用水和水利工程开发对地区经济发展的影响研究

郜茏郁

(河北省水务中心,石家庄 050000)

0 引 言

进入21世纪以来,我国农业用水占比一直保持在60%左右[1]。由于缺乏完善的管理维护体系以及设备老化等因素,灌溉水利用率只有50%左右,而发达国家的灌溉水利用率在80%以上[2]。针对农村用水和水利工程基础设施建设,相关领域的学者开展了大量研究。张超等[3]以济宁市农田水利工程为例,分析了节水灌溉技术在实际应用中的不足,并从多个方面对节水灌溉技术和管理进行改进。计利刚[4]详细介绍了农村灌溉用水系数和各种相关物理参数的测算方法,研究结果显示灌溉用水系数测算法的精确度更高。徐锴[5]认为农田水利工程建设是促进农业发展的决定性因素,通过研究上饶市农田水利工程的现状,总结出当前农田水利工程管理中的普遍问题。Stringer L C等[6]提供了干旱地区政府部门需求一致性的水资源综合管理方法,认为农田水利工程的建设和维护有利于加速农村经济可持续发展目标的进程。Rosa L[7]认为在全球水资源短缺的背景下,要想满足不断增长的粮食需求,除了扩大耕地面积外,还需要改善农田水利工程设施。

本文采用相关分析法、聚类分析法和多元回归分析法,对灵寿县15个乡镇农田水利工程和农业经济效益之间的关系进行研究,以期在农田水利设施投资比重上予以参考,使其建设和维护更有目的性。

1 灵寿县农田水利工程基本信息和农业经济效益指标体系构建

1.1 灵寿县基本概况和各乡镇农田水利工程设施修建情况

灵寿县位于中国河北省西部,隶属于石家庄市,总面积1 069km2,截至2020年常住人口35.06万人。根据《灵寿县统计年鉴》数据,灵寿县山区面积528.9km2,占总面积49.48%;丘陵面积403.90km2,占总面积37.78%。恶劣的地形对灵寿县农业发展提出严峻的挑战,相较于河北省其他地形相对平坦的区县,灵寿县更重视农田水利工程建设。

农田水利工程指以农业增产为目的,以调节、改善农田水分状况和地区水利条件为手段的水利工程,其基本内容主要是灌溉设施、排水设施、小型河道治理设施、塘坝水库等[8]。农田水利工程可以增强农田抵抗旱涝等天灾的能力,完善生态循环,有利于农作物生长。

根据灵寿县实际情况和相关研究,选取养护次数较多、影响范围较广且投资金额较大的农田水利工程设施与农业生产总值进行相关性分析,以确定农田水利工程设施的修建是否对地区经济发展产生影响[9]。农田水利工程设施通常分为渠系工程、水源工程和渠系建筑物,灵寿县各乡镇情况见表1。

表1 灵寿县各乡镇农田水利工程设施修建情况

1.2 考虑农田水利工程设施影响的农业经济效益指标体系

采用聚类分析法,将灵寿县15个乡镇划分为3个等级;考虑到数据获取便利性和计算简便性,选择农用肥总量和有效灌溉面积作为衡量农村经济发展的指标[10]。有效灌溉面积和农业用肥总量均能在灵寿县统计局官方数据库中获取,都能直接改变作物产量,具有明确经济意义。由于二者数值差距较大且单位不同,对其进行归一化处理,聚类结果见图1。

图1 灵寿县各乡镇农业经济效益聚类结果图

根据图1可知,A等级区包括灵寿镇、塔上镇、青同镇、慈峪镇、三圣院乡和北谭庄乡6个乡镇;B等级区包括岔头镇、北洼乡、陈庄镇、牛城镇、南寨乡和南燕川乡6个乡镇;C等级区包括寨头乡、狗台乡和南营乡3个乡镇。参考聚类结果和农业生产总值可以发现,A等级区的农业经济效益较好,B等级区的农业经济效益居中,C等级区的农业经济效益较差。

首先采用多元线性回归方法进行分析,基本方程如下:

f(x)=a+a1x1+a2x2+…+anxn

(1)

