用水和水利工程開發(fā)對地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的影響研究

郜蘢郁

(河北省水務中心,石家莊 050000)

0 引 言

進入21世紀以來,我國農(nóng)業(yè)用水占比一直保持在60%左右[1]。由于缺乏完善的管理維護體系以及設備老化等因素,灌溉水利用率只有50%左右,而發(fā)達國家的灌溉水利用率在80%以上[2]。針對農(nóng)村用水和水利工程基礎設施建設,相關領域的學者開展了大量研究。張超等[3]以濟寧市農(nóng)田水利工程為例,分析了節(jié)水灌溉技術在實際應用中的不足,并從多個方面對節(jié)水灌溉技術和管理進行改進。計利剛[4]詳細介紹了農(nóng)村灌溉用水系數(shù)和各種相關物理參數(shù)的測算方法,研究結果顯示灌溉用水系數(shù)測算法的精確度更高。徐鍇[5]認為農(nóng)田水利工程建設是促進農(nóng)業(yè)發(fā)展的決定性因素,通過研究上饒市農(nóng)田水利工程的現(xiàn)狀,總結出當前農(nóng)田水利工程管理中的普遍問題。Stringer L C等[6]提供了干旱地區(qū)政府部門需求一致性的水資源綜合管理方法,認為農(nóng)田水利工程的建設和維護有利于加速農(nóng)村經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展目標的進程。Rosa L[7]認為在全球水資源短缺的背景下,要想滿足不斷增長的糧食需求,除了擴大耕地面積外,還需要改善農(nóng)田水利工程設施。

本文采用相關分析法、聚類分析法和多元回歸分析法,對靈壽縣15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)田水利工程和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益之間的關系進行研究,以期在農(nóng)田水利設施投資比重上予以參考,使其建設和維護更有目的性。

1 靈壽縣農(nóng)田水利工程基本信息和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益指標體系構建

1.1 靈壽縣基本概況和各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)田水利工程設施修建情況

靈壽縣位于中國河北省西部,隸屬于石家莊市,總面積1 069km2,截至2020年常住人口35.06萬人。根據(jù)《靈壽縣統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù),靈壽縣山區(qū)面積528.9km2,占總面積49.48%;丘陵面積403.90km2,占總面積37.78%。惡劣的地形對靈壽縣農(nóng)業(yè)發(fā)展提出嚴峻的挑戰(zhàn),相較于河北省其他地形相對平坦的區(qū)縣,靈壽縣更重視農(nóng)田水利工程建設。

農(nóng)田水利工程指以農(nóng)業(yè)增產(chǎn)為目的,以調節(jié)、改善農(nóng)田水分狀況和地區(qū)水利條件為手段的水利工程,其基本內容主要是灌溉設施、排水設施、小型河道治理設施、塘壩水庫等[8]。農(nóng)田水利工程可以增強農(nóng)田抵抗旱澇等天災的能力,完善生態(tài)循環(huán),有利于農(nóng)作物生長。

根據(jù)靈壽縣實際情況和相關研究,選取養(yǎng)護次數(shù)較多、影響范圍較廣且投資金額較大的農(nóng)田水利工程設施與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值進行相關性分析,以確定農(nóng)田水利工程設施的修建是否對地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生影響[9]。農(nóng)田水利工程設施通常分為渠系工程、水源工程和渠系建筑物,靈壽縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)情況見表1。

表1 靈壽縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)田水利工程設施修建情況

1.2 考慮農(nóng)田水利工程設施影響的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益指標體系

采用聚類分析法,將靈壽縣15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)劃分為3個等級;考慮到數(shù)據(jù)獲取便利性和計算簡便性,選擇農(nóng)用肥總量和有效灌溉面積作為衡量農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的指標[10]。有效灌溉面積和農(nóng)業(yè)用肥總量均能在靈壽縣統(tǒng)計局官方數(shù)據(jù)庫中獲取,都能直接改變作物產(chǎn)量,具有明確經(jīng)濟意義。由于二者數(shù)值差距較大且單位不同,對其進行歸一化處理,聚類結果見圖1。

圖1 靈壽縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益聚類結果圖

根據(jù)圖1可知,A等級區(qū)包括靈壽鎮(zhèn)、塔上鎮(zhèn)、青同鎮(zhèn)、慈峪鎮(zhèn)、三圣院鄉(xiāng)和北譚莊鄉(xiāng)6個鄉(xiāng)鎮(zhèn);B等級區(qū)包括岔頭鎮(zhèn)、北洼鄉(xiāng)、陳莊鎮(zhèn)、牛城鎮(zhèn)、南寨鄉(xiāng)和南燕川鄉(xiāng)6個鄉(xiāng)鎮(zhèn);C等級區(qū)包括寨頭鄉(xiāng)、狗臺鄉(xiāng)和南營鄉(xiāng)3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。參考聚類結果和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值可以發(fā)現(xiàn),A等級區(qū)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益較好,B等級區(qū)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益居中,C等級區(qū)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益較差。

