曹連海, 劉曉博, 張志強(qiáng), 黃佳

(1.華北水利水電大學(xué) 測(cè)繪與地理信息學(xué)院,河南 鄭州 450046;2.華北水利水電大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院,河南 鄭州 450046)

水土資源是人類生產(chǎn)活動(dòng)的基礎(chǔ)物質(zhì)條件,是區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的重要因素,是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[1-2]。區(qū)域水土資源時(shí)空分布不均衡,水資源與土地資源開發(fā)力度的加大,會(huì)影響并制約區(qū)域的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展[3-4]。對(duì)水土資源匹配特征的研究有利于掌握水土資源的利用情況,分析水土資源利用特征,對(duì)進(jìn)一步緩解區(qū)域水土資源利用的矛盾具有重要的指導(dǎo)意義;其次,通過對(duì)水土資源綜合評(píng)價(jià),有利于掌握區(qū)域存在的問題,以緩解水土資源矛盾,促進(jìn)區(qū)域水資源與耕地資源的科學(xué)合理利用。因此,綜合評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)水土資源有助于農(nóng)業(yè)水土資源利用率的提高[5-6],也有利于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

近年來,農(nóng)業(yè)水土資源綜合研究越來越受到學(xué)術(shù)界的重視,現(xiàn)有的研究成果多是針對(duì)水資源承載力[7]和土地資源利用進(jìn)行評(píng)價(jià)研究,并得到了一系列有價(jià)值的研究成果。馬曉洪等[8]、黃克威等[9]、何俊仕等[10]、王志新等[11]、楊劍等[12]分別采用改進(jìn)的模糊綜合評(píng)判法、基于DEA的水土資源匹配模型、灰色關(guān)聯(lián)法、改進(jìn)的TOPSIS評(píng)價(jià)法、熵權(quán)TOPSIS評(píng)價(jià)方法等對(duì)水土資源匹配程度以及水土資源利用進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。現(xiàn)有的成果對(duì)水土資源整體效能評(píng)價(jià)研究不充分,且多集中于省域等大尺度,市域尺度上的研究成果較少。在研究方法上,由于水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)具有較強(qiáng)的綜合性特點(diǎn),相關(guān)研究者們多從水土資源匹配系數(shù)、洛倫茨曲線、基尼系數(shù)[13-14]來綜合反映水土資源匹配的程度[15-16]。TOPSIS評(píng)價(jià)方法應(yīng)用較廣,多應(yīng)用于城市旅游與可持續(xù)發(fā)展的評(píng)價(jià)研究中[17],該評(píng)價(jià)方法具有充分利用原始數(shù)據(jù)、減少信息損失等優(yōu)點(diǎn)[18]。

本文以許昌市為研究區(qū),以“科學(xué)合理利用水土資源”為目標(biāo),針對(duì)許昌市非農(nóng)業(yè)用水增加、農(nóng)業(yè)用水減少,以及土地利用程度降低、土地利用形勢(shì)嚴(yán)峻等情況,綜合運(yùn)用CRITIC-TOPSIS評(píng)價(jià)模型對(duì)許昌市2008—2017年水土資源的匹配特征及協(xié)調(diào)程度進(jìn)行綜合分析。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

許昌市地處河南省中部,東經(jīng)113°03′～114°19′、北緯33°42′～34°24′,包括許昌市區(qū)、禹州市、鄢陵縣、襄城縣、長葛市5個(gè)地區(qū),其中建安區(qū)、魏都區(qū)在本研究中稱為許昌縣。該區(qū)域由于地處從山地通過丘陵和崗地到平原的過渡地帶,土壤肥沃;屬溫帶季風(fēng)氣候,春、冬季節(jié)少雨,夏末秋初多雨;降水年際變動(dòng)幅度大,且年內(nèi)分配不均,汛期降雨量占全年的62%以上;蒸發(fā)能力遠(yuǎn)超過降雨,屬偏干旱區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自于《中國縣域統(tǒng)計(jì)年鑒》《許昌市統(tǒng)計(jì)年鑒》《許昌市水資源公報(bào)》等,這些數(shù)據(jù)包括許昌市5個(gè)縣域2008—2017年的水文、土地、人口、經(jīng)濟(jì)以及農(nóng)業(yè)等相關(guān)的數(shù)據(jù)資料。研究區(qū)以許昌市為中心,以東稱其為東部地區(qū),以西稱其為西部地區(qū),以北稱其為北部地區(qū),以南稱其為南部地區(qū)。

