基于投影寻踪方法的粮食主产区农民用水合作组织绩效研究*——基于湖北、湖南、黑龙江3省的调查

颜 华，关立珊，王 勇

(1东北农业大学经济管理学院，黑龙江哈尔滨 150030;2.青岛农业大学合作社学院，山东青岛 266109)

·粮食安全·

基于投影寻踪方法的粮食主产区农民用水合作组织绩效研究*
——基于湖北、湖南、黑龙江3省的调查

颜 华1※，关立珊1，王 勇2

(1东北农业大学经济管理学院，黑龙江哈尔滨 150030;2.青岛农业大学合作社学院，山东青岛 266109)

目的农民用水合作组织是我国灌溉管理制度改革的产物，农民用水合作组织的建立改进了农村水利管理的方式，提高了灌溉管理过程中水资源的利用率。方法通过构建粮食主产区农民用水合作组织绩效评价指标体系，建立基于实数编码加速遗传算法的投影寻踪分类模型，对湖北、湖南、黑龙江等3省61家农民用水合作组织的绩效进行了实证分析。结果粮食主产区农民用水合作组织绩效水平总体较好，在所调查的61家农民用水合作组织中， 27.1%的农民用水合作组织绩效为优秀， 28.8%绩效良好， 13.6%绩效一般， 30.5%绩效较差。结论总体上来看，湖南、湖北等2省农民用水合作组织的绩效高于黑龙江。是否有产权、农户参与率、是否民主决策、培训次数、农户满意度、单位面积灌水量和水费收取率等指标对农民用水合作组织绩效影响最大。因此,政府适当放权，选取恰当的扶持方式，提升农户的认识，推广好的农民用水合作组织发展模式是提高农民用水合作组织绩效的有效途径。

农民用水合作组织 用水户协会 绩效评价 投影寻踪分类模型 湖北 湖南 黑龙江

0 引言

农民用水合作组织是由农户、新型农业经营主体等各类农村水利服务的利用者、提供者按照自愿参加、民主管理、合作互助的原则组建的以参与农田水利工程建设与管护、用水管理及提供涉农用水服务为主要职责的非营利性的社团组织[1]，其表现形式为农民用水户协会、水利合作社、灌溉合作社等。农民用水合作组织作为基层水利服务体系之一，是小型农田水利工程建设和管护的主体，在提高农业综合生产能力、增加农民收入、发展繁荣农村经济、保护和改善生态环境方面有着不可忽视的作用。从1995年湖北、湖南省成立了国内第一批农民用水合作组织以来，其他粮食主产区也相继成立了农民用水合作组织。然而粮食主产区农民用水合作组织的发展参差不齐，有的被评为国家示范组织，有的处于“只建不管”状态，有的甚至已经“名存实亡”。

1 文献回顾

农民用水户协会的发展是以供应为基础的水资源管理向以需求为基础的水资源管理转变过程中的重要步骤[2]，是解决日益增加的用水矛盾最有效的措施之一[3]，其优势在于能够将资金、劳动力等要素有效地结合，从而更好地满足用水户的需求，提高农户的生产效率[4]； 由于用水户参与协会的管理、规划及决策，这对用水户的态度、行为、能力和技能产生了积极的影响，大大增加其整体的社会资本[5]。农民用水户协会的绩效评价是学者研究的热点问题，目前的研究成果主要有，Cengiz Koç[6]构建12个财务指标来衡量和评估用水户协会的财务绩效，得出应仔细监控与影响因素值相差较大的财务指标，从而提高用水户协会的财务管理水平及其可持续性的结论； J.I.Córcoles和J.A.de Juan等[7]利用基准测试技术，对不同协会的绩效进行了比较，指出其差异是由于不同的作物系统、水力设计、灌溉系统、管理策略的差异形成的。而国内对于农民用水合作组织绩效的研究也从最初的定性分析逐渐转入以定量分析为主。例如，王建鹏、崔远来等[8]以农民用水户协会、协会范围内村组、协会范围内用水户、非协会范围内村组、非协会范围农户、与用水户协会相关的管理单位为研究对象，对比分析了农民用水户协会的绩效水平，总的来讲，农民用水户协会的建立已取得了许多明显的成效； 杜鹏等[9]运用统计学手段综合评价了甘肃省张掖市甘州区农民用水户协会的运转绩效，结果显示，除了试点、示范协会以外的农民用水户协会的绩效普遍不显著； 杨海燕、贾艳彬[10]提出农民用水户协会在完善小型水利工程维修与管护、降低水费成本、改善用水效率、促进粮食增产以及增加农民收入方面的绩效突出； 李鸿鹰[11]结合农民用水户协会各年度间的纵向对比分析与农民用水户协会区域和非农民用水户协会区域的横向对比分析，发现农民用水户协会的财政绩效、工程管护绩效、农业和农户经济绩效、脱贫绩效及妇女参与管理绩效均日趋良好。

