一种土地破碎化程度与农户集体行为的动态联系模拟方法

本发明属于灌区农业水土资源综合管理，更具体地，涉及一种土地破碎化程度与农户集体行为的动态联系模拟方法。

背景技术：

1、众所周知，农户们的协作对灌溉整体效果具有重要意义。然而，部分农户拒绝参与协作破坏了灌溉制度和渠系维护经费的筹措，水费实收率低于80％，使得灌溉系统输水能力不断下降，进一步导致大量地下水被抽取以补供水不足。因此，现在正在推行更新维修渠系、加强农业用水者协会、建立末端渠系维护机构等管理措施来提高灌溉可持续性。

2、这些措施的成效很大程度上受到土地破碎化的影响。土地破碎化是指农田在空间上被划分为不相连的地块，大部分地块面积在0.6ha以下，可认为土地破碎化程度很高，而土地破碎化对灌溉集体行为有直接的负面影响。对于农户集体行为，主要指农户在作物生产过程中为了达到减少用水成本，提高水资源利用率的目的而自发形成的小集体。研究表明土地破碎化极大增加了农户进行农田水利合作的成本，灌溉地块规模大的农户更愿意参与小型农田水利设施建设和维护，以及加入农民用水合作组织。

3、为在高土地破碎化背景下分析灌区管理措施的效果，有必要将土地破碎化、农户灌溉集体行为与灌溉可持续性三者串联起来。前述关于农户集体行动影响因素的研究一般首先设计多个指标分别代表土地破碎化程度、农户灌溉集体行为强度和可能影响农户灌溉集体行为因素，然后通过问卷调查、调研等方法收集数据并计算各指标数值，再采用计量模型、假设检验等统计方法，分析各指标间相关关系的显著性，从而识别影响农户灌溉集体行为的主要因子。这些研究给出了主要因子作用的定性描述，但没有建立因子变化与影响结果间的动态联系。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种土地破碎化程度与农户集体行为的动态联系模拟方法及系统，其目的在于解决灌溉可持续性发展在现有研究中尚未建立因子变化与影响结果间的动态联系从而难以指导灌区管理措施制定技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种土地破碎化程度与农户集体行为的动态联系模拟方法，包括以下步骤：

3、s1，模拟第t年的田间供水量：

4、

5、式中，t为大于或等于2的整数，fit是第t年的田间供水量，a是灌区总灌溉面积，d是单位面积灌溉定额，ft是第t年的支渠输水效率，et是第t年的斗农渠输水效率；

6、其中，第t年的支渠输水效率和斗农渠输水效率分别表示为：

7、ft＝cρ1(lgt-1)

8、et＝cρ2(lgt-1)

9、

10、式中，函数cρ1和cρ2分别说明支渠和斗农渠输水效率随水费损失程度的变化，lgt-1是第t-1年的水费损失程度，wat-1是第t-1年的灌区农户实际缴纳水费，qp是单方水水价；

11、s2，模拟第t年不参与灌溉集体行动农户比例：

12、

13、

14、gi＝gi1(fr)gi2(irft-1)gi3(irnot-1)

15、mi＝mi1(fr)mi2(irft-1)mi3(irnot-1)

16、式中，irnot表示第t年不参与灌溉集体行动农户比例，且0≤irnot≤1；gi和mi分别代表不参与灌溉集体行动农户比例的增量和减量，函数gi1和mi1分别代表土地破碎化程度fr对不参与灌溉集体行动农户比例增、减量的作用，gi2和mi2分别代表第t-1年灌区灌溉失效程度irft-1对不参与灌溉集体行动农户比例增、减量的作用，gi3和mi3分别代表对增量和减量的限制机制；

17、其中，土地破碎化程度fr＝m/a；m表示地块数；

18、第t-1年灌区灌溉失效程度irft-1，表示为：

19、

20、式中，irnowmt-1和iryeswmt-1分别是第t-1年不参与和参与灌溉集体行动农户从渠道取水的数量，irnowqt-1和iryeswqt-1分别是第t-1年不参与和参与灌溉集体行动农户的灌溉定额量，irnowst-1和iryeswst-1分别是第t-1年不参与和参与灌溉集体行动农户的节水量；

