丹江流域径流养分的空间变异特征

成玉婷，徐国策，李　鹏，刘晓君，张铁钢，龙菲菲

(西安理工大学 西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地，陕西 西安 710048)



丹江流域径流养分的空间变异特征

成玉婷，徐国策，李鹏，刘晓君，张铁钢，龙菲菲

(西安理工大学 西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地，陕西 西安 710048)

[摘要]【目的】 研究丹江流域径流养分的空间变异特征，为加强丹江流域的水质管理和调控提供指导。【方法】 于2013年6月至7月，沿丹江干流自上游到下游采集25份水样，并在丹江上游、中游和下游典型小流域分别采集11，6和8个水样，分析丹江干流及典型小流域中径流养分的分布特征。【结果】 丹江干流径流中电导率(EC)均值为0.45 dS/m，硝态氮-N)、铵态氮-N)、总氮(TN)、总磷(TP)质量浓度平均值分别为6.35，0.21，10.17和0.04 mg/L，其中硝态氮-N)变异系数为136%，具有较强的空间变异特征，其他指标均为中等变异。与干流径流相比，上游小流域和下游小流域水体中-N、TN、TP质量浓度及EC总体偏低，而中游小流域水体总体偏高。【结论】 丹江干流径流含微量盐水，TN质量浓度超出地表水环境质量Ⅴ类水标准，其他指标均符合地表水环境质量标准Ⅱ类水标准，除-N外，丹江流域水体其他养分自上游到下游均表现为逐渐富集，其中TP质量浓度在中游略有下降。

[关键词]丹江流域；径流养分；小流域；空间变异

丹江流域是南水北调中线工程的重要水源地，流经陕西省的安康、商洛等地，属于陕南土石山区。该地区土层较薄，壤中流发育活跃[1]；降雨集中且暴雨较多，水土流失严重[2]，并伴随大量污染物进入水体，直接对丹江口水库库区的水质产生较大影响，威胁水源区的水质安全，因此加强丹江流域水质监测和研究，对于确保“一江清水供北京”战略目标的实现具有非常重要的意义[3-4]。

近年来，生态环境建设对水质的影响一直是人们关注的热点问题[5-10]，水在生态环境建设中具有重要的地位，水源涵养林对水质影响较大，采取“退耕还林”措施可以减少由于农田施肥造成的非点源污染，降低水质的浑浊度和氨氮含量[11-12]。由于城市化使土地利用发生变化，影响了流域水质和其他物理特性，从而发生潜在的非点源污染[13]。加之大量的人类活动引起流域土地覆盖及土地管理措施变化,对流域水质变化也产生了显著影响[14-15]。研究发现，水土保持措施是防治非点源污染,保护水源水质,保障饮水安全的重要手段[16]。随着丹江流域生态建设活动的不断深入，需要对现阶段丹江干流的水质特征进行监测和分析，并将其与沿程小流域联系起来，阐明水质变化的原因，以为流域综合治理和生态建设布局提供依据。

在对丹江流域的治理过程中，应以水环境保护问题为重点，加快水土保持生态环境的建立，创建生态清洁小流域，为丹江水源区的水质安全问题提供科学保障。然而目前针对丹江流域径流水质问题的研究还相对较少，故本研究对丹江干流及其沿岸小流域水体中的养分分布特征进行了分析，旨在为保护南水北调中线水源区的水质清洁，建设清水走廊提供重要的依据。

1研究区概况

丹江发源于陕西省商洛市西北部的凤凰山南麓，在湖北省注入丹江口水库，全长443 km，是汉江的主要支流(图1)。丹江流域降水量受气候和地形的影响，降水分布极不均匀，年降水量随地形高度增加而递增，因而山地为多雨区，且暴雨较多，中上游为暴雨多发区，河谷及附近川道为少雨区，丹江上游为高山区，年蒸发量小，在979.3～1 271.2 mm，下游蒸发量大，年水面蒸发量在1 112.9～1 557.5 mm；蒸发量的年内变化与气温关系密切，冬季气温低，蒸发量小，最小月蒸发量为27.8 mm，不足年蒸发量的3%，最大月蒸发量为263.9 mm，占年蒸发量的20%以上。

闵家河小流域和蒿坪沟小流域位于丹江上游，是丹江口水库上游重要水源涵养区。小流域内林地面积大，森林覆盖率高，植被覆盖率为84.1%，主要树种有松、栎、柏，灌木林种有马桑、杜鹃、荆条等。农作物种类主要有玉米、小麦、豆类、马铃薯等。

