潘如意

（溫州市水利運行管理中心，浙江 溫州 325000）

農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)（下稱水利用系數(shù)）是指灌入田間可被作物利用的水量與灌溉系統(tǒng)取用的灌溉總水量的比值,是衡量灌區(qū)從水源引水到田間作物水分利用過程中灌溉水利用程度的一個關(guān)鍵指標(biāo)[1]。目前，系數(shù)測算分析工作在全國范圍內(nèi)開展多年，針對農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的研究已有較多成果，主要從測算方法、影響因子、變化趨勢、計量設(shè)施等方面開展研究。綜合已有研究成果，針對系數(shù)測算的方法研究較為成熟，但對系數(shù)測算值的時間變化、空間分析等研究仍較為少見，且對其變化趨勢的分析集中在數(shù)值差異分析，缺少從空間地理尺度對其變化趨勢進(jìn)行分析。

文中利用溫州市2017～2021年農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算分析數(shù)據(jù)，采用重心遷移分析、Moran指數(shù)分析等地理分析工具對溫州市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)時空分異特征進(jìn)行研究，揭示溫州市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)的時間變化趨勢和空間分異規(guī)律，為促進(jìn)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水減排、進(jìn)一步提高溫州市農(nóng)田灌溉有效水利用系數(shù)提供參考。

1 研究區(qū)概況

溫州市位于浙江省東南沿海，全境介于北緯27°03'～28°36'、東 經(jīng)119°37'～121°18'之 間，東 西 寬163 km，南北長176 km，陸域總面積面積11 784 km2，海域面積約11 000 km2。溫州三面環(huán)山，一面臨海，境內(nèi)地勢從西南向東北呈梯形傾斜，地貌可分為西部中低山區(qū)，中部低山丘陵盆地區(qū)，東部平原灘涂區(qū)和沿海島嶼區(qū)。溫州地處中亞熱帶南部亞地帶南緣，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，市域內(nèi)氣候溫暖、雨量充沛、光照豐富、四季分明，多年平均氣溫17.9℃，多年平均降雨量1 728.9 mm，有利于農(nóng)業(yè)發(fā)展。溫州市種植糧食作物以水稻為主，農(nóng)業(yè)灌溉需水量大，存在較大的節(jié)水空間。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究中，溫州市行政區(qū)劃數(shù)據(jù)來源于國家基礎(chǔ)地理信息中心，溫州市及各區(qū)縣2017～2021年水利用系數(shù)等數(shù)據(jù)來源于溫州市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)測算分析成果報告。所有數(shù)據(jù)使用Esri公司開發(fā)的ArcGIS軟件，構(gòu)建研究基本數(shù)據(jù)庫。

表1 主要數(shù)據(jù)及其來源

表2 研究區(qū)2017～2021年水利用系數(shù)統(tǒng)計表

2.2 研究方法

2.2.1 重心分布計算

“重心”是地理研究中被廣泛采用的一個概念，可以表征某個要素在空間上的分異特征。該“重心”可以是指幾何重心，也可以是經(jīng)濟(jì)重心、人口重心及各類數(shù)據(jù)在地理空間的重心。通過對溫州市水利用系數(shù)的重心變化計算，描述該指標(biāo)空間重心隨時間的變遷過程。

通過溫州市各縣（市、區(qū)）的水利用系數(shù)屬性數(shù)據(jù)，結(jié)合全市行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)，計算水利用系數(shù)在空間上的重心遷移，需要考慮各空間地理對象（縣級行政區(qū)）的空間幾何中心及屬性因素。參考重心遷移各項研究方法，本研究選擇加權(quán)平均重心模型計算重心分布，其計算公式如下：

式（1）中，n為空間地理對象數(shù)量，即溫州市縣級行政區(qū)劃數(shù)量；xi，yi為第i個空間地理對象坐標(biāo)值（經(jīng)緯度）；ηi為第i個空間地理對象水利用系數(shù)；x，y為水利用系數(shù)空間重心坐標(biāo)值（經(jīng)緯度）。通過對2017～2021年水利用系數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，得到以上年份的空間重心經(jīng)度和緯度。

2.2.2 局部Moran指數(shù)

Moran指數(shù)計算分為全局Moran指數(shù)和局部Moran指數(shù)，Moran指數(shù)是空間相關(guān)性分析的一個重要工具，用于衡量要素在空間上分布的聚集性。其中局部Moran指數(shù)用于局部空間自相關(guān)分析，通過計算每一個空間單元與鄰近單元就某一屬性的相關(guān)程度，來表征地理聚集和離散的空間分布。其計算公式如下：

式（2）中，xi是變量x在i點的觀測值；x是n個x的均值；xj是變量x在除i以外其他點的觀測值；δ2是x的方差；wij是空間權(quán)重矩陣值；Ii是i點的Moran指數(shù)。

局部Moran指數(shù)計算結(jié)果表征通常使用Moran’I散點圖和LISA聚集圖，包含高高聚集、低低聚集、低高聚集和高低聚集等象限。

3 計算結(jié)果與分析

3.1 水利用系數(shù)重心遷移

以溫州市各縣級行政區(qū)作為空間地理對象，利用加權(quán)平均重心模型計算2017～2021年溫州市水利用系數(shù)重心遷移路徑，計算結(jié)果如見表3。

