地表水供給的不確定性在農(nóng)業(yè)中的影響研究述評(píng)

○ 文 /楊新吉勒?qǐng)D 高飛

作者單位：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院

本文在對(duì)已有文獻(xiàn)資料分析整理總結(jié)的基礎(chǔ)上，分析了水供給模型、水供給的不確定性以及水供給給農(nóng)業(yè)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，深入研究了目前地表水供給的不確定性給農(nóng)業(yè)帶來(lái)的問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的對(duì)策。

一、引言

眾所周知，降水在很大程度上影響著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，降水量的不確定性會(huì)導(dǎo)致農(nóng)業(yè)地表水供給量的不確定。這種不確定性導(dǎo)致了農(nóng)民收入的不確定，加之農(nóng)民自身的風(fēng)險(xiǎn)抵抗力較低，很大程度上影響了農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)生活。

(一)背景

2019年，全國(guó)水資源總量29041.0億m3。其中，地表水資源量27993.3億m3，地下水資源量8191.5億m3，地下水與地表水資源不重復(fù)量為1047.7億m3。當(dāng)年的用水量和供水量為6021.2億m3，其中供水量由地表水提供了4982.5億m3，地下水提供了934.2億m3，其他為104.5億m3；在用水量方面，農(nóng)業(yè)用水3682.3億m3，工業(yè)用水1217.65億m3，生活用水871.7億m3。不難發(fā)現(xiàn)，在供水方面地表水起到了主要的作用，而在用水方面農(nóng)業(yè)用水占到了61.16%。

表1 水供給量、農(nóng)業(yè)用水量及第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值

以上數(shù)據(jù)均來(lái)自水資源公報(bào)和中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒。由上表可知，國(guó)內(nèi)第一產(chǎn)業(yè)增加值逐年上升，而農(nóng)業(yè)用水量在逐年下降，這是由物價(jià)和技術(shù)的原因所導(dǎo)致的。另外地下水的供給量在逐年下降，且幅度較大，這是由于地下水的補(bǔ)給周期較長(zhǎng)，而近些年來(lái)國(guó)內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，對(duì)于地下水的使用較多。在可見(jiàn)的未來(lái)，對(duì)地下水的控制勢(shì)在必行，也正因此本文主要討論地表水供給的不確定性對(duì)于農(nóng)業(yè)的影響。

(二)意義

1.理論意義。農(nóng)民可支配收入大多來(lái)自農(nóng)業(yè)收入，而影響農(nóng)業(yè)收入最重要的因素是水供給量，但水供給量是不確定的，因此農(nóng)民也常被說(shuō)為靠天吃飯。本文試圖將地表水供給對(duì)農(nóng)業(yè)影響的相關(guān)文章進(jìn)行述評(píng)，以為后來(lái)的學(xué)者提供一定的理論依據(jù)。

2.現(xiàn)實(shí)意義。文章可為非地下水供給不確定性模型的優(yōu)化提供量化指標(biāo)——水供給風(fēng)險(xiǎn)。量化水供給的不確定性對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)造成的影響，有利于政府提前做好應(yīng)急準(zhǔn)備，農(nóng)民提前做好農(nóng)作物的選擇，以及更清楚地看出水的供給量對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)造成的影響。另外，將風(fēng)險(xiǎn)的概念與水供給結(jié)合，那么處理風(fēng)險(xiǎn)的手段，都可以用于處理水供給的風(fēng)險(xiǎn)，例如通過(guò)保險(xiǎn)的方式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分散。

二、文獻(xiàn)述評(píng)

本文探討水供給模型以及水供給的不確定性，總結(jié)目前水供給的不確定性方面的研究。最后是水供給的不確定性與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的研究，通過(guò)糧食將地表水供給的不確定性和農(nóng)業(yè)收入相結(jié)合。

(一)水供給模型的相關(guān)研究

要談水供給不確定性給農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的影響，首先要了解水資源環(huán)境承載力。水資源承載力是指一定時(shí)空范圍內(nèi)，水資源對(duì)人口、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)模的質(zhì)和量的供應(yīng)能力，預(yù)示著水資源對(duì)地區(qū)發(fā)展的貢獻(xiàn)和支持發(fā)展的潛力。水資源作為一種可再生資源和地區(qū)發(fā)展的支撐條件，單從水量循環(huán)的角度看，其承載力主要由兩方面的性質(zhì)所決定。一方面是水資源的靜態(tài)儲(chǔ)量，即特定時(shí)空范圍內(nèi)水體所含的蓄水量。另一方面是水資源的更新或再生能力，即指單位時(shí)間內(nèi)水循環(huán)的次數(shù)或完成一次更新所需要的時(shí)間。而在水循環(huán)的領(lǐng)域，黃智卿等認(rèn)為受太陽(yáng)輻射及地心引力等的影響，水不斷蒸發(fā)、輸送、凝結(jié)和降落的往返運(yùn)動(dòng)過(guò)程，被稱(chēng)為水循環(huán)[1]。循環(huán)總量就是地球降水總量或者是蒸發(fā)總量，兩者之間保持等量，是自然地理環(huán)境中最主要的物質(zhì)循環(huán)。與人類(lèi)最直接相關(guān)的是發(fā)生在陸地的水循環(huán)，也稱(chēng)為流域水循環(huán)。除了大氣過(guò)程在流域上空有輸入輸出外，陸地水循環(huán)的地表過(guò)程、土壤過(guò)程和地下過(guò)程基本上都以流域?yàn)榛締卧?/p>

