用水和水利工程開發對地區經濟發展的影響研究

郜蘢郁

(河北省水務中心,石家莊 050000)

0 引 言

進入21世紀以來,我國農業用水占比一直保持在60%左右[1]。由于缺乏完善的管理維護體系以及設備老化等因素,灌溉水利用率只有50%左右,而發達國家的灌溉水利用率在80%以上[2]。針對農村用水和水利工程基礎設施建設,相關領域的學者開展了大量研究。張超等[3]以濟寧市農田水利工程為例,分析了節水灌溉技術在實際應用中的不足,并從多個方面對節水灌溉技術和管理進行改進。計利剛[4]詳細介紹了農村灌溉用水系數和各種相關物理參數的測算方法,研究結果顯示灌溉用水系數測算法的精確度更高。徐鍇[5]認為農田水利工程建設是促進農業發展的決定性因素,通過研究上饒市農田水利工程的現狀,總結出當前農田水利工程管理中的普遍問題。Stringer L C等[6]提供了干旱地區政府部門需求一致性的水資源綜合管理方法,認為農田水利工程的建設和維護有利于加速農村經濟可持續發展目標的進程。Rosa L[7]認為在全球水資源短缺的背景下,要想滿足不斷增長的糧食需求,除了擴大耕地面積外,還需要改善農田水利工程設施。

本文采用相關分析法、聚類分析法和多元回歸分析法,對靈壽縣15個鄉鎮農田水利工程和農業經濟效益之間的關系進行研究,以期在農田水利設施投資比重上予以參考,使其建設和維護更有目的性。

1 靈壽縣農田水利工程基本信息和農業經濟效益指標體系構建

1.1 靈壽縣基本概況和各鄉鎮農田水利工程設施修建情況

靈壽縣位于中國河北省西部,隸屬于石家莊市,總面積1 069km2,截至2020年常住人口35.06萬人。根據《靈壽縣統計年鑒》數據,靈壽縣山區面積528.9km2,占總面積49.48%;丘陵面積403.90km2,占總面積37.78%。惡劣的地形對靈壽縣農業發展提出嚴峻的挑戰,相較于河北省其他地形相對平坦的區縣,靈壽縣更重視農田水利工程建設。

農田水利工程指以農業增產為目的,以調節、改善農田水分狀況和地區水利條件為手段的水利工程,其基本內容主要是灌溉設施、排水設施、小型河道治理設施、塘壩水庫等[8]。農田水利工程可以增強農田抵抗旱澇等天災的能力,完善生態循環,有利于農作物生長。

根據靈壽縣實際情況和相關研究,選取養護次數較多、影響范圍較廣且投資金額較大的農田水利工程設施與農業生產總值進行相關性分析,以確定農田水利工程設施的修建是否對地區經濟發展產生影響[9]。農田水利工程設施通常分為渠系工程、水源工程和渠系建筑物,靈壽縣各鄉鎮情況見表1。

表1 靈壽縣各鄉鎮農田水利工程設施修建情況

1.2 考慮農田水利工程設施影響的農業經濟效益指標體系

采用聚類分析法,將靈壽縣15個鄉鎮劃分為3個等級;考慮到數據獲取便利性和計算簡便性,選擇農用肥總量和有效灌溉面積作為衡量農村經濟發展的指標[10]。有效灌溉面積和農業用肥總量均能在靈壽縣統計局官方數據庫中獲取,都能直接改變作物產量,具有明確經濟意義。由于二者數值差距較大且單位不同,對其進行歸一化處理,聚類結果見圖1。

圖1 靈壽縣各鄉鎮農業經濟效益聚類結果圖

根據圖1可知,A等級區包括靈壽鎮、塔上鎮、青同鎮、慈峪鎮、三圣院鄉和北譚莊鄉6個鄉鎮;B等級區包括岔頭鎮、北洼鄉、陳莊鎮、牛城鎮、南寨鄉和南燕川鄉6個鄉鎮;C等級區包括寨頭鄉、狗臺鄉和南營鄉3個鄉鎮。參考聚類結果和農業生產總值可以發現,A等級區的農業經濟效益較好,B等級區的農業經濟效益居中,C等級區的農業經濟效益較差。

