基于投影尋蹤方法的糧食主產區農民用水合作組織績效研究*
——基于湖北、湖南、黑龍江3省的調查

顏 華，關立珊，王 勇

(1東北農業大學經濟管理學院，黑龍江哈爾濱 150030;2.青島農業大學合作社學院，山東青島 266109)

·糧食安全·

基于投影尋蹤方法的糧食主產區農民用水合作組織績效研究*
——基于湖北、湖南、黑龍江3省的調查

顏 華1※，關立珊1，王 勇2

(1東北農業大學經濟管理學院，黑龍江哈爾濱 150030;2.青島農業大學合作社學院，山東青島 266109)

目的農民用水合作組織是我國灌溉管理制度改革的產物，農民用水合作組織的建立改進了農村水利管理的方式，提高了灌溉管理過程中水資源的利用率。方法通過構建糧食主產區農民用水合作組織績效評價指標體系，建立基于實數編碼加速遺傳算法的投影尋蹤分類模型，對湖北、湖南、黑龍江等3省61家農民用水合作組織的績效進行了實證分析。結果糧食主產區農民用水合作組織績效水平總體較好，在所調查的61家農民用水合作組織中， 27.1%的農民用水合作組織績效為優秀， 28.8%績效良好， 13.6%績效一般， 30.5%績效較差。結論總體上來看，湖南、湖北等2省農民用水合作組織的績效高于黑龍江。是否有產權、農戶參與率、是否民主決策、培訓次數、農戶滿意度、單位面積灌水量和水費收取率等指標對農民用水合作組織績效影響最大。因此,政府適當放權，選取恰當的扶持方式，提升農戶的認識，推廣好的農民用水合作組織發展模式是提高農民用水合作組織績效的有效途徑。

農民用水合作組織 用水戶協會 績效評價 投影尋蹤分類模型 湖北 湖南 黑龍江

0 引言

農民用水合作組織是由農戶、新型農業經營主體等各類農村水利服務的利用者、提供者按照自愿參加、民主管理、合作互助的原則組建的以參與農田水利工程建設與管護、用水管理及提供涉農用水服務為主要職責的非營利性的社團組織[1]，其表現形式為農民用水戶協會、水利合作社、灌溉合作社等。農民用水合作組織作為基層水利服務體系之一，是小型農田水利工程建設和管護的主體，在提高農業綜合生產能力、增加農民收入、發展繁榮農村經濟、保護和改善生態環境方面有著不可忽視的作用。從1995年湖北、湖南省成立了國內第一批農民用水合作組織以來，其他糧食主產區也相繼成立了農民用水合作組織。然而糧食主產區農民用水合作組織的發展參差不齊，有的被評為國家示范組織，有的處于“只建不管”狀態，有的甚至已經“名存實亡”。

1 文獻回顧

農民用水戶協會的發展是以供應為基礎的水資源管理向以需求為基礎的水資源管理轉變過程中的重要步驟[2]，是解決日益增加的用水矛盾最有效的措施之一[3]，其優勢在于能夠將資金、勞動力等要素有效地結合，從而更好地滿足用水戶的需求，提高農戶的生產效率[4]； 由于用水戶參與協會的管理、規劃及決策，這對用水戶的態度、行為、能力和技能產生了積極的影響，大大增加其整體的社會資本[5]。農民用水戶協會的績效評價是學者研究的熱點問題，目前的研究成果主要有，Cengiz Ko?[6]構建12個財務指標來衡量和評估用水戶協會的財務績效，得出應仔細監控與影響因素值相差較大的財務指標，從而提高用水戶協會的財務管理水平及其可持續性的結論； J.I.Córcoles和J.A.de Juan等[7]利用基準測試技術，對不同協會的績效進行了比較，指出其差異是由于不同的作物系統、水力設計、灌溉系統、管理策略的差異形成的。而國內對于農民用水合作組織績效的研究也從最初的定性分析逐漸轉入以定量分析為主。例如，王建鵬、崔遠來等[8]以農民用水戶協會、協會范圍內村組、協會范圍內用水戶、非協會范圍內村組、非協會范圍農戶、與用水戶協會相關的管理單位為研究對象，對比分析了農民用水戶協會的績效水平，總的來講，農民用水戶協會的建立已取得了許多明顯的成效； 杜鵬等[9]運用統計學手段綜合評價了甘肅省張掖市甘州區農民用水戶協會的運轉績效，結果顯示，除了試點、示范協會以外的農民用水戶協會的績效普遍不顯著； 楊海燕、賈艷彬[10]提出農民用水戶協會在完善小型水利工程維修與管護、降低水費成本、改善用水效率、促進糧食增產以及增加農民收入方面的績效突出； 李鴻鷹[11]結合農民用水戶協會各年度間的縱向對比分析與農民用水戶協會區域和非農民用水戶協會區域的橫向對比分析，發現農民用水戶協會的財政績效、工程管護績效、農業和農戶經濟績效、脫貧績效及婦女參與管理績效均日趨良好。

