華北平原典型灌區(qū)農田水循環(huán)健康評價

　　摘要：為了“診斷”華北平原典型灌區(qū)農田水循環(huán)的“病癥”和“病狀”，在解析灌區(qū)農田水循環(huán)結構的基礎上，提出了農田健康水循環(huán)的概念，選用層次分析-熵權組合法計算權重，構建了灌區(qū)尺度農田水循環(huán)健康評價體系;分別采用綜合指數(shù)法和改進的灰色關聯(lián)分析對比評價了軍留灌區(qū) 2010~2019 年農田水循環(huán)健康狀況。指標評價結果顯示，軍留灌區(qū)在灌溉水質、化肥及農藥非點源污染、灌溉水利用系數(shù)等方面多呈現(xiàn)“病態(tài)”，結果為“一般” 及以上的指標總個數(shù)由 2010 年的 4 個增長至 2019 年的 9 個;維度評價結果顯示，退排水子過程的健康狀況最差，基本處于“病態(tài)”，水源、取輸水子過程、用耗水子過程的水循環(huán)健康狀況得到逐年提升;總體而言，軍留灌區(qū)水循環(huán)狀態(tài)近 10 年得到了逐年改善，并且兩種方法的維度或綜合評價結果的變化趨勢基本一致。研究結果可為華北平原灌區(qū)精細化管理和綠色高質量發(fā)展提供科學依據(jù)和決策參考。

　　本文源自欒清華; 王旖; 張海; 劉田偉; 董森; 何帥， 南水北調與水利科技(中英文) 發(fā)表時間：2021-07-19

　　關鍵詞：農田健康水循環(huán);灌區(qū);層次分析-熵權組合法;綜合指數(shù)法;灰色關聯(lián)分析

　　在我國華北平原等糧食主產區(qū)，由于農業(yè)用水需求增大，農田水利工程的不斷修建，使得灌區(qū)迅速發(fā)展，灌區(qū)農田水循環(huán)的“自然-社會”二元屬性愈加凸顯。灌區(qū)作為人工取用水較為頻繁的單元，大多被關注的是水資源的經(jīng)濟效益，區(qū)域水循環(huán)自然規(guī)律及其可持續(xù)性卻沒有被重視，引發(fā)了諸如井灌區(qū)地下水超采及生態(tài)環(huán)境惡化等“病狀”，影響了灌區(qū)農業(yè)高質量生產。在這種背景下，亟需“把脈”灌區(qū)農田水循環(huán)狀態(tài)的“癥候”，并“診斷”其變化趨勢。

　　水循環(huán)健康與否的概念由我國學者于 21 世紀初提出[1,2]，但對健康水循環(huán)的定義并未統(tǒng)一。如張杰[2] 認為健康的水循環(huán)為上游用水不影響下游水體功能，且社會水循環(huán)不違背自然水循環(huán)的客觀規(guī)律;劉俊良等[3]認為健康的水循環(huán)即循環(huán)過程的完整性、流暢性、穩(wěn)定性和可持續(xù)性;許向君等[4]指出健康的城市水循環(huán)包括健全循環(huán)和良性循環(huán)。盡管眾專家學者對于健康水循環(huán)的概念表述不盡相同，但其核心觀點較為一致，均強調了社會水循環(huán)與自然水循環(huán)的協(xié)調性與可持續(xù)性。

