(shè)計研究院），浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

用水總量統(tǒng)計是水資源管理的常規(guī)工作，各級地方水利部門每年都要開展用水量分析、統(tǒng)計、校核等工作，并定期向社會發(fā)布。同時，用水總量統(tǒng)計成果也是各地落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度用水總量目標(biāo)考核的重要依據(jù)。以麗水市為例，農(nóng)業(yè)用水量約占全市用水總量的64.7%，農(nóng)業(yè)用水量統(tǒng)計是麗水市用水總量統(tǒng)計的重點(diǎn)。但在南方豐水地區(qū)，灌區(qū)一般都存在水源數(shù)量多、水源供水隨機(jī)性強(qiáng)等特點(diǎn)，且受水資源監(jiān)控計量設(shè)施建設(shè)資金少及后期運(yùn)行管理難度大等因素制約，要按照辦資管〔2020〕76號《關(guān)于做好用水統(tǒng)計調(diào)查制度實(shí)施工作的通知》要求，對灌區(qū)水源供水量進(jìn)行全面監(jiān)控進(jìn)而精確統(tǒng)計農(nóng)業(yè)用水量，存在較大的難度。

目前，農(nóng)業(yè)用水統(tǒng)計方法主要可分為2類[1]：一是基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，多數(shù)采用典型調(diào)查或現(xiàn)行灌溉定額與實(shí)灌面積進(jìn)行匡算[2]，是目前用水統(tǒng)計工作中最常用的方法；二是基于水循環(huán)過程的物理模型方法，常見的有SWAT模型[3]等，但建模對灌區(qū)基礎(chǔ)資料的支撐情況具有較高要求。根據(jù)麗水市灌區(qū)管理的實(shí)際情況，普遍采用以農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算等為依據(jù)的定額推算方式，但現(xiàn)行測算統(tǒng)計工作主要基于典型渠段或田塊推算得到灌區(qū)水量，由于灌區(qū)渠系的多樣性和復(fù)雜性，難以反映事物的全貌[4]，統(tǒng)計方式相對粗放。

本文以麗水市為例，基于農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算等樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)據(jù)成果，在分析篩選農(nóng)業(yè)用水量主要影響因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合氣象水文、種植結(jié)構(gòu)、管理實(shí)際等情況引入相應(yīng)影響系數(shù)，對傳統(tǒng)灌溉定額推算方法進(jìn)行改進(jìn)，提出麗水市農(nóng)業(yè)用水統(tǒng)計方法，為同類型地區(qū)農(nóng)業(yè)用水統(tǒng)計工作提供參考。

2 研究區(qū)域概況

麗水市地處浙江省西南浙閩兩省結(jié)合部，位于東經(jīng)118o41′～120o26′、北緯27o25′～28o57′。東南與溫州市接壤，西南與福建省寧德市、南平市毗鄰，西北與衢州市相接，北部與金華市交界，東北與臺州市相連。屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，熱量豐富，降水充沛，四季分明。

麗水市均為中小型灌區(qū)，以自流型灌區(qū)為主。其中，3 333.3～10 000.0 hm2的中型自流灌區(qū)2處，666.7～3 333.3 hm2的中型自流灌區(qū)8處，666.7 hm2以下的小型自流及提水灌區(qū)共有3 843處。全市有效灌溉面積為95 066.0 hm2，以種植水稻為主，主要農(nóng)作物還包括豆類、薯類、油菜籽、藥材、蔬菜、瓜類等。

3 改進(jìn)思路

參考美國采用的灌溉面積×灌溉定額估算，綜合考慮不同作物的耗水差異、氣候條件等不確定因素的方法[5]，通過影響因素分析與篩選，對傳統(tǒng)定額法進(jìn)行改進(jìn)，提出適用于麗水市實(shí)際情況的農(nóng)業(yè)用水統(tǒng)計方法。

