河南省農田水利現代化水平評價與時空演變

張 亮，石為位

（1.華北水利水電大學，河南鄭州 450046；2.河南河長學院，河南鄭州 450046）

0 引言

農田水利現代化是水利現代化重要組成部分，也是實現農業現代化的基礎。中央多個1號文件都強調把農田水利作為農業基礎設施建設的重點［1］。農田水利現代化建設本質上是社會現代化發展的產物，利用現代化手段改進水利工程建設，其過程必須遵循以人為本的理念，在滿足人們需求的前提下進行農田水利現代化的建設與管理，做到人與自然和諧相處。河南作為人口大省、糧食生產大省，農田水利發展不均衡，現階段其農田水利現代化水平還有待提升，空間差異性較大。構建河南省農田水利現代化水平綜合評價指標體系，基于熵權模型和空間分析方法，采用2015 年至2019 年連續五年的數據對河南省農田水利現代化水平進行綜合評價，并探討其時空演變規律，以期為河南省農田水利現代化發展提供方向指引和科學依據，為河南省提高農業綜合生產能力，保障糧食安全實現農業現代化提供參考依據。

1 農田水利現代化水平評價指標體系的構建

目前，關于農田水利現代化水平評價指標體系的研究較少。2016 年穆建新［2］等人按工程設施、管理措施、生態環境和經濟效益四大類劃分出一級指標12個，二級指標24個，構建了灌區農田水利現代化評價指標體系。并通過對農田水利現代化水平空間格局的研究，參照《全國節水灌溉區劃》中有關區域的劃分，以不打破行政區劃界限為原則，考慮各行政區的自然地理特征、灌溉發展條件以及社會經濟發展狀況等方面的因素，將全國劃分6大評價區域，每個區域選擇一個典型灌區進行農田水利現代化評價。2017 年劉力華［3］等人從鄭州市農田水利現代化示范鄉鎮建設實際出發，從灌溉排水工程、效率與效益、生態與環境以及管理與服務4個方面選取指標，構建了農田水利現代化示范鄉鎮的評價指標體系。已有成果在農田水利現代化的內涵及評價指標等方面進行了一些探索。這些成果雖然為開展河南省農田水利現代化相關研究提供了有益的借鑒，但由于研究數量不多，所以還需構建農田水利現代化水平的評價指標體系來對河南省的農田水利現代化水平的時空演變進行深入研究。在相關研究的基礎上，考慮到指標體系建立的基本原則和國家政策，構建灌溉排水、管理技術、生態環境、經濟效益和發展支撐5個主體指標。其中，灌溉排水工程不僅是農業生產最重要的基礎設施，還是保證國民經濟和社會持續發展的重要組成部分［4］。無論是從建設現代農業，還是從節約農業灌溉用水來看，都需要加快灌排事業的發展。管理技術又決定了灌排工程是否安全和能否正常發揮效益。所以灌溉排水和管理技術是決定農田水利現代化水平的主要指標。生態環境與發展息息相關，生態興則發展興，生態衰則發展衰，所以將生態環境選為主體指標是必然的。經濟效益［5］指農業生產中所取得的有效成果與勞動占用和勞動消耗量的比較，直觀地體現了現代化水平的發展。想要農田水利現代化高質量發展，還必須重視發展支撐，科技創新推動農業發展，政策規范支撐農業發展，培訓技術優化農業發展。從5 個主體指標中又細分了18 個分指標，每項的指標參數如表1 所示。農田水利現代化評價指標體系如圖1所示。

圖1 農田水利現代化評價指標體系Fig.1 Evaluation index system of farmland water conservancy modernization

2 數據來源與評價方法

2.1 研究范圍及數據來源

河南省擁有17 個地級市，1 個省直轄縣級市，共158 個區縣。為了分析“十三五”期間河南各個地區的農田水利現代化情況，將對河南的158個區縣進行評價區域劃分，再對所有區縣2015 年至2019 年的數據進行分析。數據來源于2015-2019 年《河南統計年鑒》、《河南農村統計年鑒》、河南各地區統計年鑒、各地區的水資源公報及收集到的各灌區現代化改造規劃設計報告等資料，少量缺失數據采用線性插值方式補齊。