2 粮食主产区农民用水合作组织绩效评价指标体系的构建

表1 粮食主产区农民用水合作组织绩效评价指标体系

评价指标指标类型组建指标是否选举产生会长X11定性是否有完善的机构设置X12定性是否健全的规章制度X13定性是否得到政府支持X14定性管理灌溉面积(万hm2)X15定量运行指标是否民主决策X21定性财务公开次数(次/年)X22定量培训次数(次/年)X23定量农户参与率(%)X24定量农户满意度(%)X25定量灌溉用水指标灌溉用水充足比例(%)X31定量量水设施完备率(%)X32定量水费收取率(%)X33定量灌溉水利用效率(%)X34定量用水矛盾发生次数(次/年)X35定量单位面积灌水量(m3/hm2)X36定量渠系工程指标是否有产权X41定性是否专人维护X42定性工程完好率(%)X43定量渠道维护费用(万元/年)X44定量经济效益指标协会收支比例(%)X51定量灌溉水分生产率(kg/m3)X52定量单位灌溉用水收益(元/m3)X53定量

农民用水合作组织是我国灌溉管理制度改革的产物，是参与式灌溉管理制度的载体。农民用水合作组织的建立改进了农村水利管理的方式，提高了灌溉管理过程中水资源的利用率，改善了小型农田水利设施完好率低、无人管理等情况，缓解了农村水利工作资金严重短缺的现状。可见，农民用水合作组织对于我国农田水利建设有着举足轻重的意义。对农民用水合作组织绩效的研究，首先要构建绩效评价指标体系。指标体系的构建遵循了以下3个方面原则：(1)全面性原则。为全面考量分析农民用水合作组织的绩效，构建了5个方面的评价指标； (2)不交叉原则。即指标间不能重叠过多。文章从以上5个指标入手，分别设置了5、5、6、4、3个具体指标； (3)易取得性原则。用于研究的数据应是容易获取的。在选取的23个评价指标中，定性指标16个，定性指标7个[1]。

这16个定量指标中，“用水矛盾发生次数”“单位面积灌水量”“渠道维护费用”3个属于越小越优的指标，根据公式(2)处理，其他指标则是越大越优，根据公式(1)处理； 这7个定性指标在具体赋值时，全部采用“是=1，否=0”的形式。经过赋值的定性指标具有一致的变化范围且无量纲，可以直接利用投影寻踪分类模型计算。

3 粮食主产区农民用水合作组织绩效实证分析

3.1 数据来源

该文选取湖北省14家农民用水户协会，其中宜昌市4家、漳河灌区10家； 湖南省23家农民用水户协会，其中岳阳市5家、长沙市16家； 黑龙江省24家农民用水户协会，其中绥化市6家、鹤岗市6家、齐齐哈尔市5家、五常市5家、七台河市2家共61家农民用水户协会作为调研对象，针对农民用水户协会发放问卷61份，回收问卷61份，其中有效问卷59。针对农户发放问卷200份，回收196份，其中有效问卷181份。

3.2 模型选择

3.2.1 建模过程

该研究运用投影寻踪分类模型对粮食主产区农民用水合作组织的绩效进行评价。其基本思想是：将影响农民用水合作组织绩效水平的多因素指标，通过投影寻踪分类模型得到反映其综合指标特性的投影特征值，然后建立投影特征值与因变量的一一对应关系函数(投影指标函数)[12]，寻找使投影指标函数达到最优的投影值。投影值越大，表示该农民用水合作组织的绩效水平越高。根据投影值的大小，得到农民用水合作组织绩效水平由高到低的排序。具体的建模步骤如下。

(1)样本与评价指标集合的归一化处理

设不同评价指标值的样本集合为

{x*(i，j)|i=1， 2，…，n；j=1， 2，…，p}，x*(i，j)