首先采用多元線性回歸方法進行分析,基本方程如下:

f(x)=a+a1x1+a2x2+…+anxn

(1)

式中:a為常數(shù);an為待估計系數(shù);n為自變量數(shù)量。

根據(jù)相關研究提出的指標選取原則,選擇與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值顯著相關的5種農(nóng)業(yè)水利工程設施和農(nóng)業(yè)物資使用量:農(nóng)用化肥使用量(t)、農(nóng)用塑料薄膜使用量(t)、農(nóng)藥使用量(t)、農(nóng)村用電總量(kW·h)、農(nóng)業(yè)機械總動力(kW)[11]。

采用層次分析法對靈壽縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益進行分析,分為目標層、準則層和指標層,具體指標見表2。

表2 靈壽縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益指標體系

在構建指標體系后,需要對各指標的權值進行計算,權向量的求解需要進行正則化處理,公式如下:

(2)

式中:i、j分別為準則層和目標層序號。

將判斷矩陣行向量求和,再進行正則化處理,公式如下:

(3)

式中:W為正則化處理后的指標權重值。

2 靈壽縣農(nóng)田水利工程對農(nóng)村經(jīng)濟效益的影響

2.1 農(nóng)田水利工程與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值的相關性分析

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值是以貨幣形式表現(xiàn)的農(nóng)、林、牧、副、漁全部產(chǎn)品的總量,能夠反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總規(guī)模和總成果,包括種植業(yè)產(chǎn)值、采集產(chǎn)值、兼營工商業(yè)產(chǎn)值、林業(yè)產(chǎn)值、畜牧業(yè)產(chǎn)值和漁業(yè)產(chǎn)值[12]。由于本研究主要討論農(nóng)田水利工程設施,故只選擇種植業(yè)產(chǎn)值、畜牧業(yè)產(chǎn)值和漁業(yè)產(chǎn)值作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值。根據(jù)表1中數(shù)據(jù),分析各農(nóng)田水利工程設施對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值的相關性,結果見表3。

表3 農(nóng)田水利工程設施與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值相關性分析結果

由表3可知,渠道襯砌的皮爾森系數(shù)為0.625,顯著性為0.013。由于0.625的絕對值在0.5和0.8之間,且0.013小于0.05,表明渠道襯砌的總長度和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值顯著相關。清淤筑堤的皮爾森系數(shù)為0.588,顯著性為0.022。由于0.588的絕對值在0.5和0.8之間,且0.022小于0.05,表明清淤筑堤總長度和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值顯著相關。截潛的皮爾森系數(shù)為0.264,顯著性為0.172。由于0.264的絕對值小于0.5,且0.172大于0.05,表明截潛數(shù)量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值沒有顯著相關性。方塘蓄水的皮爾森系數(shù)為0.671,顯著性為0.021。由于0.671的絕對值在0.5和0.8之間,且0.021小于0.05,表明方塘蓄水總量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值顯著相關。農(nóng)業(yè)用井的皮爾森系數(shù)為0.627,相關性為0.044。由于0.627的絕對值在0.5和0.8之間,且顯著性小于0.05,表明農(nóng)業(yè)用井數(shù)量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值顯著相關。橋涵的皮爾森系數(shù)為0.814,顯著性為0.003。由于0.814在0.8和1之間,且0.003小于0.05,表明橋涵數(shù)量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值之間有非常高的相關性。

根據(jù)相關性分析結果發(fā)現(xiàn),橋涵數(shù)量和當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值有非常高的相關性,截潛數(shù)量和當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值無關,其他4種農(nóng)田水利工程設施均和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值有顯著相關性?？梢源_定,農(nóng)田水利工程設施的修建和維護對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值有重要影響。

選擇渠道襯砌、清淤筑堤、方塘蓄水、農(nóng)用井和橋涵5種對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值具有顯著相關性的農(nóng)田水利工程設施進一步分析,通過多元線性回歸分析法和層次分析法對不同等級鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行排序,以確定農(nóng)田水利工程設施對鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟發(fā)展的影響。將渠道襯砌長度、清淤筑堤長度、方塘蓄水總量、農(nóng)用井數(shù)量和橋涵數(shù)量分別編號1-5,農(nóng)業(yè)物資使用量分別編號6-10。

2.2 農(nóng)田水利工程對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值的影響分析

農(nóng)業(yè)物資使用量數(shù)據(jù)來源于《靈壽縣統(tǒng)計年鑒》,而農(nóng)業(yè)水利工程設施數(shù)據(jù)來源于靈壽縣水利公報、發(fā)改委相關文件匯總而成。數(shù)據(jù)選取時間范圍2010-2020年,對全部指標進行回歸分析,結果見表4。

