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

1.本发明属于灌区农业水土资源综合管理技术领域，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：

2.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。
3.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。
4.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。


技术实现要素：

5.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。
6.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：
7.s1，模拟第t年的田间供水量：
[0008][0009]
式中，t为大于或等于2的整数，fi
t
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，f
t
是第t年的支渠输水效率，e
t
是第t年的斗农渠输水效率；
[0010]
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：
[0011]ft
＝cρ1(lg
t-1
)
[0012]et
＝cρ2(lg
t-1
)
[0013][0014]
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，lg
t-1
是第t-1年的水费损失程度，wa
t-1
是第t-1年的灌区农户实际缴纳水费，qp是单方水水价；
[0015]
s2，模拟第t年不参与灌溉集体行动农户比例：
[0016][0017][0018]
gi＝gi1(fr)gi2(irf
t-1
)gi3(irno
t-1
)
[0019]
mi＝mi1(fr)mi2(irf
t-1
)mi3(irno
t-1
)
[0020]
式中，irno
t
表示第t年不参与灌溉集体行动农户比例，且0≤irno
t
≤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irf
t-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；
[0021]
其中，土地破碎化程度fr＝m/a；m表示地块数；
[0022]
第t-1年灌区灌溉失效程度irf
t-1
，表示为：
[0023][0024]
式中，irnowm
t-1
和iryeswm
t-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，irnowq
t-1
和iryeswq
t-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，irnows
t-1
和iryesws
t-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；
[0025]
s3，模拟第t年水费不缴纳比例：
[0026][0027][0028]
gn＝gn1(fr)gn2(irno
t-1
)gn3(cno
t-1
)
[0029]
mn＝mn1(fr)mn2(irno
t-1
)mn3(cno
t-1
)
[0030]
式中，cno
t
是第t年水费不缴纳比例，且0≤cno
t
≤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。
[0031]
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：
[0032]
田间供水模块，用于模拟第t年的田间供水量：
[0033][0034]
式中，t为大于或等于2的整数，fi
t
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，f
t
是第t年的支渠输水效率，e
t
是第t年的斗农渠输水效率；
[0035]
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：
[0036]ft
＝cρ1(lg
t-1
)
[0037]et
＝cρ2(lg
t-1
)
[0038][0039]
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，lg
t-1
是第t-1年的水费损失程度，wa
t-1
是第t-1年的灌区农户实际缴纳水费，qp是单方水水价；
[0040]
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：
[0041][0042][0043]
gi＝gi1(fr)gi2(irf
t-1
)gi3(irno
t-1
)
[0044]
mi＝mi1(fr)mi2(irf
t-1
)mi3(irno
t-1
)
[0045]
式中，irno
t
表示第t年不参与灌溉集体行动农户比例，且0≤irno
t
≤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irf