其中，x*(i，j)表示第i个样本的第j个指标值；n表示样本的个数；p表示指标的个数。

由于每个指标值的量纲与变化范围不同，为了消除这一方面的影响，采用下式对各个评价指标值进行极值归一化处理：

(1)

(2)

式(1)、(2)中，x(i，j)表示指标特征值归一化的序列；xmax(j)与xmin(j)分别表示第j个指标值的最大值与最小值。

(2)投影指标函数的构建

投影寻踪方法就是把p维数据{x(i，j)|j=1， 2，…，p}综合成以a={a(1)a(2)，…，a(p)}为投影方向的一维投影值z(i)，即：

(3)

式(3)中，i=1， 2，…，n；a为单位长度向量。

因此，投影指标函数表示为

Q(a)=SzDz

(4)

式(4)中，Q(a)表示投影指标函数；Sz表示z(i)的标准差；Dz表示z(i)的局部密度，即：

(5)

(6)

式(5)、(6)中，E(z)表示序列{z(i)|i=1， 2，…，n}的平均值；R表示局部密度的窗口半径；r(i，j)表示样本之间的距离，即r(i，j)=|z(i)-z(j)|；u(t)表示一单位阶跃函数，当t≥0时，u(t)的值为1，当t<0时，u(t)的值为0[13]。

(3)投影指标函数的优化

当每个评价指标值的样本集合确定时，投影指标函数Q(a)只随着投影方向a的变化而变化。不同的投影方向反映不同的数据结构特征，最优投影方向就是最大可能暴露高维数据某类特征结构的投影方向，因此，可以通过求解投影指标函数最大化问题来估计最优投影方向，即：

最大化目标函数：Max：Q(a)=Sz·Dz

(7)

(8)

由于这是一个以{a(j)|j=1， 2，…，p}为优化变量的复杂非线性优化问题，该文将采用基于实数编码的加速遗传算法(简称RAGA)来解决其高维全局寻优问题[14]。

(4)排序

将最优投影方向a*带入式(3)得到各个样本的投影值z*(i)，最后，按z*(i)值从大到小排序，从而可以将农民用水合作组织的绩效水平从高到低进行排序。

3.2.2 基于实数编码的加速遗传算法

遗传算法是一类利用二进制编码技术模拟生物自然选择和群体遗传机制的全局寻优方法，只要求目标函数和约束条件具有可计算性，适应性强。基于实数编码的加速遗传算法，更是在收敛速度和全局优化性方面有明显的提高，从而便于处理复杂的具有高维、非线性、不连续等特征的优化问题。

以求解最小化问题为例，minf(x)，s.t.a(j)≤x(j)≤b(j)

RAGA建模的步骤：(1)优化变量的实数编码； (2)父代群体的初始化； (3)父代群体适应度评价的计算； (4)选择操作，产生新种群； (5)父代种群的杂交操作； (6)变异操作，得到新一代种群； (7)演化迭代； (8)前7个步骤构成标准遗传算法。由于标准遗传算法在运行中经常在远离全局最优点的地方停止寻优，故此，采用加速遗传算法，即选择第1次和第2次进化产生的优秀个体变化区间作为下次迭代时新的变化区间，之后，算法转入步骤(1)重新运行，如此加速，直至最优个体的目标函数值小于设定某一设定值或算法运行达到预定加速次数，至此结束。此时，最优个体就是RAGA的寻优结果，也就是最优投影方向。

3.3 实证分析

该文采用Matlab7.0编程处理数据，并根据公式(3)～(8)建立投影寻踪分类模型。基于实数编码的加速遗传算法运行过程中，选定父代种群规模为N=400，交叉概率Pc=0.80，变异概率Pm=0.80，优秀个体数目为n=20，α=0.05，加速次数为20次[15]，从而得到最大指标函数值是y=8.165 1，最佳投影方向a*={0.250 5， 0.264 0， 0.171 2， 0.123 9， 0.077 2， 0.291 4， 0.175 1， 0.227 9， 0.317 1， 0.206 5， 0.275 7， 0.095 0， 0.225 5， 0.180 8， 0.078 8， 0.248 7， 0.318 4， 0.312 8， 0.026 4， 0.118 5， 0.231 0， 0.010 2， 0.045 7}，将a*带入公式(3)计算出粮食主产区农民用水合作组织绩效评价样本的投影值z*(i)，再把投影值z*(i)按照由大到小顺序排列，即可得到59家样本的优劣排序，具体结果如表2所示。

