華北平原典型灌區(qū)農(nóng)田水循環(huán)健康評(píng)價(jià)

　　摘要：為了“診斷”華北平原典型灌區(qū)農(nóng)田水循環(huán)的“病癥”和“病狀”，在解析灌區(qū)農(nóng)田水循環(huán)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了農(nóng)田健康水循環(huán)的概念，選用層次分析-熵權(quán)組合法計(jì)算權(quán)重，構(gòu)建了灌區(qū)尺度農(nóng)田水循環(huán)健康評(píng)價(jià)體系;分別采用綜合指數(shù)法和改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析對(duì)比評(píng)價(jià)了軍留灌區(qū) 2010~2019 年農(nóng)田水循環(huán)健康狀況。指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，軍留灌區(qū)在灌溉水質(zhì)、化肥及農(nóng)藥非點(diǎn)源污染、灌溉水利用系數(shù)等方面多呈現(xiàn)“病態(tài)”，結(jié)果為“一般” 及以上的指標(biāo)總個(gè)數(shù)由 2010 年的 4 個(gè)增長(zhǎng)至 2019 年的 9 個(gè);維度評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，退排水子過(guò)程的健康狀況最差，基本處于“病態(tài)”，水源、取輸水子過(guò)程、用耗水子過(guò)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(píng)價(jià)結(jié)果的變化趨勢(shì)基本一致。研究結(jié)果可為華北平原灌區(qū)精細(xì)化管理和綠色高質(zhì)量發(fā)展提供科學(xué)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(diào)與水利科技(中英文) 發(fā)表時(shí)間：2021-07-19

　　關(guān)鍵詞：農(nóng)田健康水循環(huán);灌區(qū);層次分析-熵權(quán)組合法;綜合指數(shù)法;灰色關(guān)聯(lián)分析

　　在我國(guó)華北平原等糧食主產(chǎn)區(qū)，由于農(nóng)業(yè)用水需求增大，農(nóng)田水利工程的不斷修建，使得灌區(qū)迅速發(fā)展，灌區(qū)農(nóng)田水循環(huán)的“自然-社會(huì)”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(guān)注的是水資源的經(jīng)濟(jì)效益，區(qū)域水循環(huán)自然規(guī)律及其可持續(xù)性卻沒(méi)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(nóng)業(yè)高質(zhì)量生產(chǎn)。在這種背景下，亟需“把脈”灌區(qū)農(nóng)田水循環(huán)狀態(tài)的“癥候”，并“診斷”其變化趨勢(shì)。

　　水循環(huán)健康與否的概念由我國(guó)學(xué)者于 21 世紀(jì)初提出[1,2]，但對(duì)健康水循環(huán)的定義并未統(tǒng)一。如張杰[2] 認(rèn)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(huì)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(rèn)為健康的水循環(huán)即循環(huán)過(guò)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(xué)者對(duì)于健康水循環(huán)的概念表述不盡相同，但其核心觀點(diǎn)較為一致，均強(qiáng)調(diào)了社會(huì)水循環(huán)與自然水循環(huán)的協(xié)調(diào)性與可持續(xù)性。

　　在健康水循環(huán)概念研究的基礎(chǔ)上，不少專家學(xué)者紛紛展開(kāi)了水循環(huán)健康評(píng)價(jià)研究。Pal 等[5]探討了城市水循環(huán)路徑，并評(píng)估了各污染物對(duì)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(gòu)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(píng)價(jià)指標(biāo)體系。京津冀是國(guó)內(nèi)水問(wèn)題最為突出的區(qū)域，因此，許多學(xué)者對(duì)該區(qū)域開(kāi)展了水循環(huán)健康評(píng)價(jià)：王富強(qiáng)等[7]構(gòu)建了基于水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水效用和水災(zāi)害的水循環(huán)指標(biāo)體系并展開(kāi)了健康評(píng)價(jià);Zhang 等[8]從生態(tài)系統(tǒng)完整性、水質(zhì)、水資源豐度、水資源利用四個(gè)維度構(gòu)建了水循環(huán)健康評(píng)價(jià)體系;欒清華等[9]構(gòu)建了基于水質(zhì)、水量、生態(tài)及極端事件的城市水循環(huán)健康評(píng)價(jià)體系;此后段娜[10]、裴夢(mèng)桐[11]分別從城市水循環(huán)過(guò)程的子環(huán)節(jié)及城市降水產(chǎn)匯流過(guò)程出發(fā)，解析了健康水循環(huán)相關(guān)概念，構(gòu)建了相應(yīng)的評(píng)價(jià)體系，并以河北邯鄲主城區(qū)為例進(jìn)行了評(píng)價(jià)。就灌區(qū)的相關(guān)評(píng)價(jià)研究而言，有相關(guān)專家學(xué)者從灌區(qū)的某個(gè)方面，如現(xiàn)代化程度[12]、生態(tài)功能[13]或節(jié)水[14]等，進(jìn)行了一些區(qū)域的評(píng)價(jià)研究，但極少?gòu)恼麄€(gè)水循環(huán)過(guò)程的角度系統(tǒng)開(kāi)展評(píng)價(jià)。

