农田水利建设效益评估方法

0 引 言

近年来国家高度重视农田水利建设，强调加强农村改革，以保障全国的粮食安全及农业的稳定发展。1998―2014年全国对农田水利建设的投资总额也在不断增长，年投资从639.8亿元增长至3712亿元，由1994—2013年《中国水利年鉴》得到。随着总投资额的增长，新增灌溉面积、排涝面积、治理水土流失面积等指标也保持稳步增长，但已投资值产生的实际效益仍和当初的规划存在差距。故农田水利建设效益评估仍具有理论价值，且对指导我国生态文明战略大背景下的农田水利工程建设，具有十分重要的现实意义。

目前，农田水利建设效益的评价方法主要可以归纳为2类：一是以实物量或价值量代表效益，实物量是通过实地调研、试验测量或推算后获取工程建成后增加或减少量，如有效灌溉面积、农作物产量[1]；价值量是根据前人研究成果对实物量的进一步折算，多以货币形式存在，如土地整治后的增产效益和节地效益[2]。二是建立评价指标体系衡量效益，即选取典型的单项效益计算指标构成评价指标体系，建立综合评价模型加权衡量综合效益。故单项效益的评价是综合评价的基础，为后续效益评价提供技术支撑，对农田水利持续投入的宏观决策和体制机制建设起重要的指导作用。

传统的农田水利建设效益评估模式主要以经济、社会和生态环境3方面为出发点，且由于农田水利建设效益涉及范围广、难以辨别、指标定量困难，已有的相关研究大多对经济效益和社会效益作定量计算，生态环境效益以定性分析为主，依赖于后续指标体系和综合评价模型的构建，均未把社会效益和生态环境价值货币化。兹结合地区工程特色和经济发展、物价等因素，基于完整、科学、可行、系统和稳定的原则，分析农田水利建设效益组成，以货币为衡量标准提出评估农田水利建设分项效益的评估方法，对典型的社会效益和生态环境效益进行计算，使定性化指标趋于定量化，货币形式能更客观直接地体现其效益价值；此外所涉及的计算指标代表性强且大多来源于统计年鉴，故具有普遍适用性。同时选择湖南省14个行政区（或重点县或大型灌区）进行实证研究，估算大型灌区改造后湖南省农田水利工程的建设效益，通过GIS图可直接客观地体现湖南省效益分布情况，对农田水利建设更具有参考价值。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

通过实地调研，兹选取湖南省为研究样本，以1999年（大型灌区改造后）和2014年（现在）为典型年，对湖南省14个行政区的经济效益、社会效益进行评估，以大中型灌区和小农水重点县为典型区域对生态环境效益进行评估。湖南省地处中国中部、长江中游，是一个农业大省，享有“九州粮仓”、“鱼米之乡”的美誉，其粮食产量居中国第7位，稻谷和苎麻产量均居中国第1位，茶叶产量居中国第2位，柑橘产量居中国第3位，且湖南水产品生产的天然条件较好，鱼类资源共160种。湖南省辖14个地州市、122个县（市、区），地州市分别为长沙市、湘潭市、衡阳市、邵阳市、岳阳市、常德市、张家界市、益阳市、郴州市、永州市、怀化市、娄底市和湘西土家族苗族自治州。湖南为大陆性亚热带季风湿润气候，热量丰富，年气温高，年平均温度在15～18℃之间。年平均降水量在1200～1700 mm之间，雨量充沛，为我国雨水较多的省区之一。湖南省水资源总量1689亿m3，人均占有水资源量2500 m3，水资源相对较丰富。

1.2 研究方法

1.2.1 农田水利建设经济效益评估

1）节水效益

通过塘坝、井灌、提灌、渠道输水灌溉工程及先进节水灌溉技术等措施，不仅可以减少灌溉渠系（管道）输水和田间灌溉过程中的水量蒸发和渗漏损失，还能减少农田土壤的水分蒸发损失，降低作物的净灌溉定额，提高作物水分生产效率，从而节省农业用水量。据统计，微灌（含微喷灌、滴灌、涌泉灌）一般可节水30%～50%，喷灌可节水20%～30%，管道输水及渠道防渗可节水10%～20%，农业灌溉节水潜力巨大，节水效益更是显著。