3.4 聚类分析

利用投影寻踪分类的方法已经确定61家农民用水户协会绩效水平的优劣顺序，为了更加明确农民用水合作组织的绩效水平，采用费希尔最优求解法对其进行合理的聚类。费希尔最优分解法的基本思想是基于方差进行分割，使得各类内部样本之间的差异最小，各类之间样本的差异最大[1，16-17]。这种方法的优势在于对于有限的n(有序样本数)和k(分类数)，有序样本的所有可能分类结果是有限的，可以在某种损失函数意义下，求得最优解。

选取聚类数k=4，也就是说将样本分为“优秀”、“良好”、“中等”、“差”四大类。采用Matlab7.0编程，得到具体分类如表3所示。

3.5 农民用水合作组织绩效影响因素的投影方向

农民用水合作组织的发展必定会受到多方面影响因素的制约，根据投影寻踪分类模型计算得出的最佳投影方向a*(图1)，能够得到这23个评价指标对农民用水合作组织绩效评价结果的影响程度，最佳投影方向a*越大，则其影响程度越高。

表2 粮食主产区农民用水合作组织绩效评价样本的投影值及排序

协会名称z∗(i)排序协会名称z∗(i)排序协会名称z∗(i)排序东风三干渠383091双起桥3076321筻口镇2285441坳口支渠373032官塘3070922海洋2025642西山355663开明3069423丰收2015443黄林支渠354604五七长渠3059124泰来农场灌区南区用水协会1990044范林349205田镇3033525泰来农场灌区北区用水协会1983145高桥348416九溪源2999426泥鳅河灌区1809446井塘348397甘田乡2976027双山1801847梅塘345248洪山关2969928胜远1797948鸦铺344939梅数桥2967529胜丰1789149东塘3436510董岗支渠2962630铁山村1782550长岗灌区3411311杨林2947631兴安灌区1768751二干渠二支渠3400712洪河2935532敖来灌区1749752金光3373313百录2913233四方台灌区1737853双岭3325014周坪2472734平安村1727354许岗3282115吕岗2470235红丰1721455长塘3266416彩桥2468236黎明1715056花园3196317小石庙子2461937新华灌区1707457仓库3166018周湾2428038大兴村1701258荆华3109219和平灌区一支渠2389239红光1696159石牯牛3108720和平灌区二支渠2381940

表3 粮食主产区农民用水合作组织绩效评价样本的聚类结果

分类优秀(16家)良好(17家)中等(8家)差(18家)协会名称东风三干渠花园周坪海洋坳口支渠仓库吕岗丰收西山荆华彩桥泰来农场灌区南区用水协会黄林支渠石牯牛小石庙子泰来农场灌区北区用水协会范林双起桥周湾泥鳅河灌区高桥官塘和平灌区一支渠双山井塘开明和平灌区二支渠胜远梅塘五七长渠筻口镇胜丰鸦铺田镇铁山村东塘九溪源兴安灌区长岗灌区甘田乡敖来灌区二干渠二支渠洪山关四方台灌区金光梅数桥平安村双岭董岗支渠红丰许岗杨林黎明长塘洪河新华灌区百录大兴村红光

表4 湖北、湖南、黑龙江3省农民用水合作组织绩效评价样本绩效水平

等级项目湖北省湖南省黑龙江省优秀协会个数682占“优秀”水平协会的比例(%)37550125占该省所调查协会的比例(%)42934883良好协会个数5120占“良好”水平协会的比例(%)2947060占该省所调查协会的比例(%)3575710中等协会个数314占“中等”水平协会的比例(%)37512550占该省所调查协会的比例(%)21443167差协会个数0018占“差”水平协会的比例(%)00100占该省所调查协会的比例(%)0075

图1 农民用水合作组织绩效影响因素的投影方向

4 结论与政策建议

据费希尔最优求解法聚类得出的结果表明，在所调查的61家农民用水合作组织中， 27.1%绩效为“优秀”， 28.8%绩效“良好”， 13.6%绩效“中等”以上， 30.5%绩效较差。可以看出，粮食主产区农民用水合作组织绩效水平总体发展较好，但仍有一部分协会绩效水平亟待提高。湖北、湖南两省的农民用水合作组织绩效水平较高，就黑龙江省而言，其农民用水合作组织的绩效水平相对于湖北、湖南两省较低，只有8.3%的协会处于“优秀”水平， 75%的用水合作组织绩效较差。