　　綜上可知，從健康水循環(huán)系統(tǒng)研究角度來(lái)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(xué)者[15-16]剖析了農(nóng)田水循環(huán)的二元屬性及其驅(qū)動(dòng)力和路徑。從路徑來(lái)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(huì)”屬性?；诖?，借鑒城市健康水循環(huán)概念及相關(guān)成果[15,16]，在系統(tǒng)分析灌區(qū)農(nóng)田水循環(huán)結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，解析農(nóng)田健康水循環(huán)的概念，構(gòu)建農(nóng)田水循環(huán)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并對(duì)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(jìn)行評(píng)價(jià)，以期對(duì)灌區(qū)水資源管理和高質(zhì)量發(fā)展提供依據(jù)。

　　1 農(nóng)田健康水循環(huán)內(nèi)涵

　　1.1 農(nóng)田水循環(huán)結(jié)構(gòu)及路徑分析

　　農(nóng)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(gè)子循環(huán)過(guò)程[16]。在無(wú)人工灌溉的天然狀態(tài)下，農(nóng)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(nóng)田水分的主要補(bǔ)給來(lái)源，而蒸散發(fā)則是農(nóng)田水分消耗的主要形式。降水在太陽(yáng)輻射及重力勢(shì)能等的驅(qū)動(dòng)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(guò)程[15]，部分重新回到大氣，部分排入水域，并再次通過(guò)蒸發(fā)等過(guò)程重新進(jìn)入農(nóng)田水循環(huán)，如此循環(huán)往復(fù)。天然農(nóng)田水循環(huán)路徑見(jiàn)圖 1。

　　而在灌區(qū)，人工灌溉補(bǔ)給水分成為農(nóng)田水分的一個(gè)重要來(lái)源，并引發(fā)了蓄引水、取提水、用耗水、退排水等一系列子過(guò)程，嚴(yán)重?cái)_動(dòng)并改變了自然狀態(tài)下的農(nóng)田水循環(huán)的特征，而逐漸呈現(xiàn)出“自然-社會(huì)”二元性(圖 2)，兩者相互交錯(cuò)，協(xié)調(diào)作用，共同支撐農(nóng)作物的生長(zhǎng)。

　　由圖 2 可知，灌溉水源主要包括地表水及地下水，其相應(yīng)的灌溉體系分為井灌與渠灌，通過(guò)農(nóng)田水利工程引水或提水來(lái)克服水的重力，干預(yù)農(nóng)田自然水循環(huán)，將灌溉水源引入農(nóng)田水循環(huán)過(guò)程，使得降水及人工灌溉成為灌區(qū)農(nóng)田作物的主要水分來(lái)源。此外，土壤深層水分通過(guò)以潛水蒸發(fā)的形式向上運(yùn)動(dòng)也可以在一定程度上補(bǔ)充作物所需水分;部分水分被作物吸收再以騰發(fā)方式進(jìn)入大氣而循環(huán)，部分水分直接蒸發(fā)進(jìn)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(jìn)入農(nóng)田排水系統(tǒng)，保障農(nóng)田水分處于適宜狀態(tài)。