　　在健康水循環(huán)概念研究的基礎上，不少專家學者紛紛展開了水循環(huán)健康評價研究。Pal 等[5]探討了城市水循環(huán)路徑，并評估了各污染物對水循環(huán)健康的影響;張士政[6]以南四湖流域作為研究區(qū)域構建了自然條件、城市化水平、河流水循環(huán)及綜合水安全格局四維度的流域水循環(huán)健康評價指標體系。京津冀是國內水問題最為突出的區(qū)域，因此，許多學者對該區(qū)域開展了水循環(huán)健康評價：王富強等[7]構建了基于水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水效用和水災害的水循環(huán)指標體系并展開了健康評價;Zhang 等[8]從生態(tài)系統(tǒng)完整性、水質、水資源豐度、水資源利用四個維度構建了水循環(huán)健康評價體系;欒清華等[9]構建了基于水質、水量、生態(tài)及極端事件的城市水循環(huán)健康評價體系;此后段娜[10]、裴夢桐[11]分別從城市水循環(huán)過程的子環(huán)節(jié)及城市降水產匯流過程出發(fā)，解析了健康水循環(huán)相關概念，構建了相應的評價體系，并以河北邯鄲主城區(qū)為例進行了評價。就灌區(qū)的相關評價研究而言，有相關專家學者從灌區(qū)的某個方面，如現(xiàn)代化程度[12]、生態(tài)功能[13]或節(jié)水[14]等，進行了一些區(qū)域的評價研究，但極少從整個水循環(huán)過程的角度系統(tǒng)開展評價。

　　綜上可知，從健康水循環(huán)系統(tǒng)研究角度來看，目前研究主要集中在城市區(qū)域，鮮有涉及灌區(qū)這一人工取用水同樣較為頻繁的區(qū)域的，僅有學者[15-16]剖析了農田水循環(huán)的二元屬性及其驅動力和路徑。從路徑來看，灌區(qū)與城市的水循環(huán)具有一定的相似性，同具顯著的“自然-社會”屬性。基于此，借鑒城市健康水循環(huán)概念及相關成果[15,16]，在系統(tǒng)分析灌區(qū)農田水循環(huán)結構特征的基礎上，解析農田健康水循環(huán)的概念，構建農田水循環(huán)健康評價指標體系，并對華北平原典型灌區(qū)——河北魏縣軍留灌區(qū)近 10 年水循環(huán)健康狀態(tài)進行評價，以期對灌區(qū)水資源管理和高質量發(fā)展提供依據(jù)。

　　1 農田健康水循環(huán)內涵

　　1.1 農田水循環(huán)結構及路徑分析

　　農田水循環(huán)涉及地表水循環(huán)、地下水循環(huán)以及土壤水循環(huán)等多個子循環(huán)過程[16]。在無人工灌溉的天然狀態(tài)下，農田水循環(huán)主要包括降水、蒸散發(fā)及土壤水分三大因素。降水是農田水分的主要補給來源，而蒸散發(fā)則是農田水分消耗的主要形式。降水在太陽輻射及重力勢能等的驅動下，經(jīng)由冠層截留、地表洼地蓄留、地表徑流、蒸散發(fā)、入滲、壤中流和地下徑流等一系列過程[15]，部分重新回到大氣，部分排入水域，并再次通過蒸發(fā)等過程重新進入農田水循環(huán)，如此循環(huán)往復。天然農田水循環(huán)路徑見圖 1。

　　而在灌區(qū)，人工灌溉補給水分成為農田水分的一個重要來源，并引發(fā)了蓄引水、取提水、用耗水、退排水等一系列子過程，嚴重擾動并改變了自然狀態(tài)下的農田水循環(huán)的特征，而逐漸呈現(xiàn)出“自然-社會”二元性(圖 2)，兩者相互交錯，協(xié)調作用，共同支撐農作物的生長。

　　由圖 2 可知，灌溉水源主要包括地表水及地下水，其相應的灌溉體系分為井灌與渠灌，通過農田水利工程引水或提水來克服水的重力，干預農田自然水循環(huán)，將灌溉水源引入農田水循環(huán)過程，使得降水及人工灌溉成為灌區(qū)農田作物的主要水分來源。此外，土壤深層水分通過以潛水蒸發(fā)的形式向上運動也可以在一定程度上補充作物所需水分;部分水分被作物吸收再以騰發(fā)方式進入大氣而循環(huán)，部分水分直接蒸發(fā)進入大氣，還有一部分水分入滲至土壤，參與地下水循環(huán);多余水分進入農田排水系統(tǒng)，保障農田水分處于適宜狀態(tài)。