选择灌溉水利用系数作为评价节水效益的计算指标。灌溉水利用系数反映农田灌溉工程的用水效率，是渠系、田间灌水技术和灌区管理水平的综合体现，其值越大，则说明工程对水资源用水效益的贡献越大。灌溉节省的水资源不仅可重新投入农业灌溉，也可用作工业供水或生活用水带来效益，因各地区或行业对节省的水资源处理方式及比重的不同，单方节水的效益也将有所差别。故为简化计算，取农业、工业、生活3方面效益平均值作为节水效益，即计算公式为：

式中：B11为建后节水效益（亿元）；η0、η1分别为建前和建后的灌溉水有效利用系数；A为有效灌溉面积（hm2）；m为各地区水稻的年均灌溉定额（m3/hm2）；pˉ为农业、工业、生活用水的平均水价（元/m3）。

2）灌溉增产效益

工程建设完成后，项目区农业生产条件发生明显改善，有效提高了水资源利用效率，扩大了有效灌溉面积，灌溉条件得到改善，从而提高了作物产量。灌溉效益主要针对以农业灌溉为主要功能的水利工程建设，而灌溉与增产密不可分，故将灌溉增产效益作为一个整体讨论。可选择粮食作物总产量作为评价灌溉增产效益的计算指标。

式中：B12为建后灌溉增产效益（元）；Q0、Q1分别为建前和建后粮食作物总产量（t）；pr为粮食单价（元/t）；εa为增产效益分摊系数，一般按经验取0.4[3]。

3）乡村旅游效益

乡村旅游是指以各种类型的乡村为背景，以乡村生活、乡村文化和乡村田园风光为旅游吸引物而进行的兼带观光、度假、休闲性质的旅游活动。在我国“乡村旅游”又被称为“民俗旅游”、“农家乐”、“观光农业”、“休闲渔业”等，包括了农林牧渔业及其聚落群[4]。而农田水利建设属于观光农业游这一类，包括了农林牧渔业，分为传统农业和现代高科技农业。传统农业主要指以时令蔬菜水果采摘或四季花卉观赏为主要内容的采摘园或观光园；高科技农业则是指利用现代农业技术或栽培手段对农田水利工程进行改造或者将旅游和生产养殖渔业相结合，巧妙地将农业观光、科普教育、休闲娱乐融为一个旅游体系。这使得具有现代人特色旅游者迅速增加，并相应的产生了乡村旅游效益。

根据湖南省旅游局的统计数据，2007年红色旅游、乡村旅游、温泉游等专项旅游收入占湖南省同期旅游收入的近30%，其中以红色旅游和乡村旅游为主；2010年湖南省乡村旅游收入占省同期旅游收入的7.0%，2013年占7.1%。因此，2006年至今乡村旅游收入占旅游收入的比重可取为7%。根据吕翠美[5]的研究成果，水体在旅游中吸引力为12.3%，假定农田水利的水体供给作用为50%，则其在乡村旅游收入中应占6.15%的份额。计算公式为：

式中：B13为建后农田水利乡村旅游效益（亿元）；E为旅游业总收入（亿元）；αT为乡村旅游效益占旅游业总收入的权重，取7%；εT为农田水利乡村旅游效益分摊系数，取0.0615。

4）农田生态养殖效益

农田生态养殖可分为池塘养殖、湖泊养殖、水库养殖、河沟养殖、稻田养殖及其他养殖，其中稻田养殖历史较悠远，可上溯到1500年以前。一方面，水生物取食表层的昆虫和浮游植物等，充分利用田内的能源和物质，减少稻田养殖化肥和农药的投入，对稻田生产系统起到净化作用，提高单位面积土地生产力；另一方面，稻田的浅水环境可为水产生物鱼、虾、蟹和鳖提供栖息地，实现了一田二收、一水二收的生态优化作用，形成良性循环的生态养殖模式，极大提高了稻田的经济产出。

经调査知湖南省稻田主要有稻鱼、稻鳅以及稻虾3种共作模式，其中以稻鱼共生模式为主。然而稻田养鱼的产量和产值数据难以获取，而丁伟华[6]研究结果，表明稻鱼模式的产出是水稻单种模式的产出的3.39倍，可以取用水产品产值的3.39倍计算农田生态养殖效益。即选择农田年水产品产量作为计算指标，计算公式为：

