河南省農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平評價與時空演變

張 亮，石為位

（1.華北水利水電大學，河南鄭州 450046；2.河南河長學院，河南鄭州 450046）

0 引言

農(nóng)田水利現(xiàn)代化是水利現(xiàn)代化重要組成部分，也是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的基礎。中央多個1號文件都強調把農(nóng)田水利作為農(nóng)業(yè)基礎設施建設的重點［1］。農(nóng)田水利現(xiàn)代化建設本質上是社會現(xiàn)代化發(fā)展的產(chǎn)物，利用現(xiàn)代化手段改進水利工程建設，其過程必須遵循以人為本的理念，在滿足人們需求的前提下進行農(nóng)田水利現(xiàn)代化的建設與管理，做到人與自然和諧相處。河南作為人口大省、糧食生產(chǎn)大省，農(nóng)田水利發(fā)展不均衡，現(xiàn)階段其農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平還有待提升，空間差異性較大。構建河南省農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平綜合評價指標體系，基于熵權模型和空間分析方法，采用2015 年至2019 年連續(xù)五年的數(shù)據(jù)對河南省農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平進行綜合評價，并探討其時空演變規(guī)律，以期為河南省農(nóng)田水利現(xiàn)代化發(fā)展提供方向指引和科學依據(jù)，為河南省提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，保障糧食安全實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化提供參考依據(jù)。

1 農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平評價指標體系的構建

目前，關于農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平評價指標體系的研究較少。2016 年穆建新［2］等人按工程設施、管理措施、生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟效益四大類劃分出一級指標12個，二級指標24個，構建了灌區(qū)農(nóng)田水利現(xiàn)代化評價指標體系。并通過對農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平空間格局的研究，參照《全國節(jié)水灌溉區(qū)劃》中有關區(qū)域的劃分，以不打破行政區(qū)劃界限為原則，考慮各行政區(qū)的自然地理特征、灌溉發(fā)展條件以及社會經(jīng)濟發(fā)展狀況等方面的因素，將全國劃分6大評價區(qū)域，每個區(qū)域選擇一個典型灌區(qū)進行農(nóng)田水利現(xiàn)代化評價。2017 年劉力華［3］等人從鄭州市農(nóng)田水利現(xiàn)代化示范鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設實際出發(fā)，從灌溉排水工程、效率與效益、生態(tài)與環(huán)境以及管理與服務4個方面選取指標，構建了農(nóng)田水利現(xiàn)代化示范鄉(xiāng)鎮(zhèn)的評價指標體系。已有成果在農(nóng)田水利現(xiàn)代化的內涵及評價指標等方面進行了一些探索。這些成果雖然為開展河南省農(nóng)田水利現(xiàn)代化相關研究提供了有益的借鑒，但由于研究數(shù)量不多，所以還需構建農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平的評價指標體系來對河南省的農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平的時空演變進行深入研究。在相關研究的基礎上，考慮到指標體系建立的基本原則和國家政策，構建灌溉排水、管理技術、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟效益和發(fā)展支撐5個主體指標。其中，灌溉排水工程不僅是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最重要的基礎設施，還是保證國民經(jīng)濟和社會持續(xù)發(fā)展的重要組成部分［4］。無論是從建設現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，還是從節(jié)約農(nóng)業(yè)灌溉用水來看，都需要加快灌排事業(yè)的發(fā)展。管理技術又決定了灌排工程是否安全和能否正常發(fā)揮效益。所以灌溉排水和管理技術是決定農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平的主要指標。生態(tài)環(huán)境與發(fā)展息息相關，生態(tài)興則發(fā)展興，生態(tài)衰則發(fā)展衰，所以將生態(tài)環(huán)境選為主體指標是必然的。經(jīng)濟效益［5］指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所取得的有效成果與勞動占用和勞動消耗量的比較，直觀地體現(xiàn)了現(xiàn)代化水平的發(fā)展。想要農(nóng)田水利現(xiàn)代化高質量發(fā)展，還必須重視發(fā)展支撐，科技創(chuàng)新推動農(nóng)業(yè)發(fā)展，政策規(guī)范支撐農(nóng)業(yè)發(fā)展，培訓技術優(yōu)化農(nóng)業(yè)發(fā)展。從5 個主體指標中又細分了18 個分指標，每項的指標參數(shù)如表1 所示。農(nóng)田水利現(xiàn)代化評價指標體系如圖1所示。

