許一 許承娟

摘 要：灌溉水利用系數(shù)是體現(xiàn)國家及省市縣農(nóng)田用水效率的重要指標之一，同時也是最嚴格水資源管理制度的重要抓手。近年來，安徽省灌溉水利用系數(shù)呈現(xiàn)緩慢上升態(tài)勢。該文通過DGM（1，1）模型對“十四五”期間安徽省灌溉水利用系數(shù)進行了預(yù)測分析，并提出了適合安徽省的高效節(jié)水方案。

關(guān)鍵詞：DGM;農(nóng)田灌溉水系數(shù);高效節(jié)水;安徽省

中圖分類號 S213.9 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）06-0135-03

1 引言

灌溉水利用系數(shù)通常指的是灌入田間的有效水量與渠首引進的水量之比，它是評價灌溉渠系的工程狀況和管理水平的一個重要指標。除測算田間水的效率之外，灌溉水利用系數(shù)也是國家實行的最嚴格水資源制度以及水資源管理“三條紅線”控制目標中相當重要的一環(huán)。近年來，安徽省灌溉水利用系數(shù)呈現(xiàn)緩慢上升態(tài)勢，但距離國內(nèi)先進水平以及國際歐美發(fā)達國家平均水平仍存在較大的差距。2011年水利部公布灌溉水利用系數(shù)的計算細則，安徽省也要求各市縣區(qū)開展測算工作。根據(jù)近年來測算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在省內(nèi)農(nóng)業(yè)灌區(qū)改造和高效節(jié)水灌溉措施的投入基本差別不大的情況下，灌溉水利用系數(shù)增長呈現(xiàn)日趨減緩的局面。因此，科學(xué)預(yù)測“十四五”期間安徽省的農(nóng)田灌溉水利用系數(shù)，對于調(diào)整農(nóng)業(yè)投資方向，高效節(jié)水灌溉和灌區(qū)續(xù)建配套改造的投資比例分攤等都有著重要的意義。由于目前安徽省乃至全國范圍內(nèi)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的測算年份太少，樣本空間太小，因此適用于灰色理論對灌溉水利用系數(shù)進行測算，目前國內(nèi)尚未見類似應(yīng)用報道。

2 模型簡介

灰色系統(tǒng)理論是由華中理工大學(xué)鄧聚龍教授于1982年提出并加以發(fā)展的。多年來，該理論引起了不少國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，并得到了長足的發(fā)展，目前在我國已經(jīng)成為社會、經(jīng)濟、科學(xué)技術(shù)在等諸多領(lǐng)域進行預(yù)測、決策、評估、規(guī)劃控制、系統(tǒng)分析與建模的重要方法之一。特別是它對時間序列短、統(tǒng)計數(shù)據(jù)少、信息不完全系統(tǒng)的分析與建模，具有獨特的功效，因此得到了廣泛的應(yīng)用。

灰色預(yù)測模型（Gray Forecast Model）是通過少量的、不完全的信息，建立數(shù)學(xué)模型并做出預(yù)測的一種預(yù)測方法。在應(yīng)用運籌學(xué)的思想方法解決實際問題，制定發(fā)展戰(zhàn)略和政策、進行重大問題的決策時，都必須對未來進行科學(xué)的預(yù)測。預(yù)測是根據(jù)客觀事物的過去和現(xiàn)在的發(fā)展規(guī)律，借助于科學(xué)的方法對其未來的發(fā)展趨勢和狀況進行描述和分析，并形成科學(xué)的假設(shè)和判斷。

灰色系統(tǒng)理論是研究解決灰色系統(tǒng)分析、建模、預(yù)測、決策和控制的理論?；疑A(yù)測是對灰色系統(tǒng)所做的預(yù)測。目前常用的一些預(yù)測方法（如回歸分析等）需要較大的樣本，若樣本較小，常造成較大誤差，使預(yù)測目標失效。而灰色預(yù)測模型所需建模信息少，運算方便，建模精度高，在各種預(yù)測領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，是處理小樣本預(yù)測問題的有效工具。