　　盡管灌區(qū)農(nóng)田水循環(huán)的蒸發(fā)蒸騰、入滲、產(chǎn)匯流等仍遵循自然水循環(huán)路徑及規(guī)律，但由于高強(qiáng)度灌溉引發(fā)新增了“取-用-排”等子過(guò)程而加大了蒸散發(fā)、下滲等原有的自然子過(guò)程的通量大小，加快了農(nóng)田水循環(huán)速度，并逐漸影響了區(qū)域(流域)水循環(huán)的結(jié)構(gòu)、路徑和特征。此外，農(nóng)田水循環(huán)除了受人工驅(qū)動(dòng)影響外，還受到相關(guān)政策以及經(jīng)濟(jì)方面的社會(huì)因素影響，如我國(guó)為緩解水資源短缺以及水環(huán)境惡化等問(wèn)題采取的強(qiáng)制性農(nóng)業(yè)節(jié)水政策以及推進(jìn)建立水權(quán)制度等，均會(huì)通過(guò)對(duì)水量、用水效率進(jìn)行約束從而影響灌區(qū)的農(nóng)田水循環(huán)過(guò)程。

　　1.2 農(nóng)田健康水循環(huán)概念

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

　　水源：既不過(guò)分干擾河流、地下水等天然水源的本底狀態(tài)，又能滿足對(duì)農(nóng)田對(duì)水質(zhì)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(zhì)及水量滿足農(nóng)田用水要求。

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

　　用耗水子過(guò)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(nèi)糧食產(chǎn)量，提高灌區(qū)經(jīng)濟(jì)效益，即用水高效率高效益。

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

　　2 農(nóng)田水循環(huán)健康評(píng)價(jià)體系

　　2.1 指標(biāo)體系

　　依據(jù)層次分析法原理，將灌區(qū)農(nóng)田水循環(huán)健康狀態(tài)作為目標(biāo)層;基于灌區(qū)農(nóng)田水循環(huán)結(jié)構(gòu)(圖 2)的解析，劃分維度層為水源、取輸水子過(guò)程、用耗水子過(guò)程、退排水子過(guò)程;依據(jù)指標(biāo)篩選科學(xué)性、全面性與代表性、定性與定量相結(jié)合的原則，重點(diǎn)從水質(zhì)、水量、輸配水能力、水資源效率及效益幾個(gè)方面考慮，同時(shí)兼顧指標(biāo)的獨(dú)立性及其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料的獲取性，最終選取了 15 個(gè)指標(biāo)，與上述維度層、指標(biāo)層一并構(gòu)建了華北平原灌區(qū)尺度農(nóng)田水循環(huán)健康評(píng)價(jià)體系(圖 3)。

　　2.2 指標(biāo)權(quán)重

　　指標(biāo)權(quán)重的確定主要分主觀賦權(quán)法及客觀賦權(quán)法[17]。層次分析法是主觀賦權(quán)法最具代表性的方法，其賦權(quán)主要依賴決策者對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的了解程度，具有一定的主觀性[7]?？陀^賦權(quán)法，如熵權(quán)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(jié)果有可能與實(shí)際并不完全相符[18]。為降低層次分析法在人為確定指標(biāo)相對(duì)重要性方面的主觀性，并減少熵權(quán)法極值賦權(quán)而造成評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際的不一致性，采用層次分析-熵權(quán)組合賦權(quán)法進(jìn)行權(quán)重的確定，提高權(quán)重的客觀性和準(zhǔn)確性。各指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 1，詳細(xì)計(jì)算公式見(jiàn)參考文獻(xiàn)[7]，在此不再贅述。

　　2.3 閾值體系

　　農(nóng)田水循環(huán)健康評(píng)價(jià)體系閾值即為該體系的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，是農(nóng)田水循環(huán)健康評(píng)價(jià)的重要依據(jù)。閾值體系的確定首先考慮參考國(guó)家相關(guān)部門發(fā)布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn);若無(wú)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，則重點(diǎn)參考已有研究成果的基礎(chǔ)上，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)充分調(diào)研踏勘以及咨詢當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)專家，結(jié)合不同水平區(qū)域的統(tǒng)計(jì)年鑒相關(guān)數(shù)據(jù)，參照國(guó)際先進(jìn)水平、國(guó)家先進(jìn)水平、國(guó)家平均水平的順序進(jìn)行等級(jí)劃分。農(nóng)田水循環(huán)健康評(píng)價(jià)體系閾值見(jiàn)表 2。