圖1 農(nóng)田水利現(xiàn)代化評價指標體系Fig.1 Evaluation index system of farmland water conservancy modernization

2 數(shù)據(jù)來源與評價方法

2.1 研究范圍及數(shù)據(jù)來源

河南省擁有17 個地級市，1 個省直轄縣級市，共158 個區(qū)縣。為了分析“十三五”期間河南各個地區(qū)的農(nóng)田水利現(xiàn)代化情況，將對河南的158個區(qū)縣進行評價區(qū)域劃分，再對所有區(qū)縣2015 年至2019 年的數(shù)據(jù)進行分析。數(shù)據(jù)來源于2015-2019 年《河南統(tǒng)計年鑒》、《河南農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》、河南各地區(qū)統(tǒng)計年鑒、各地區(qū)的水資源公報及收集到的各灌區(qū)現(xiàn)代化改造規(guī)劃設計報告等資料，少量缺失數(shù)據(jù)采用線性插值方式補齊。

2.2 評價方法

為了能使農(nóng)田水利現(xiàn)代化評價結果更加準確，采用熵權法。熵權法是一種客觀賦權方法，在評價過程中，所獲信息的大小是評價精度和可靠性的決定因素之一，如果指標的信息熵越小，該指標提供的信息量越大，在綜合評價中所起作用也越大，權重也越高［6］，具有客觀性和適應性兩個優(yōu)點。相對那些主觀賦值法，精度較高、客觀性更強，能夠更好地解釋所得到的結果，可以用于任何需要確定權重的過程，也可以結合其他方法共同使用［7］。

熵權法的計算原理如下：

每個指標的量綱和單位是不同的，無法直接比較、計算，所以在各指標權重計算前，需將其標準化處理。

當指標為正向指標時，其標準化公式為：

當指標為負向指標時，其標準化公式為：

一些指標數(shù)值進行標準化處理后，可能會出現(xiàn)數(shù)值較小或負值的情況，為了計算的統(tǒng)一與方便，將標準化后的數(shù)值進行平移處理，從而消除上述情況。

其中H為指標平移的幅度，一般取1。

利用比重法對數(shù)據(jù)進行無量綱化。

計算第j個指標的熵值：

第j個指標的差異系數(shù)為：

第j個指標的權重為：

2.3 評價指標權重

河南農(nóng)田水利現(xiàn)代化評價指標體系的構建按灌溉排水、管理技術、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟效益和發(fā)展支撐5個方面劃分出主體指標5個，分指標18個，各指標權重詳見表1。

表1 農(nóng)田水利現(xiàn)代化評價指標權重值Tab.1 Weight value of farmland water conservancy modernization evaluation index

2.4 評判標準

現(xiàn)代化是一個動態(tài)的發(fā)展進程，利用評價指標獲得的評價結果是一個沒有量綱、沒有物理意義的介于0～1之間的數(shù)值，因此，在制定評價指標時應分成不同的發(fā)展階段［2］。借鑒國內外學者對現(xiàn)代化進程的劃分，同時結合當前國內農(nóng)田水利建設發(fā)展的實際情況，將農(nóng)田水利現(xiàn)代化評價劃分為4個發(fā)展階段，如表2所示。

表2 農(nóng)田水利現(xiàn)代化等級劃分圖Tab.2 Classification of farmland water conservancy modernization