2 糧食主產區農民用水合作組織績效評價指標體系的構建

表1 糧食主產區農民用水合作組織績效評價指標體系

評價指標指標類型組建指標是否選舉產生會長X11定性是否有完善的機構設置X12定性是否健全的規章制度X13定性是否得到政府支持X14定性管理灌溉面積(萬hm2)X15定量運行指標是否民主決策X21定性財務公開次數(次/年)X22定量培訓次數(次/年)X23定量農戶參與率(%)X24定量農戶滿意度(%)X25定量灌溉用水指標灌溉用水充足比例(%)X31定量量水設施完備率(%)X32定量水費收取率(%)X33定量灌溉水利用效率(%)X34定量用水矛盾發生次數(次/年)X35定量單位面積灌水量(m3/hm2)X36定量渠系工程指標是否有產權X41定性是否專人維護X42定性工程完好率(%)X43定量渠道維護費用(萬元/年)X44定量經濟效益指標協會收支比例(%)X51定量灌溉水分生產率(kg/m3)X52定量單位灌溉用水收益(元/m3)X53定量

農民用水合作組織是我國灌溉管理制度改革的產物，是參與式灌溉管理制度的載體。農民用水合作組織的建立改進了農村水利管理的方式，提高了灌溉管理過程中水資源的利用率，改善了小型農田水利設施完好率低、無人管理等情況，緩解了農村水利工作資金嚴重短缺的現狀。可見，農民用水合作組織對于我國農田水利建設有著舉足輕重的意義。對農民用水合作組織績效的研究，首先要構建績效評價指標體系。指標體系的構建遵循了以下3個方面原則：(1)全面性原則。為全面考量分析農民用水合作組織的績效，構建了5個方面的評價指標； (2)不交叉原則。即指標間不能重疊過多。文章從以上5個指標入手，分別設置了5、5、6、4、3個具體指標； (3)易取得性原則。用于研究的數據應是容易獲取的。在選取的23個評價指標中，定性指標16個，定性指標7個[1]。

這16個定量指標中，“用水矛盾發生次數”“單位面積灌水量”“渠道維護費用”3個屬于越小越優的指標，根據公式(2)處理，其他指標則是越大越優，根據公式(1)處理； 這7個定性指標在具體賦值時，全部采用“是=1，否=0”的形式。經過賦值的定性指標具有一致的變化范圍且無量綱，可以直接利用投影尋蹤分類模型計算。

3 糧食主產區農民用水合作組織績效實證分析

3.1 數據來源

該文選取湖北省14家農民用水戶協會，其中宜昌市4家、漳河灌區10家； 湖南省23家農民用水戶協會，其中岳陽市5家、長沙市16家； 黑龍江省24家農民用水戶協會，其中綏化市6家、鶴崗市6家、齊齊哈爾市5家、五常市5家、七臺河市2家共61家農民用水戶協會作為調研對象，針對農民用水戶協會發放問卷61份，回收問卷61份，其中有效問卷59。針對農戶發放問卷200份，回收196份，其中有效問卷181份。