現(xiàn)行水資源評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)之一是水量轉(zhuǎn)化規(guī)律。水量轉(zhuǎn)化意味著水的相變，包括液態(tài)、固態(tài)水的汽化、水汽凝結(jié)成降水等反復(fù)過(guò)程。水量轉(zhuǎn)換實(shí)際上是水循環(huán)研究的一個(gè)具體方面，因此，認(rèn)識(shí)水循環(huán)過(guò)程對(duì)正確評(píng)價(jià)水資源有著重要的實(shí)踐意義。要分析不確定因素對(duì)模型輸出結(jié)果造成的影響，首先應(yīng)探究這些因素與模型輸出之間的關(guān)系。然而，由于模型中不確定因素眾多，將每一種因素對(duì)模型輸出的影響都準(zhǔn)確衡量是不現(xiàn)實(shí)的。同樣地，要分析地區(qū)水供給的不確定性所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)影響，首先需要的是一個(gè)水供給模型。

綜上所述，水供給模型涉及到地表水供給，地下水供給以及再生水供給。地表水主要來(lái)自于降雨，地表水供水量受流域降雨量、流域入境水量、流域出境水量、地表水下滲水量和地表面揮發(fā)量等相關(guān)因素的影響。其中降雨將會(huì)是非地下水供給不確定性的主要因素，因此確定降雨的不確定性程度，便可確定非地下水供給的不確定性，從而探討其對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的影響。

(二)水供給的不確定性相關(guān)研究

不確定性分析是對(duì)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)過(guò)程中各種事前無(wú)法控制的外部因素變化與影響所進(jìn)行的估計(jì)和研究。不確定優(yōu)化方法有三大類(lèi)：區(qū)間規(guī)劃、模糊規(guī)劃和隨機(jī)規(guī)劃。區(qū)間兩階段隨機(jī)規(guī)劃模型是隨機(jī)規(guī)劃的一種，對(duì)于TSLP技術(shù)的研究和應(yīng)用，有多位學(xué)者作過(guò)專(zhuān)門(mén)的探討。最早由Mas和Huang提出兩階段區(qū)間隨機(jī)規(guī)劃方法，并把它用于處理垃圾管理系統(tǒng)中垃圾分配方案的合理確定問(wèn)題。在過(guò)去的幾年中，多階段隨機(jī)規(guī)劃方法順利地應(yīng)用于各領(lǐng)域以處理不確定性。毛立波等通過(guò)結(jié)合一階二次矩法以及管網(wǎng)雅克比矩陣的解析式，提出了計(jì)算供水管網(wǎng)水力模型不確定性的公式，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)算快速等特點(diǎn)[2]。劉昭等運(yùn)用SWAT-CUP中的SUFI-2算法分析模型參數(shù)的敏感性、對(duì)所選參數(shù)進(jìn)行率定和驗(yàn)證以及分析各參數(shù)的不確定性[3]。張朝等在進(jìn)行需水不確定性的供水管網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的研究中，認(rèn)為rccGA算法存在抽樣效果不均勻、易陷入局部最優(yōu)、最優(yōu)解易失效等不足，于是提出基于rccGA算法，在情景采樣方式、個(gè)體適應(yīng)度排序、新一代種群組成、保留較優(yōu)個(gè)體、存活代數(shù)計(jì)算等方面進(jìn)行改進(jìn)，形成mccGA算法，并檢驗(yàn)得出該算法高效穩(wěn)定且具有較高的精度[4]。

(三)水供給與糧食的關(guān)系以及所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益

鄖文聚認(rèn)為水土資源，尤其是淡水資源和耕地資源是保障人類(lèi)生存的基本要素[5]。我國(guó)水資源占全世界的6%、耕地資源占全世界的9%，而我國(guó)人口占全世界的22%，科學(xué)用水、科學(xué)用耕地是建設(shè)世界強(qiáng)國(guó)、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的一道必答題。