表4 不同分區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值的回歸分析結果

表4中,A、B、C三區(qū)的決定系數(shù)分別為0.611、0.672和0.754,均在0.5～0.8之間。顯著性分別為0.001、0.000和0.001,均小于0.05,表明選中的10項指標和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值具有顯著相關性。其中,5種農(nóng)田水利工程設施對經(jīng)濟發(fā)展重要程度的影響見表5。

表5 農(nóng)田水利工程設施對地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的貢獻率

由表5可以發(fā)現(xiàn),盡管橋涵數(shù)量對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值有非常高的相關性,但對于地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的貢獻率總體不如渠道襯砌長度。在A等級地區(qū),方塘蓄水總量的貢獻率最高;在B等級地區(qū),渠道襯砌長度和橋涵數(shù)量的貢獻率較高;在C等級地區(qū),渠道襯砌長度和方塘蓄水總量貢獻率較高。

根據(jù)表5構建的指標體系和式(2)、式(3)計算出各層的指標權重,準則層判斷矩陣權重計算結果見圖2。

圖2 準則層指標權重

圖2中,A類地區(qū)準則層指標的權重值分別為52%、33%和15%;B類地區(qū)準則層指標的權重值分別為73%、18%和9%;C類地區(qū)準則層指標的權重值分別為65%、28%和7%。由此可知,在準則層中,農(nóng)業(yè)基礎條件對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益的影響最大;農(nóng)田水利工程設施有一定影響;農(nóng)業(yè)物資使用影響較小。

指標層判斷矩陣權重計算結果見表6、圖3和圖4。

圖3 農(nóng)田水利工程設施各指標權重

圖4 農(nóng)業(yè)物資使用各指標權重

表6 農(nóng)業(yè)基礎條件各指標權重

表6中,3個等級地區(qū)的有效灌溉面積權重均遠遠大于從業(yè)人口的權重。而有效灌溉面積是衡量地區(qū)水利化程度和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定性的重要指標,靈壽縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)要想提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益,可以通過農(nóng)田水利工程設施修建和維護增加有效灌溉面積。

圖3中,A等級地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)5項指標的權重值分別為0.261、0.051、0.448、0.152和0.088;B等級地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)5項指標的權重值分別為0.491、0.136、0.007、0.072和0.231;C等級地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)5項指標的權重值分別為0.277、0.122、0.397、0.055和0.149。

由此可知,對靈壽縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)而言,渠道襯砌長度對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益產(chǎn)生重要影響,而清淤筑堤長度和農(nóng)用井數(shù)量影響程度較小。在方塘蓄水總量和橋涵數(shù)量上的影響程度上有一定差異性,對A等級地區(qū)和C等級地區(qū)而言,方塘蓄水總量影響程度大。對B等級地區(qū)和C等級地區(qū)而言,橋涵數(shù)量有一定影響力。

圖4中,A等級地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)5項指標的權重值分別為0.371、0.175、0.189、0.152和0.113;B等級地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)5項指標的權重值分別為0.193、0.514、0.096、0.062和0.135;C等級地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)5項指標的權重分別為0.112、0.207、0.484、0.091和0.106。相較于農(nóng)田水利工程設施指標權重具有一致性,農(nóng)業(yè)物資使用情況受限于各地區(qū)農(nóng)業(yè)土地面積、農(nóng)業(yè)從業(yè)人口、土壤成分等因素差異較大。

靈壽縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益全部評價指標權重見圖5。

圖5 靈壽縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益總指標權重

圖5中,3個等級地區(qū)的總指標權重具有較高的一致性。總體而言,有效灌溉面積、渠道襯砌和農(nóng)用化肥使用量3項指標的影響最顯著。其中,A等級地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中,影響程度排在前三位的是有效灌溉面積、方塘蓄水量、渠道襯砌長度;B等級地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中,影響程度排在前三位的是有效灌溉面積、農(nóng)業(yè)從業(yè)人口數(shù)量和渠道襯砌長度;C等級地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中,影響程度排在前三位的是有效灌溉面積、方塘蓄水總量和渠道襯砌長度。

因此,經(jīng)濟發(fā)展較好的A等級地區(qū)需要保持方塘蓄水總量和農(nóng)用井數(shù)量;經(jīng)濟發(fā)展一般的B等級地區(qū)需要更多的橋涵工程;經(jīng)濟發(fā)展較差的C等級地區(qū)需要先完成更多的清淤筑堤工程。

3 結 論

通過聚類分析法、多元回歸分析法和層次分析法,確定了河北省石家莊市靈壽縣15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益對5種主要農(nóng)田水利工程設施的響應程度。研究結果表明,在A等級地區(qū)和B等級地區(qū),渠道襯砌長度對農(nóng)村經(jīng)濟效益的影響程度最高;在A等級地區(qū)和C等級地區(qū),方塘蓄水總量對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益的影響程度最高;C等級地區(qū)的清淤筑堤長度對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益的影響程度較高。