　　參考有關(guān)水循環(huán)健康評(píng)價(jià)的研究成果[10]，將農(nóng)田水循環(huán)健康劃分為五個(gè)等級(jí)，分別為：健康、亞健康、一般、病態(tài)、嚴(yán)重病態(tài)，對(duì)應(yīng)的分值或取值范圍分別為：5、[4,5)、[3,4)、[2,3)、[1,2)，并參考?xì)庀蟛块T預(yù)警等級(jí)的劃分確定各等級(jí)對(duì)應(yīng)顏色(表 3)。

　　2.4 評(píng)價(jià)方法

　　開(kāi)展評(píng)價(jià)相關(guān)的方法較多，常用方法有綜合指數(shù)法和灰色關(guān)聯(lián)分析等。綜合指數(shù)法將指標(biāo)得分加權(quán)求和，即可得到維度及綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，方法簡(jiǎn)單易行，且能體現(xiàn)評(píng)價(jià)的綜合性、整體性及層次性[28]?；疑P(guān)聯(lián)分析將數(shù)據(jù)模型化、抽象化、簡(jiǎn)便化，通過(guò)分析比較參考數(shù)列與比較數(shù)列的關(guān)聯(lián)程度進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)，對(duì)數(shù)據(jù)的數(shù)量以及樣本規(guī)律性無(wú)較多要求，但結(jié)果的遞進(jìn)性和層次性欠佳[29]。在此選擇兩種方法進(jìn)行對(duì)比分析，相互印證，以提高評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性。

　　綜合指數(shù)法計(jì)算公式如下： 1 ( 1,2, , ) n i i i H h w i n ?? ? ? ? (1)式中：H 表示評(píng)價(jià)總得分;hi 表示各評(píng)價(jià)指標(biāo)分值;wi 表示評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。選用改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法，評(píng)價(jià)閾值由區(qū)間進(jìn)行關(guān)聯(lián)計(jì)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(guān)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(biāo) k 第 i 個(gè)級(jí)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(guān)聯(lián)度求解 1 ( ) n i k i k V k ? ??? ? (6)式中，ωk為指標(biāo)權(quán)重。(5)關(guān)聯(lián)度大小排序?qū)τ?jì)算的關(guān)聯(lián)度由大到小進(jìn)行排序，根據(jù)相關(guān)原理[30]，關(guān)聯(lián)度越大，說(shuō)明參考數(shù)列與比較數(shù)列越接近，最大關(guān)聯(lián)度對(duì)應(yīng)的等級(jí)即為評(píng)價(jià)對(duì)象的健康等級(jí)。

　　3 典型灌區(qū)案例分析

　　3.1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)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(chǎn)區(qū)的腹地，設(shè)計(jì)灌溉面積 35 萬(wàn)畝，是具有地表、井灌和外調(diào)水源的大型灌區(qū)。其中，地表灌溉水源是以軍留揚(yáng)水站以及留固揚(yáng)水站提取衛(wèi)河水，井灌水源即當(dāng)?shù)氐叵滤?010 年引黃入邯以來(lái)增加了外調(diào)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(fēng)渠貫穿其中，東部與邯鄲大名縣及河南省南樂(lè)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(fēng)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(nóng)作物的生長(zhǎng)。年平均氣溫為 13.7 ℃，全年無(wú)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(shì)平坦開(kāi)闊，呈現(xiàn)西南高東北低的特點(diǎn)，地面坡降在 1/1000 到 1/4000 之間。其具體位置見(jiàn)圖 4。

　　在 2006 年實(shí)施了灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目及 2014 年實(shí)施地下水超采綜合治理地表水灌溉項(xiàng)目以來(lái)，結(jié)合近年來(lái)的其他工程建設(shè)，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(nèi)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