t-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；
[0046]
其中，土地破碎化程度fr＝m/a；m表示地块数；
[0047]
第t-1年灌区灌溉失效程度irf
t-1
，表示为：
[0048][0049]
式中，irnowm
t-1
和iryeswm
t-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，irnowq
t-1
和iryeswq
t-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，irnows
t-1
和iryesws
t-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；
[0050]
农户缴纳水费模块，用于模拟第t年水费不缴纳比例：
[0051]
[0052][0053]
gn＝gn1(fr)gn2(irno
t-1
)gn3(cno
t-1
)
[0054]
mn＝mn1(fr)mn2(irno
t-1
)mn3(cno
t-1
)
[0055]
式中，cno
t
是第t年水费不缴纳比例，且0≤cno
t
≤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。
[0056]
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：
[0057]
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。
附图说明
[0058]
图1为本发明提供的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的流程图；
[0059]
图2为本发明实施例中与不参与灌溉集体行动农户比例irno
t
、水费不缴纳比例cno
t
的增量、减量有关的函数，其中，(a)为gi1、mi1、gn1和mn1的图形；(b)为gi2、mi2、gn2和mn2的图形；(c)为gi3、mi3、gn3和mn3的图形。
具体实施方式
[0060]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。此外，以下所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0061]
参阅图1，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：
[0062]
s1：设定参数的数值和变量的初始值，计算相应的土地破碎化程度fr＝m/a(fr值越大，说明土地破碎化程度越高)。接着设定各类函数的参数数值。最后，设定不参与灌溉集体行动农户比例irno1、水费不缴纳比例cno1的初始值(t＝1表示初始值)，并据此计算其他变量的初始值。
[0063]
本实例中，连续模拟年份数k设为40、灌区总灌溉面积a设为10000ha，灌溉定额d设为9000m3/ha，单方水水价qp设为0.05元，地块数m可在100～20000间取值，相应的，每地块面积为100～0.5ha，fr值为0.01～2。
[0064]
s2：田间供水量模拟，从t＝2开始模拟年田间供水量随上一年水费损失程度变化的过程，t为大于或等于2的整数。
[0065]
具体地，田间供水量随水费损失程度变化过程如下：
[0066][0067]
式中，fi
t
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，f
t
是支渠输水效率，e
t
是斗农渠输水效率；
[0068]
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：
[0069]ft
＝cρ1(lg
t-1
)
[0070]et
＝cρ2(lg
t-1
)
[0071][0072]
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，lg
t-1
是第t-1年的水费损失程度，wa
t-1
是第t-1年的灌区农户实际缴纳水费，qp是单方水水价。
[0073]
本实例中，对函数cρ1和cρ2，假设某年没有水费收入时渠道就没有维护，此时输水效率按年度固定值下降；若某年有水费收入，则该年输水效率下降速度与该年水费损失程度线性相关。由此，函数cρ1和cρ2采用如下算式：
[0074]
cρ1(lg
t-1
)＝max(f
t-1-lg
t-1
×
e1,e1)t≥2
[0075]
cρ2(lg
t-1
)＝max(e
t-1-lg
t-1
×
e2,e2)t≥2
[0076]
式中，e1和e2分别是在没有维护情况下的支渠和斗农渠输水效率年下降值，e1和e2分别是支渠和斗农渠输水效率下限值。根据现有文献在本实例地区调研得到的渠系在缺乏维护情况下的失效情况的结果前提下，本实施例设f1、e1、e1、e2、e1和e2分别取值为0.85、0.85、0.02、0.03、0.6和0.5。
[0077]
s3：不参与灌溉集体行动农户比例模拟。
[0078][0079]
iryes
t
＝1-irno
t
[0080]
对参与或不参与灌溉集体行动农户而言，其构成个体并不是固定的。每个年度一部分农户会退出，另外一部分农户会进入。因此，irno
t
表示为：
[0081][0082]