　　盡管灌區(qū)農田水循環(huán)的蒸發(fā)蒸騰、入滲、產匯流等仍遵循自然水循環(huán)路徑及規(guī)律，但由于高強度灌溉引發(fā)新增了“取-用-排”等子過程而加大了蒸散發(fā)、下滲等原有的自然子過程的通量大小，加快了農田水循環(huán)速度，并逐漸影響了區(qū)域(流域)水循環(huán)的結構、路徑和特征。此外，農田水循環(huán)除了受人工驅動影響外，還受到相關政策以及經(jīng)濟方面的社會因素影響，如我國為緩解水資源短缺以及水環(huán)境惡化等問題采取的強制性農業(yè)節(jié)水政策以及推進建立水權制度等，均會通過對水量、用水效率進行約束從而影響灌區(qū)的農田水循環(huán)過程。

　　1.2 農田健康水循環(huán)概念

　　對比分析不同類型農田水循環(huán)的結構及路徑(圖 1、圖 2)，參考城市健康水循環(huán)內涵，本文提出健康的農田水循環(huán)為自然水循環(huán)與社會水循環(huán)相互協(xié)調、共同作用，水循環(huán)各子過程均呈現(xiàn)健康且系統(tǒng)達到和諧的狀態(tài)，即水源多樣且配置合理、灌溉用水保質保量、取輸水高效節(jié)水、用耗水高效高產、退排水過程快速且少污染，具體解析如下。

　　水源：既不過分干擾河流、地下水等天然水源的本底狀態(tài)，又能滿足對農田對水質水量的用水要求，即水源多樣且配置合理，地下水埋深適宜，水質及水量滿足農田用水要求。

　　取輸水子過程：灌區(qū)提水、取水、輸水工程設施完善，并盡可能減少這些過程的水量損失，保障輸水高效節(jié)水。

　　用耗水子過程：在灌溉水量一定的條件下，盡可能提高灌溉水利用效率，保障灌區(qū)內糧食產量，提高灌區(qū)經(jīng)濟效益，即用水高效率高效益。

　　退排水子過程：退排水人工過程與自然過程相互協(xié)調，共同作用于灌區(qū)退排水，保障退排水過程迅速不影響作物生長，且農藥化肥施用合理，盡量減少面源污染。

　　2 農田水循環(huán)健康評價體系

　　2.1 指標體系

　　依據(jù)層次分析法原理，將灌區(qū)農田水循環(huán)健康狀態(tài)作為目標層;基于灌區(qū)農田水循環(huán)結構(圖 2)的解析，劃分維度層為水源、取輸水子過程、用耗水子過程、退排水子過程;依據(jù)指標篩選科學性、全面性與代表性、定性與定量相結合的原則，重點從水質、水量、輸配水能力、水資源效率及效益幾個方面考慮，同時兼顧指標的獨立性及其基礎數(shù)據(jù)資料的獲取性，最終選取了 15 個指標，與上述維度層、指標層一并構建了華北平原灌區(qū)尺度農田水循環(huán)健康評價體系(圖 3)。

　　2.2 指標權重

　　指標權重的確定主要分主觀賦權法及客觀賦權法[17]。層次分析法是主觀賦權法最具代表性的方法，其賦權主要依賴決策者對評價對象的了解程度，具有一定的主觀性[7]。客觀賦權法，如熵權法則完全依賴客觀數(shù)據(jù)，忽視數(shù)據(jù)的物理意義，其結果有可能與實際并不完全相符[18]。為降低層次分析法在人為確定指標相對重要性方面的主觀性，并減少熵權法極值賦權而造成評價結果與實際的不一致性，采用層次分析-熵權組合賦權法進行權重的確定，提高權重的客觀性和準確性。各指標權重計算結果見表 1，詳細計算公式見參考文獻[7]，在此不再贅述。

　　2.3 閾值體系

　　農田水循環(huán)健康評價體系閾值即為該體系的評價標準，是農田水循環(huán)健康評價的重要依據(jù)。閾值體系的確定首先考慮參考國家相關部門發(fā)布的國家標準及行業(yè)標準;若無相關標準，則重點參考已有研究成果的基礎上，通過現(xiàn)場充分調研踏勘以及咨詢當?shù)叵嚓P專家，結合不同水平區(qū)域的統(tǒng)計年鑒相關數(shù)據(jù)，參照國際先進水平、國家先進水平、國家平均水平的順序進行等級劃分。農田水循環(huán)健康評價體系閾值見表 2。