2 農(nóng)業(yè)水土資源評(píng)價(jià)方法

2.1 指標(biāo)體系的建立

參考相關(guān)文獻(xiàn)資料[12,19-20]以及在了解許昌市農(nóng)業(yè)水土資源的基礎(chǔ)上,經(jīng)過篩選,選擇13個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,這13個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)大致可以涵蓋許昌市水土資源的概況,具體見表1。

表1 許昌市農(nóng)業(yè)水土資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2 TOPSIS評(píng)價(jià)模型

在構(gòu)建許昌市農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)上,為排除人為主觀性,提高權(quán)重準(zhǔn)確度,選用CRITIC法計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重,運(yùn)用TOPSIS[21-23]評(píng)價(jià)模型測(cè)算水土資源的綜合評(píng)價(jià)指數(shù),從時(shí)空的角度對(duì)許昌市農(nóng)業(yè)水土資源的配置關(guān)系進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。

2.2.1 構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)矩陣

原始評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣為:

(1)

標(biāo)準(zhǔn)化處理后的評(píng)價(jià)矩陣為:

(2)

式中:xij為初始值;rij為標(biāo)準(zhǔn)化值;i=1、2、…、m;j=1、2、…、n。

2.2.2 確定指標(biāo)權(quán)重

權(quán)重計(jì)算過程如下:

(3)

(4)

(5)

(6)

式中:Sj為第j個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差;fij為評(píng)價(jià)指標(biāo)i和j之間的相關(guān)系數(shù);Zj為指標(biāo)綜合信息量;Wj為第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

規(guī)范加權(quán)矩陣為:

(7)

2.2.3 確定正負(fù)理想解

最優(yōu)、最劣向量分別為:

Y+=(ymax1,ymax2,…,ymaxn),

(8)

Y-=(ymin1,ymin2,…,yminn) 。

(9)

式中ymaxn、yminn分別表示式(6)中第n列的最大、最小值。

2.2.4 距離計(jì)算

距離的計(jì)算式分別為:

(10)

(11)

式中yij為加權(quán)后的標(biāo)準(zhǔn)化值。

2.2.5 計(jì)算綜合評(píng)價(jià)指數(shù)

綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的計(jì)算式為:

(12)

當(dāng)Ci大于等于0、小于等于1且Ci接近1時(shí),表明綜合評(píng)價(jià)指數(shù)高;反之,表明綜合評(píng)價(jià)指數(shù)低。

3 結(jié)果分析

3.1 農(nóng)業(yè)水土資源時(shí)空分布及匹配

通過水土資源匹配系數(shù)測(cè)算[24]得到許昌市各地區(qū)水土資源匹配系數(shù)值,許昌市的水土資源分布情況如圖1所示。由圖1可以看出:許昌市單位面積水資源量在空間上分布不均衡,其年平均單位面積水資源量為1 648.28 m3/hm2,5個(gè)地區(qū)的單位面積水資源量排序?yàn)?許昌縣、禹州市、鄢陵縣、襄城縣、長葛市;許昌市耕地資源比例均在60%以上,耕地資源比例由高到低依次是鄢陵縣、許昌縣、襄城縣、長葛市、禹州市,許昌市西部地區(qū)多為山地,地形變化會(huì)影響耕地資源的分布,禹州市耕地資源占比較小。

圖1 許昌市水土資源空間分布情況

2008—2017年這10年間,許昌市各縣域的水土資源匹配系數(shù)值波動(dòng)較大,總體呈現(xiàn)“東南優(yōu)、中部差”的匹配格局,如圖2所示。由圖2可知:2008—2017年,許昌縣水土匹配系數(shù)為全市最小值;2008—2017年,鄢陵縣的水土匹配系數(shù)達(dá)到最大值,為1 409 m3/hm2,原因是該縣域水土資源較為充足。土地利用率是影響水土資源匹配的原因之一,就全市而言,水資源的相對(duì)不足會(huì)影響到水資源的利用效率。以2017年為例,許昌縣的耕地面積占全市的22%,全市排名第二,水資源利用效率為24%,全市排名最低;東部的鄢陵縣為水資源利用效率高值區(qū),但土地利用率不太理想。從以上分析來看,兩地區(qū)的水土資源綜合條件滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。

