安徽省農田灌溉水有效利用系數測算及影響因素分析

摘要 采用首尾測算分析法對2012—2021年安徽省農田灌溉水有效利用系數進行測算，并采用主成分分析法對安徽省農田灌溉水有效利用系數的影響因素進行分析。結果表明，2012—2021年安徽省農田灌溉水有效利用系數呈現逐年增大趨勢，但較全國水平而言，仍處于較低水平；節水灌溉工程投資、節水灌溉工程面積2個因素對安徽省農田灌溉水有效利用系數的影響較大，且均屬于積極影響因素。建議通過加大節水灌溉工程投資、加強節水灌溉工程建設和節水灌溉技術推廣、優化灌區的管理水平等措施，有效提高安徽省農田灌溉水有效利用系數。

關鍵詞 農田灌溉水；有效利用系數；影響因素；安徽省

中圖分類號 S274? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2023）14-0197-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.14.048

作者簡介 李寶春（1978—），男，安徽六安人，工程師，從事水利工程設計研究。

我國水資源形勢較為嚴峻，缺水狀況較為突出，伴隨著工業和農業的發展，水資源需求進一步增加，水資源短缺問題愈發嚴重，農業可持續發展面臨著嚴重挑戰［1］。據《中國水資源公報（2021）》顯示，我國全年用水總量為5 920.2億m3，其中農業用水量為3 644.3億m3，占全年用水總量的61.56%，且其中超過90%都為灌溉用水。我國農業用水存在灌溉方式粗放、用水效率低等問題，2021年的灌溉水有效利用系數為0.568，遠低于世界先進水平，我國農業灌溉用水效率具有很大提升空間［2］。2012年國務院印發《關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》，明確了用水效率的控制紅線，灌溉水有效利用系數已成為農業灌溉用水效率評價的重要參考指標，也在一定程度上反映了農業水利工程配套與管理的水平［3］。我國自2006年開始進行灌溉水有效利用系數的測算分析，目前已將農田灌溉水有效利用系數納入國家評估農業用水成效的指標中，提高農田灌溉水有效利用系數也成為建設節水型社會的重要內容之一。農田灌溉水有效利用系數的測算和分析對科學規劃農田水利工程、挖掘農業節水潛力、發展節水灌溉技術等具有重要意義［4］。根據水利部公布的《全國灌溉用水有效利用系數測算分析技術指南》《全國農田灌溉水有效利用系數測算分析技術指導細則》，目前測算灌溉水有效利用系數主要采用首尾測算分析法，該方法相對于傳統的連乘系數法而言，一定程度上減少了局限性，易于操作，且降低了人為觀測和計算的誤差，可靠性較高，為測算農田灌溉水有效利用系數提供了一條有效的途徑［5］。

安徽省水資源較為豐富，但是隨著城鎮化和工業化快速發展，各區域的用水矛盾日益突出，雖然近年來通過大中型灌區續建配套工程建設、高標準農田建設等項目的實施，灌溉水利用效率有所提高，農業節水效益有所增加，但是農業用水問題仍較為突出［6］。安徽省開展農田灌溉水有效利用系數的研究起步較晚，針對灌溉水有效利用效率變化趨勢的相關研究較少?；诖?，該研究采用首尾測算分析法對安徽省農田灌溉水有效利用系數進行測算，并在此基礎上采用主成分分析法進一步對影響因素進行剖析，以期為提高安徽省灌溉水利用效率、強化農業用水監管、調整農業投資方向以及為相關部門的宏觀決策提供參考。

1 研究區概況

安徽省位于我國大陸中東部，與河南、湖北、浙江、江西和山東接壤，該省有沿江城市群和皖江城市帶承接產業轉移示范區，內擁長江水道，外承沿海地區經濟輻射，地跨淮河、長江、新安江三大水系，是長三角的重要組成部分。省內共有2 000多條河流、580多個湖泊，境內的巢湖為我國五大淡水湖之一，面積 780 km2。安徽省是我國糧食主產區之一，數據顯示，2021年安徽省糧食播種面積為730.96萬hm2，糧食全年產量為 4 087.56萬t，居全國第4位。截至2021年底，安徽省共有大型灌區11個，設計灌溉面積132.76萬hm2，有效灌溉面積117.45萬hm2，其中淠史杭灌區為我國第二大灌區；中型灌區462個，設計灌溉面積122.23萬hm2；小型灌區161 495個，設計灌溉面積138.47萬hm2。

根據《安徽省水資源公報》數據顯示（表1），2012—2021年安徽省用水總量為268.30億～296.02億m3，平均為282.98億m3。其中耕地灌溉用水量為130.57億～154.12億m3，平均為143.14億m3，占用水總量的50.58%；林牧漁畜用水量為7.72億～13.94億m3，平均為9.72億m3；工業用水量為80.37億～98.43億m3，平均為90.56億m3；城鎮公共用水量為7.12億～8.75億m3，平均為8.07億m3；居民生活用水量為23.96億～27.85億m3，平均為25.40億m3；生態環境補水量為3.78億～9.02億m3，平均為6.09億m3。安徽省耕地灌溉用水量較大，占用水總量超過50%，因此提高農田灌溉用水效率具有重要意義。