　　參考有關水循環(huán)健康評價的研究成果[10]，將農田水循環(huán)健康劃分為五個等級，分別為：健康、亞健康、一般、病態(tài)、嚴重病態(tài)，對應的分值或取值范圍分別為：5、[4,5)、[3,4)、[2,3)、[1,2)，并參考氣象部門預警等級的劃分確定各等級對應顏色(表 3)。

　　2.4 評價方法

　　開展評價相關的方法較多，常用方法有綜合指數(shù)法和灰色關聯(lián)分析等。綜合指數(shù)法將指標得分加權求和，即可得到維度及綜合評價結果，方法簡單易行，且能體現(xiàn)評價的綜合性、整體性及層次性[28]。灰色關聯(lián)分析將數(shù)據(jù)模型化、抽象化、簡便化，通過分析比較參考數(shù)列與比較數(shù)列的關聯(lián)程度進行等級評價，對數(shù)據(jù)的數(shù)量以及樣本規(guī)律性無較多要求，但結果的遞進性和層次性欠佳[29]。在此選擇兩種方法進行對比分析，相互印證，以提高評價結果的客觀性。

　　綜合指數(shù)法計算公式如下： 1 ( 1,2, , ) n i i i H h w i n ?? ? ? ? (1)式中：H 表示評價總得分;hi 表示各評價指標分值;wi 表示評價指標權重。選用改進的灰色關聯(lián)分析法，評價閾值由區(qū)間進行關聯(lián)計算[30]，具體步驟如下：(1)參考數(shù)列(母數(shù)列)確定 X x k k n 0 0 = | 1,2,3, , ? ? ? ? ? (2)(2)比較數(shù)列(子數(shù)列)確定： X x k k n i m i i ? ? ? ? ? ?| 1,2, , ,( 1,2, , ) ? (3)(3)關聯(lián)系數(shù)求解? ? ( ) ( ) ( ) ( ) i i i k i k i i i i k Min Min k d Max Max k k k d Max Max k ?? ? ??? ? ? (4)若定義 ( ) ( ), ( ) i i i x k a k b k ? ，ai(k)與 bi(k)分別為指標 k 第 i 個級別的下限與上限，則 0 0 0 0 0 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) i i i i i i i a k x k x k a k k a k x k b k x k b k x k b k ? ??? ? ? ? ??? ? < > (5)(4)關聯(lián)度求解 1 ( ) n i k i k V k ? ??? ? (6)式中，ωk為指標權重。(5)關聯(lián)度大小排序對計算的關聯(lián)度由大到小進行排序，根據(jù)相關原理[30]，關聯(lián)度越大，說明參考數(shù)列與比較數(shù)列越接近，最大關聯(lián)度對應的等級即為評價對象的健康等級。

　　3 典型灌區(qū)案例分析

　　3.1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

　　軍留灌區(qū)位于河北省邯鄲市魏縣東南部，位于華北平原糧食主產區(qū)的腹地，設計灌溉面積 35 萬畝，是具有地表、井灌和外調水源的大型灌區(qū)。其中，地表灌溉水源是以軍留揚水站以及留固揚水站提取衛(wèi)河水，井灌水源即當?shù)氐叵滤?010 年引黃入邯以來增加了外調水作為灌溉水源。

　　灌區(qū)南部以衛(wèi)河為界，北面以漳河為界，東風渠貫穿其中，東部與邯鄲大名縣及河南省南樂縣相連。灌區(qū)位于北緯 36°03'06"~36°17'38"、東經(jīng) 114°50'28"~115°07'24"之間，屬于大陸性季風氣候，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，整體氣候比較適宜農作物的生長。年平均氣溫為 13.7 ℃，全年無霜期約為 210 天，年降水量為 333.8~746.2 mm，多年平均降水量為 525.2 mm，且降水量分布不均衡，夏季降水占全年降水量的 65%~75%，秋季降水要多于春季，冬季降水最少。灌區(qū)地處黃河與漳河的沖積平原，地勢平坦開闊，呈現(xiàn)西南高東北低的特點，地面坡降在 1/1000 到 1/4000 之間。其具體位置見圖 4。