　　數(shù)據(jù)是開(kāi)展評(píng)價(jià)分析的前提，依據(jù)指標(biāo)體系(圖 3、表 2)，將計(jì)算所需數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納分類進(jìn)行搜集，其中水源種類、水質(zhì)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(lái)源于《邯鄲市水資源公報(bào)》《魏縣水資源公報(bào)》，計(jì)量設(shè)施、作物產(chǎn)量、渠道及輸水管道、設(shè)計(jì)灌溉保證率、化肥農(nóng)藥施用量、農(nóng)田漬澇及降水等相關(guān)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《邯鄲統(tǒng)計(jì)年鑒》《魏縣統(tǒng)計(jì)年鑒》，高效節(jié)水面積、地下水埋深、種植結(jié)構(gòu)等相關(guān)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于邯鄲市水利局農(nóng)村水利水電處有關(guān)地下水超采綜合治理的相關(guān)報(bào)告。最終，搜集了軍留灌區(qū) 2010~2019 年共 10 年的相關(guān)數(shù)據(jù)，開(kāi)展典型灌區(qū)農(nóng)田水循環(huán)健康評(píng)價(jià)。

　　3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

　　3.2.1 指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果

　　在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化、標(biāo)準(zhǔn)化處理的基礎(chǔ)上，參照表 2 閾值體系，即可得出農(nóng)田水循環(huán)各指標(biāo)逐年健康狀況，詳見(jiàn)圖 5。整體來(lái)看，近十年健康狀況未發(fā)生變化的指標(biāo)主要包括農(nóng)田防漬排澇達(dá)標(biāo)率、設(shè)計(jì)灌溉保證率、地下水埋深相對(duì)值、計(jì)量設(shè)施配套率、農(nóng)藥面源污染風(fēng)險(xiǎn) 5 個(gè)指標(biāo)。其中，農(nóng)田防漬排澇達(dá)標(biāo)率一直處于“亞健康”狀態(tài)，評(píng)價(jià)結(jié)果較好，究其原因主要是因?yàn)樵谌A北平原，地下水超采嚴(yán)重，導(dǎo)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(duì)較少，發(fā)生農(nóng)田漬澇問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)較低;地下水埋深相對(duì)值、計(jì)量設(shè)施配套率、農(nóng)藥面源污染風(fēng)險(xiǎn)一直處于“嚴(yán)重病態(tài)”，設(shè)計(jì)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(shì)依舊嚴(yán)峻，農(nóng)戶井灌計(jì)量還未跟進(jìn)以及噴藥過(guò)量等問(wèn)題。

　　近十年間狀況逐年向好的水循環(huán)指標(biāo)主要有水源多樣性、灌溉水質(zhì)達(dá)標(biāo)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(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)及種植結(jié)構(gòu)合理性這 7 個(gè)指標(biāo)。其中，水源多樣性、灌溉水質(zhì)達(dá)標(biāo)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(jié)構(gòu)合理性指標(biāo)達(dá)標(biāo)率 6 個(gè)指標(biāo)自 2017 年以來(lái)均處于“一般”及以上狀態(tài)，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)也由 2010 年的“嚴(yán)重病態(tài)”好轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)的逐年改善，反映了地下水超采綜合治理有關(guān)農(nóng)業(yè)項(xiàng)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(shí)施“以水定地”，逐步優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)。

　　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(chǎn)率指標(biāo)的健康狀況在“亞健康”及“一般”中波動(dòng)。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(dòng)，但隨著地下水壓采水源置換工程的實(shí)施，該指標(biāo)自 2014 年后呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)，并于 2016 年以后達(dá)到“健康狀態(tài)”。與其他指標(biāo)狀況的變化趨勢(shì)不同，化肥面源污染風(fēng)險(xiǎn)的健康狀況在近十年間呈現(xiàn)惡化趨勢(shì)，由最初的“病態(tài)”降為 2018 年和 2019 年的“嚴(yán)重病態(tài)”，不僅反映出農(nóng)戶過(guò)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(biāo)來(lái)看，近年來(lái)，健康狀況處于“一般”及以上的指標(biāo)個(gè)數(shù)逐漸增多：2010 年僅 4 個(gè)指標(biāo)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(chǎn)率、種植結(jié)構(gòu)合理性及農(nóng)田防漬排澇達(dá)標(biāo)率;至 2019 年健康狀況為“一般”及以上的指標(biāo)增至 9 個(gè)，其中新增加的指標(biāo)為水源多樣性、灌溉水質(zhì)達(dá)標(biāo)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(gè)指標(biāo)，這也說(shuō)明了軍留灌區(qū)農(nóng)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(píng)價(jià)結(jié)果