圖2 許昌市水土資源匹配格局

許昌市水土資源匹配系數(shù)值在2008—2017年這10年里呈波動(dòng)上升趨勢(shì),如圖3所示。降水量的增加會(huì)引起水土資源匹配系數(shù)值的變化,如2008年平均降水量為619.0 mm,由于2010年汛期雨量偏多,所以2010年平均降水量比2008年的增加173.0 mm,水土資源匹配系數(shù)值變化幅度相應(yīng)較大,2008年和2010年的水土資源匹配系數(shù)值分別為672 m3/hm2和1 047 m3/hm2;由于2011—2014年的降水量出現(xiàn)明顯下降,導(dǎo)致這期間許昌市各地區(qū)水土資源匹配系數(shù)值的變化呈明顯下降趨勢(shì);2014年的平均降水量為560.3 mm,2015年汛期降雨量相對(duì)偏多,平均降水量也比上年多,增加18.10%,降水量的增加導(dǎo)致水土資源匹配系數(shù)值從2014年的671 m3/hm2逐漸增大到2015年的939 m3/hm2。圖3中2015—2017年許昌市的水土資源匹配系數(shù)值的變動(dòng)幅度越來越小,這可能與耕地資源的穩(wěn)定以及水利工程建設(shè)、水資源綜合利用量及用水結(jié)構(gòu)的調(diào)整相關(guān)。

文不在繁，貴在簡?！墩帯肥珍浟丝倳浭舜笠詠黻P(guān)于扶貧工作的8個(gè)專題242段經(jīng)典論述，一字一句無不字字珠璣、句句經(jīng)典?！墩帯罚ǘ┲小稗r(nóng)村要發(fā)展，農(nóng)民要致富，關(guān)鍵靠支部”短短15字，指出了脫貧攻堅(jiān)工作必須夯實(shí)黨的領(lǐng)導(dǎo)政治保障、抓好組織建設(shè)促脫貧攻堅(jiān)，在基層組織建設(shè)、選人用人上夯實(shí)脫貧攻堅(jiān)基礎(chǔ)；《摘編》（三）中提到“要一家一戶摸情況，張家長、李家短都要做到心中有數(shù)”，寥寥數(shù)語，簡短實(shí)在，道出了“貴在精準(zhǔn)，重在精準(zhǔn)，成敗之舉在于精準(zhǔn)”的重要性和關(guān)鍵性。

圖3 2008—2017 年許昌市水土匹配系數(shù)變化情況

3.2 農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)測(cè)算及其結(jié)果的時(shí)空分布格局

3.2.1 農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重分析

經(jīng)計(jì)算,許昌市農(nóng)業(yè)水土資源各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重結(jié)果如下:

Wj=[X1X2…X13]=

[0.071 0.085 … 0.097]。

(13)

在13項(xiàng)農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)中:用水總量(X5)、農(nóng)業(yè)用水定額(X13)、人均用水量(X7)和人口密度(X3)這4項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重都大于0.085,說明這4項(xiàng)指標(biāo)是影響許昌市水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的主要因素,其次為農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度(X12)、人均水資源量(X4)等,農(nóng)業(yè)水資源利用效率(X6)的權(quán)重最小,為0.068。許昌市農(nóng)業(yè)水土資源評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重相差較小,說明文中篩選的13項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)許昌市農(nóng)業(yè)水土資源的影響程度差別不大。農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)不僅僅取決于內(nèi)在自然資源持有量的條件,還受到其他外在因素的較大影響,比如資源利用的技術(shù)水平等,所以在對(duì)農(nóng)業(yè)水土資源進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí),要綜合考慮各方面的影響因素。

3.2.2 農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值的時(shí)空分布格局

許昌市農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)結(jié)果見表2。

表2 許昌市農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)結(jié)果

由表2可以看出:許昌市農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值排序?yàn)?鄢陵縣、襄城縣、禹州市、長葛市、許昌縣,許昌市5個(gè)地區(qū)的農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的理想貼進(jìn)度為0.409～0.560,鄢陵縣的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值最大,其理想貼進(jìn)度為0.560,高于其他地區(qū);許昌縣的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值最小,其理想貼進(jìn)度僅為0.409,農(nóng)業(yè)水土資源的優(yōu)化利用狀況較差,與鄢陵縣相差0.151?？傮w來說,許昌市農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)處于中等水平,水土資源各功能之間要相互促進(jìn),才能使許昌市的農(nóng)業(yè)水土資源得到最優(yōu)化利用。

