河南省农田水利现代化水平评价与时空演变

张 亮，石为位

（1.华北水利水电大学，河南郑州 450046；2.河南河长学院，河南郑州 450046）

0 引言

农田水利现代化是水利现代化重要组成部分，也是实现农业现代化的基础。中央多个1号文件都强调把农田水利作为农业基础设施建设的重点［1］。农田水利现代化建设本质上是社会现代化发展的产物，利用现代化手段改进水利工程建设，其过程必须遵循以人为本的理念，在满足人们需求的前提下进行农田水利现代化的建设与管理，做到人与自然和谐相处。河南作为人口大省、粮食生产大省，农田水利发展不均衡，现阶段其农田水利现代化水平还有待提升，空间差异性较大。构建河南省农田水利现代化水平综合评价指标体系，基于熵权模型和空间分析方法，采用2015 年至2019 年连续五年的数据对河南省农田水利现代化水平进行综合评价，并探讨其时空演变规律，以期为河南省农田水利现代化发展提供方向指引和科学依据，为河南省提高农业综合生产能力，保障粮食安全实现农业现代化提供参考依据。

1 农田水利现代化水平评价指标体系的构建

目前，关于农田水利现代化水平评价指标体系的研究较少。2016 年穆建新［2］等人按工程设施、管理措施、生态环境和经济效益四大类划分出一级指标12个，二级指标24个，构建了灌区农田水利现代化评价指标体系。并通过对农田水利现代化水平空间格局的研究，参照《全国节水灌溉区划》中有关区域的划分，以不打破行政区划界限为原则，考虑各行政区的自然地理特征、灌溉发展条件以及社会经济发展状况等方面的因素，将全国划分6大评价区域，每个区域选择一个典型灌区进行农田水利现代化评价。2017 年刘力华［3］等人从郑州市农田水利现代化示范乡镇建设实际出发，从灌溉排水工程、效率与效益、生态与环境以及管理与服务4个方面选取指标，构建了农田水利现代化示范乡镇的评价指标体系。已有成果在农田水利现代化的内涵及评价指标等方面进行了一些探索。这些成果虽然为开展河南省农田水利现代化相关研究提供了有益的借鉴，但由于研究数量不多，所以还需构建农田水利现代化水平的评价指标体系来对河南省的农田水利现代化水平的时空演变进行深入研究。在相关研究的基础上，考虑到指标体系建立的基本原则和国家政策，构建灌溉排水、管理技术、生态环境、经济效益和发展支撑5个主体指标。其中，灌溉排水工程不仅是农业生产最重要的基础设施，还是保证国民经济和社会持续发展的重要组成部分［4］。无论是从建设现代农业，还是从节约农业灌溉用水来看，都需要加快灌排事业的发展。管理技术又决定了灌排工程是否安全和能否正常发挥效益。所以灌溉排水和管理技术是决定农田水利现代化水平的主要指标。生态环境与发展息息相关，生态兴则发展兴，生态衰则发展衰，所以将生态环境选为主体指标是必然的。经济效益［5］指农业生产中所取得的有效成果与劳动占用和劳动消耗量的比较，直观地体现了现代化水平的发展。想要农田水利现代化高质量发展，还必须重视发展支撑，科技创新推动农业发展，政策规范支撑农业发展，培训技术优化农业发展。从5 个主体指标中又细分了18 个分指标，每项的指标参数如表1 所示。农田水利现代化评价指标体系如图1所示。

图1 农田水利现代化评价指标体系Fig.1 Evaluation index system of farmland water conservancy modernization

2 数据来源与评价方法

2.1 研究范围及数据来源

河南省拥有17 个地级市，1 个省直辖县级市，共158 个区县。为了分析“十三五”期间河南各个地区的农田水利现代化情况，将对河南的158个区县进行评价区域划分，再对所有区县2015 年至2019 年的数据进行分析。数据来源于2015-2019 年《河南统计年鉴》、《河南农村统计年鉴》、河南各地区统计年鉴、各地区的水资源公报及收集到的各灌区现代化改造规划设计报告等资料，少量缺失数据采用线性插值方式补齐。