3.1 數(shù)據(jù)來源與處理

選取麗水市19個樣點(diǎn)灌區(qū)作為研究數(shù)據(jù)來源。由于灌區(qū)基礎(chǔ)條件基本維持穩(wěn)定，且同一區(qū)域內(nèi)灌溉技術(shù)及管理水平也基本相當(dāng)，結(jié)合數(shù)據(jù)獲取的可靠性以及實(shí)際管理的可行性，選取近5 a（2014—2018年）有效灌溉面積、播種面積、降水深、代表灌區(qū)基礎(chǔ)條件的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)、代表麗水市種植結(jié)構(gòu)特征的水稻種植面積、茶葉種植面積、蔬菜種植面積、其他種植面積作為數(shù)據(jù)樣本，并對其進(jìn)行無量綱化處理。各樣點(diǎn)灌區(qū)基本情況見表1。

表1 麗水市樣點(diǎn)灌區(qū)基本情況表

續(xù)表1

3.2 影響因素分析

目前農(nóng)業(yè)用水影響因素分析的常用方法有多元線性回歸法和Tobit模型等。首先采取全要素分析的方式，將選取的全部影響因素納入分析樣本，然后在全要素分析結(jié)果基礎(chǔ)上，結(jié)合影響因素物理意義的判斷，通過樣本篩選組合分析后，得到農(nóng)業(yè)用水主要影響因素。

3.2.1 多元線性回歸法

多元線性回歸[6]是計量經(jīng)濟(jì)學(xué)里最基本的回歸方法，是利用線性回歸方程的最小平方函數(shù)對多個自變量和因變量之間關(guān)系進(jìn)行建模的一種回歸分析，應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)、水文、氣象等多個領(lǐng)域，是目前應(yīng)用廣泛的回歸分析方法。

以二元線性回歸模型為例：

式中：Y為因變量；X為自變量；b為對應(yīng)變量的回歸系數(shù)。

3.2.2 Tobit模型

Tobit模型[7]是美國諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎獲得者James Tobin在分析家庭耐用品支出情況時對Probit回歸進(jìn)行的一種推廣，能夠很好地解決受限或截斷因變量的模型構(gòu)建問題，在農(nóng)業(yè)用水效率的影響因素分析中廣泛應(yīng)用。

Tobit模型如下：

式中：Y、Y*為因變量；X為自變量；α為截距項(xiàng)；β為未知參數(shù)；ε為擾動項(xiàng)。

3.3 統(tǒng)計方法改進(jìn)

根據(jù)農(nóng)業(yè)用水影響因素的影響特征關(guān)系，引入水文特征系數(shù)、種植結(jié)構(gòu)系數(shù)、管理水平系數(shù)等，以適用不同年型、不同區(qū)域、不同種植結(jié)構(gòu)的情況，提升方法的通用性與可靠性。改進(jìn)定額法的一般表達(dá)式如下：

式中：W為區(qū)域農(nóng)業(yè)用水量，萬m3；f1、f2、f3分別為水文特征系數(shù)、種植結(jié)構(gòu)系數(shù)、管理水平系數(shù)；S為區(qū)域灌溉面積，萬hm2；Q為平均灌溉用水量，m3/hm2。

根據(jù)農(nóng)業(yè)用水影響因素的物理特征，結(jié)合管理實(shí)際和數(shù)據(jù)量化情況，確定水文特征系數(shù)、種植結(jié)構(gòu)系數(shù)和管理水平系數(shù)的指標(biāo)定義如下：

（1）水文特征系數(shù)采用蒸發(fā)降水比，即蒸發(fā)強(qiáng)度與降水深度之比。

（2）種植結(jié)構(gòu)系數(shù)采用體現(xiàn)水稻種植結(jié)構(gòu)特征的指標(biāo)，為保證統(tǒng)計指標(biāo)的規(guī)范合理性，以及規(guī)避全是水稻種植或全非水稻種植的情況，以“（播種面積+水稻種植面積）/播種面積”作為計算指標(biāo)。

（3）基于數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)量化的考慮，采用農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的倒數(shù)作為管理水平 系數(shù)。

