安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算及影響因素分析

摘要 采用首尾測算分析法對2012—2021年安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)進(jìn)行測算，并采用主成分分析法對安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的影響因素進(jìn)行分析。結(jié)果表明，2012—2021年安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)呈現(xiàn)逐年增大趨勢，但較全國水平而言，仍處于較低水平；節(jié)水灌溉工程投資、節(jié)水灌溉工程面積2個因素對安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的影響較大，且均屬于積極影響因素。建議通過加大節(jié)水灌溉工程投資、加強(qiáng)節(jié)水灌溉工程建設(shè)和節(jié)水灌溉技術(shù)推廣、優(yōu)化灌區(qū)的管理水平等措施，有效提高安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)。

關(guān)鍵詞 農(nóng)田灌溉水；有效利用系數(shù)；影響因素；安徽省

中圖分類號 S274? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A? 文章編號 0517-6611（2023）14-0197-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.14.048

作者簡介 李寶春（1978—），男，安徽六安人，工程師，從事水利工程設(shè)計研究。

我國水資源形勢較為嚴(yán)峻，缺水狀況較為突出，伴隨著工業(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展，水資源需求進(jìn)一步增加，水資源短缺問題愈發(fā)嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨著嚴(yán)重挑戰(zhàn)［1］。據(jù)《中國水資源公報（2021）》顯示，我國全年用水總量為5 920.2億m3，其中農(nóng)業(yè)用水量為3 644.3億m3，占全年用水總量的61.56%，且其中超過90%都為灌溉用水。我國農(nóng)業(yè)用水存在灌溉方式粗放、用水效率低等問題，2021年的灌溉水有效利用系數(shù)為0.568，遠(yuǎn)低于世界先進(jìn)水平，我國農(nóng)業(yè)灌溉用水效率具有很大提升空間［2］。2012年國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于實行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》，明確了用水效率的控制紅線，灌溉水有效利用系數(shù)已成為農(nóng)業(yè)灌溉用水效率評價的重要參考指標(biāo)，也在一定程度上反映了農(nóng)業(yè)水利工程配套與管理的水平［3］。我國自2006年開始進(jìn)行灌溉水有效利用系數(shù)的測算分析，目前已將農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)納入國家評估農(nóng)業(yè)用水成效的指標(biāo)中，提高農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)也成為建設(shè)節(jié)水型社會的重要內(nèi)容之一。農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的測算和分析對科學(xué)規(guī)劃農(nóng)田水利工程、挖掘農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力、發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)等具有重要意義［4］。根據(jù)水利部公布的《全國灌溉用水有效利用系數(shù)測算分析技術(shù)指南》《全國農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算分析技術(shù)指導(dǎo)細(xì)則》，目前測算灌溉水有效利用系數(shù)主要采用首尾測算分析法，該方法相對于傳統(tǒng)的連乘系數(shù)法而言，一定程度上減少了局限性，易于操作，且降低了人為觀測和計算的誤差，可靠性較高，為測算農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)提供了一條有效的途徑［5］。

安徽省水資源較為豐富，但是隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化快速發(fā)展，各區(qū)域的用水矛盾日益突出，雖然近年來通過大中型灌區(qū)續(xù)建配套工程建設(shè)、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)等項目的實施，灌溉水利用效率有所提高，農(nóng)業(yè)節(jié)水效益有所增加，但是農(nóng)業(yè)用水問題仍較為突出［6］。安徽省開展農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的研究起步較晚，針對灌溉水有效利用效率變化趨勢的相關(guān)研究較少?；诖?，該研究采用首尾測算分析法對安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)進(jìn)行測算，并在此基礎(chǔ)上采用主成分分析法進(jìn)一步對影響因素進(jìn)行剖析，以期為提高安徽省灌溉水利用效率、強(qiáng)化農(nóng)業(yè)用水監(jiān)管、調(diào)整農(nóng)業(yè)投資方向以及為相關(guān)部門的宏觀決策提供參考。