2.2 评价方法

为了能使农田水利现代化评价结果更加准确，采用熵权法。熵权法是一种客观赋权方法，在评价过程中，所获信息的大小是评价精度和可靠性的决定因素之一，如果指标的信息熵越小，该指标提供的信息量越大，在综合评价中所起作用也越大，权重也越高［6］，具有客观性和适应性两个优点。相对那些主观赋值法，精度较高、客观性更强，能够更好地解释所得到的结果，可以用于任何需要确定权重的过程，也可以结合其他方法共同使用［7］。

熵权法的计算原理如下：

每个指标的量纲和单位是不同的，无法直接比较、计算，所以在各指标权重计算前，需将其标准化处理。

当指标为正向指标时，其标准化公式为：

当指标为负向指标时，其标准化公式为：

一些指标数值进行标准化处理后，可能会出现数值较小或负值的情况，为了计算的统一与方便，将标准化后的数值进行平移处理，从而消除上述情况。

其中H为指标平移的幅度，一般取1。

利用比重法对数据进行无量纲化。

计算第j个指标的熵值：

第j个指标的差异系数为：

第j个指标的权重为：

2.3 评价指标权重

河南农田水利现代化评价指标体系的构建按灌溉排水、管理技术、生态环境、经济效益和发展支撑5个方面划分出主体指标5个，分指标18个，各指标权重详见表1。

表1 农田水利现代化评价指标权重值Tab.1 Weight value of farmland water conservancy modernization evaluation index

2.4 评判标准

现代化是一个动态的发展进程，利用评价指标获得的评价结果是一个没有量纲、没有物理意义的介于0～1之间的数值，因此，在制定评价指标时应分成不同的发展阶段［2］。借鉴国内外学者对现代化进程的划分，同时结合当前国内农田水利建设发展的实际情况，将农田水利现代化评价划分为4个发展阶段，如表2所示。

表2 农田水利现代化等级划分图Tab.2 Classification of farmland water conservancy modernization

3 结果与分析

3.1 河南省农田水利现代化水平时间序列分析

为进一步分析河南省158 个区县具体情况，收集各区县2015-2019年连续五年的相关资料，利用熵权法计算指标权重，再将数据与对应的权重相乘，累加得出各区县的农田水利现代化水平的评价指标值。由于数据较多，图2 及表3 内数据仅按照市域单位进行展示，其评价得分是通过原始数据整合后计算而成，2015-2019 年河南省各市农田水利现代化综合评价得分如图2 所示，2015-2019 年河南省农田水利现代化各项主体指标综合评价得分如图3所示。

图2 2015-2019年河南省各市农田水利现代化综合评价得分Fig.2 Comprehensive evaluation scores of farmland and water conservancy modernization of cities in Henan Province from 2015 to 2019

图3 2015-2019年河南省农田水利现代化各项主体指标综合评价得分Fig.3 Comprehensive evaluation score of main indicators of farmland and water conservancy modernization in Henan Province from 2015 to 2019

通过图2 可知，2015-2019 年各市的综合评价得分都在增长，表明各市农田水利现代化水平都存在增长趋势。平均综合评价得分排名前九的城市中鹤壁市、濮阳市和驻马店市的评价得分增长幅度较小，其余地区增长幅度较大。排名后九的城市中郑州市、焦作市和许昌市的评价得分增幅较大，其余地区增幅缓慢。由图2 和表3 可知，平均综合评价得分最高的是周口市0.55，最低的是济源市，仅有0.14，只有周口市、漯河市和鹤壁市达到了初步现代化阶段，剩余市均未达到初步现代化阶段。