2.2 評價方法

為了能使農田水利現代化評價結果更加準確，采用熵權法。熵權法是一種客觀賦權方法，在評價過程中，所獲信息的大小是評價精度和可靠性的決定因素之一，如果指標的信息熵越小，該指標提供的信息量越大，在綜合評價中所起作用也越大，權重也越高［6］，具有客觀性和適應性兩個優點。相對那些主觀賦值法，精度較高、客觀性更強，能夠更好地解釋所得到的結果，可以用于任何需要確定權重的過程，也可以結合其他方法共同使用［7］。

熵權法的計算原理如下：

每個指標的量綱和單位是不同的，無法直接比較、計算，所以在各指標權重計算前，需將其標準化處理。

當指標為正向指標時，其標準化公式為：

當指標為負向指標時，其標準化公式為：

一些指標數值進行標準化處理后，可能會出現數值較小或負值的情況，為了計算的統一與方便，將標準化后的數值進行平移處理，從而消除上述情況。

其中H為指標平移的幅度，一般取1。

利用比重法對數據進行無量綱化。

計算第j個指標的熵值：

第j個指標的差異系數為：

第j個指標的權重為：

2.3 評價指標權重

河南農田水利現代化評價指標體系的構建按灌溉排水、管理技術、生態環境、經濟效益和發展支撐5個方面劃分出主體指標5個，分指標18個，各指標權重詳見表1。

表1 農田水利現代化評價指標權重值Tab.1 Weight value of farmland water conservancy modernization evaluation index

2.4 評判標準

現代化是一個動態的發展進程，利用評價指標獲得的評價結果是一個沒有量綱、沒有物理意義的介于0～1之間的數值，因此，在制定評價指標時應分成不同的發展階段［2］。借鑒國內外學者對現代化進程的劃分，同時結合當前國內農田水利建設發展的實際情況，將農田水利現代化評價劃分為4個發展階段，如表2所示。

表2 農田水利現代化等級劃分圖Tab.2 Classification of farmland water conservancy modernization

3 結果與分析

3.1 河南省農田水利現代化水平時間序列分析

為進一步分析河南省158 個區縣具體情況，收集各區縣2015-2019年連續五年的相關資料，利用熵權法計算指標權重，再將數據與對應的權重相乘，累加得出各區縣的農田水利現代化水平的評價指標值。由于數據較多，圖2 及表3 內數據僅按照市域單位進行展示，其評價得分是通過原始數據整合后計算而成，2015-2019 年河南省各市農田水利現代化綜合評價得分如圖2 所示，2015-2019 年河南省農田水利現代化各項主體指標綜合評價得分如圖3所示。

圖2 2015-2019年河南省各市農田水利現代化綜合評價得分Fig.2 Comprehensive evaluation scores of farmland and water conservancy modernization of cities in Henan Province from 2015 to 2019

圖3 2015-2019年河南省農田水利現代化各項主體指標綜合評價得分Fig.3 Comprehensive evaluation score of main indicators of farmland and water conservancy modernization in Henan Province from 2015 to 2019

通過圖2 可知，2015-2019 年各市的綜合評價得分都在增長，表明各市農田水利現代化水平都存在增長趨勢。平均綜合評價得分排名前九的城市中鶴壁市、濮陽市和駐馬店市的評價得分增長幅度較小，其余地區增長幅度較大。排名后九的城市中鄭州市、焦作市和許昌市的評價得分增幅較大，其余地區增幅緩慢。由圖2 和表3 可知，平均綜合評價得分最高的是周口市0.55，最低的是濟源市，僅有0.14，只有周口市、漯河市和鶴壁市達到了初步現代化階段，剩余市均未達到初步現代化階段。

表3 2015-2019年河南省各市在主體指標上的平均得分Tab.3 Comprehensive scores of cities in Henan Province on main indicators from 2015 to 2019