1 研究區(qū)概況

安徽省位于我國大陸中東部，與河南、湖北、浙江、江西和山東接壤，該省有沿江城市群和皖江城市帶承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范區(qū)，內(nèi)擁長江水道，外承沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)輻射，地跨淮河、長江、新安江三大水系，是長三角的重要組成部分。省內(nèi)共有2 000多條河流、580多個湖泊，境內(nèi)的巢湖為我國五大淡水湖之一，面積 780 km2。安徽省是我國糧食主產(chǎn)區(qū)之一，數(shù)據(jù)顯示，2021年安徽省糧食播種面積為730.96萬hm2，糧食全年產(chǎn)量為 4 087.56萬t，居全國第4位。截至2021年底，安徽省共有大型灌區(qū)11個，設(shè)計灌溉面積132.76萬hm2，有效灌溉面積117.45萬hm2，其中淠史杭灌區(qū)為我國第二大灌區(qū)；中型灌區(qū)462個，設(shè)計灌溉面積122.23萬hm2；小型灌區(qū)161 495個，設(shè)計灌溉面積138.47萬hm2。

根據(jù)《安徽省水資源公報》數(shù)據(jù)顯示（表1），2012—2021年安徽省用水總量為268.30億～296.02億m3，平均為282.98億m3。其中耕地灌溉用水量為130.57億～154.12億m3，平均為143.14億m3，占用水總量的50.58%；林牧漁畜用水量為7.72億～13.94億m3，平均為9.72億m3；工業(yè)用水量為80.37億～98.43億m3，平均為90.56億m3；城鎮(zhèn)公共用水量為7.12億～8.75億m3，平均為8.07億m3；居民生活用水量為23.96億～27.85億m3，平均為25.40億m3；生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水量為3.78億～9.02億m3，平均為6.09億m3。安徽省耕地灌溉用水量較大，占用水總量超過50%，因此提高農(nóng)田灌溉用水效率具有重要意義。

2 研究方法

2.1 農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算

遵守《全國灌溉用水有效利用系數(shù)測算分析技術(shù)指南》和《全國農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算分析技術(shù)指導(dǎo)細(xì)則》相關(guān)要求，綜合考慮安徽省實際測算條件，截至2021年，共選擇大型灌區(qū)11個、中型灌區(qū)72個、小型灌區(qū)1 630個，觀測作物主要為水稻，參照文獻(xiàn)［7-8］的方法，采用首尾測算分析法計算各樣點灌區(qū)的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)，具體公式如下所示：

式中：η為樣點灌區(qū)的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)；W凈為樣點灌區(qū)實際灌入田間被作物利用的總水量，即凈灌水量（m3）；W毛為樣點灌區(qū)從所有水源取用的灌溉總水量，即毛灌水量（m3）。

按照逐級匯總原則，依次計算出樣點大型、中型、小型灌區(qū)的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)和毛灌水量，并根據(jù)樣點各類型灌區(qū)占全部灌區(qū)面積的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均，根據(jù)公式（2）計算出安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)，具體公式如下所示：

式中：η省為安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)；η大、η中、η小分別代表安徽省大型、中型、小型灌區(qū)的農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)；W大、W中、W小分別代表安徽省大型、中型、小型灌區(qū)的年毛灌水量（m3）。

2.2 農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)影響因素指標(biāo)體系的建立

農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)涉及的影響因素指標(biāo)錯綜復(fù)雜，與經(jīng)濟(jì)、人口、技術(shù)等均有聯(lián)系［9］，為全面客觀地選取農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的影響因素指標(biāo)，將整體最優(yōu)化作為研究目標(biāo)，結(jié)合安徽省實際狀況，共選取10個影響因子進(jìn)行分析，建立指標(biāo)體系：降雨量（X1，mm）、平均氣溫（X2，℃）、土壤類型（X3）、農(nóng)戶節(jié)水意識（X4）、水稻種植面積（X5，萬hm2）、灌溉定額（X6，m3/hm2）、有效灌溉面積（X7，萬hm2）、毛灌水量（X8，m3/hm2）、節(jié)水灌溉工程投資（X9，萬元）、節(jié)水灌溉工程面積（X10，萬hm2）。