4 結(jié)果與分析

4.1 農(nóng)業(yè)用水量影響因素分析

4.1.1 全要素分析

多元線性回歸法全要素分析結(jié)果見表2；Tobit模型法全要素分析結(jié)果見表3。

由表2～3可知，2種方法在全要素分析中呈現(xiàn)出較大分歧。其中，多元線性回歸法中播種面積（相關(guān)性弱）、有效灌溉面積（P＞|t| =0.068）、茶葉種植面積（P＞|t|=0.814）呈現(xiàn)非顯著性的影響程度；Tobit模型法中有效灌溉面積（P＞|t|=0.056）、水稻種植面積（P＞|t|=0.566）、其他作物種植面積（相關(guān)性弱）呈現(xiàn)非顯著性的影響程度。

表2 多元線性回歸法全要素分析結(jié)果表

表3 Tobit模型法全要素分析結(jié)果表

4.1.2 主成分要素分析

經(jīng)樣本篩選組合后，以有效灌溉面積、年降水深、農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)、播種面積、水稻種植面積為主成分要素，分析如下：

多元線性回歸法主成分要素分析結(jié)果見表4，Tobit模型法主成分要素分析結(jié)果見表5。

表4 多元線性回歸法主成分要素分析結(jié)果表

表5 Tobit模型法主成分要素分析結(jié)果表

續(xù)表5

由表4～5可知，對于主成分要素的影響因素分析，2種方法表現(xiàn)出較高的一致性。根據(jù)P＞|t|指標(biāo)的分析，各主成分要素都呈現(xiàn)出較為顯著的影響程度，其中年降水深和播種面積要素的影響程度相對偏弱。根據(jù)變量影響系數(shù)指標(biāo)的分析，農(nóng)業(yè)用水量與有效灌溉面積、播種面積、水稻種植面積呈正相關(guān)影響，而與年降水深、農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)呈負(fù)相關(guān)影響，并且有效灌溉面積是農(nóng)業(yè)用水量最主要的影響因素。

4.2 農(nóng)業(yè)用水量統(tǒng)計分析

以農(nóng)業(yè)用水量主要影響因素作為統(tǒng)計分析樣本，采用改進(jìn)定額法，利用Stata軟件進(jìn)行模型構(gòu)建和求解，得到麗水市農(nóng)業(yè)用水量改進(jìn)定額統(tǒng)計模型如下：

式中：W為區(qū)域農(nóng)業(yè)用水量，萬m3；X2為年降水深，mm；E為蒸發(fā)量，mm；X3為農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)；X4為播種面積，萬hm2；X5為水稻種植面積，萬hm2；S為有效灌溉面積，萬hm2。

根據(jù)麗水市農(nóng)業(yè)用水量統(tǒng)計結(jié)果（見圖1），分別采取“全市統(tǒng)計”和“典型測算+非典型統(tǒng)計”2種方式，對比分析麗水市水資源公報2014—2018年農(nóng)業(yè)用水量得到：統(tǒng)計結(jié)果年際間呈現(xiàn)一定偏差，但總體尚可，平均統(tǒng)計偏差在-8.0%左右；研究采取的2種統(tǒng)計方式，統(tǒng)計結(jié)果基本一致。

圖1 麗水市農(nóng)業(yè)用水統(tǒng)計結(jié)果對比圖

5 結(jié) 語

本文在用水影響因素分析和定額改進(jìn)的基礎(chǔ)上，通過基于麗水市樣點(diǎn)灌區(qū)數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)用水量統(tǒng)計方法的探索與實(shí)踐，得到主要結(jié)論如下：1農(nóng)業(yè)用水量受水文特征、種植結(jié)構(gòu)、管理水平等密切影響，采用多元線性回歸法和Tobit模型法對影響因素的影響顯著性分析，可較好地確定影響區(qū)域農(nóng)業(yè)用水的主要因素；2通過引入水文特征系數(shù)、種植結(jié)構(gòu)系數(shù)、管理水平系數(shù)等影響系數(shù)提出的農(nóng)業(yè)用水改進(jìn)定額統(tǒng)計法，總體表現(xiàn)較好，可為麗水市農(nóng)業(yè)用水統(tǒng)計工作提供支撐。