式中，irno
t
和iryes
t
分别表示第t年不参与和参与灌溉集体行动农户比例，且0≤irno
t
≤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，可表示为：
[0083]
gi＝gi(fr,irf
t-1
,irno
t-1
)＝gi1(fr)gi2(irf
t-1
)gi3(irno
t-1
)
[0084]
mi＝mi(fr,irf
t-1
,irno
t-1
)＝mi1(fr)mi2(irf
t-1
)mi3(irno
t-1
)
[0085]
式中，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(土地破碎化程度越低，不参与灌溉集体行动农户比例越低)，gi2和mi2分别代表第t-1年灌区灌溉失效程度irf
t-1
对不参与灌溉集体行动农户比例增、减量的作用(灌
区灌溉失效程度越低，不参与灌溉集体行动农户比例越低)，gi3和mi3分别代表因第t-1年的不参与灌溉集体行动农户比例的限制导致的对第t年不参与灌溉集体行动农户比例增量和减量的限制机制。
[0086]
其中，第t-1年灌区灌溉失效程度irf
t-1
(指渠道取水不能满足用水需求的程度)，可表示为：
[0087][0088]
式中，irnowm
t-1
和iryeswm
t-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，irnowq
t-1
和iryeswq
t-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，irnows
t-1
和iryesws
t-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。值得一提的是，上述不参与灌溉集体行动的农户比参与灌溉集体行动的农户更早从渠道中取水。
[0089]
s4：不参与灌溉集体行动农户从渠道取水的数量模拟。
[0090]
具体地，第t年不参与灌溉集体行动农户从渠道取水的数量表示为：
[0091]
irnowm
t
＝min(fi
t
,irnowq
t-irnows
t
)
[0092]
其中，第t年不参与灌溉集体行动农户灌溉定额量和节水量分别表示为：
[0093]
irnowq
t
＝d
×a×
irno
t
[0094]
irnows
t
＝irnowq
t
×
cj(fr)
[0095]
类似地，第t年参与灌溉集体行动农户(只能在不参与集体灌溉行动农户取水后才能从渠道中取水的农户)从渠道取水的数量、灌溉定额量和节水量可分别表示如下：
[0096]
iryeswm
t
＝min(fa
t-irnowm
t
,iryeswq
t-iryesws
t
)
[0097]
iryeswq
t
＝d
×a×
iryes
t
[0098]
iryesws
t
＝iryeswq
t
×
cj(fr)
[0099]
式中，第t年参与灌溉集体行动农户从渠道取水的数量取田间供水量和不参与灌溉集体行动农户从渠道取水的数量的差值与参与灌溉集体行动农户的灌溉定额量和节水量的差值中较小值。
[0100]
本实例中，对函数cj(说明节水比例随土地破碎化程度的变化)，现有文献指出，土地破碎化程度降低会促进节水措施的推广。而土地破碎化在地块面积小于0.67ha的农户采用节水技术有显著负影响；大于0.67ha的农户采用节水技术有显著正影响，且地块面积在0.67～1.33ha的农户的正影响最大，因此本实施例假设了不同面积范围地块的节水比例值，函数cj采用如下所示的阶梯函数形式：
[0101][0102]
式中，fr值1.4925对应地块面积0.67ha，0.7519对应地块面积1.33ha。
[0103]
s5：缴费基体行动模拟。
[0104]
水费不缴纳比例模拟：
[0105][0106][0107]
gn＝gn(fr,irno
t-1
,cno
t-1
)＝gn1(fr)gn2(irno
t-1
)gn3(cno
t-1
)
[0108]
mn＝mn(fr,irno
t-1
,cno
t-1
)＝mn1(fr)mn2(irno
t-1
)mn3(cno
t-1
)
[0109]
式中，cno
t
是第t年水费不缴纳比例，且0≤cno
t
≤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(土地破碎化程度越高，水费不缴纳比例相应有所增高)，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(理论而言，参与灌溉集体行动农户比例越高，水费不缴纳比例应变低)，gn3和mn3分别代表因第t-1年的水费不缴纳比例的限制导致的对第t年水费不缴纳比例增量和减量的限制机制。
[0110]
实际缴纳水费模拟：
[0111]
wa
t
＝(1-cno
t
)
×
(iryeswm
t
+irnowm
t
)
×
qp
[0112]
模拟系统中gi1、mi1、gn1、mn1、gi2、mi2、gn2、mn2、gi3、mi3、gn3和mn3为本发明主要模拟函数。根据本发明实际使用场景对拟合函数中相关参数进行赋值，从而得到自变量fr、irf
t-1
、irno
t-1
、cno
t-1
对因变量fi
t
、irno
t
、cno
t
的影响，进而为灌区水土资源综合管理提供分析工具，为相关管理机构提供决策支持。
[0113]