2.3 主成分分析法

主成分分析法是通過采用降維處理方法，將含有較多變量的組合重新整合為含有少量綜合指標(biāo)，然后逐步計算出各個主成分的特征值、貢獻(xiàn)率，按照特征值大于1同時累計貢獻(xiàn)率達(dá)85%以上的標(biāo)準(zhǔn)，選擇出主成分反映影響因子［10］，具體公式如下所示：

式中：Fp為第p個主成分；a1i，a2i，…，api為各變量特征向量值；Zx1，Zx2，…，Zxp為各變量標(biāo)準(zhǔn)化后值。一般情況下，第一主成分的方差較大，成分中包含的信息量越大。

2.4 數(shù)據(jù)來源

基于《安徽省氣候公報》《安徽省統(tǒng)計年鑒》《安徽省水資源公報》《中國水資源公報》以及安徽省各灌區(qū)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理。

3 結(jié)果與分析

3.1 安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)分析

由表2可知，2012—2021年，全國及安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)均呈逐漸增長趨勢，全國水平由0.516增長至0.568，增長率10.08%；安徽省則由0.502增長至0.558，增長率達(dá)11.16%，安徽省逐年農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)均低于全國水平的1.76%～3.40%。雖然安徽省逐年農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)均低于全國水平，但是增長率高于全國水平，與全國水平的差距呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢。

3.2 安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的影響因素分析

為進(jìn)一步探究安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的影響因素，采用主成分分析法對選取的10個影響因子進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果見表3。由表3可知，根據(jù)特征值大于1的納入標(biāo)準(zhǔn)，安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的影響因素可以歸為3大類因子，且從特征值和貢獻(xiàn)率可看出，前三成分的貢獻(xiàn)率分別為64.562%、18.767%、13.485，累積貢獻(xiàn)率達(dá)96.814%，完全滿足主成分累計貢獻(xiàn)率超過85%的標(biāo)準(zhǔn)，表明這3個主成分可以較好地反映安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的影響因子。

利用主成分分析法對前三成分進(jìn)一步分析，確定影響安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的主要驅(qū)動力因子。初始因子載荷矩陣可以較好地反映各主成分因子可表征的信息，由表4可知，在第1主成分上載荷較高的因子有降雨量（X1）、平均氣溫（X2）、節(jié)水灌溉工程投資（X9），且節(jié)水灌溉工程投資（X9）的載荷最大。安徽省2012—2021年的降雨量表現(xiàn)為上下波動的態(tài)勢，其中2016年降雨量最高，為1 612.7 mm，2019年最低，為935.8 mm，降雨量總體較為充沛，但是由于各區(qū)域的地形地貌較為復(fù)雜、空間變化大、時間分布不均，近10年降雨量沒有對農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)產(chǎn)生較大影響。安徽省2012—2021年的平均氣溫變化較小，近年一直穩(wěn)定在16.5 ℃左右，對農(nóng)作物用水量的影響較小。近年來，安徽省逐年增加節(jié)水灌溉工程投資，通過灌區(qū)配套工程和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，提高了渠道襯砌率，降低了田間滲漏損失，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)也得到了有效提升。

在第2主成分上具有較高載荷的有農(nóng)戶節(jié)水意識（X4）、有效灌溉面積（X7）、節(jié)水灌溉工程面積（X10），且節(jié)水灌溉工程面積（X10）的載荷最大。近年來，安徽省政府相關(guān)部門在水資源管理上實行了一系列措施，指導(dǎo)農(nóng)民合理配置水資源，減少水資源浪費，并讓農(nóng)民參與水資源管理，提高農(nóng)民的節(jié)水意識，進(jìn)而影響水資源的使用量，提高水資源的使用效率。安徽省2012—2021年有效灌溉面積呈上升趨勢，由2012年的358.51萬hm2上升到2021年的460.88萬hm2，增長率達(dá)28.55%，這主要是由于近年來政府部門加大對農(nóng)田水利工程建設(shè)的投入，逐步改造了7個大型灌區(qū)和部分中型灌區(qū)，增加了部分有效灌溉面積。安徽省2012—2021年節(jié)水灌溉工程面積由2012年的84.27萬hm2上升到2021年的110.19萬hm2，增長了30.76%。安徽省節(jié)水灌溉工程面積的提高主要是采取了渠道防滲等措施，以及積極推廣微灌、噴灌、低壓管灌等先進(jìn)灌溉技術(shù)，隨著節(jié)水灌溉技術(shù)水平的提高、節(jié)水灌溉面積的增加，農(nóng)田灌溉用水量得到了降低，也提高了農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)。