首先采用多元線性回歸方法進行分析,基本方程如下:

f(x)=a+a1x1+a2x2+…+anxn

(1)

式中:a為常數;an為待估計系數;n為自變量數量。

根據相關研究提出的指標選取原則,選擇與農業生產總值顯著相關的5種農業水利工程設施和農業物資使用量:農用化肥使用量(t)、農用塑料薄膜使用量(t)、農藥使用量(t)、農村用電總量(kW·h)、農業機械總動力(kW)[11]。

采用層次分析法對靈壽縣農業經濟效益進行分析,分為目標層、準則層和指標層,具體指標見表2。

表2 靈壽縣農業經濟效益指標體系

在構建指標體系后,需要對各指標的權值進行計算,權向量的求解需要進行正則化處理,公式如下:

(2)

式中:i、j分別為準則層和目標層序號。

將判斷矩陣行向量求和,再進行正則化處理,公式如下:

(3)

式中:W為正則化處理后的指標權重值。

2 靈壽縣農田水利工程對農村經濟效益的影響

2.1 農田水利工程與農業生產總值的相關性分析

農業生產總值是以貨幣形式表現的農、林、牧、副、漁全部產品的總量,能夠反映農業生產總規模和總成果,包括種植業產值、采集產值、兼營工商業產值、林業產值、畜牧業產值和漁業產值[12]。由于本研究主要討論農田水利工程設施,故只選擇種植業產值、畜牧業產值和漁業產值作為農業生產總值。根據表1中數據,分析各農田水利工程設施對農業生產總值的相關性,結果見表3。

表3 農田水利工程設施與農業生產總值相關性分析結果

由表3可知,渠道襯砌的皮爾森系數為0.625,顯著性為0.013。由于0.625的絕對值在0.5和0.8之間,且0.013小于0.05,表明渠道襯砌的總長度和農業生產總值顯著相關。清淤筑堤的皮爾森系數為0.588,顯著性為0.022。由于0.588的絕對值在0.5和0.8之間,且0.022小于0.05,表明清淤筑堤總長度和農業生產總值顯著相關。截潛的皮爾森系數為0.264,顯著性為0.172。由于0.264的絕對值小于0.5,且0.172大于0.05,表明截潛數量和農業生產總值沒有顯著相關性。方塘蓄水的皮爾森系數為0.671,顯著性為0.021。由于0.671的絕對值在0.5和0.8之間,且0.021小于0.05,表明方塘蓄水總量和農業生產總值顯著相關。農業用井的皮爾森系數為0.627,相關性為0.044。由于0.627的絕對值在0.5和0.8之間,且顯著性小于0.05,表明農業用井數量和農業生產總值顯著相關。橋涵的皮爾森系數為0.814,顯著性為0.003。由于0.814在0.8和1之間,且0.003小于0.05,表明橋涵數量和農業生產總值之間有非常高的相關性。

根據相關性分析結果發現,橋涵數量和當地農業生產總值有非常高的相關性,截潛數量和當地農業生產總值無關,其他4種農田水利工程設施均和農業生產總值有顯著相關性。可以確定,農田水利工程設施的修建和維護對農業生產總值有重要影響。

選擇渠道襯砌、清淤筑堤、方塘蓄水、農用井和橋涵5種對農業生產總值具有顯著相關性的農田水利工程設施進一步分析,通過多元線性回歸分析法和層次分析法對不同等級鄉鎮進行排序,以確定農田水利工程設施對鄉鎮經濟發展的影響。將渠道襯砌長度、清淤筑堤長度、方塘蓄水總量、農用井數量和橋涵數量分別編號1-5,農業物資使用量分別編號6-10。

2.2 農田水利工程對農業生產總值的影響分析

農業物資使用量數據來源于《靈壽縣統計年鑒》,而農業水利工程設施數據來源于靈壽縣水利公報、發改委相關文件匯總而成。數據選取時間范圍2010-2020年,對全部指標進行回歸分析,結果見表4。

表4 不同分區農業生產總值的回歸分析結果

表4中,A、B、C三區的決定系數分別為0.611、0.672和0.754,均在0.5～0.8之間。顯著性分別為0.001、0.000和0.001,均小于0.05,表明選中的10項指標和農業生產總值具有顯著相關性。其中,5種農田水利工程設施對經濟發展重要程度的影響見表5。