式中:a为常数;an为待估计系数;n为自变量数量。

根据相关研究提出的指标选取原则,选择与农业生产总值显著相关的5种农业水利工程设施和农业物资使用量:农用化肥使用量(t)、农用塑料薄膜使用量(t)、农药使用量(t)、农村用电总量(kW·h)、农业机械总动力(kW)[11]。

采用层次分析法对灵寿县农业经济效益进行分析,分为目标层、准则层和指标层,具体指标见表2。

表2 灵寿县农业经济效益指标体系

在构建指标体系后,需要对各指标的权值进行计算,权向量的求解需要进行正则化处理,公式如下:

(2)

式中:i、j分别为准则层和目标层序号。

将判断矩阵行向量求和,再进行正则化处理,公式如下:

(3)

式中:W为正则化处理后的指标权重值。

2 灵寿县农田水利工程对农村经济效益的影响

2.1 农田水利工程与农业生产总值的相关性分析

农业生产总值是以货币形式表现的农、林、牧、副、渔全部产品的总量,能够反映农业生产总规模和总成果,包括种植业产值、采集产值、兼营工商业产值、林业产值、畜牧业产值和渔业产值[12]。由于本研究主要讨论农田水利工程设施,故只选择种植业产值、畜牧业产值和渔业产值作为农业生产总值。根据表1中数据,分析各农田水利工程设施对农业生产总值的相关性,结果见表3。

表3 农田水利工程设施与农业生产总值相关性分析结果

由表3可知,渠道衬砌的皮尔森系数为0.625,显著性为0.013。由于0.625的绝对值在0.5和0.8之间,且0.013小于0.05,表明渠道衬砌的总长度和农业生产总值显著相关。清淤筑堤的皮尔森系数为0.588,显著性为0.022。由于0.588的绝对值在0.5和0.8之间,且0.022小于0.05,表明清淤筑堤总长度和农业生产总值显著相关。截潜的皮尔森系数为0.264,显著性为0.172。由于0.264的绝对值小于0.5,且0.172大于0.05,表明截潜数量和农业生产总值没有显著相关性。方塘蓄水的皮尔森系数为0.671,显著性为0.021。由于0.671的绝对值在0.5和0.8之间,且0.021小于0.05,表明方塘蓄水总量和农业生产总值显著相关。农业用井的皮尔森系数为0.627,相关性为0.044。由于0.627的绝对值在0.5和0.8之间,且显著性小于0.05,表明农业用井数量和农业生产总值显著相关。桥涵的皮尔森系数为0.814,显著性为0.003。由于0.814在0.8和1之间,且0.003小于0.05,表明桥涵数量和农业生产总值之间有非常高的相关性。

根据相关性分析结果发现,桥涵数量和当地农业生产总值有非常高的相关性,截潜数量和当地农业生产总值无关,其他4种农田水利工程设施均和农业生产总值有显著相关性。可以确定,农田水利工程设施的修建和维护对农业生产总值有重要影响。

选择渠道衬砌、清淤筑堤、方塘蓄水、农用井和桥涵5种对农业生产总值具有显著相关性的农田水利工程设施进一步分析,通过多元线性回归分析法和层次分析法对不同等级乡镇进行排序,以确定农田水利工程设施对乡镇经济发展的影响。将渠道衬砌长度、清淤筑堤长度、方塘蓄水总量、农用井数量和桥涵数量分别编号1-5,农业物资使用量分别编号6-10。

2.2 农田水利工程对农业生产总值的影响分析

农业物资使用量数据来源于《灵寿县统计年鉴》,而农业水利工程设施数据来源于灵寿县水利公报、发改委相关文件汇总而成。数据选取时间范围2010-2020年,对全部指标进行回归分析,结果见表4。

表4 不同分区农业生产总值的回归分析结果

表4中,A、B、C三区的决定系数分别为0.611、0.672和0.754,均在0.5～0.8之间。显著性分别为0.001、0.000和0.001,均小于0.05,表明选中的10项指标和农业生产总值具有显著相关性。其中,5种农田水利工程设施对经济发展重要程度的影响见表5。