3.2 模型選擇

3.2.1 建模過程

該研究運用投影尋蹤分類模型對糧食主產區農民用水合作組織的績效進行評價。其基本思想是：將影響農民用水合作組織績效水平的多因素指標，通過投影尋蹤分類模型得到反映其綜合指標特性的投影特征值，然后建立投影特征值與因變量的一一對應關系函數(投影指標函數)[12]，尋找使投影指標函數達到最優的投影值。投影值越大，表示該農民用水合作組織的績效水平越高。根據投影值的大小，得到農民用水合作組織績效水平由高到低的排序。具體的建模步驟如下。

(1)樣本與評價指標集合的歸一化處理

設不同評價指標值的樣本集合為

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

其中，x*(i，j)表示第i個樣本的第j個指標值；n表示樣本的個數；p表示指標的個數。

由于每個指標值的量綱與變化范圍不同，為了消除這一方面的影響，采用下式對各個評價指標值進行極值歸一化處理：

(1)

(2)

式(1)、(2)中，x(i，j)表示指標特征值歸一化的序列；xmax(j)與xmin(j)分別表示第j個指標值的最大值與最小值。

(2)投影指標函數的構建

投影尋蹤方法就是把p維數據{x(i，j)|j=1， 2，…，p}綜合成以a={a(1)a(2)，…，a(p)}為投影方向的一維投影值z(i)，即：

(3)

式(3)中，i=1， 2，…，n；a為單位長度向量。

因此，投影指標函數表示為

Q(a)=SzDz

(4)

式(4)中，Q(a)表示投影指標函數；Sz表示z(i)的標準差；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徑；r(i，j)表示樣本之間的距離，即r(i，j)=|z(i)-z(j)|；u(t)表示一單位階躍函數，當t≥0時，u(t)的值為1，當t<0時，u(t)的值為0[13]。

(3)投影指標函數的優化

當每個評價指標值的樣本集合確定時，投影指標函數Q(a)只隨著投影方向a的變化而變化。不同的投影方向反映不同的數據結構特征，最優投影方向就是最大可能暴露高維數據某類特征結構的投影方向，因此，可以通過求解投影指標函數最大化問題來估計最優投影方向，即：

最大化目標函數：Max：Q(a)=Sz·Dz

(7)

(8)

由于這是一個以{a(j)|j=1， 2，…，p}為優化變量的復雜非線性優化問題，該文將采用基于實數編碼的加速遺傳算法(簡稱RAGA)來解決其高維全局尋優問題[14]。

(4)排序

將最優投影方向a*帶入式(3)得到各個樣本的投影值z*(i)，最后，按z*(i)值從大到小排序，從而可以將農民用水合作組織的績效水平從高到低進行排序。

3.2.2 基于實數編碼的加速遺傳算法

遺傳算法是一類利用二進制編碼技術模擬生物自然選擇和群體遺傳機制的全局尋優方法，只要求目標函數和約束條件具有可計算性，適應性強。基于實數編碼的加速遺傳算法，更是在收斂速度和全局優化性方面有明顯的提高，從而便于處理復雜的具有高維、非線性、不連續等特征的優化問題。

以求解最小化問題為例，minf(x)，s.t.a(j)≤x(j)≤b(j)

RAGA建模的步驟：(1)優化變量的實數編碼； (2)父代群體的初始化； (3)父代群體適應度評價的計算； (4)選擇操作，產生新種群； (5)父代種群的雜交操作； (6)變異操作，得到新一代種群； (7)演化迭代； (8)前7個步驟構成標準遺傳算法。由于標準遺傳算法在運行中經常在遠離全局最優點的地方停止尋優，故此，采用加速遺傳算法，即選擇第1次和第2次進化產生的優秀個體變化區間作為下次迭代時新的變化區間，之后，算法轉入步驟(1)重新運行，如此加速，直至最優個體的目標函數值小于設定某一設定值或算法運行達到預定加速次數，至此結束。此時，最優個體就是RAGA的尋優結果，也就是最優投影方向。