式中：B14为建后农田生态养殖效益（亿元）；W0、W1分别为建前和建后农田水产品产量（t）；pW为水产品单价，即鱼、虾、泥鳅折算后的平均价格（元/t）；d为稻鱼种养模式与水稻单种模式的产出比值，取3.39。

1.2.2 农田水利建设社会效益评估

1）防灾减灾效益

农村起防灾减灾作用的农田水利项目主要有小型水库和塘坝等蓄水防洪工程、排涝工程或安装排涝机械等水利设施，工程建设完成后将形成一套完善的排灌体系，规范了洪水走向，减少了泥沙淤积，使易涝耕地免除淹涝，实现了遇涝则排、逢旱则灌的良性循环，减少了工业、农业、牧业的经济损失；同时，排涝能力的增强，减少了洪水造成的污染扩散和蚊虫滋生、疫病流行等。

因数据受限，兹选择农业抗旱效益作为防灾减灾效益的计算指标。根据不同地区的抗旱能力，用全省的农业抗旱效益乘以相应的比例系数，作为防灾减灾效益。计算公式为：

式中：B21为建后防灾减灾效益（亿元）；Ep为全省农业抗旱效益（亿元）；αk为各市州折算后的比例系数，与抗旱能力成正比。

2）对粮食安全的影响

农田水利工程如塘坝、小型水库、蓄水池、水窖、水井等修建后，可用于储蓄天然降水及灌溉退水等，能有效减少水资源废弃，而诸如田间灌排工程、引水工程及渠道的整修也能一定程度提高水资源利用效率，有利于种植结构的调整，能提高粮食产量，保证粮食产量安全。粮食安全与社会的和谐、政治的稳定、经济的持续发展息息相关，在社会效益中占有举足轻重的地位，因在经济效益已计入增产效益，此处不再赘述。

3）对脱贫致富的影响

农田水利工程的建设，促进了农业新技术引进和采用，转变了农村传统观念，合理运用现代农业经营管理方法，建设起新型农村社区，可使项目区内的群众，尤其是农民的生产条件得到相应改善，同时能带动其他行业发展，进一步激发农村经济行业的发展势头，解决部分就业问题，从而能提高农民的年均纯收入，改善农民的生活和生产质量，逐步实现脱贫致富的目标。可以选择农民人均纯收入作为评价脱贫致富作用的计算指标。计算公式为：

式中：B22为建后农田水利工程对脱贫致富的影响（元）；e0、e1分别建前和建后的农民人均纯收入（元/人）；P0、P1分别为建前和建后农村人口（人）；β为农田水利工程对脱贫致富的贡献度，取53.15%（由脉冲响应函数和方差分解求得）。

4）对社会公平的影响

项目的社会公平性是指建设项目在不对后代生存基础和发展空间构成威胁的前提下，能为逐步提升其目标群体的生活品质和不断丰富生活内容，在促进人口素质、文化教育、公众健康和社会公正等社会事业发展方面的贡献程度[8]。工程的建设推进了农村经济发展，减少了城乡贫富差距；且灌溉体系的完善大大节省了水资源，清洁安全的饮用水有了保证，为农民的健康提供了保障，从而促进社会稳定。

可以采用锡尔（Theil）系数表征。锡尔系数是锡尔于1967年提出用来研究国家之间收入差距的指标，表示的是国家（或地区）之间的收入差距总水平等于各个国家（或地区）收入份额与人口份额之比的对数加权总和，其值越大，表明收入分配差异越大，反之，锡尔系数越小，表明收入分配越均衡。计算公式为：

式中：T为锡尔系数；yi为第i个地区收入占整个研究区收入的比重；pi为第i个地区人口占研究区人口总数的比重。

1.2.3 农田水利建设生态环境效益评估

1）对水环境的影响

农田水利工程对水环境有正负影响。一方面，通过修建农田水利工程，显著提高了项目区灌溉水利用率，保证了灌溉质量，水资源分配得到优化，理论上可以促进农田化肥、农药的充分利用，减少了流失在水中的农田化肥、农药量，从而减轻面源污染，促进水资源良性循环，提高水的自净能力，达到对地下水水质和水环境的改善效果。但另一方面，在实际建设过程中工程会对河流流态和规律有所破坏，会严重降低水中溶解氧的量，甚至破坏河流的自我恢复功能，降低自身清洁能力，使河流中部分物质超标，破坏了生态水平衡；此外过量的灌溉水可能会加速水的富营养化过程。