2 研究方法

2.1 農田灌溉水有效利用系數測算

遵守《全國灌溉用水有效利用系數測算分析技術指南》和《全國農田灌溉水有效利用系數測算分析技術指導細則》相關要求，綜合考慮安徽省實際測算條件，截至2021年，共選擇大型灌區11個、中型灌區72個、小型灌區1 630個，觀測作物主要為水稻，參照文獻［7-8］的方法，采用首尾測算分析法計算各樣點灌區的農田灌溉水有效利用系數，具體公式如下所示：

式中：η為樣點灌區的農田灌溉水有效利用系數；W凈為樣點灌區實際灌入田間被作物利用的總水量，即凈灌水量（m3）；W毛為樣點灌區從所有水源取用的灌溉總水量，即毛灌水量（m3）。

按照逐級匯總原則，依次計算出樣點大型、中型、小型灌區的農田灌溉水有效利用系數和毛灌水量，并根據樣點各類型灌區占全部灌區面積的權重進行加權平均，根據公式（2）計算出安徽省農田灌溉水有效利用系數，具體公式如下所示：

式中：η省為安徽省農田灌溉水有效利用系數；η大、η中、η小分別代表安徽省大型、中型、小型灌區的農田灌溉水有效利用系數；W大、W中、W小分別代表安徽省大型、中型、小型灌區的年毛灌水量（m3）。

2.2 農田灌溉水有效利用系數影響因素指標體系的建立

農田灌溉水有效利用系數涉及的影響因素指標錯綜復雜，與經濟、人口、技術等均有聯系［9］，為全面客觀地選取農田灌溉水有效利用系數的影響因素指標，將整體最優化作為研究目標，結合安徽省實際狀況，共選取10個影響因子進行分析，建立指標體系：降雨量（X1，mm）、平均氣溫（X2，℃）、土壤類型（X3）、農戶節水意識（X4）、水稻種植面積（X5，萬hm2）、灌溉定額（X6，m3/hm2）、有效灌溉面積（X7，萬hm2）、毛灌水量（X8，m3/hm2）、節水灌溉工程投資（X9，萬元）、節水灌溉工程面積（X10，萬hm2）。

2.3 主成分分析法

主成分分析法是通過采用降維處理方法，將含有較多變量的組合重新整合為含有少量綜合指標，然后逐步計算出各個主成分的特征值、貢獻率，按照特征值大于1同時累計貢獻率達85%以上的標準，選擇出主成分反映影響因子［10］，具體公式如下所示：

式中：Fp為第p個主成分；a1i，a2i，…，api為各變量特征向量值；Zx1，Zx2，…，Zxp為各變量標準化后值。一般情況下，第一主成分的方差較大，成分中包含的信息量越大。

2.4 數據來源

基于《安徽省氣候公報》《安徽省統計年鑒》《安徽省水資源公報》《中國水資源公報》以及安徽省各灌區統計數據，對所得數據進行分析整理。

3 結果與分析

3.1 安徽省農田灌溉水有效利用系數分析

由表2可知，2012—2021年，全國及安徽省農田灌溉水有效利用系數均呈逐漸增長趨勢，全國水平由0.516增長至0.568，增長率10.08%；安徽省則由0.502增長至0.558，增長率達11.16%，安徽省逐年農田灌溉水有效利用系數均低于全國水平的1.76%～3.40%。雖然安徽省逐年農田灌溉水有效利用系數均低于全國水平，但是增長率高于全國水平，與全國水平的差距呈現逐漸減小的趨勢。

3.2 安徽省農田灌溉水有效利用系數的影響因素分析

為進一步探究安徽省農田灌溉水有效利用系數的影響因素，采用主成分分析法對選取的10個影響因子進行統計分析，結果見表3。由表3可知，根據特征值大于1的納入標準，安徽省農田灌溉水有效利用系數的影響因素可以歸為3大類因子，且從特征值和貢獻率可看出，前三成分的貢獻率分別為64.562%、18.767%、13.485，累積貢獻率達96.814%，完全滿足主成分累計貢獻率超過85%的標準，表明這3個主成分可以較好地反映安徽省農田灌溉水有效利用系數的影響因子。

利用主成分分析法對前三成分進一步分析，確定影響安徽省農田灌溉水有效利用系數的主要驅動力因子。初始因子載荷矩陣可以較好地反映各主成分因子可表征的信息，由表4可知，在第1主成分上載荷較高的因子有降雨量（X1）、平均氣溫（X2）、節水灌溉工程投資（X9），且節水灌溉工程投資（X9）的載荷最大。安徽省2012—2021年的降雨量表現為上下波動的態勢，其中2016年降雨量最高，為1 612.7 mm，2019年最低，為935.8 mm，降雨量總體較為充沛，但是由于各區域的地形地貌較為復雜、空間變化大、時間分布不均，近10年降雨量沒有對農田灌溉水有效利用系數產生較大影響。安徽省2012—2021年的平均氣溫變化較小，近年一直穩定在16.5 ℃左右，對農作物用水量的影響較小。近年來，安徽省逐年增加節水灌溉工程投資，通過灌區配套工程和標準化建設，提高了渠道襯砌率，降低了田間滲漏損失，農田灌溉水有效利用系數也得到了有效提升。