3 結果與分析

3.1 河南省農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平時間序列分析

為進一步分析河南省158 個區(qū)縣具體情況，收集各區(qū)縣2015-2019年連續(xù)五年的相關資料，利用熵權法計算指標權重，再將數(shù)據(jù)與對應的權重相乘，累加得出各區(qū)縣的農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平的評價指標值。由于數(shù)據(jù)較多，圖2 及表3 內數(shù)據(jù)僅按照市域單位進行展示，其評價得分是通過原始數(shù)據(jù)整合后計算而成，2015-2019 年河南省各市農(nóng)田水利現(xiàn)代化綜合評價得分如圖2 所示，2015-2019 年河南省農(nóng)田水利現(xiàn)代化各項主體指標綜合評價得分如圖3所示。

圖2 2015-2019年河南省各市農(nóng)田水利現(xiàn)代化綜合評價得分Fig.2 Comprehensive evaluation scores of farmland and water conservancy modernization of cities in Henan Province from 2015 to 2019

圖3 2015-2019年河南省農(nóng)田水利現(xiàn)代化各項主體指標綜合評價得分Fig.3 Comprehensive evaluation score of main indicators of farmland and water conservancy modernization in Henan Province from 2015 to 2019

通過圖2 可知，2015-2019 年各市的綜合評價得分都在增長，表明各市農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平都存在增長趨勢。平均綜合評價得分排名前九的城市中鶴壁市、濮陽市和駐馬店市的評價得分增長幅度較小，其余地區(qū)增長幅度較大。排名后九的城市中鄭州市、焦作市和許昌市的評價得分增幅較大，其余地區(qū)增幅緩慢。由圖2 和表3 可知，平均綜合評價得分最高的是周口市0.55，最低的是濟源市，僅有0.14，只有周口市、漯河市和鶴壁市達到了初步現(xiàn)代化階段，剩余市均未達到初步現(xiàn)代化階段。

表3 2015-2019年河南省各市在主體指標上的平均得分Tab.3 Comprehensive scores of cities in Henan Province on main indicators from 2015 to 2019

通過圖3可知，各項主體指標都在增長，但是增長速度較為緩慢，其中生態(tài)環(huán)境指標2019 年的綜合得分相較于2018 年有所下降，管理技術指標增長穩(wěn)定，其余指標變化并不明顯。在生態(tài)環(huán)境方面，2019 年末全省水土流失面積較2018 年同期減少1.75%，全省單位耕地面積化肥使用量較2018 年同期減少3.5%，但全省淺層地下水位較2018年同期相比，下降了1.02 m，地下水儲存量減少32.3億m3，是近十年內淺層地下水埋深降幅最大，地下水儲存量減少最為嚴重的一年。即使水土流失治理情況和單位耕地面積化肥施用量都有所改善，但淺層地下水埋深的嚴重下降對整體的生態(tài)環(huán)境水平還是產(chǎn)生了影響。

河南省各市主體指標上的得分情況如表3所示。三門峽市和濟源市的綜合評價得分相對較低，周口市、漯河市和鶴壁市的綜合得分達到了初步現(xiàn)代化階段，其余地區(qū)相差不明顯。

其中，造成三門峽市現(xiàn)代化水平較低的主要因素是管理技術和發(fā)展支撐。三門峽市在這兩項指標上的得分遠低于全省平均值。三門峽市的山地和丘陵面積占90%以上，森林覆蓋率50.72%，耕地面積16.40 萬hm2，其中灌溉總面積僅5 萬hm2，［8］不利于傳統(tǒng)作物生長，當?shù)刂匕l(fā)展特色產(chǎn)業(yè)，忽視了傳統(tǒng)作物的生產(chǎn)，導致其技術人員配比和投入嚴重失衡，造成了職工隊伍技術素質較低，管理信息化程度不高，科技創(chuàng)新能力不足等問題。