灰色理論以“部分信息已知、部分信息未知”的“小樣本”“貧信息”的不確定問題為研究對象，通過對“部分”已知的信息的生成開發(fā)，提取有價值的信息，構(gòu)造生成序列的手段來尋求現(xiàn)實現(xiàn)象中存在的規(guī)律。灌溉水利用系數(shù)就屬于此類問題。

目前應(yīng)用領(lǐng)域普遍用GM（1，1）模型進行預(yù)測，但有時效果不十分理想并且缺乏穩(wěn)定性。灰色預(yù)測模型是基于最小二乘法的指數(shù)擬合曲線，但當用純指數(shù)進行擬合時，卻又不能完全取得滿意的擬合效果，往往會產(chǎn)生一些偏差。謝乃明研究了離散GM（1，1）模型（即DGM（1，1）模型）及其拓廣形式的建模機理，能夠完全擬合純指數(shù)序列和非齊次指數(shù)序列，有效避免了GM（1，1）模型白化方程到白化響應(yīng)式之間產(chǎn)生的誤差。

DGM（1，1）模型與GM（1，1）模型可以被認為是同一模型的不同表達方式，在取值較小時可以相互替代。只要源數(shù)據(jù)具有近似指數(shù)增長規(guī)律，都可以用DGM（1，1）模型來模擬和預(yù)測。對于具有近似指數(shù)增長規(guī)律的源數(shù)據(jù)序列，可以采用離散灰色模型進行模擬、預(yù)測。對于接近齊次指數(shù)序列的非指數(shù)增長序列和震蕩序列，相較于GM（1，1）模型應(yīng)優(yōu)先選擇DGM（1，1）模型。

3 研究區(qū)域與預(yù)測計算

3.1 研究區(qū)概況 安徽襟江帶淮，沿江通海，屬華東地區(qū)，是長三角的重要組成部分，地跨長江、淮河，長江淮河自西向東穿行而過，與江蘇、浙江、湖北、江西、山東、河南接壤，東西寬約450km，南北長約570km，轄境面積14.01萬km2，占全國的1.45%。安徽省是全國13個糧食主產(chǎn)區(qū)之一，2019年，安徽省糧食播種面積小幅調(diào)減，經(jīng)濟作物面積增加。全年糧食產(chǎn)量4054萬t、居全國第4位，增長1.2%;油料產(chǎn)量161.3萬t，增長2%;蔬菜產(chǎn)量2213.6萬t，增長4.5%。新增稻漁綜合種養(yǎng)面積10.47萬hm2，累計達21.13萬hm2，居全國前列。

3.2 DGM（1，1）模型計算步驟【1～2】 根據(jù)安徽省水利廳公布的安徽省農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算結(jié)果，2015—2020相關(guān)分別為0.524、0.528、0.532、0.538、0.544和0.551。將上述指標帶入計算公式中，具體步驟如下：

第1步，原始序列的初始化：

將2015—2020的農(nóng)田灌溉水利用系數(shù)初始化后的序列：

[x0={x01，x02，x03，x04，x05}]=

{0.524，0.528，0.532，0.538，0.544，0.551}

第2步，原始序列的1-AGO，1-AGO生成序列：

[x1={x11，x12，x13，x14，x15}]=

{0.524，1.052，1.584，2.122，2.666，3.217}

第3步，模型參數(shù)的計算：

β1=1.011，β2=0.521

帶入?yún)?shù)，則預(yù)測公式可得為：

[dx1dk+0.521x1=1.011]

第4步，模擬值的計算

0.524，0.527，0.533，0.539，0.544，0.550，

第5步，計算殘差，平均相對誤差：

殘差=0.000，平均相對誤差=0.125%，該誤差遠小于0.5%的最好的相對擬合精度。因此對未來的預(yù)測公式可變?yōu)椋?/p>

[x（0）1β1-1+β2=0.527]

