河北省水利水电勘测设计研究院 河北石家庄 050081
摘要：农业节水区划是农业水资源高效利用规划和实施的重要依据。河北省地形地貌多样、各地农业节水发展也不平衡，农业节水区划的编制，对农业节水发展起着重要的指导作用。在河北省农业生产和水资源利用现状资料分析的基础上，综合考虑节水水平、节水潜力、经济条件、缺水程度等条件选取合适的指标体系，并采用特征值法确定指标的权重，应用模糊聚类方法对河北省农业节水区划进行了分区，将河北省农业节水区划分为7区，取得了较好的结果，其结果有利于河北省节水潜力的研究。
关键词：农业节水；分区指标；模糊聚类
前言
河北省水资源严重缺乏。随着社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，河北省用水总量逐年增长，由于气候的变化，我省近10年来持续干旱，造成地表水枯竭，地下水水位下降，水资源短缺已经成为制约河北经济发展的最大“瓶颈”，严重威胁到社会经济的可持续发展。河北省是一个农业大省，据统计，农业用水量占全省用水总量的75%左右。因此，农业节水是全省节水的重点。目前，河北省节水灌溉虽然取得了一定的成绩，但灌溉水利用系数和水分生产率还是偏低，水资源状况与农业种植结构不相适应，农业生产占全省用水总量的比例过高，而农业生产用水中，主要是农田灌溉用水量。为满足农业用水需求，大量开采地下水，造成地下水超采，并因此引起地面沉降、海水入侵等一系列不可逆转的后果。因此，发展节水农业，抑制并进一步减少农业用水量刻不容缓。
农业节水区划是农业水资源高效利用规划和实施的重要依据。农业节水区划是在农业生产和水资源利用现状基础上，研究农业水资源利用规律，综合考虑影响农业水资源利用的各种因素，对农业生产划分不同的类型区，提出各类型区的高效利用农业水资源的措施、方向和战略布局，为制定农业节水规划提供依据[1]。河北省地形地貌多样、各地农业节水发展也不平衡，农业节水区划的编制，对农业节水发展起着重要的指导作用[2]。
1 农业节水的内涵
在国内外有关灌溉农业的文献中，“节水灌溉”、“节水农业”这些术语主要出现在国内各类文献报道中，国内人们习惯“节水”这一提法，但更确切的提法应该是“高效用水”、“高效用水农业”，国外多用后者 [3]。李英能将节水灌溉区分为广义和狭义两个层次，广义的节水灌溉就是采用适宜的技术措施，在维持或提高作物单产或总产的前提下，节约灌溉用水。而狭义的节水灌溉是指通过采取各种工程技术措施、农业节水技术措施和管理措施等，来节约或减少从地表水（河流、水库等）、地下水或其他水源中引取的灌溉水量[4]；刘昌明等人总结了国内对节水农业内涵的三种观点。一是认为节水农业就是节水灌溉，节水农业是灌溉农业的一种形式，它不包括旱作农业。第二种观点认为节水农业是提高用水有效性的农业，节水农业需要解决的中心问题是提高自然降水和灌溉水的利用效率和经济效益，节水灌溉是节水农业的一部分，包括灌溉农业和旱作农业，它采取水利和农业相结合的综合措施，实现水、土壤、作物三大要素的有效耦合，达成田间节水、保水技术和适水种植技术的统一，发挥系统的整体功能，确保水资源系统的良性循环和农业的持续发展，达到节水增产的目的。第三种认为节水农业是灌溉农业和旱作农业之间的农业，灌溉农业水源有保证，旱作农业基本上没有灌溉水源主要依靠降水[5]。
无论是节水灌溉还是高效用水，最终目的是以最少的水量消耗获取尽可能多的农作物产量，尽可能好的农作物品质，最高的经济效益和生态环境效益。农业节水潜力的提高主要通过节水工程技术、节水农艺技术和节水管理技术三方面来实现。
2 农业节水分区原则与方法
2.1 分区原则
由于不同地区自然地理条件、社会经济条件、现状节水水平与潜在节水效益等方面的差别，所适用的节水技术也不尽相同。因此，在制定节水模式前，首先要进行节水规划分区，以便因地制宜制定节水方案。
农业节水分区遵循以下原则：
（1）自然要素的一致性，即同一类型区的自然资源条件等基本一致；
（2）经济条件的相当性，即同一类型区的经济实力相当，水平接近；
（3）水资源开发利用程度的相近性，即同一类型区水资源开发利用程度基本相同，特别是地下水超采程度接近；
（4）种植结构的相近性，即同一类型区的农业种植结构基本相同，特别是高耗水的冬小麦的种植比例接近；
（5）现状节水水平的相近性，即同一类型区的用水效率基本相同，如灌溉水利用系数、单方水作物产量、单方水工农业产值等指标相近；
（6）社会文明程度的相近性，即同一类型区的群众文化素质、基层组织力量、社会安定状况、科技发展水平等要素基本类似。
2.2 分区方法
在分区中常用的经验法、指标法、类型法、重叠法和聚类法、层次分析法等方法[7]中，模糊聚类法采用数学统计方法进行分区，只能反映两个单元之间的等价程度，首先计算各个计算单元的相似性测度，合并最小测度的计算单元为一类，同时计算本类与其它计算单元的距离，保证测度的最小性，根据距离和相似系数进行归类[6-8]。模糊聚类法以其严格的理论基础和计算方法，能揭示因素间的内在本质差别和联系，消除了定性分析的主观性和任意性，结果可靠、准确，更能反映客观实情和无需事先知道分类对象有多少类[9]。但模糊聚类需要较多的基础数据，统计工作量大。模糊聚类法因具有较严谨、适用性强等特点而应用较广。
3 农业节水分区指标权重的确定
3.1 分区指标的确定
分区指标的设置必须满足全面性、概括性、易于取得的要求，考虑到河北省农业节水特点及影响因素，综合考虑节水水平、节水潜力、经济条件、缺水程度等条件选取合适的指标体系，分区指标体系为：灌渠和井灌比例、缺水率、地下水埋深、农民人均纯收入、灌溉水利用系数、灌溉定额、小麦种植比例。
3.2 分区指标权重的确定
各项指标对节水农业类型形成的贡献是不一样的，也就是说还存在一个权重问题。指标权重的确定很重要，应根据各项指标对农业节水分区的重要性，以及专家意见确定，使分区结果符合当地实际情况。目前确定权重的方法很多，如经验权重法、AHP层次分析法，生产弹性权重法、灰色权重法等。本文采用特征值法定量测度指标权重。特征值大小是各主成分信息承载力能力强弱的反映，根据主成分的特征值确定各指标的权重的方法，称为“特征值法”。其具体计算公式为：
6 结语
河北省水资源极度贫乏，在水资源严重短缺情况下，科学、合理、高效发展节水农业具有重大的战略意义。本次对河北省农业节水采用模糊聚类进行分区，采用的分区指标从满足全面性、概括性、易于取得等原则的需要出发，其分区结果与有关专家采用的传统的分区方法相比，可以提高精度、客观的反映实情，但模糊聚类需要较多的基础数据，统计工作量大。总体来说，模糊聚类结果较好的反映了河北省各分区的灌溉方式、经济状况，与河北省的土地利用规划、农业发展规划、水利区划等相吻合，可作为河北省农业节水规划的依据。
参考文献：
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[9]张宽义. 河北省土壤水资源分区评价方法研究[D]. 河北农业大学硕士论文.2007:6-7.
论文作者:张宽义
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/1
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