表3 2015-2019年河南省各市在主体指标上的平均得分Tab.3 Comprehensive scores of cities in Henan Province on main indicators from 2015 to 2019

通过图3可知，各项主体指标都在增长，但是增长速度较为缓慢，其中生态环境指标2019 年的综合得分相较于2018 年有所下降，管理技术指标增长稳定，其余指标变化并不明显。在生态环境方面，2019 年末全省水土流失面积较2018 年同期减少1.75%，全省单位耕地面积化肥使用量较2018 年同期减少3.5%，但全省浅层地下水位较2018年同期相比，下降了1.02 m，地下水储存量减少32.3亿m3，是近十年内浅层地下水埋深降幅最大，地下水储存量减少最为严重的一年。即使水土流失治理情况和单位耕地面积化肥施用量都有所改善，但浅层地下水埋深的严重下降对整体的生态环境水平还是产生了影响。

河南省各市主体指标上的得分情况如表3所示。三门峡市和济源市的综合评价得分相对较低，周口市、漯河市和鹤壁市的综合得分达到了初步现代化阶段，其余地区相差不明显。

其中，造成三门峡市现代化水平较低的主要因素是管理技术和发展支撑。三门峡市在这两项指标上的得分远低于全省平均值。三门峡市的山地和丘陵面积占90%以上，森林覆盖率50.72%，耕地面积16.40 万hm2，其中灌溉总面积仅5 万hm2，［8］不利于传统作物生长，当地着重发展特色产业，忽视了传统作物的生产，导致其技术人员配比和投入严重失衡，造成了职工队伍技术素质较低，管理信息化程度不高，科技创新能力不足等问题。

造成济源市现代化水平较低的主要因素是管理技术、经济效益和发展支撑。济源市在这三项指标上的得分远低于全省平均值。济源市是典型的农业发展与工业发展相互矛盾地区，其城镇化与工业化推进较快，人地矛盾突出，环境容量不足，农业发展受到限制。农村人口老龄化、劳动力不足，种地的农户多是老年人，种植管理比较盲目，基层农田水利管理机构不健全，专业技术人才流失，造成了信息无法有效传输，农业科研与生产脱节，缺乏生产高质高效农产品的科学管理技术［9］。

3.2 河南省农田水利现代化水平空间格局分析

3.2.1 各项主体指标空间格局分析

利用ArcGis 软件将河南省各区县主体指标的得分数据绘制成地图，进行可视化分析，如图4所示。

图4 2015-2019年河南省各区县农田水利现代化水平主体指标平均值空间格局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

图4 是根据2015-2019 年河南省各区县数据统计绘制的农田水利现代化水平主体指标平均值的空间格局图。表4各主体指标综合得分及超过全省平均值的区县数。

表4 2015-2019年各主体指标综合得分及超过全省平均值的区县数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，河南省总体的灌溉排水水平发展一般，呈现出南高北低的状态，全省62 个区县得分超过平均值，空间差异不大。生态环境水平由豫西向豫东逐渐降低，呈现由西向东递减状态，全省82个区县得分超过平均值。管理技术水平空间差异较大，水平较高的地区主要分布在河南东部及西南方向，中部地区呈现高水平与低水平镶嵌交叉的空间特征，全省70个区县得分超过平均值。经济效益水平整体差异性不大，全省93个区县得分超过平均值。发展支撑水平空间差异性较大，空间特征与管理技术水平相似，全省69个区县得分超过平均值。

3.2.2 空间格局综合分析

2015-2019年河南省各区县单元的农田水利现代化综合水平的空间格局如图5 所示。2015-2019 年河南省各区县农田水利现代化水平的Lisa图如图6所示。河南省地形地貌分区图如图7［10］所示。

图5 河南省各区县单元的农田水利现代化综合水平空间格局Fig.5 Comprehensive horizontal spatial pattern of farmland water conservancy modernization in districts and counties of Henan Province