(1)用水户是否拥有产权对绩效影响最大。因此，在农民用水合作组织的发展中要建立明确清晰的水利工程产权体系，如县级以上水利工程由国家及水管单位管理，乡镇级水利工程可以承包出去，村级工程由农民用水合作组织负责管护。工程产权的明晰能够增强农民用水合作组织的主人公意识，更有利于工程维修、灌溉水利用效率的提高。

(2)从运行指标来看，农户参与率、是否民主决策、培训次数和农户满意度都很大程度上影响着农民用水合作组织的绩效。政府要选取恰当的扶持方式，做到“授之以渔”。除了划拨经费和项目申请外，更应该注重扶持农民用水合作组织自身来发展，在其发展过程中，主要采取辅助的方式，或提供实用专业技术的培训，或派遣学习先进经验等等，要不断提升农户的认识，积极发挥其主体作用。

(3)在灌溉用水管理指标方面，单位面积灌水量和水费收取率对农民用水合作组织绩效的影响显著。各地区应该根据当地实际情况，因地制宜地选择与创新农民用水合作组织的发展模式，如在调研中发现的两种新型模式：一是“农民专业合作社+农民用水合作组织+农户”的模式，湖北省东风三干渠农民用水户协会采用的就是这种模式，有效地解决了协会资金短缺及合作社和协会可持续发展的问题； 二是“农民用水合作组织+水利代管制+农户”的模式，“水利代管制”是指由一个人负责多个农户的农田水利灌溉工作，这种模式主要适用于既外出打工又在家里种田的农户，大大节省了这种农户的时间和精力，同时也使得代管人增加了部分收入。

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PERFORMANCEOFCOOPERATIONORGANIZATIONINMAJORGRAIN-PRODUCINGAREAS*——BASEDONSURVEYOFHUBEI,HUNAN,HEILONGJIANGPROVINCES

YanHua1※,GuanLishan1,WangYong2

(1. College of Economics and Management, Northeast Agricultural University, Harbin, Heilongjiang 150030, China;2. College of Rural Cooperatives, QingDao Agricultural University, Qingdao, Shandong 266109, China)

Water-using cooperative is a product of irrigation system reforming in China, which improves the management method and efficiency of water conservancy management in rural areas. This paper built an evaluating system for cooperation organization in major grain producing areas in Hubei, Hunan, Heilongjiang province, studied the performance of the sixty-one farmers′ water cooperation organizations using projection pursuit classification model based on real-coded accelerate genetic algorithm. The results showed that the performance of farmers′ water cooperation organization in major grain-producing areas was good, the ratios of the excellent, good, general, and low performance were 27.1%, 28.8%,13.6%, and 30.5%, respectively. It was better in Hunan and Hubei province, but low in Heilongjiang province. The factors such as whether to have property rights of water using cooperatives, farmers participation in the management, decision process of the water using cooperatives, training for members, irrigation efficiency on arable and charge rate on water using, all had effects on the performance of farmers′ water cooperation organization. It should use appropriate decentralization and select the appropriate way of government support, improve the understanding of farmers for water using cooperatives, and popularize good development models of farmers′ water cooperative organization, to promote the performance of farmers′ water cooperation organization in major grain-producing areas.

farmers′ water cooperation organization; water user association; performance evaluation; projection pursuit classification model; Hubei; Hunan; Heilongjiang

10.7621/cjarrp.1005-9121.20170902

2016-06-06

颜华(1976—)，女，黑龙江哈尔滨人，博士、教授、博士生导师。研究方向：农业经济与管理。Email：colouryan@sina.com *资助项目：国家社会科学基金项目“粮食主产区农民用水合作组织的成员行为选择及其激励机制构建”(14BJY092)； 东北农业大学学术骨干项目“农民专业合作社普通成员的利益实现及其保障机制”(15XG25)； 东北农业大学研究生科技创新项目“黑龙江省农民用水合作组织绩效研究”(yjscx14031)

F321.4

A

1005-9121[2017]09008-07