造成濟源市現(xiàn)代化水平較低的主要因素是管理技術、經(jīng)濟效益和發(fā)展支撐。濟源市在這三項指標上的得分遠低于全省平均值。濟源市是典型的農(nóng)業(yè)發(fā)展與工業(yè)發(fā)展相互矛盾地區(qū)，其城鎮(zhèn)化與工業(yè)化推進較快，人地矛盾突出，環(huán)境容量不足，農(nóng)業(yè)發(fā)展受到限制。農(nóng)村人口老齡化、勞動力不足，種地的農(nóng)戶多是老年人，種植管理比較盲目，基層農(nóng)田水利管理機構不健全，專業(yè)技術人才流失，造成了信息無法有效傳輸，農(nóng)業(yè)科研與生產(chǎn)脫節(jié)，缺乏生產(chǎn)高質高效農(nóng)產(chǎn)品的科學管理技術［9］。

3.2 河南省農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平空間格局分析

3.2.1 各項主體指標空間格局分析

利用ArcGis 軟件將河南省各區(qū)縣主體指標的得分數(shù)據(jù)繪制成地圖，進行可視化分析，如圖4所示。

圖4 2015-2019年河南省各區(qū)縣農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平主體指標平均值空間格局Fig.4 Spatial pattern of average value of main indicators of farmland water conservancy modernization level in all districts and counties of Henan Province from 2015 to 2019

圖4 是根據(jù)2015-2019 年河南省各區(qū)縣數(shù)據(jù)統(tǒng)計繪制的農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平主體指標平均值的空間格局圖。表4各主體指標綜合得分及超過全省平均值的區(qū)縣數(shù)。

表4 2015-2019年各主體指標綜合得分及超過全省平均值的區(qū)縣數(shù)Tab.4 Comprehensive scores of main indicators and the number of districts and counties exceeding the provincial average from 2015 to 2019

可以看出，河南省總體的灌溉排水水平發(fā)展一般，呈現(xiàn)出南高北低的狀態(tài)，全省62 個區(qū)縣得分超過平均值，空間差異不大。生態(tài)環(huán)境水平由豫西向豫東逐漸降低，呈現(xiàn)由西向東遞減狀態(tài)，全省82個區(qū)縣得分超過平均值。管理技術水平空間差異較大，水平較高的地區(qū)主要分布在河南東部及西南方向，中部地區(qū)呈現(xiàn)高水平與低水平鑲嵌交叉的空間特征，全省70個區(qū)縣得分超過平均值。經(jīng)濟效益水平整體差異性不大，全省93個區(qū)縣得分超過平均值。發(fā)展支撐水平空間差異性較大，空間特征與管理技術水平相似，全省69個區(qū)縣得分超過平均值。

3.2.2 空間格局綜合分析

2015-2019年河南省各區(qū)縣單元的農(nóng)田水利現(xiàn)代化綜合水平的空間格局如圖5 所示。2015-2019 年河南省各區(qū)縣農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平的Lisa圖如圖6所示。河南省地形地貌分區(qū)圖如圖7［10］所示。

圖5 河南省各區(qū)縣單元的農(nóng)田水利現(xiàn)代化綜合水平空間格局Fig.5 Comprehensive horizontal spatial pattern of farmland water conservancy modernization in districts and counties of Henan Province

圖6 2015-2019年河南省各區(qū)縣農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平的Lisa圖Fig.8 Lisa chart of farmland water conservancy modernization level in districts and counties of Henan Province from 2015 to 2019