　　在 2006 年實施了灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項目及 2014 年實施地下水超采綜合治理地表水灌溉項目以來，結合近年來的其他工程建設，軍留灌區(qū)已初步形成了具有一定規(guī)模的灌排工程體系，為保障灌區(qū)內農業(yè)增產、農民增收和農村經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎。

　　數(shù)據(jù)是開展評價分析的前提，依據(jù)指標體系(圖 3、表 2)，將計算所需數(shù)據(jù)進行歸納分類進行搜集，其中水源種類、水質數(shù)據(jù)、灌溉用水量、灌溉水有效利用系數(shù)等數(shù)據(jù)來源于《邯鄲市水資源公報》《魏縣水資源公報》，計量設施、作物產量、渠道及輸水管道、設計灌溉保證率、化肥農藥施用量、農田漬澇及降水等相關數(shù)據(jù)主要來源于《邯鄲統(tǒng)計年鑒》《魏縣統(tǒng)計年鑒》，高效節(jié)水面積、地下水埋深、種植結構等相關數(shù)據(jù)主要來源于邯鄲市水利局農村水利水電處有關地下水超采綜合治理的相關報告。最終，搜集了軍留灌區(qū) 2010~2019 年共 10 年的相關數(shù)據(jù)，開展典型灌區(qū)農田水循環(huán)健康評價。

　　3.2 評價結果與分析

　　3.2.1 指標評價結果

　　在對數(shù)據(jù)進行歸一化、標準化處理的基礎上，參照表 2 閾值體系，即可得出農田水循環(huán)各指標逐年健康狀況，詳見圖 5。整體來看，近十年健康狀況未發(fā)生變化的指標主要包括農田防漬排澇達標率、設計灌溉保證率、地下水埋深相對值、計量設施配套率、農藥面源污染風險 5 個指標。其中，農田防漬排澇達標率一直處于“亞健康”狀態(tài)，評價結果較好，究其原因主要是因為在華北平原，地下水超采嚴重，導致包氣帶增厚，土壤入滲存蓄能力增加，加之區(qū)域降水量相對較少，發(fā)生農田漬澇問題的風險較低;地下水埋深相對值、計量設施配套率、農藥面源污染風險一直處于“嚴重病態(tài)”，設計灌溉保證率一直處于“病態(tài)”，反映了近十年灌區(qū)地下水超采形勢依舊嚴峻，農戶井灌計量還未跟進以及噴藥過量等問題。

　　近十年間狀況逐年向好的水循環(huán)指標主要有水源多樣性、灌溉水質達標率、渠道灌溉水滲漏率、田間輸水管道化水平、高效節(jié)水灌溉面積比、農田灌溉水有效利用系數(shù)及種植結構合理性這 7 個指標。其中，水源多樣性、灌溉水質達標率、渠道灌溉水滲漏率、田間輸水管道化水平、高效節(jié)水灌溉面積比以及種植結構合理性指標達標率 6 個指標自 2017 年以來均處于“一般”及以上狀態(tài)，農田灌溉水有效利用系數(shù)也由 2010 年的“嚴重病態(tài)”好轉為 2017 年的“病態(tài)”，這些變化間接反映了河北省地下水超采綜合治理和灌區(qū)節(jié)水改造的工程效果;種植結構的逐年改善，反映了地下水超采綜合治理有關農業(yè)項目的效果，也體現(xiàn)了地下水壓采的政策背景下，倒逼灌區(qū)逐漸實施“以水定地”，逐步優(yōu)化種植結構。