在第3主成分上具有較高載荷的有水稻種植面積（X5）、灌溉定額（X6），第3主成分基本反映了灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)對安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的影響。安徽省近10年的水稻種植面積均略有增加，由2012年的235.61萬hm2增加到2021年的251.22萬hm2，增長了6.63%。這說明不同灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)會對人們的灌溉習(xí)慣和管理習(xí)慣產(chǎn)生一定影響，可直接或間接地影響農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)。

3.3 提高安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的建議

2012—2021年安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，說明近年來隨著安徽省加大對各灌區(qū)的建設(shè)管理力度，以及實施節(jié)水灌溉措施，已取得了較為明顯的成果，但仍有較大的提升空間。根據(jù)對安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的影響因素分析的結(jié)果，提出以下建議，為今后工作提供思路和參考。

3.3.1 加大對節(jié)水灌溉工程的投資。繼續(xù)對大型、中型和小型灌區(qū)開展具有針對性的工程投入，持續(xù)推進(jìn)灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造工程的建設(shè)，完善渠道襯砌和渠系建筑物的維修管理，提高渠系過流能力，降低滲流損失，發(fā)揮高效節(jié)水灌溉的效益，逐步提升安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)［11］。

3.3.2

加強(qiáng)節(jié)水灌溉工程建設(shè)，加大節(jié)水灌溉先進(jìn)技術(shù)推廣。大力推廣應(yīng)用先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，立足安徽省不同地區(qū)的實際情況，選擇科學(xué)和合理的節(jié)水灌溉技術(shù)，增加節(jié)水灌溉工程面積。對于大型、中型灌區(qū)要不斷完善農(nóng)田灌溉水計量體系，實現(xiàn)農(nóng)田灌溉數(shù)據(jù)的信息化，不斷提高農(nóng)田灌溉水的利用效率；小型灌區(qū)要改造老舊的土渠和磚渠等輸水管道，要提高低壓管灌工程比重，并開展末級渠系的改造和襯砌，降低滲漏損失，不斷提升安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)。

3.3.3

加強(qiáng)灌區(qū)管理。定期對水利系統(tǒng)管理人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，提升其業(yè)務(wù)管理能力，也要引導(dǎo)農(nóng)民和用水者積極參與。聯(lián)合物價部門出臺更為有效的節(jié)水政策，深化農(nóng)業(yè)水價綜合改革，有效推進(jìn)農(nóng)民用水協(xié)會管理，并擴(kuò)大農(nóng)民用水協(xié)會的管理范圍，出臺激勵管理政策，加大宣傳力度，提高廣大農(nóng)民的節(jié)水意識并調(diào)動其參與用水管理的積極性。合理調(diào)用已建水利工程，充分利用雨水，合理調(diào)配水資源，控制用水總量。推進(jìn)水利管理現(xiàn)代化建設(shè)，建立網(wǎng)絡(luò)交流平臺，增強(qiáng)不同地區(qū)的交流和溝通，切實做到技術(shù)交流無障礙和信息共享。

4 結(jié)論

綜上可知，安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)較全國水平而言，仍處于較低水平，但總體呈現(xiàn)逐年增大趨勢，且與全國水平的差距呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢；在眾多影響因素中，節(jié)水灌溉工程投資和節(jié)水灌溉工程面積對安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的提高具有較大的積極影響。加大對節(jié)水灌溉工程的投資，加強(qiáng)節(jié)水灌溉工程建設(shè)、推廣節(jié)水灌溉技術(shù)，不斷優(yōu)化灌區(qū)的管理水平，是提高安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)可行的方法。

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