圖4 2008年和2017年許昌市農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)結(jié)果

1)2008年和2017年農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值較大的分別為鄢陵縣和襄城縣,其次為許昌縣,許昌縣位于許昌市的中部,耕地資源和水資源都較為充足;鄢陵縣、襄城縣分別位于許昌市的東部和西南部,多年平均年降水量分別為725.9 mm和739.5 mm,水資源十分豐富,東部地區(qū)多為沖積平原,西南地區(qū)有較少山區(qū),大多為平原,耕地資源相對(duì)充足,兩地區(qū)的水土資源匹配系數(shù)值分別為1 409 m3/hm2、1 138 m3/hm2,大于許昌市的水土資源匹配系數(shù)的均值;農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值較小的為禹州市、長葛市,兩地區(qū)分別位于許昌市的西部和北部,西部地區(qū)以山地丘陵為主,耕地資源少,兩地區(qū)多年平均年降水量分別為656.7 mm和673.5 mm,水資源相比其它地區(qū)來說較為欠缺。

2)許昌市大部分地區(qū)的農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值呈現(xiàn)輕微的波動(dòng),總體趨于上升趨勢(shì)。從排名動(dòng)態(tài)變化來看,農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)排名進(jìn)步的是鄢陵縣和禹州市,鄢陵縣從2008年的第5名上升到2017年的第1名;禹州市從2008 年的第4名上升到2017年的第3名;襄城縣從2008年的第1名下降到2017年的第2名,許昌縣從2008年的第2名下降到2017年的第4名,長葛市從2008年的第3名下降到2017年的第5名。禹州市和襄城縣這兩個(gè)地區(qū)2008年和2017年的農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值變化較小;相比禹州和襄城縣兩個(gè)地區(qū)來說,許昌縣和長葛市2008年和2017年的農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值變化較大,鄢陵縣2008年和2017年的農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值變化最大,但鄢陵縣2008年的農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值小于2017年的,許昌縣和長葛市的與之相反,這可能與當(dāng)年該地農(nóng)業(yè)水土資源利用的方式有關(guān)。總體來看,許昌市農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值較為穩(wěn)定,其變化呈輕微的上升趨勢(shì),這與研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)變化特別是與研究區(qū)水資源利用程度有關(guān)。

4 結(jié)語

文中共選取13個(gè)指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,采用TOPSIS對(duì)許昌市農(nóng)業(yè)水土資源的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析,得到以下結(jié)果:

1)許昌市水土資源空間分布不均衡,部分縣域水土資源匹配程度較差。2008—2017年各縣域的水土資源匹配系數(shù)波動(dòng)較大,總體呈現(xiàn)“東南優(yōu)、中部差”的匹配格局。

2)不同地區(qū)農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)存在差異,綜合評(píng)價(jià)指數(shù)最高的是鄢陵縣,其理想貼進(jìn)度為0.560;綜合評(píng)價(jià)指數(shù)最低的為許昌縣,其理想貼進(jìn)度僅為0.409;許昌市整體的農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的理想貼進(jìn)度為0.409～0.560,農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)處于中等水平,需要采取一定措施加以提高,以使許昌市的水土資源得到最優(yōu)化利用。

3)對(duì)比2008年和2017年許昌市農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)結(jié)果知,許昌市大部分地區(qū)的農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值變化呈現(xiàn)輕微的波動(dòng),總體趨于上升趨勢(shì)。

采用CRITIC法來確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,選用TOPSIS評(píng)價(jià)方法構(gòu)建農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)模型計(jì)算許昌市的農(nóng)業(yè)水土資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值,計(jì)算結(jié)果和排名結(jié)果均與許昌市水土資源的實(shí)際情況吻合,說明本文所采用的方法是可行的,但該模型的計(jì)算結(jié)果,只能是綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的相對(duì)等級(jí),建議后期研究中采用不同的研究方法或者采用同種方法分析不同區(qū)域,對(duì)比分析所得結(jié)果的差異,以便更加切實(shí)地反映某個(gè)區(qū)域的水土資源狀況。因此,根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況建立適合當(dāng)?shù)氐脑u(píng)價(jià)指標(biāo)體系、選擇合理的指標(biāo)確定方法以及構(gòu)建可行的評(píng)價(jià)模型是水土資源綜合評(píng)價(jià)的重要部分。同時(shí)要不斷改善水土資源綜合評(píng)價(jià)的過程,以期得到更加科學(xué)合理的評(píng)價(jià)結(jié)果。