3.3 實證分析

該文采用Matlab7.0編程處理數據，并根據公式(3)～(8)建立投影尋蹤分類模型。基于實數編碼的加速遺傳算法運行過程中，選定父代種群規模為N=400，交叉概率Pc=0.80，變異概率Pm=0.80，優秀個體數目為n=20，α=0.05，加速次數為20次[15]，從而得到最大指標函數值是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}，將a*帶入公式(3)計算出糧食主產區農民用水合作組織績效評價樣本的投影值z*(i)，再把投影值z*(i)按照由大到小順序排列，即可得到59家樣本的優劣排序，具體結果如表2所示。

3.4 聚類分析

利用投影尋蹤分類的方法已經確定61家農民用水戶協會績效水平的優劣順序，為了更加明確農民用水合作組織的績效水平，采用費希爾最優求解法對其進行合理的聚類。費希爾最優分解法的基本思想是基于方差進行分割，使得各類內部樣本之間的差異最小，各類之間樣本的差異最大[1，16-17]。這種方法的優勢在于對于有限的n(有序樣本數)和k(分類數)，有序樣本的所有可能分類結果是有限的，可以在某種損失函數意義下，求得最優解。

選取聚類數k=4，也就是說將樣本分為“優秀”、“良好”、“中等”、“差”四大類。采用Matlab7.0編程，得到具體分類如表3所示。

3.5 農民用水合作組織績效影響因素的投影方向

農民用水合作組織的發展必定會受到多方面影響因素的制約，根據投影尋蹤分類模型計算得出的最佳投影方向a*(圖1)，能夠得到這23個評價指標對農民用水合作組織績效評價結果的影響程度，最佳投影方向a*越大，則其影響程度越高。

表2 糧食主產區農民用水合作組織績效評價樣本的投影值及排序

協會名稱z?(i)排序協會名稱z?(i)排序協會名稱z?(i)排序東風三干渠383091雙起橋3076321筻口鎮2285441坳口支渠373032官塘3070922海洋2025642西山355663開明3069423豐收2015443黃林支渠354604五七長渠3059124泰來農場灌區南區用水協會1990044范林349205田鎮3033525泰來農場灌區北區用水協會1983145高橋348416九溪源2999426泥鰍河灌區1809446井塘348397甘田鄉2976027雙山1801847梅塘345248洪山關2969928勝遠1797948鴉鋪344939梅數橋2967529勝豐1789149東塘3436510董崗支渠2962630鐵山村1782550長崗灌區3411311楊林2947631興安灌區1768751二干渠二支渠3400712洪河2935532敖來灌區1749752金光3373313百錄2913233四方臺灌區1737853雙嶺3325014周坪2472734平安村1727354許崗3282115呂崗2470235紅豐1721455長塘3266416彩橋2468236黎明1715056花園3196317小石廟子2461937新華灌區1707457倉庫3166018周灣2428038大興村1701258荊華3109219和平灌區一支渠2389239紅光1696159石牯牛3108720和平灌區二支渠2381940

表3 糧食主產區農民用水合作組織績效評價樣本的聚類結果

分類優秀(16家)良好(17家)中等(8家)差(18家)協會名稱東風三干渠花園周坪海洋坳口支渠倉庫呂崗豐收西山荊華彩橋泰來農場灌區南區用水協會黃林支渠石牯牛小石廟子泰來農場灌區北區用水協會范林雙起橋周灣泥鰍河灌區高橋官塘和平灌區一支渠雙山井塘開明和平灌區二支渠勝遠梅塘五七長渠筻口鎮勝豐鴉鋪田鎮鐵山村東塘九溪源興安灌區長崗灌區甘田鄉敖來灌區二干渠二支渠洪山關四方臺灌區金光梅數橋平安村雙嶺董崗支渠紅豐許崗楊林黎明長塘洪河新華灌區百錄大興村紅光