在第2主成分上具有較高載荷的有農戶節水意識（X4）、有效灌溉面積（X7）、節水灌溉工程面積（X10），且節水灌溉工程面積（X10）的載荷最大。近年來，安徽省政府相關部門在水資源管理上實行了一系列措施，指導農民合理配置水資源，減少水資源浪費，并讓農民參與水資源管理，提高農民的節水意識，進而影響水資源的使用量，提高水資源的使用效率。安徽省2012—2021年有效灌溉面積呈上升趨勢，由2012年的358.51萬hm2上升到2021年的460.88萬hm2，增長率達28.55%，這主要是由于近年來政府部門加大對農田水利工程建設的投入，逐步改造了7個大型灌區和部分中型灌區，增加了部分有效灌溉面積。安徽省2012—2021年節水灌溉工程面積由2012年的84.27萬hm2上升到2021年的110.19萬hm2，增長了30.76%。安徽省節水灌溉工程面積的提高主要是采取了渠道防滲等措施，以及積極推廣微灌、噴灌、低壓管灌等先進灌溉技術，隨著節水灌溉技術水平的提高、節水灌溉面積的增加，農田灌溉用水量得到了降低，也提高了農田灌溉水有效利用系數。

在第3主成分上具有較高載荷的有水稻種植面積（X5）、灌溉定額（X6），第3主成分基本反映了灌區種植結構對安徽省農田灌溉水有效利用系數的影響。安徽省近10年的水稻種植面積均略有增加，由2012年的235.61萬hm2增加到2021年的251.22萬hm2，增長了6.63%。這說明不同灌區種植結構會對人們的灌溉習慣和管理習慣產生一定影響，可直接或間接地影響農田灌溉水有效利用系數。

3.3 提高安徽省農田灌溉水有效利用系數的建議

2012—2021年安徽省農田灌溉水有效利用系數呈現出逐漸增大的趨勢，說明近年來隨著安徽省加大對各灌區的建設管理力度，以及實施節水灌溉措施，已取得了較為明顯的成果，但仍有較大的提升空間。根據對安徽省農田灌溉水有效利用系數的影響因素分析的結果，提出以下建議，為今后工作提供思路和參考。

3.3.1 加大對節水灌溉工程的投資。繼續對大型、中型和小型灌區開展具有針對性的工程投入，持續推進灌區續建配套和節水改造工程的建設，完善渠道襯砌和渠系建筑物的維修管理，提高渠系過流能力，降低滲流損失，發揮高效節水灌溉的效益，逐步提升安徽省農田灌溉水有效利用系數［11］。

3.3.2

加強節水灌溉工程建設，加大節水灌溉先進技術推廣。大力推廣應用先進的節水灌溉技術，立足安徽省不同地區的實際情況，選擇科學和合理的節水灌溉技術，增加節水灌溉工程面積。對于大型、中型灌區要不斷完善農田灌溉水計量體系，實現農田灌溉數據的信息化，不斷提高農田灌溉水的利用效率；小型灌區要改造老舊的土渠和磚渠等輸水管道，要提高低壓管灌工程比重，并開展末級渠系的改造和襯砌，降低滲漏損失，不斷提升安徽省農田灌溉水有效利用系數。

3.3.3

加強灌區管理。定期對水利系統管理人員進行專業培訓，提升其業務管理能力，也要引導農民和用水者積極參與。聯合物價部門出臺更為有效的節水政策，深化農業水價綜合改革，有效推進農民用水協會管理，并擴大農民用水協會的管理范圍，出臺激勵管理政策，加大宣傳力度，提高廣大農民的節水意識并調動其參與用水管理的積極性。合理調用已建水利工程，充分利用雨水，合理調配水資源，控制用水總量。推進水利管理現代化建設，建立網絡交流平臺，增強不同地區的交流和溝通，切實做到技術交流無障礙和信息共享。

4 結論

綜上可知，安徽省農田灌溉水有效利用系數較全國水平而言，仍處于較低水平，但總體呈現逐年增大趨勢，且與全國水平的差距呈現逐漸減小的趨勢；在眾多影響因素中，節水灌溉工程投資和節水灌溉工程面積對安徽省農田灌溉水有效利用系數的提高具有較大的積極影響。加大對節水灌溉工程的投資，加強節水灌溉工程建設、推廣節水灌溉技術，不斷優化灌區的管理水平，是提高安徽省農田灌溉水有效利用系數可行的方法。

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