本实例中，本实施例假设农户参与灌溉集体行动程度与土地破碎化程度间线性相关，则函数gi1、mi1、gn1和mn1都采用如下方程形式：
[0114][0115]
式中，a1、b1、c1、d1是线性方程系数，为(高低)土地破碎化程度的划分阈值，本实施例设本实施例设(对应地块面积10ha)为高低土地破碎化程度的划分阈值(即，fr低于0.1时为低土地破碎化程度，大于0.1时为高土地破碎化程度)，并令gi1(0.1)＝mi1(0.1)，gni1(0.1)＝mni1(0.1)(阈值设定参考已有文献中对耕地地块面积分布相应2.56ha属于高土地破碎化程度，16ha属于低土地破碎化程度的结果)。
[0116]
假设农户参与灌溉集体行动程度与灌溉失效程度、农户缴纳水费意愿间线性相关，则函数gi2、mi2、gn2和mn2都采用如下方程形式：
[0117][0118]
式中，x代表自变量，当因变量为不参与灌溉集体行动农户比例时自变量为irf
t-1
，当因变量为水费不缴纳比例时自变量为irno
t-1
；a2、b2、c2、d2、e2是方程系数，且0《e2《1。
[0119]
假设gi3和mi3、gn3和mn3这些限制机制也是线性的，函数gi3和gn3采用如下方程形式：
[0120][0121]
式中，y代表自变量，当因变量为不参与灌溉集体行动农户比例时自变量为irno
t-1
，当因变量为水费不缴纳比例时自变量为cno
t-1
；a3为方程系数且0《a3《1；
[0122]
函数mi3和mn3采用如下方程形式：
[0123][0124]
式中，z代表自变量，当因变量为不参与灌溉集体行动农户比例时自变量为irno
t-1
，当因变量为水费不缴纳比例时自变量为cno
t-1
；a4为方程系数且0《a4《1。
[0125]
设定上述函数f1～f4的系数数值后，相应函数的图形见图2。图中标出了各线段端点的坐标。图2中(a)代表在土地破碎化可使农户参与灌溉集体行动的比例最快在10(＝1/0.1)年内降为0或增至1。图2中(b)代表灌溉失效程度或取水不合作程度对土地破碎化导致的农户集体行动水平的变速可进行最大2倍的放大或最小0.8倍的缩小。图2中(c)表示农户不参与灌溉集体行动的比例高于0.5时，其增速变低，在低于0.5时，其降速变低。
[0126]
与不参与灌溉集体行动农户比例irno
t
、水费不缴纳比例cno
t
的增量、减量有关的函数，gi1、mi1、gi2、mi2、gn1、mn1、gn2和mn2、gi3和mi3、gn3和mn3，是模拟系统的核心函数。
[0127]
本发明提供的模拟系统可通过改变这十二个函数的参数数值和设定不同的初值来体现不同地区农户灌溉集体行动的差异，并据此生成各测试算情景下的模拟结果。值得注意的是，由于各函数参数反映的是各变量间的变化关系，其设定值并非真实值，因此，各变量的变化趋势比其绝对值更具意义。
[0128]
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：
[0129]
田间供水模块，用于模拟第t年的田间供水量：
[0130][0131]
式中，t为大于或等于2的整数，fi
t
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，f
t
是第t年的支渠输水效率，e
t
是第t年的斗农渠输水效率；
[0132]
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：
[0133]ft
＝cρ1(lg
t-1
)
[0134]et
＝cρ2(lg
t-1
)
[0135][0136]
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，lg
t-1
是第t-1年的水费损失程度，wa
t-1
是第t-1年的灌区农户实际缴纳水费，qp是单方水水价；
[0137]
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：
[0138][0139][0140]
gi＝gi1(fr)gi2(irf
t-1
)gi3(irno
t-1
)
[0141]
mi＝mi1(fr)mi2(irf
t-1
)mi3(irno
t-1
)
[0142]
式中，irno
t
表示第t年不参与灌溉集体行动农户比例，且0≤irno
t
≤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irf
t-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；
[0143]
其中，土地破碎化程度fr＝m/a；
[0144]
第t-1年灌区灌溉失效程度irf
t-1
，表示为：
[0145][0146]
式中，irnowm
t-1
和iryeswm
t-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，irnowq
t-1
和iryeswq
t-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，irnows
t-1
和iryesws
t-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；
[0147]
农户缴纳水费模块，用于模拟第t年水费不缴纳比例：
[0148][0149][0150]