劉博梳理“水-能源-糧食”紐帶關(guān)系（Water-Energy-Food Nexus，WEF-Nexus）這一概念的提出與發(fā)展情況，總結(jié)國(guó)際社會(huì)對(duì)紐帶關(guān)系的理解及應(yīng)對(duì)措施[6]。2011年在德國(guó)波恩召開(kāi)的“水-能源-糧食安全紐帶關(guān)系會(huì)議”，首次將水資源、能源和糧食之間的關(guān)系總結(jié)為一種“紐帶關(guān)系”。波恩會(huì)議建議以綜合方式考慮水、能源和糧食問(wèn)題，首次指出水安全、能源安全、糧食安全之間存在著復(fù)雜的“紐帶關(guān)系”。至此，WEF-Nexus的研究大幕正式拉開(kāi)，并迅速成為各國(guó)政府部門(mén)和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。

預(yù)計(jì)到2050年，地球人口將超過(guò)90億，在滿(mǎn)足人類(lèi)需求方面面臨重大挑戰(zhàn)。為了支持這種人口增長(zhǎng)，我們將需要安全的糧食、 能源和水資源，WEFNexus是社會(huì)上最復(fù)雜并且也是最關(guān)鍵的問(wèn)題之一。

三、結(jié)論

(一)主要結(jié)論

綜上研究，首先我國(guó)在淡水資源與耕地資源方面面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，承受著巨大的壓力，糧食問(wèn)題與水源問(wèn)題無(wú)異于第一問(wèn)題。其次，“水-能源-糧食”三者關(guān)系問(wèn)題在國(guó)際上也有著很高的熱度，在這方面雖已做了較多的研究，但仍無(wú)較為全面系統(tǒng)的理論，仍需后來(lái)學(xué)者進(jìn)行研究探索，不過(guò)可以肯定的是水與糧食之間存在著很強(qiáng)的因果關(guān)系。最后，我國(guó)對(duì)于水資源與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系也做了較多研究，無(wú)一不在肯定水對(duì)于糧食的重要影響。

(二)目前可能存在的問(wèn)題

對(duì)于地表水供給的不確定性所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，農(nóng)民自身無(wú)法預(yù)知。同時(shí)農(nóng)民自身的風(fēng)險(xiǎn)抵抗力又較低，一旦受到地表水供給不確定風(fēng)險(xiǎn)的影響，對(duì)農(nóng)民的損害都是巨大的。另外對(duì)于供水來(lái)說(shuō)，水資源屬于農(nóng)民的成本，自然價(jià)格越低越好，但是這樣又會(huì)造成一種無(wú)節(jié)制的浪費(fèi)。

(三)對(duì)策建議

在Frank H. Knight的《Risk Uncertainty and Profits》書(shū)中，若是把政府看作企業(yè)家，可以通過(guò)合并來(lái)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)和不確定性進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)歸納，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢源_定的概率。政府不需要準(zhǔn)確的知道每一個(gè)農(nóng)民的需水量，可以用分類(lèi)合并的方法，通過(guò)“大數(shù)定律”進(jìn)行判斷。

還可以通過(guò)專(zhuān)業(yè)化，來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)和不確定性。在公司的金字塔里，即使是“最底層”那些平凡且缺乏一技之長(zhǎng)的勞動(dòng)者，所做的工作也不完全是機(jī)械重復(fù)的，也會(huì)有不確定性，也需要處理一些意外情況。這時(shí)可以將事情分為兩類(lèi)：一類(lèi)是農(nóng)民可以處理的常規(guī)任務(wù)，另一類(lèi)是不確定性的事物。而不確定的事物，首先也可以進(jìn)行合并分類(lèi)，把一些事件分解為常規(guī)任務(wù)；其次作為政府需要考慮的是“人的能力”，即相應(yīng)的人員有沒(méi)有具備相應(yīng)的操作能力，或者誰(shuí)可以承擔(dān)這些不確定性的工作。通過(guò)優(yōu)化專(zhuān)業(yè)的部門(mén)，對(duì)農(nóng)業(yè)供水進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

另外針對(duì)我國(guó)供水方是政府國(guó)企，不能單純的像西方追求企業(yè)自身利益最大化。解決對(duì)農(nóng)民農(nóng)業(yè)供水問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)站在農(nóng)民的角度來(lái)考慮問(wèn)題，也就是農(nóng)民農(nóng)業(yè)收益最大化的問(wèn)題。政府應(yīng)當(dāng)對(duì)于不同農(nóng)業(yè)用水有定額，不同主體的用水指標(biāo)不一樣，農(nóng)民在定額內(nèi)用水有補(bǔ)貼。水價(jià)可能要“分檔”，多用要加價(jià)，而在用水類(lèi)型方面，糧食、經(jīng)濟(jì)作物、養(yǎng)殖業(yè)也應(yīng)當(dāng)有不同的水價(jià)。由此，可以解決水資源的浪費(fèi)問(wèn)題，同時(shí)也可以在一定程度上提高農(nóng)民抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力。