21、s3，模拟第t年水费不缴纳比例：

22、

23、

24、gn＝gn1(fr)gn2(irnot-1)gn3(cnot-1)

25、mn＝mn1(fr)mn2(irnot-1)mn3(cnot-1)

26、式中，cnot是第t年水费不缴纳比例，且0≤cnot≤1；gn和mn分别代表水费不缴纳比例的增量和减量，函数gn1和mn1分别代表土地破碎化程度fr对水费不缴纳比例增、减量的影响，函数gn2和mn2分别代表第t-1年不参与灌溉集体行动农户比例对水费不缴纳比例增、减量的影响，gn3和mn3分别代表对增量和减量的限制机制。

27、本发明另一方面提供了一种土地破碎化程度与农户集体行为的动态联系模拟系统，包括以下模块：

28、田间供水模块，用于模拟第t年的田间供水量：

29、

30、式中，t为大于或等于2的整数，fit是第t年的田间供水量，a是灌区总灌溉面积，d是单位面积灌溉定额，ft是第t年的支渠输水效率，et是第t年的斗农渠输水效率；

31、其中，第t年的支渠输水效率和斗农渠输水效率分别表示为：

32、ft＝cρ1(lgt-1)

33、et＝cρ2(lgt-1)

34、

35、式中，函数cρ1和cρ2分别说明支渠和斗农渠输水效率随水费损失程度的变化，lgt-1是第t-1年的水费损失程度，wat-1是第t-1年的灌区农户实际缴纳水费，qp是单方水水价；

36、农户取水模块，用于模拟第t年不参与灌溉集体行动农户比例：

37、

38、

39、gi＝gi1(fr)gi2(irft-1)gi3(irnot-1)

40、mi＝mi1(fr)mi2(irft-1)mi3(irnot-1)

41、式中，irnot表示第t年不参与灌溉集体行动农户比例，且0≤irnot≤1；gi和mi分别代表不参与灌溉集体行动农户比例的增量和减量，函数gi1和mi1分别代表土地破碎化程度fr对不参与灌溉集体行动农户比例增、减量的作用，gi2和mi2分别代表第t-1年灌区灌溉失效程度irft-1对不参与灌溉集体行动农户比例增、减量的作用，gi3和mi3分别代表对增量和减量的限制机制；

42、其中，土地破碎化程度fr＝m/a；m表示地块数；

43、第t-1年灌区灌溉失效程度irft-1，表示为：

44、

45、式中，irnowmt-1和iryeswmt-1分别是第t-1年不参与和参与灌溉集体行动农户从渠道取水的数量，irnowqt-1和iryeswqt-1分别是第t-1年不参与和参与灌溉集体行动农户的灌溉定额量，irnowst-1和iryeswst-1分别是第t-1年不参与和参与灌溉集体行动农户的节水量；

46、农户缴纳水费模块，用于模拟第t年水费不缴纳比例：

47、

48、

49、gn＝gn1(fr)gn2(irnot-1)gn3(cnot-1)

50、mn＝mn1(fr)mn2(irnot-1)mn3(cnot-1)

51、式中，cnot是第t年水费不缴纳比例，且0≤cnot≤1；gn和mn分别代表水费不缴纳比例的增量和减量，函数gn1和mn1分别代表土地破碎化程度fr对水费不缴纳比例增、减量的影响，函数gn2和mn2分别代表第t-1年不参与灌溉集体行动农户比例对水费不缴纳比例增、减量的影响，gn3和mn3分别代表对增量和减量的限制机制。

52、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

53、本发明首次模拟了土地破碎化程度与农户集体行为的动态联系，通过模拟田间供水量、不参与灌溉集体行动农户比例、水费不缴纳比例，探索了水管理和土地管理的集成问题；本发明还建立因子变化与影响结果间的动态联系，为灌区水土资源综合管理提供了分析工具，也为相关管理机构提供了决策支持，有助于灌溉的可持续性发展。