gn＝gn1(fr)gn2(irno
t-1
)gn3(cno
t-1
)
[0151]
mn＝mn1(fr)mn2(irno
t-1
)mn3(cno
t-1
)
[0152]
式中，cno
t
是第t年水费不缴纳比例，且0≤cno
t
≤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。
[0153]
上述基于土地破碎化程度与农户集体行为的动态联系模拟系统中各个模块的划分仅用于举例说明，在其他实施例中，可将土地破碎化程度与农户集体行为的动态联系模拟系统按照需要划分为不同的模块，以完成上述系统的全部或部分功能。
[0154]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明，对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种土地破碎化程度与农户集体行为的动态联系模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：s1，模拟第t年的田间供水量：式中，t为大于或等于2的整数，fi
t
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，f
t
是第t年的支渠输水效率，e
t
是第t年的斗农渠输水效率；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：f
t
＝cρ1(lg
t-1
)e
t
＝cρ2(lg
t-1
)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，lg
t-1
是第t-1年的水费损失程度，wa
t-1
是第t-1年的灌区农户实际缴纳水费，qp是单方水水价；s2，模拟第t年不参与灌溉集体行动农户比例：模拟第t年不参与灌溉集体行动农户比例：gi＝gi1(fr)gi2(irf
t-1
)gi3(irno
t-1
)mi＝mi1(fr)mi2(irf
t-1
)mi3(irno
t-1
)式中，irno
t
表示第t年不参与灌溉集体行动农户比例，且0≤irno
t
≤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irf
t-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；其中，土地破碎化程度fr＝m/a；m表示地块数；第t-1年灌区灌溉失效程度irf
t-1
，表示为：式中，irnowm
t-1
和iryeswm
t-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，irnowq
t-1
和iryeswq
t-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，irnows
t-1
和iryesws
t-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；s3，模拟第t年水费不缴纳比例：
gn＝gn1(fr)gn2(irno
t-1
)gn3(cno
t-1
)mn＝mn1(fr)mn2(irno
t-1
)mn3(cno
t-1
)式中，cno
t
是第t年水费不缴纳比例，且0≤cno
t
≤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。2.根据权利要求1所述的土地破碎化程度与农户集体行为的动态联系模拟方法，其特征在于，所述s1中，cρ1(lg
t-1
)＝max(f
t-1-lg
t-1
×
e1,e1)t≥2cρ2(lg
t-1
)＝max(e
t-1-lg
t-1
×
e2,e2)t≥2式中，e1和e2分别是在渠道没有维护的情况下支渠和斗农渠输水效率年下降值，e1和e2分别是支渠和斗农渠输水效率下限值。3.根据权利要求1所述的土地破碎化程度与农户集体行为的动态联系模拟方法，其特征在于，所述s2中，第t年不参与灌溉集体行动农户从渠道取水的数量表示为：irnowm
t
＝min(fi
t
,irnowq
t-irnows
t
)其中，第t年不参与灌溉集体行动农户灌溉定额量和节水量分别表示为：irnowq
t
＝d
×
a
×
irno
t
irnows
t
＝irnowq
t
×
cj(fr)函数cj(fr)表示为：式中，fr值1.4925对应地块面积0.67ha，0.7519对应地块面积1.33ha。4.根据权利要求1所述的土地破碎化程度与农户集体行为的动态联系模拟方法，其特征在于，函数gi1、mi1、gn1和mn1都采用如下方程形式：式中，a1、b1、c1、d1是线性方程系数，为土地破碎化程度的划分阈值，函数gi2、mi2、gn2和mn2都采用如下方程形式：
式中，x代表自变量，当因变量为不参与灌溉集体行动农户比例时自变量为irf
t-1
，当因变量为水费不缴纳比例时自变量为irno
t-1
；a2、b2、c2、d2、e2是方程系数，且0<e2<1；函数gi3和gn3采用如下方程形式：式中，y代表自变量，当因变量为不参与灌溉集体行动农户比例时自变量为irno
t-1
，当因变量为水费不缴纳比例时自变量为cno
t-1
；a3为方程系数且0<a3<1；函数mi3和mn3采用如下方程形式：式中，z代表自变量，当因变量为不参与灌溉集体行动农户比例时自变量为irno