表5 农田水利工程设施对地区经济发展的贡献率

由表5可以发现,尽管桥涵数量对农业生产总值有非常高的相关性,但对于地区经济发展的贡献率总体不如渠道衬砌长度。在A等级地区,方塘蓄水总量的贡献率最高;在B等级地区,渠道衬砌长度和桥涵数量的贡献率较高;在C等级地区,渠道衬砌长度和方塘蓄水总量贡献率较高。

根据表5构建的指标体系和式(2)、式(3)计算出各层的指标权重,准则层判断矩阵权重计算结果见图2。

图2 准则层指标权重

图2中,A类地区准则层指标的权重值分别为52%、33%和15%;B类地区准则层指标的权重值分别为73%、18%和9%;C类地区准则层指标的权重值分别为65%、28%和7%。由此可知,在准则层中,农业基础条件对农业经济效益的影响最大;农田水利工程设施有一定影响;农业物资使用影响较小。

指标层判断矩阵权重计算结果见表6、图3和图4。

图3 农田水利工程设施各指标权重

图4 农业物资使用各指标权重

表6 农业基础条件各指标权重

表6中,3个等级地区的有效灌溉面积权重均远远大于从业人口的权重。而有效灌溉面积是衡量地区水利化程度和农业生产稳定性的重要指标,灵寿县各乡镇要想提高农业经济效益,可以通过农田水利工程设施修建和维护增加有效灌溉面积。

图3中,A等级地区乡镇5项指标的权重值分别为0.261、0.051、0.448、0.152和0.088;B等级地区乡镇5项指标的权重值分别为0.491、0.136、0.007、0.072和0.231;C等级地区乡镇5项指标的权重值分别为0.277、0.122、0.397、0.055和0.149。

由此可知,对灵寿县各乡镇而言,渠道衬砌长度对农业经济效益产生重要影响,而清淤筑堤长度和农用井数量影响程度较小。在方塘蓄水总量和桥涵数量上的影响程度上有一定差异性,对A等级地区和C等级地区而言,方塘蓄水总量影响程度大。对B等级地区和C等级地区而言,桥涵数量有一定影响力。

图4中,A等级地区乡镇5项指标的权重值分别为0.371、0.175、0.189、0.152和0.113;B等级地区乡镇5项指标的权重值分别为0.193、0.514、0.096、0.062和0.135;C等级地区乡镇5项指标的权重分别为0.112、0.207、0.484、0.091和0.106。相较于农田水利工程设施指标权重具有一致性,农业物资使用情况受限于各地区农业土地面积、农业从业人口、土壤成分等因素差异较大。

灵寿县农业经济效益全部评价指标权重见图5。

图5 灵寿县农业经济效益总指标权重

图5中,3个等级地区的总指标权重具有较高的一致性。总体而言,有效灌溉面积、渠道衬砌和农用化肥使用量3项指标的影响最显著。其中,A等级地区乡镇中,影响程度排在前三位的是有效灌溉面积、方塘蓄水量、渠道衬砌长度;B等级地区乡镇中,影响程度排在前三位的是有效灌溉面积、农业从业人口数量和渠道衬砌长度;C等级地区乡镇中,影响程度排在前三位的是有效灌溉面积、方塘蓄水总量和渠道衬砌长度。

因此,经济发展较好的A等级地区需要保持方塘蓄水总量和农用井数量;经济发展一般的B等级地区需要更多的桥涵工程;经济发展较差的C等级地区需要先完成更多的清淤筑堤工程。

3 结 论

通过聚类分析法、多元回归分析法和层次分析法,确定了河北省石家庄市灵寿县15个乡镇的农业经济效益对5种主要农田水利工程设施的响应程度。研究结果表明,在A等级地区和B等级地区,渠道衬砌长度对农村经济效益的影响程度最高;在A等级地区和C等级地区,方塘蓄水总量对农业经济效益的影响程度最高;C等级地区的清淤筑堤长度对农业经济效益的影响程度较高。