图6 2015-2019年河南省各区县农田水利现代化水平的Lisa图Fig.8 Lisa chart of farmland water conservancy modernization level in districts and counties of Henan Province from 2015 to 2019

图7 河南省地形地貌分区图Fig.7 Topographic map of Henan Province

通过图5 可知，农田水利现代化水平较高的区县基本分布在商丘市、周口市、漯河市和鹤壁市。农田水利现代化水平较低的区县基本分布在济源市、三门峡市、郑州市、洛阳市、许昌市。2019 年末河南省粮食产量在100 万t 以上的大县共13个，分别为滑县、永城市、唐河县、太康县、固始县、正阳县、上蔡县、项城市、郸城县、淮阳县、夏邑县、沈丘县、濮阳县，这13 个地区的农田水利现代化指标值在河南省中处于较高水平，平均值达到0.54。由此判定，粮食产量较多的地方，其农田水利现代化水平也较高。

通过图6 可以看出，HH 类型区有26个，LL 类型区有30个，LH类型区有4个，HL类型区有7个。分布特征与管理技术水平和发展支撑水平相似。4 种类型区分布于各个区域，虽然各区县农田水利现代化水平存在空间关联且HH 类型区有小范围聚集，但相近单元的空间邻近效应仍然不够明显，没有形成相互促进，彼此影响的联动格局。

通过图5 和图7［10］，可以得知河南省的农田水利现代化水平空间差异较大。从地势地形上来看，水平较高的地区主要分布在地势平缓的南阳盆地区和黄淮海平原区，地势较高的太行山山地丘陵区、豫西黄土丘陵区、豫西山地丘陵区和桐柏山-大别山山地丘陵区的农田水利现代化水平较为落后，且两者差异性较大。由此可以看出，地势地形决定了粮食的生产环境，对农田水利现代化水平有着间接的影响。

4 结论

（1）按照灌溉排水、管理技术、生态环境、经济效益和发展支撑5个方面划分出主体指标5个，分指标18个，构成河南省农田水利现代化水平综合评价指标体系。利用熵权模型计算权重，其中灌溉排水的权重最高，说明灌溉排水水平对河南农田水利现代化水平的影响最大。

（2）通过对各市的综合评价得分时间序列的分析，可以看出“十三五”期间各市农田水利现代化水平综合得分均有所增长。各项主体指标得分除生态环境指标在2019年有所下降外，其余指标都在稳定增长。

（3）现阶段河南农田水利现代化水平相对较低，只有周口市、漯河市和鹤壁市达到了初步现代化阶段，综合评价指标值分别为0.553 9、0.533 2 和0.520 5，其余地区均处于有待加强阶段。农田水利现代化水平较低的区县基本分布在济源市、三门峡市、郑州市、洛阳市、许昌市等地。

（4）通过对河南省2015-2019 年农田水利现代化水平空间格局的综合分析，验证了河南省农田水利现代化水平在空间上的分布具有显著的空间正相关性，空间异质性较小。从粮食生产情况上看，粮食产量较多的地区，其农田水利现代化水平普遍较高。从地形分布上看，平原地区的农田水利现代化水平普遍高于丘陵地区。

（5）从数据上看，管理技术水平与发展支撑水平是导致空间差异大的主要原因。所以解决空间差异问题，本质上是要解决各地管理技术和发展支撑不平衡的问题。从地势地形上看，水平较高的地区主要分布在地势较为平缓，粮食生产较多的地方；水平较低的地区主要分布在地势较为陡峭，粮食生产较少的地方。

虽然“十三五”期间，河南省的农田水利现代化建设取得显著成绩，但是仍然面临巨大挑战。资源环境约束趋紧，农村资金、人才等要素短缺的局面还没有得到根本改观，农业质量效益不高，农民持续较快增收动力不足，农村基础设施和公共服务差距明显。所以农田水利依然处于农业基础设施建设的核心地位。