　　根據(jù) 2.5 所述，分別利用綜合指數(shù)法及灰色關(guān)聯(lián)分析，評(píng)價(jià)了軍留灌區(qū)農(nóng)田水循環(huán)維度健康狀況，結(jié)果如表 4 所示。

　　由表 4 可知，兩種方法對(duì)各維度的評(píng)價(jià)結(jié)果基本呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)，僅有少部分等級(jí)判定結(jié)果存在一些差異。具體來(lái)看，水源維度逐年健康等級(jí)均由 2010 年的“嚴(yán)重病態(tài)”好轉(zhuǎn)為 2016 年及以后的“一般”，但與灰色關(guān)聯(lián)分析的階梯式上升不同，綜合指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果是由“嚴(yán)重病態(tài)”到“病態(tài)”再好轉(zhuǎn)為“一般”的緩慢上升狀態(tài)。

　　取輸水子過(guò)程的健康狀況也均呈現(xiàn)逐漸上升趨勢(shì)，綜合指數(shù)法的結(jié)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(guān)聯(lián)分析的階梯狀上升結(jié)果則更加顯著，由 2010 年的“嚴(yán)重病態(tài)” 跳躍到 2017 年及以后的“亞健康”狀態(tài)。

　　就用耗水評(píng)價(jià)逐年變化趨勢(shì)來(lái)看，兩類結(jié)果都呈現(xiàn)逐年遞增趨勢(shì)，但最終的等級(jí)評(píng)價(jià)略有不同;其中，綜合指數(shù)法的結(jié)果呈現(xiàn)由 2010 年的“病態(tài)”好轉(zhuǎn)為 2015 年及以后的“一般”的逐漸遞增趨勢(shì);而灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果則經(jīng)歷“嚴(yán)重病態(tài)”、“病態(tài)”、“一般”，并最終于 2017 年達(dá)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(píng)價(jià)等級(jí)為一般，但其評(píng)分均在 3.90 左右，已非常趨近“亞健康”等級(jí)。

　　退排水過(guò)程評(píng)價(jià)結(jié)果近十年來(lái)無(wú)較大變化，大多數(shù)處于“病態(tài)”，其中綜合指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果在 2018 年開(kāi)始出現(xiàn)輕微惡化趨勢(shì);而灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果則無(wú)趨勢(shì)，一直呈現(xiàn)“病態(tài)”。

　　基于上述內(nèi)容，結(jié)合 3.2.1 的結(jié)果可知，維度評(píng)價(jià)與指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果息息相關(guān)。其中，水源維度中，除地下水埋深相對(duì)值的健康狀況近年來(lái)無(wú)變化，其余指標(biāo)均呈現(xiàn)出逐年向好的趨勢(shì)，因而該維度整體呈現(xiàn)逐年好轉(zhuǎn)的趨勢(shì);取輸水維度中設(shè)計(jì)灌溉保證率、計(jì)量設(shè)施配套率的健康狀況近年來(lái)無(wú)變化，而其余兩指標(biāo)的健康狀況逐年改善并最終達(dá)到健康狀態(tài)，對(duì)于該維度健康的逐年向好具有較大的貢獻(xiàn);用耗水維度的水分生產(chǎn)率評(píng)價(jià)結(jié)果雖然出現(xiàn)波動(dòng)，但整體評(píng)價(jià)較好，其余三個(gè)指標(biāo)健康狀況近年來(lái)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(fēng)險(xiǎn)和農(nóng)藥面源污染風(fēng)險(xiǎn)兩個(gè)指標(biāo)一直處于病態(tài)影響了整個(gè)退排水維度的評(píng)價(jià)結(jié)果，成為農(nóng)田水循環(huán)健康的薄弱環(huán)節(jié)。對(duì)比維度健康的變化趨勢(shì)，近年來(lái)魏縣及灌區(qū)采取的一系列措施對(duì)水源、取輸水子過(guò)程、用耗水子過(guò)程三個(gè)維度的健康改善較為顯著，此后加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源污染的治理、改善退排水過(guò)程的健康狀況是灌區(qū)乃至未來(lái)邯鄲市農(nóng)田綠色高質(zhì)量發(fā)展的提升改進(jìn)重點(diǎn)。