圖7 河南省地形地貌分區(qū)圖Fig.7 Topographic map of Henan Province

通過圖5 可知，農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平較高的區(qū)縣基本分布在商丘市、周口市、漯河市和鶴壁市。農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平較低的區(qū)縣基本分布在濟源市、三門峽市、鄭州市、洛陽市、許昌市。2019 年末河南省糧食產(chǎn)量在100 萬t 以上的大縣共13個，分別為滑縣、永城市、唐河縣、太康縣、固始縣、正陽縣、上蔡縣、項城市、鄲城縣、淮陽縣、夏邑縣、沈丘縣、濮陽縣，這13 個地區(qū)的農(nóng)田水利現(xiàn)代化指標值在河南省中處于較高水平，平均值達到0.54。由此判定，糧食產(chǎn)量較多的地方，其農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平也較高。

通過圖6 可以看出，HH 類型區(qū)有26個，LL 類型區(qū)有30個，LH類型區(qū)有4個，HL類型區(qū)有7個。分布特征與管理技術水平和發(fā)展支撐水平相似。4 種類型區(qū)分布于各個區(qū)域，雖然各區(qū)縣農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平存在空間關聯(lián)且HH 類型區(qū)有小范圍聚集，但相近單元的空間鄰近效應仍然不夠明顯，沒有形成相互促進，彼此影響的聯(lián)動格局。

通過圖5 和圖7［10］，可以得知河南省的農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平空間差異較大。從地勢地形上來看，水平較高的地區(qū)主要分布在地勢平緩的南陽盆地區(qū)和黃淮海平原區(qū)，地勢較高的太行山山地丘陵區(qū)、豫西黃土丘陵區(qū)、豫西山地丘陵區(qū)和桐柏山-大別山山地丘陵區(qū)的農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平較為落后，且兩者差異性較大。由此可以看出，地勢地形決定了糧食的生產(chǎn)環(huán)境，對農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平有著間接的影響。

4 結論

（1）按照灌溉排水、管理技術、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟效益和發(fā)展支撐5個方面劃分出主體指標5個，分指標18個，構成河南省農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平綜合評價指標體系。利用熵權模型計算權重，其中灌溉排水的權重最高，說明灌溉排水水平對河南農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平的影響最大。

（2）通過對各市的綜合評價得分時間序列的分析，可以看出“十三五”期間各市農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平綜合得分均有所增長。各項主體指標得分除生態(tài)環(huán)境指標在2019年有所下降外，其余指標都在穩(wěn)定增長。

（3）現(xiàn)階段河南農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平相對較低，只有周口市、漯河市和鶴壁市達到了初步現(xiàn)代化階段，綜合評價指標值分別為0.553 9、0.533 2 和0.520 5，其余地區(qū)均處于有待加強階段。農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平較低的區(qū)縣基本分布在濟源市、三門峽市、鄭州市、洛陽市、許昌市等地。

（4）通過對河南省2015-2019 年農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平空間格局的綜合分析，驗證了河南省農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平在空間上的分布具有顯著的空間正相關性，空間異質性較小。從糧食生產(chǎn)情況上看，糧食產(chǎn)量較多的地區(qū)，其農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平普遍較高。從地形分布上看，平原地區(qū)的農(nóng)田水利現(xiàn)代化水平普遍高于丘陵地區(qū)。

（5）從數(shù)據(jù)上看，管理技術水平與發(fā)展支撐水平是導致空間差異大的主要原因。所以解決空間差異問題，本質上是要解決各地管理技術和發(fā)展支撐不平衡的問題。從地勢地形上看，水平較高的地區(qū)主要分布在地勢較為平緩，糧食生產(chǎn)較多的地方；水平較低的地區(qū)主要分布在地勢較為陡峭，糧食生產(chǎn)較少的地方。

雖然“十三五”期間，河南省的農(nóng)田水利現(xiàn)代化建設取得顯著成績，但是仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。資源環(huán)境約束趨緊，農(nóng)村資金、人才等要素短缺的局面還沒有得到根本改觀，農(nóng)業(yè)質量效益不高，農(nóng)民持續(xù)較快增收動力不足，農(nóng)村基礎設施和公共服務差距明顯。所以農(nóng)田水利依然處于農(nóng)業(yè)基礎設施建設的核心地位。