通過圖3可知，各項主體指標都在增長，但是增長速度較為緩慢，其中生態環境指標2019 年的綜合得分相較于2018 年有所下降，管理技術指標增長穩定，其余指標變化并不明顯。在生態環境方面，2019 年末全省水土流失面積較2018 年同期減少1.75%，全省單位耕地面積化肥使用量較2018 年同期減少3.5%，但全省淺層地下水位較2018年同期相比，下降了1.02 m，地下水儲存量減少32.3億m3，是近十年內淺層地下水埋深降幅最大，地下水儲存量減少最為嚴重的一年。即使水土流失治理情況和單位耕地面積化肥施用量都有所改善，但淺層地下水埋深的嚴重下降對整體的生態環境水平還是產生了影響。

河南省各市主體指標上的得分情況如表3所示。三門峽市和濟源市的綜合評價得分相對較低，周口市、漯河市和鶴壁市的綜合得分達到了初步現代化階段，其余地區相差不明顯。

其中，造成三門峽市現代化水平較低的主要因素是管理技術和發展支撐。三門峽市在這兩項指標上的得分遠低于全省平均值。三門峽市的山地和丘陵面積占90%以上，森林覆蓋率50.72%，耕地面積16.40 萬hm2，其中灌溉總面積僅5 萬hm2，［8］不利于傳統作物生長，當地著重發展特色產業，忽視了傳統作物的生產，導致其技術人員配比和投入嚴重失衡，造成了職工隊伍技術素質較低，管理信息化程度不高，科技創新能力不足等問題。

造成濟源市現代化水平較低的主要因素是管理技術、經濟效益和發展支撐。濟源市在這三項指標上的得分遠低于全省平均值。濟源市是典型的農業發展與工業發展相互矛盾地區，其城鎮化與工業化推進較快，人地矛盾突出，環境容量不足，農業發展受到限制。農村人口老齡化、勞動力不足，種地的農戶多是老年人，種植管理比較盲目，基層農田水利管理機構不健全，專業技術人才流失，造成了信息無法有效傳輸，農業科研與生產脫節，缺乏生產高質高效農產品的科學管理技術［9］。

3.2 河南省農田水利現代化水平空間格局分析

3.2.1 各項主體指標空間格局分析

利用ArcGis 軟件將河南省各區縣主體指標的得分數據繪制成地圖，進行可視化分析，如圖4所示。

圖4 2015-2019年河南省各區縣農田水利現代化水平主體指標平均值空間格局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

圖4 是根據2015-2019 年河南省各區縣數據統計繪制的農田水利現代化水平主體指標平均值的空間格局圖。表4各主體指標綜合得分及超過全省平均值的區縣數。

表4 2015-2019年各主體指標綜合得分及超過全省平均值的區縣數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，河南省總體的灌溉排水水平發展一般，呈現出南高北低的狀態，全省62 個區縣得分超過平均值，空間差異不大。生態環境水平由豫西向豫東逐漸降低，呈現由西向東遞減狀態，全省82個區縣得分超過平均值。管理技術水平空間差異較大，水平較高的地區主要分布在河南東部及西南方向，中部地區呈現高水平與低水平鑲嵌交叉的空間特征，全省70個區縣得分超過平均值。經濟效益水平整體差異性不大，全省93個區縣得分超過平均值。發展支撐水平空間差異性較大，空間特征與管理技術水平相似，全省69個區縣得分超過平均值。

3.2.2 空間格局綜合分析

2015-2019年河南省各區縣單元的農田水利現代化綜合水平的空間格局如圖5 所示。2015-2019 年河南省各區縣農田水利現代化水平的Lisa圖如圖6所示。河南省地形地貌分區圖如圖7［10］所示。

圖5 河南省各區縣單元的農田水利現代化綜合水平空間格局Fig.5 Comprehensive horizontal spatial pattern of farmland water conservancy modernization in districts and counties of Henan Province