　　3.2.3 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

　　分別利用綜合指數(shù)法及灰色關(guān)聯(lián)分析，評(píng)價(jià)軍留灌區(qū)農(nóng)田水循環(huán) 2010~2019 年逐年健康綜合狀況，其評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖 6。

　　可知，近十年來(lái)，軍留灌區(qū)農(nóng)田水循環(huán)健康狀況有所好轉(zhuǎn)，兩種方法的總體變化趨勢(shì)相似。其中，灰色關(guān)聯(lián)分析評(píng)價(jià)結(jié)果變化稍大，其評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，2010~2015 年間該灌區(qū)農(nóng)田水循環(huán)健康狀況均為“嚴(yán)重病態(tài)”，此后開(kāi)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(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，健康狀況為“亞健康”;綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果的變化幅度較小，分值范圍在 2.36~3.58 之間，對(duì)應(yīng)的健康等級(jí)為由 2010 年的“病態(tài)”逐漸好轉(zhuǎn)為 2016 年及以后的“一般”，但 2017 年及以后的評(píng)分相對(duì)較高，均超過(guò)了 3.50。

　　對(duì)比綜合指數(shù)法與灰色關(guān)聯(lián)分析的等級(jí)評(píng)定差異可知，綜合指數(shù)法由于等級(jí)界定規(guī)則，即便評(píng)分已經(jīng)趨好并逼近臨界值，但狀態(tài)評(píng)價(jià)仍然不能升級(jí);在這一方面，灰色關(guān)聯(lián)分析的等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果相比更加合理。然而在趨勢(shì)走向上，由于灰色關(guān)聯(lián)分析僅以數(shù)據(jù)判定，所以變化趨勢(shì)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(gè)趨勢(shì)走向的表征上與實(shí)際更加相符。

　　4 結(jié)論

　　通過(guò)解析灌區(qū)農(nóng)田水循環(huán)結(jié)構(gòu)，剖析了農(nóng)田健康水循環(huán)的概念，選用層次分析-熵權(quán)組合法計(jì)算權(quán)重，構(gòu)建了基于水源-取輸水-用耗水-退排水循環(huán)過(guò)程的灌區(qū)農(nóng)田水循環(huán)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，分別采用綜合指數(shù)法及灰色關(guān)聯(lián)分析法評(píng)價(jià)了軍留灌區(qū) 2010~2019 年農(nóng)田水循環(huán)健康狀況，主要得出以下結(jié)論：

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

　　(2)近十年來(lái)，軍留灌區(qū)農(nóng)田水循環(huán)健康狀態(tài)逐年向好，評(píng)價(jià)結(jié)果為“一般”及以上的指標(biāo)總個(gè)數(shù)由 2010 年的 4 個(gè)增長(zhǎng)至 2019 年的 9 個(gè);水源、取輸水子過(guò)程、用耗水子過(guò)程的水循環(huán)健康狀況得到逐年顯著提升，退排水子過(guò)程的健康狀況最差，大部分時(shí)間處于“病態(tài)”。

　　(3)無(wú)論維度或綜合評(píng)價(jià)，兩種方法的變化趨勢(shì)基本一致，在等級(jí)評(píng)定上略有差異。對(duì)比而言，灰色關(guān)聯(lián)分析在評(píng)分逼近臨界值時(shí)的等級(jí)評(píng)定較為合理，而綜合指數(shù)法在整個(gè)趨勢(shì)走向的表征上相對(duì)客觀。

　　目前農(nóng)田水循環(huán)健康評(píng)價(jià)研究仍然處于發(fā)展探究階段，指標(biāo)體系還需要進(jìn)一步完善和不斷優(yōu)化。此外，灌區(qū)農(nóng)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(gè)灌區(qū)具有較大的挑戰(zhàn);未來(lái)，可采用基礎(chǔ)資料搜集和水文模型模擬輸出相結(jié)合的辦法，為大尺度區(qū)域開(kāi)展農(nóng)田水循環(huán)健康評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支撐。