表4 湖北、湖南、黑龍江3省農民用水合作組織績效評價樣本績效水平

等級項目湖北省湖南省黑龍江省優秀協會個數682占“優秀”水平協會的比例(%)37550125占該省所調查協會的比例(%)42934883良好協會個數5120占“良好”水平協會的比例(%)2947060占該省所調查協會的比例(%)3575710中等協會個數314占“中等”水平協會的比例(%)37512550占該省所調查協會的比例(%)21443167差協會個數0018占“差”水平協會的比例(%)00100占該省所調查協會的比例(%)0075

圖1 農民用水合作組織績效影響因素的投影方向

4 結論與政策建議

據費希爾最優求解法聚類得出的結果表明，在所調查的61家農民用水合作組織中， 27.1%績效為“優秀”， 28.8%績效“良好”， 13.6%績效“中等”以上， 30.5%績效較差。可以看出，糧食主產區農民用水合作組織績效水平總體發展較好，但仍有一部分協會績效水平亟待提高。湖北、湖南兩省的農民用水合作組織績效水平較高，就黑龍江省而言，其農民用水合作組織的績效水平相對于湖北、湖南兩省較低，只有8.3%的協會處于“優秀”水平， 75%的用水合作組織績效較差。

(1)用水戶是否擁有產權對績效影響最大。因此，在農民用水合作組織的發展中要建立明確清晰的水利工程產權體系，如縣級以上水利工程由國家及水管單位管理，鄉鎮級水利工程可以承包出去，村級工程由農民用水合作組織負責管護。工程產權的明晰能夠增強農民用水合作組織的主人公意識，更有利于工程維修、灌溉水利用效率的提高。

(2)從運行指標來看，農戶參與率、是否民主決策、培訓次數和農戶滿意度都很大程度上影響著農民用水合作組織的績效。政府要選取恰當的扶持方式，做到“授之以漁”。除了劃撥經費和項目申請外，更應該注重扶持農民用水合作組織自身來發展，在其發展過程中，主要采取輔助的方式，或提供實用專業技術的培訓，或派遣學習先進經驗等等，要不斷提升農戶的認識，積極發揮其主體作用。

(3)在灌溉用水管理指標方面，單位面積灌水量和水費收取率對農民用水合作組織績效的影響顯著。各地區應該根據當地實際情況，因地制宜地選擇與創新農民用水合作組織的發展模式，如在調研中發現的兩種新型模式：一是“農民專業合作社+農民用水合作組織+農戶”的模式，湖北省東風三干渠農民用水戶協會采用的就是這種模式，有效地解決了協會資金短缺及合作社和協會可持續發展的問題； 二是“農民用水合作組織+水利代管制+農戶”的模式，“水利代管制”是指由一個人負責多個農戶的農田水利灌溉工作，這種模式主要適用于既外出打工又在家里種田的農戶，大大節省了這種農戶的時間和精力，同時也使得代管人增加了部分收入。

[1] 顏華， 關立珊，張梅.農民用水合作組織的績效及其差異分析.農業經濟與管理， 2015，(6)

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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

顏華(1976—)，女，黑龍江哈爾濱人，博士、教授、博士生導師。研究方向：農業經濟與管理。Email：colouryan@sina.com *資助項目：國家社會科學基金項目“糧食主產區農民用水合作組織的成員行為選擇及其激勵機制構建”(14BJY092)； 東北農業大學學術骨干項目“農民專業合作社普通成員的利益實現及其保障機制”(15XG25)； 東北農業大學研究生科技創新項目“黑龍江省農民用水合作組織績效研究”(yjscx14031)

F321.4

A

1005-9121[2017]09008-07