圖6 2015-2019年河南省各區縣農田水利現代化水平的Lisa圖Fig.8 Lisa chart of farmland water conservancy modernization level in districts and counties of Henan Province from 2015 to 2019

圖7 河南省地形地貌分區圖Fig.7 Topographic map of Henan Province

通過圖5 可知，農田水利現代化水平較高的區縣基本分布在商丘市、周口市、漯河市和鶴壁市。農田水利現代化水平較低的區縣基本分布在濟源市、三門峽市、鄭州市、洛陽市、許昌市。2019 年末河南省糧食產量在100 萬t 以上的大縣共13個，分別為滑縣、永城市、唐河縣、太康縣、固始縣、正陽縣、上蔡縣、項城市、鄲城縣、淮陽縣、夏邑縣、沈丘縣、濮陽縣，這13 個地區的農田水利現代化指標值在河南省中處于較高水平，平均值達到0.54。由此判定，糧食產量較多的地方，其農田水利現代化水平也較高。

通過圖6 可以看出，HH 類型區有26個，LL 類型區有30個，LH類型區有4個，HL類型區有7個。分布特征與管理技術水平和發展支撐水平相似。4 種類型區分布于各個區域，雖然各區縣農田水利現代化水平存在空間關聯且HH 類型區有小范圍聚集，但相近單元的空間鄰近效應仍然不夠明顯，沒有形成相互促進，彼此影響的聯動格局。

通過圖5 和圖7［10］，可以得知河南省的農田水利現代化水平空間差異較大。從地勢地形上來看，水平較高的地區主要分布在地勢平緩的南陽盆地區和黃淮海平原區，地勢較高的太行山山地丘陵區、豫西黃土丘陵區、豫西山地丘陵區和桐柏山-大別山山地丘陵區的農田水利現代化水平較為落后，且兩者差異性較大。由此可以看出，地勢地形決定了糧食的生產環境，對農田水利現代化水平有著間接的影響。

4 結論

（1）按照灌溉排水、管理技術、生態環境、經濟效益和發展支撐5個方面劃分出主體指標5個，分指標18個，構成河南省農田水利現代化水平綜合評價指標體系。利用熵權模型計算權重，其中灌溉排水的權重最高，說明灌溉排水水平對河南農田水利現代化水平的影響最大。

（2）通過對各市的綜合評價得分時間序列的分析，可以看出“十三五”期間各市農田水利現代化水平綜合得分均有所增長。各項主體指標得分除生態環境指標在2019年有所下降外，其余指標都在穩定增長。

（3）現階段河南農田水利現代化水平相對較低，只有周口市、漯河市和鶴壁市達到了初步現代化階段，綜合評價指標值分別為0.553 9、0.533 2 和0.520 5，其余地區均處于有待加強階段。農田水利現代化水平較低的區縣基本分布在濟源市、三門峽市、鄭州市、洛陽市、許昌市等地。

（4）通過對河南省2015-2019 年農田水利現代化水平空間格局的綜合分析，驗證了河南省農田水利現代化水平在空間上的分布具有顯著的空間正相關性，空間異質性較小。從糧食生產情況上看，糧食產量較多的地區，其農田水利現代化水平普遍較高。從地形分布上看，平原地區的農田水利現代化水平普遍高于丘陵地區。

（5）從數據上看，管理技術水平與發展支撐水平是導致空間差異大的主要原因。所以解決空間差異問題，本質上是要解決各地管理技術和發展支撐不平衡的問題。從地勢地形上看，水平較高的地區主要分布在地勢較為平緩，糧食生產較多的地方；水平較低的地區主要分布在地勢較為陡峭，糧食生產較少的地方。

雖然“十三五”期間，河南省的農田水利現代化建設取得顯著成績，但是仍然面臨巨大挑戰。資源環境約束趨緊，農村資金、人才等要素短缺的局面還沒有得到根本改觀，農業質量效益不高，農民持續較快增收動力不足，農村基礎設施和公共服務差距明顯。所以農田水利依然處于農業基礎設施建設的核心地位。