第6步，預(yù)測結(jié)果：

[y0={y01，y02，y03，y04，y05}]=

{0.556，0.562，0.568，0.575，0.581}

即2021—2025年的“十四五”期間安徽省灌溉水利用系數(shù)分別為0.556、0.562、0.568、0.575、0.581。

4 結(jié)果與分析

從預(yù)測結(jié)果可以看出，安徽省未來5年的灌溉水利用系數(shù)將呈現(xiàn)緩慢地上升狀態(tài)，5年平均增長率1.1%。2015—2020年安徽省投資在灌溉水利用系數(shù)資金平均約762.7億元（包括灌區(qū)配套改造和高效節(jié)水農(nóng)業(yè)設(shè)施），其中灌區(qū)配套改造資金投入約占75.6%，高效節(jié)水農(nóng)業(yè)占24.4%。2015—2020年，安徽省農(nóng)田灌溉水利用系數(shù)在全國的位次分別為23、22、25、21、22和24，從近5年情況來看，安徽省農(nóng)田灌溉水利用效率始終處于全國中等偏下的位置，而與此同時投入資金屬于中等偏上水平，投入產(chǎn)出比對于安徽省位次的提升效果顯現(xiàn)不足。2021—2025年的“十四五”灌溉系數(shù)從目前的投入占比看來，未來對安徽省總體的灌溉系數(shù)提升不大，不能有效地提高“十四五”期間安徽省的位次。隨著安徽省在國內(nèi)經(jīng)濟地位的逐漸提高，近3年已經(jīng)逐漸超越北京和上海位居全國前10位，應(yīng)該在各個環(huán)節(jié)在全國的地位匹配安徽的經(jīng)濟實力，因此建議在目前的農(nóng)業(yè)投入的基礎(chǔ)上進一步加大投資力度，同時提高高效節(jié)水灌溉的比例。

5 問題與建議

5.1 存在問題 目前，安徽省高效節(jié)水灌溉還有許多不足之處。一是總規(guī)模過小，目前全省高效節(jié)水灌溉面積僅占有效灌溉面積的4%，與周邊省份相比存在差距。二是發(fā)展速度偏慢且不穩(wěn)定，建設(shè)面積年際變動幅度大。三是未充分利用高效節(jié)水灌溉系統(tǒng)的特點進行“水-肥-藥一體化”應(yīng)用，在促進作物提高品質(zhì)等方面做得不夠。四是管理水平低，設(shè)備設(shè)施不能做到定期維護更新。

5.2 建議 根據(jù)各地自然條件和灌溉特征，將全省由北向南劃分為淮北平原、江淮丘陵區(qū)、沿江圩區(qū)、皖西山區(qū)和皖南山區(qū)5個農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)。其中，淮北平原區(qū)、江淮丘陵區(qū)為缺水地區(qū)，是全省高效節(jié)水發(fā)展的重點區(qū)域。具體區(qū)域高效節(jié)水灌溉布局和主要模式建議如下：

5.2.1 淮北平原區(qū) 該區(qū)域區(qū)農(nóng)田灌溉分為3種類型，即河灌、井灌、河井結(jié)合灌。旱作物種植以發(fā)展管道輸水灌溉、半固定式、移動式噴灌為主，露地蔬菜、藥材種植區(qū)以發(fā)展固定式噴灌為主，溫室、大棚種植區(qū)以發(fā)展滴灌為主，果樹種植區(qū)以發(fā)展滴灌、微噴灌、小管出流灌溉為主。同時，本區(qū)應(yīng)結(jié)合正在實施的機井通電工程，大力發(fā)展井灌區(qū)低壓管道輸水灌溉工程;積極推廣應(yīng)用射頻卡計量收費、微灌水肥一體化等先進技術(shù);沿淮及淮河支流的小型灌區(qū)、灌溉片，可結(jié)合泵站、渠系改造，采取以管代渠的方式，建設(shè)以地表水為水源的大口徑管道輸水灌溉工程。