表3 2017～2021年重心遷移

從空間地理上看， 溫州市水利用系數(shù)呈現(xiàn)北高南低的梯度，溫州北部永嘉縣、樂清市系數(shù)值較高，中南部瑞安市、蒼南縣、文成縣、泰順縣系數(shù)值較低。2017～2021年溫州市水利用系數(shù)重心均位于瑞安市陶山鎮(zhèn)，接近溫州市中部。對其變化情況進(jìn)行分析，溫州市水利用系數(shù)重心年際變化幅度較小，但總體呈現(xiàn)從東北向西南偏移的趨勢，越來越接近溫州市行政區(qū)劃幾何重心。2017～2021年間系數(shù)重心向西南共計偏移了277.5 m，其中2017～2018年重心移動幅度最大，2018年后變化趨緩。

水利用系數(shù)重心遷移主要受各區(qū)縣系數(shù)變化幅度不一致的影響，研究時間段內(nèi)，溫州市各區(qū)縣系數(shù)值均逐年上升，但中部、南部系數(shù)增長幅度較大，北部系數(shù)增長幅度較小，其中瑞安市系數(shù)增長率達(dá)到8.86%，為全市增幅最大，而北部永嘉縣、樂清市系數(shù)增長率僅為1.12%。瑞安市、文成縣、泰順縣、蒼南縣、平陽縣等中南部區(qū)縣系數(shù)值較低，通過節(jié)水工程建設(shè)、管護(hù)模式升級等手段，其系數(shù)增長較快。北部及溫州市區(qū)各區(qū)縣系數(shù)值較高，工程建設(shè)、管理水平已較為完善，故近年來系數(shù)值增長放緩。在時間尺度上，各區(qū)縣系數(shù)值空間分異性逐漸降低。

總體而言，溫州市水利用系數(shù)呈現(xiàn)北高南低的格局，中南部各區(qū)縣節(jié)水潛力較大，通過提升灌區(qū)管護(hù)水平、加強(qiáng)農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)等手段，可以有效提高中南部水利用系數(shù)，進(jìn)一步提升農(nóng)田灌溉用水效率。

3.2 空間自相關(guān)分析

收集2021年溫州市各區(qū)縣水利用系數(shù)數(shù)據(jù)，使用ArcGIS和Geoda軟件，通過局部Moran指數(shù)進(jìn)行空間自相關(guān)分析，得到溫州市水利用系數(shù)用Moran 散點圖（圖1）和LISA聚集圖（圖略）。

圖1 Moran 散點圖

局部Moran指數(shù)大于0，說明數(shù)值存在空間正相關(guān)性，指數(shù)越大則空間正相關(guān)性越高。對Moran散點圖進(jìn)行分析，2021年溫州市各區(qū)縣水利用系數(shù)局部Moran指數(shù)為0.378，具有較強(qiáng)的空間正相關(guān)性。大部分?jǐn)?shù)值均位于低-低聚集象限和高-高聚集象限，說明在空間上水利用系數(shù)高值和高值、低值與低值聚集效應(yīng)較為顯著，存在空間聚類分布的特征。

LISA聚集圖對各要素進(jìn)行空間自相關(guān)顯著性檢驗，溫州市各區(qū)縣水利用系數(shù)位于高-高聚集、不顯著類型，無低-低聚集、低-高聚集和高-低聚集。其中，永嘉縣屬于高-高聚集類型，其本身水利用系數(shù)值較高，且周圍區(qū)縣系數(shù)值也較高，存在空間高值聚集；其余區(qū)縣也存在一定的空間自相關(guān)關(guān)系，但空間聚集效應(yīng)顯著性較低，故屬于不顯著類型。

總體而言，溫州市各區(qū)縣水利用系數(shù)存在較強(qiáng)的空間正相關(guān)關(guān)系，呈現(xiàn)高值與高值、低值與低值空間聚類分布。且北部系數(shù)值較高，中部、南部系數(shù)值較低，存在顯著的空間分異現(xiàn)象。這一現(xiàn)象也與溫州市各區(qū)縣農(nóng)田水利工程資金投入、管護(hù)水平、灌區(qū)規(guī)模與類型等因子相契合，在后續(xù)農(nóng)田水利工作中，需要重視全市區(qū)域聚集效應(yīng)，通過連片提升、跨縣灌區(qū)提升等方式，進(jìn)一步提升全市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)。

4 結(jié)論

本研究收集溫州市2017～2021年農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)數(shù)據(jù)，對全市系數(shù)重心遷移過程及2021年各區(qū)縣系數(shù)值空間自相關(guān)性進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論。

（1）溫州市各區(qū)縣農(nóng)業(yè)灌溉水有效利用系數(shù)呈現(xiàn)北部高、中南部低的空間分異現(xiàn)象，但其差異程度逐年降低。

（2）2017～2021年，溫州市各區(qū)縣系數(shù)值逐年增長，但北部及市區(qū)系數(shù)值增長較慢，而中部、南部系數(shù)值增長較快，溫州市水利用系數(shù)重心總體呈現(xiàn)從東北向西南偏移的趨勢，共計向西南偏移了277.5 m。

（3）利用局部Maran指數(shù)開展2021年溫州市各區(qū)縣水利用系數(shù)空間自相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)空間上水利用系數(shù)高值和高值、低值與低值聚集效應(yīng)較為顯著，存在空間聚類分布的特征。

（4）通過溫州市水利用系數(shù)時空分異規(guī)律研究，為溫州市開展農(nóng)田水利建設(shè)、加強(qiáng)灌區(qū)管護(hù)水平、促進(jìn)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水減排，從而進(jìn)一步提高全市農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)提供參考。