　　軍留灌區(qū)是地表、地下水混合水源灌區(qū)，由于地表水受區(qū)域降雨豐枯影響較大，水分生產率指標的健康狀況在“亞健康”及“一般”中波動。同樣受降水豐枯影響，2014 年以前，地表水占比的健康狀況也呈現(xiàn)波動，但隨著地下水壓采水源置換工程的實施，該指標自 2014 年后呈現(xiàn)逐年上升趨勢，并于 2016 年以后達到“健康狀態(tài)”。與其他指標狀況的變化趨勢不同，化肥面源污染風險的健康狀況在近十年間呈現(xiàn)惡化趨勢，由最初的“病態(tài)”降為 2018 年和 2019 年的“嚴重病態(tài)”，不僅反映出農戶過量施用化肥的行為，也間接反映出灌區(qū)土壤肥力近兩年有所下降。

　　綜合各指標來看，近年來，健康狀況處于“一般”及以上的指標個數(shù)逐漸增多：2010 年僅 4 個指標健康狀況為一般及以上，分別為渠道灌溉水滲漏率、水分生產率、種植結構合理性及農田防漬排澇達標率;至 2019 年健康狀況為“一般”及以上的指標增至 9 個，其中新增加的指標為水源多樣性、灌溉水質達標率、地表水占比、田間輸水管道化水平和高效節(jié)水灌溉面積比 5 個指標，這也說明了軍留灌區(qū)農田水循環(huán)的健康狀況整體上在往好的方向發(fā)展。

　　3.2.2 維度評價結果

　　根據(jù) 2.5 所述，分別利用綜合指數(shù)法及灰色關聯(lián)分析，評價了軍留灌區(qū)農田水循環(huán)維度健康狀況，結果如表 4 所示。

　　由表 4 可知，兩種方法對各維度的評價結果基本呈現(xiàn)相同的變化趨勢，僅有少部分等級判定結果存在一些差異。具體來看，水源維度逐年健康等級均由 2010 年的“嚴重病態(tài)”好轉為 2016 年及以后的“一般”，但與灰色關聯(lián)分析的階梯式上升不同，綜合指數(shù)法的評價結果是由“嚴重病態(tài)”到“病態(tài)”再好轉為“一般”的緩慢上升狀態(tài)。

　　取輸水子過程的健康狀況也均呈現(xiàn)逐漸上升趨勢，綜合指數(shù)法的結果為由 2010 年的“病態(tài)”逐漸上升為 2016 年及以后的“一般”;而灰色關聯(lián)分析的階梯狀上升結果則更加顯著，由 2010 年的“嚴重病態(tài)” 跳躍到 2017 年及以后的“亞健康”狀態(tài)。

　　就用耗水評價逐年變化趨勢來看，兩類結果都呈現(xiàn)逐年遞增趨勢，但最終的等級評價略有不同;其中，綜合指數(shù)法的結果呈現(xiàn)由 2010 年的“病態(tài)”好轉為 2015 年及以后的“一般”的逐漸遞增趨勢;而灰色關聯(lián)分析結果則經(jīng)歷“嚴重病態(tài)”、“病態(tài)”、“一般”，并最終于 2017 年達到“亞健康”狀態(tài)。需要指出的是，盡管 2017 年綜合指數(shù)法的評價等級為一般，但其評分均在 3.90 左右，已非常趨近“亞健康”等級。

　　退排水過程評價結果近十年來無較大變化，大多數(shù)處于“病態(tài)”，其中綜合指數(shù)法的評價結果在 2018 年開始出現(xiàn)輕微惡化趨勢;而灰色關聯(lián)分析結果則無趨勢，一直呈現(xiàn)“病態(tài)”。

　　基于上述內容，結合 3.2.1 的結果可知，維度評價與指標評價結果息息相關。其中，水源維度中，除地下水埋深相對值的健康狀況近年來無變化，其余指標均呈現(xiàn)出逐年向好的趨勢，因而該維度整體呈現(xiàn)逐年好轉的趨勢;取輸水維度中設計灌溉保證率、計量設施配套率的健康狀況近年來無變化，而其余兩指標的健康狀況逐年改善并最終達到健康狀態(tài)，對于該維度健康的逐年向好具有較大的貢獻;用耗水維度的水分生產率評價結果雖然出現(xiàn)波動，但整體評價較好，其余三個指標健康狀況近年來均有不同程度的改善，因而該維度健康狀況逐年改善;化肥面源污染風險和農藥面源污染風險兩個指標一直處于病態(tài)影響了整個退排水維度的評價結果，成為農田水循環(huán)健康的薄弱環(huán)節(jié)。對比維度健康的變化趨勢，近年來魏縣及灌區(qū)采取的一系列措施對水源、取輸水子過程、用耗水子過程三個維度的健康改善較為顯著，此后加強農業(yè)面源污染的治理、改善退排水過程的健康狀況是灌區(qū)乃至未來邯鄲市農田綠色高質量發(fā)展的提升改進重點。