水环境影响评价的任务是评价和分析项目建设对项目区内地表水质及地下水环境、水体保护与修复等方面的影响状况。可选择农田灌溉量、排出水硝态氮浓度作为对水环境影响的计算指标。

采用等效替代法，将水质改善的效益转化成为达到项目建后水质标准，净化水质需增加的投资费用。大量研究调查显示，退水量和灌溉量存在显著的相关关系，退水量随灌溉量的增大而增大；张爱平等[9]通过研究灌区稻田退水规律得出结论：在优化灌溉节水条件下退水量占灌溉量的35%，故农田排水量可取灌溉水的35%。计算公式为：

式中：B31为建后水环境改善效益（元）；W为农田灌溉量（m3），W=Am/η；αD为退水量与灌溉量的比值，即0.35；cs、cm分别为氮质量浓度的标准值及测量值（mg/L），其中cs=2.0 mg/L[10]；Pc为氨氮处理成本价格，取2万元/t[11]。

2）土壤环境改善效益

通过实施工程改造，对水资源进行合理开发利用，使农作物和植被得以充分的灌溉，从而改善了土壤环境，尤其是盐碱地和渍害低产田，经过长时间的灌溉和排水，降低了地下水位，避免了土壤蒸发加剧、表层积盐加快的恶性循环，消除了盐碱的危害。同时，农田水利工程的修建可改善水力条件减少水土流失，还能增加湿地面积，可用于补充地下水、调蓄洪水，防止土壤沙化，沉淀营养物和分解有毒物，起到肥沃土壤和减轻污染的作用。

因土壤肥力能反映土壤的基本属性和本质特征，体现土壤从营养条件与环境条件方面供应与协调作物生长的能力，且调研结果中反映土壤肥力的数据（有机质、有效氮、速效磷、速效钾）较全面，可以选择有机质、有效氮、速效磷、速效钾量作为评价土壤环境改善效益的计算指标。

土壤肥力的保持就是在某核算时点的土壤有机质和全氮、有效磷、有效钾的现存量，是可以直接被植物所利用的一种特定的资源，其价值可用工业造肥成本法[11]计算，公式为：

式中：B32为土壤环境改善效益（元）；∑E为土壤肥力总价值（元）；∑E0、∑E1分为建前和建后的土壤肥力总价值（元）；ES、EN、EP、EK分别为有机质、有效氮、速效磷、速效钾的存量价值（元）；cS、cN、cP、cK分别为有机质、有效氮、速效磷、速效钾量（mg/kg）；pS、pN、pP、pK分别为有机质、氮肥、氮肥、磷肥单价，采用1999年价格，分别为有机质150元/t，氮肥700元/t，磷肥350元/t，钾肥2200元/t；θN、θP、θK分别为氮肥、磷肥、钾肥的折纯率，根据湖南省历年统计数据计算出分别为26.44%、13.83%、49.53%；d为单位面积土壤质量，取耕作层深度×土壤体积质量=0.25 m×1.34 t/m3=0.335 t/m2；S为耕地面积（m2）。

3）对农田生物多样性和人居环境的影响

农田水利工程建设对生物多样性的影响是具有双面性的。赵竑绯等[12]调査研究表明，渠道的形态结构对生物多样性有显著影响。土渠保持了原有的土壤水土界面，提供了有利于植物生长的生态条件，形成了“生物廊道”，植物覆盖度较高，且杂草居多，水生生物种类较少；而水泥渠因整体由混凝土浇筑而成，破坏了渠道生态环境，不利用植物生长，致使生物多样性有所降低。农田水利项目因工程量较大，难免会对原有生态环境造成冲击，但通过优化设计，采取自然排水、雨水回收系统、生态池、复层植栽、使用原生树种、栖地补偿、生物廊道等手法可降低对生物多样性的影响。可以选择农田生物量作为综合评价指标。

农田水利项目的实施，有效改善了灌溉条件，作物复种指数得到提升，这将增加项目区的植被面积，使植被覆盖率大幅度提高；同时可美化农村人居环境，做到沟渠田林路综合治理，排灌衬砌化、道路砂石化、田间园林化、耕作集约化、种植立体化，有效改善生态环境、居民生活生产条件，故农田水利设施对人居环境发挥了显著作用。