5.2.2 江淮丘陵區(qū) 本區(qū)地下水貧乏，灌溉水源主要靠塘壩、水庫、湖泊等地表水。受地形條件限制，高效節(jié)水灌溉工程應(yīng)以分散、多樣化發(fā)展為主，適當考慮集中。應(yīng)立足當?shù)刈匀画h(huán)境特點和社會經(jīng)濟發(fā)展，結(jié)合作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，靈活選擇高效節(jié)水灌溉發(fā)展方式。規(guī)模化土地流轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)種植旱作或高效經(jīng)濟作物的可率先發(fā)展噴灌、微灌。微灌技術(shù)主要用于蔬菜、果樹、花卉、藥材等高效經(jīng)濟作物，噴灌可用于除水稻之外的作物。一般露地蔬菜可選固定式噴灌或半固定式噴灌，大田作物可選用半固定式噴灌或移動式噴灌。

5.2.3 沿江圩區(qū) 本區(qū)降水變率較大，春夏易澇，夏秋干旱較突出，高效節(jié)水灌溉工程的建設(shè)應(yīng)從節(jié)水減排、降低灌溉成本等方面進行布局。在區(qū)域型、城郊型蔬菜等高附加值作物區(qū)，大力推廣噴灌、微灌技術(shù);在小型提水灌區(qū)，發(fā)展管道輸水灌溉工程。在城郊型高效節(jié)水灌溉工程建設(shè)中，應(yīng)開展灌溉自動化、智能化的示范推廣。

5.2.4 皖南山區(qū) 本區(qū)屬亞熱帶濕潤地區(qū)，境內(nèi)地形復(fù)雜，山巒起伏連綿，是一個以林茶生產(chǎn)為主的農(nóng)業(yè)區(qū)，也適于發(fā)展亞熱帶果木的生產(chǎn)。區(qū)域雨量充沛，但年際年內(nèi)分布不均勻，由于地形條件限制，土地零星分散，大多只能靠當家塘、堰壩進行灌溉。水資源量雖多，但能為灌溉利用的量很少，農(nóng)業(yè)抗旱能力不強。該區(qū)高效節(jié)水灌溉主要集中在茶葉、果樹等經(jīng)濟作物種植區(qū)建設(shè)。其中茶園以發(fā)展噴灌、微噴灌為主，果樹以發(fā)展滴灌、微噴灌為宜。有條件的區(qū)域，可利用水源與灌溉區(qū)域高差發(fā)展自壓式噴、微灌。

5.2.5 皖西山區(qū) 皖西大別山南坡熱量較好，適宜茶園及果樹生長。北坡夏秋涼爽，適于發(fā)展蠶桑、食用菌、藥用植物等經(jīng)濟作物。高效節(jié)水灌溉面積為3033.33hm2的萬畝工程應(yīng)結(jié)合優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品的布局，以發(fā)展噴灌、微灌為主;其中食用菌以發(fā)展微噴灌為主。有條件的區(qū)域，可利用水源與灌溉區(qū)域高差發(fā)展自壓式噴、微灌。

6 結(jié)語

灌溉水利用系數(shù)是體現(xiàn)國家及省市縣農(nóng)田用水效率的重要指標之一，同時也是最嚴格水資源管理制度的重要抓手。近年來，安徽省灌溉水利用系數(shù)呈現(xiàn)緩慢上升態(tài)勢，但距離國內(nèi)先進水平以及國際歐美發(fā)達國家平均水平仍存在較大差距。本文基于過去5年的安徽省灌溉水利用系數(shù)，通過DGM（1，1）模型對“十四五”期間安徽省灌溉水利用系數(shù)進行了預(yù)測。通過預(yù)測發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的投資比例不足以提高安徽省目前在全國的位次水平。因此，應(yīng)在“十四五”期間，進一步加大高效節(jié)水灌溉的投入力度，并因地制宜發(fā)展安徽省各區(qū)域適合的高效灌溉模式。

參考文獻

[1]徐妍.基于GM（1，1）模型的陜西省農(nóng)產(chǎn)品物流需求預(yù)測分析[J].遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021（5）：41-43.

[2]李志會.基于博弈論和灰色模型的高校節(jié)水研究與應(yīng)用[D].邯鄲：河北工程大學(xué)，2021.

（責編：張宏民）