表5 農田水利工程設施對地區經濟發展的貢獻率

由表5可以發現,盡管橋涵數量對農業生產總值有非常高的相關性,但對于地區經濟發展的貢獻率總體不如渠道襯砌長度。在A等級地區,方塘蓄水總量的貢獻率最高;在B等級地區,渠道襯砌長度和橋涵數量的貢獻率較高;在C等級地區,渠道襯砌長度和方塘蓄水總量貢獻率較高。

根據表5構建的指標體系和式(2)、式(3)計算出各層的指標權重,準則層判斷矩陣權重計算結果見圖2。

圖2 準則層指標權重

圖2中,A類地區準則層指標的權重值分別為52%、33%和15%;B類地區準則層指標的權重值分別為73%、18%和9%;C類地區準則層指標的權重值分別為65%、28%和7%。由此可知,在準則層中,農業基礎條件對農業經濟效益的影響最大;農田水利工程設施有一定影響;農業物資使用影響較小。

指標層判斷矩陣權重計算結果見表6、圖3和圖4。

圖3 農田水利工程設施各指標權重

圖4 農業物資使用各指標權重

表6 農業基礎條件各指標權重

表6中,3個等級地區的有效灌溉面積權重均遠遠大于從業人口的權重。而有效灌溉面積是衡量地區水利化程度和農業生產穩定性的重要指標,靈壽縣各鄉鎮要想提高農業經濟效益,可以通過農田水利工程設施修建和維護增加有效灌溉面積。

圖3中,A等級地區鄉鎮5項指標的權重值分別為0.261、0.051、0.448、0.152和0.088;B等級地區鄉鎮5項指標的權重值分別為0.491、0.136、0.007、0.072和0.231;C等級地區鄉鎮5項指標的權重值分別為0.277、0.122、0.397、0.055和0.149。

由此可知,對靈壽縣各鄉鎮而言,渠道襯砌長度對農業經濟效益產生重要影響,而清淤筑堤長度和農用井數量影響程度較小。在方塘蓄水總量和橋涵數量上的影響程度上有一定差異性,對A等級地區和C等級地區而言,方塘蓄水總量影響程度大。對B等級地區和C等級地區而言,橋涵數量有一定影響力。

圖4中,A等級地區鄉鎮5項指標的權重值分別為0.371、0.175、0.189、0.152和0.113;B等級地區鄉鎮5項指標的權重值分別為0.193、0.514、0.096、0.062和0.135;C等級地區鄉鎮5項指標的權重分別為0.112、0.207、0.484、0.091和0.106。相較于農田水利工程設施指標權重具有一致性,農業物資使用情況受限于各地區農業土地面積、農業從業人口、土壤成分等因素差異較大。

靈壽縣農業經濟效益全部評價指標權重見圖5。

圖5 靈壽縣農業經濟效益總指標權重

圖5中,3個等級地區的總指標權重具有較高的一致性。總體而言,有效灌溉面積、渠道襯砌和農用化肥使用量3項指標的影響最顯著。其中,A等級地區鄉鎮中,影響程度排在前三位的是有效灌溉面積、方塘蓄水量、渠道襯砌長度;B等級地區鄉鎮中,影響程度排在前三位的是有效灌溉面積、農業從業人口數量和渠道襯砌長度;C等級地區鄉鎮中,影響程度排在前三位的是有效灌溉面積、方塘蓄水總量和渠道襯砌長度。

因此,經濟發展較好的A等級地區需要保持方塘蓄水總量和農用井數量;經濟發展一般的B等級地區需要更多的橋涵工程;經濟發展較差的C等級地區需要先完成更多的清淤筑堤工程。

3 結 論

通過聚類分析法、多元回歸分析法和層次分析法,確定了河北省石家莊市靈壽縣15個鄉鎮的農業經濟效益對5種主要農田水利工程設施的響應程度。研究結果表明,在A等級地區和B等級地區,渠道襯砌長度對農村經濟效益的影響程度最高;在A等級地區和C等級地區,方塘蓄水總量對農業經濟效益的影響程度最高;C等級地區的清淤筑堤長度對農業經濟效益的影響程度較高。