t-1
，当因变量为水费不缴纳比例时自变量为cno
t-1
；a4为方程系数且0<a4<1。5.一种土地破碎化程度与农户集体行为的动态联系模拟系统，其特征在于，包括以下模块：田间供水模块，用于模拟第t年的田间供水量：式中，t为大于或等于2的整数，fi
t
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，f
t
是第t年的支渠输水效率，e
t
是第t年的斗农渠输水效率；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：f
t
＝cρ1(lg
t-1
)e
t
＝cρ2(lg
t-1
)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，lg
t-1
是第t-1年的水费损失程度，wa
t-1
是第t-1年的灌区农户实际缴纳水费，qp是单方水水价；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：用于模拟第t年不参与灌溉集体行动农户比例：gi＝gi1(fr)gi2(irf
t-1
)gi3(irno
t-1
)mi＝mi1(fr)mi2(irf
t-1
)mi3(irno
t-1
)式中，irno
t
表示第t年不参与灌溉集体行动农户比例，且0≤irno
t
≤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irf
t-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；其中，土地破碎化程度fr＝m/a；m表示地块数；第t-1年灌区灌溉失效程度irf
t-1
，表示为：式中，irnowm
t-1
和iryeswm
t-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，irnowq
t-1
和iryeswq
t-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，irnows
t-1
和iryesws
t-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；农户缴纳水费模块，用于模拟第t年水费不缴纳比例：用于模拟第t年水费不缴纳比例：gn＝gn1(fr)gn2(irno
t-1
)gn3(cno
t-1
)mn＝mn1(fr)mn2(irno
t-1
)mn3(cno
t-1
)式中，cno
t
是第t年水费不缴纳比例，且0≤cno
t
≤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。6.根据权利要求5所述的土地破碎化程度与农户集体行为的动态联系模拟系统，其特征在于，cρ1(lg
t-1
)＝max(f
t-1-lg
t-1
×
e1,e1)t≥2cρ2(lg
t-1
)＝max(e
t-1-lg
t-1
×
e2,e2)t≥2式中，e1和e2分别是在渠道没有维护的情况下支渠和斗农渠输水效率年下降值，e1和e2分别是支渠和斗农渠输水效率下限值。7.根据权利要求5所述的土地破碎化程度与农户集体行为的动态联系模拟系统，其特征在于，第t年不参与灌溉集体行动农户从渠道取水的数量表示为：irnowm
t
＝min(fi
t
,irnowq
t-irnows
t
)其中，第t年不参与灌溉集体行动农户灌溉定额量和节水量分别表示为：irnowq
t
＝d
×
a
×
irno
t
irnows
t
＝irnowq
t
×
cj(fr)函数cj(fr)表示为：
式中，fr值1.4925对应地块面积0.67ha，0.7519对应地块面积1.33ha。8.根据权利要求5所述的土地破碎化程度与农户集体行为的动态联系模拟系统，其特征在于，函数gi1、mi1、gn1和mn1都采用如下方程形式：式中，a1、b1、c1、d1是线性方程系数，为土地破碎化程度的划分阈值，函数gi2、mi2、gn2和mn2都采用如下方程形式：式中，x代表自变量，当因变量为不参与灌溉集体行动农户比例时自变量为irf
t-1
，当因变量为水费不缴纳比例时自变量为irno
t-1
；a2、b2、c2、d2、e2是方程系数，且0<e2<1；函数gi3和gn3采用如下方程形式：式中，y代表自变量，当因变量为不参与灌溉集体行动农户比例时自变量为irno
t-1
，当因变量为水费不缴纳比例时自变量为cno
t-1
；a3为方程系数且0<a3<1；函数mi3和mn3采用如下方程形式：式中，z代表自变量，当因变量为不参与灌溉集体行动农户比例时自变量为irno
t-1
，当因变量为水费不缴纳比例时自变量为cno
t-1
；a4为方程系数且0<a4<1。

技术总结
本发明公开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，属于灌区农业水土资源综合管理技术领域。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。有助于灌溉的可持续性发展。有助于灌溉的可持续性发展。


技术研发人员：严冬 徐鑫 谢恩 孙怀卫 曹磊 杜世雄 何鹏
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/7/28