　　3.2.3 綜合評價結果

　　分別利用綜合指數(shù)法及灰色關聯(lián)分析，評價軍留灌區(qū)農田水循環(huán) 2010~2019 年逐年健康綜合狀況，其評價結果見圖 6。

　　可知，近十年來，軍留灌區(qū)農田水循環(huán)健康狀況有所好轉，兩種方法的總體變化趨勢相似。其中，灰色關聯(lián)分析評價結果變化稍大，其評價結果顯示，2010~2015 年間該灌區(qū)農田水循環(huán)健康狀況均為“嚴重病態(tài)”，此后開始逐漸得到改善，2016 年健康狀態(tài)提升為“一般”，2017 年及以后達到穩(wěn)定狀態(tài)，健康狀況為“亞健康”;綜合指數(shù)法評價結果的變化幅度較小，分值范圍在 2.36~3.58 之間，對應的健康等級為由 2010 年的“病態(tài)”逐漸好轉為 2016 年及以后的“一般”，但 2017 年及以后的評分相對較高，均超過了 3.50。

　　對比綜合指數(shù)法與灰色關聯(lián)分析的等級評定差異可知，綜合指數(shù)法由于等級界定規(guī)則，即便評分已經(jīng)趨好并逼近臨界值，但狀態(tài)評價仍然不能升級;在這一方面，灰色關聯(lián)分析的等級評價結果相比更加合理。然而在趨勢走向上，由于灰色關聯(lián)分析僅以數(shù)據(jù)判定，所以變化趨勢上或呈現(xiàn)跳躍性、或呈現(xiàn)同一性，相比之下，綜合指數(shù)法在整個趨勢走向的表征上與實際更加相符。

　　4 結論

　　通過解析灌區(qū)農田水循環(huán)結構，剖析了農田健康水循環(huán)的概念，選用層次分析-熵權組合法計算權重，構建了基于水源-取輸水-用耗水-退排水循環(huán)過程的灌區(qū)農田水循環(huán)健康評價指標體系，分別采用綜合指數(shù)法及灰色關聯(lián)分析法評價了軍留灌區(qū) 2010~2019 年農田水循環(huán)健康狀況，主要得出以下結論：

　　(1)本文提出健康的農田水循環(huán)為水源多樣且配置合理、灌溉用水保質保量、取輸水高效節(jié)水、用耗水高效高產、退排水過程快速且少污染的水循環(huán)。

　　(2)近十年來，軍留灌區(qū)農田水循環(huán)健康狀態(tài)逐年向好，評價結果為“一般”及以上的指標總個數(shù)由 2010 年的 4 個增長至 2019 年的 9 個;水源、取輸水子過程、用耗水子過程的水循環(huán)健康狀況得到逐年顯著提升，退排水子過程的健康狀況最差，大部分時間處于“病態(tài)”。

　　(3)無論維度或綜合評價，兩種方法的變化趨勢基本一致，在等級評定上略有差異。對比而言，灰色關聯(lián)分析在評分逼近臨界值時的等級評定較為合理，而綜合指數(shù)法在整個趨勢走向的表征上相對客觀。

　　目前農田水循環(huán)健康評價研究仍然處于發(fā)展探究階段，指標體系還需要進一步完善和不斷優(yōu)化。此外，灌區(qū)農田水循環(huán)涉及因素繁雜，數(shù)據(jù)收集難度較大，若推廣到多個灌區(qū)具有較大的挑戰(zhàn);未來，可采用基礎資料搜集和水文模型模擬輸出相結合的辦法，為大尺度區(qū)域開展農田水循環(huán)健康評價提供數(shù)據(jù)支撐。