目前，对生态环境效益研究较少，且没有系统的评价指标体系。因对农田生物多样性和人居环境的影响的价值量化难以实现，且本研究旨在效益评估，故本评估方法不涉及该2个指标，仅将其作为综合评价指标，为他人提供思路和借鉴。

1.3 数据来源

数据资料来源于统计年鉴和实际调研。其中，有效灌溉水利用系数来源于《湖南省2014年农田灌溉水有效利用系数测算分析成果报告》；灌溉定额依据《湖南省用水定额DB43T388-2014》；水价由《长沙市供水价格标准》确定；有效灌溉面积、粮食作物产量、旅游业总收入、水产品产量、农业抗旱效益、农民纯收入、乡村人口等数据来源于《湖南省统计年鉴》；农田水样含氮量及农田土壤中土壤有机质和全氮、有效磷、有效钾量部分由湖南省实地调研化验所得（现状），部分来源于前人的研究成果（改造前）。此外，还参考了《全国第二次土壤普查养分分级标准》及《土壤农化分析》等资料。

2 结果与分析

首先采取AHP-熵值法组合赋权法[13-15]确定农田水利建设效益评价指标体系权重（见表1）。

根据式（1）—式（14），加权计算求得湖南省14个地州市农田水利建设经济、社会效益的分项效益（见表2）。因生态环境效益指标数据需实地调研可得，受调研资金和时间限制，难以对湖南省各行政区的生态环境效益进行评估，选取了湖南省6个大型灌区和10个小农水重点县作为调研点，这些调研点覆盖了整个湖南省，具有普遍代表性，可近似将各地附近重点县或大中型灌区作为该市州的典型区域，认为其具有相似的水环境、土壤环境、生物多样性；此处仅计算典型调研点的生态环境效益，计算结果见表3。为直接客观体现湖南省各地区经济效益、社会效益的差异，给出其分项效益对比图，如图1、图2所示。

由表2可知，社会效益的价值远大于经济效益，这与实际情况也是一致的。效益评估应考虑农田水利工程的公益性、基础性和外部效益性等特点，项目建设出发点应为社会效益，其次才是经济效益。结合图1、图2可以看出，分项效益占比排名前三的为：防灾减灾效益、对脱贫致富的影响、农田生态养殖效益；其他效益权重相对较小。

由表3可以看出，土壤环境改善效益远大于水环境改善效益，且水环境改善效益存在负效益情况，这说明湖南省农田水利建设对土壤环境主要起正面作用，而农田水环境污染控制有待加强。在水环境改善效益中，铁山灌区水环境改善效益最大，欧阳海灌区损失值最大，主要与水体含氮量有关。在土壤环境改善效益中，鼎城区和欧阳海灌区土壤肥力增加值最大，永定区最小，与其本身具有的肥力价值正相关。

为客观直接反映湖南省农田水利建设效益的空间差异性，将经济效益和社会效益均衡分为五级，基于GIS绘出其效益分布图，如图3、图4所示。由图3、图4可以看出，除了郴州市，湖南省东西部地区经济效益、社会效益普遍较好，中部、北部地区（娄底市、湘西州、张家界市）的效益相对较差。

3 结 论

在对农田水利工程建设效益内涵进行界定的基础上，从农田水利建设经济、社会及生态环境3方面，研究了效益组成及量化评估方法，采用AHP-熵值法组合赋权法确定指标权重，对分项效益进行货币化计量，效益评估结果有：①湖南省农田水利建设经济效益达59799.0万元，社会效益达503401.5万元，生态环境效益达45404.7万元；②湖南省东西部地区（除了郴州市）农田水利建设经济效益、社会效益普遍较好，中部、北部地区（如娄底市、湘西州、张家界市）的效益相对较差；③分项效益占综合效益比例排名前三的为：防灾减灾效益、对脱贫致富的影响、农田生态养殖效益。评估结果表明，该评估方法考虑了农田水利工程的公益性、基础性和外部效益性，强调了社会效益和生态环境效益，符合现代水利生态化原则；此外，结合农田水利工程建设的实际情况，将对水环境的负效益纳入综合效益中，使评估结果更可靠更真实。值得说明的是，目前对生态环境效益研究较少，没有系统的评价指标体系，本文中提到的农田生物多样性和人居环境的影响的价值量化难以实现，且本研究旨在效益评估，故本评估方法不涉及此2个指标，仅将其作为综合评价指标，为他人提供思路和借鉴。

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