花园口小流域和王家塬小流域位于丹江中游。小流域靠近城镇，土地覆盖类型主要以农耕地和林地为主，自然植被覆盖率为50%左右，主要农作物有玉米、小麦、豆类等。

鹦鹉沟小流域和两岔河小流域位于丹江下游。小流域内土地覆盖类型以农地、林地和草地为主。主要农作物有小麦、玉米和花生等，林地以乔、灌木为主，乔木以栎树、松树为主；草地以禾本科的草为主，自然林草覆盖率在70%以上。

2研究方法

2.1采样方法

2013年6月到7月，沿丹江干流自上游到下游采集径流样品，共采集水样25个，并在丹江上游、中游和下游的典型小流域内采集水样，采样数分别为11，6和8份，采样的同时用GPS进行定位，记录每个采样点的位置，采样点分布如图1所示。每个点采集水样250 mL，并将其保存在便携式冰箱中，带回实验室后分析水质参数。

2.2样品测定与分析方法

水体养分质量浓度标准采用地表水环境质量标准(GB 3838-2002)[17]。

图 1　研究区位置及采样点分布图

3结果与分析

3.1丹江干流径流养分总体特征

表 1　丹江干流径流养分总体特征(n=25)

3.2丹江干流径流养分的空间分布特征

表 2　丹江干流上、中、下游径流养分统计特征

图 2　丹江干流上、中、下游径流养分的变化

根据丹江干流径流养分的空间分布特征，结合沿程土地利用状况等进行分析可以发现，丹江流域TN质量浓度超标是因为流域内农耕地仍占较大面积，氮肥施用量较多，加之流域年降雨量充沛，且暴雨较多，导致流域沿岸水土流失严重，氮素随着水土流失产生的泥沙和降雨径流进入河道对水体造成污染；同时，该流域还存在城镇生产生活用水的排放现象[20-21]。因此，需要加强对丹江流域水体TN污染的防治工作。

3.3丹江流域沿程小流域径流养分特征

表 3　丹江流域沿程小流域的水体养分统计特征

3.4丹江干流与小流域的径流养分特征对比

表 4　丹江干流与小流域的径流养分对比

综上所述，丹江流域水体中养分主要在中游流域富集，上游流域和小游流域水体中养分质量浓度较低，这是因为中游流域农业集约化程度比较高，农业施肥随水土流失产生的泥沙和降雨径流进入河道，对水质造成污染，加之中游流域靠近城镇，生活污水的排放直接污染了小流域的水质；而上游流域和下游流域自然植被覆盖度较高，有效地降低了水土流失量，减少了污染物的排放，因此水质较好[22]。

4结论

本研究从丹江干流径流养分总体分布特征以及沿程小流域径流养分变化等方面，对丹江流域的径流养分空间变异进行了分析，结果表明：

3)丹江流域径流中养分主要在中游流域富集，上游流域和下游流域养分质量浓度较低。

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Spatial variation characteristics of runoff nutrients in Dan River

CHENG Yu-ting,XU Guo-ce,LI Peng,LIU Xiao-jun,ZHANG Tie-gang,LONG Fei-fei

(StateKeyLaboratoryBaseofEco-hydraulicEngineeringinAridArea,Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an,Shaanxi710048,China)

Abstract:【Objective】 The spatial characteristics of runoff nutrients in Dan River were investigated to strengthen water quality management and regulation in Dan River. 【Method】 A total of 25 water samples were collected along the Dan River from upstream to downstream during June and July,2013.There were also 11,6,and 8 samples collected in typical small watersheds of upstream,midstream and downstream,respectively.Then,distribution characteristics of runoff nutrients were analyzed.【Result】 In Dan River,the average electrical conductivity (EC) was 0.45 dS/m and the average contents of nitrate -N),ammonium -N),total nitrogen (TN) and,total phosphorus(TP) were 6.35,0.21,10.17 and 0.04 mg/L,respectively.Nitrate nitrogen -N) had strong spatial variation with coefficient of 136%,while other indicators had medium variations. Compared with the -N,TN,and TP concentrations as well as EC in upstream and downstream small watersheds were lower while those in midstream small watersheds were higher.【Conclusion】 The Dan River runoff was non-saline.Total nitrogen (TN) content was beyond class Ⅴ standards of national surface water environmental quality,while other indexes met the class Ⅱ standards.All nutrients except -N showed gradual accumulation from upstream to downstream,and total phosphorus slightly declined in midstream.

Key words:Dan River;runoff nutrient;small watershed;spatial variability

DOI：网络出版时间:2016-03-1408:4510.13207/j.cnki.jnwafu.2016.04.013

[收稿日期]2014-08-21

[基金项目]国家科技支撑计划项目(2011BAD31B01)；水利部公益性行业科研专项(201201084)；陕西省自然科学基础研究计划项目(2014JQ5175)

[作者简介]成玉婷(1987-)，女，陕西渭南人，在读博士，主要从事水土流失和非点源污染调控研究。[通信作者]李鹏(1974-)，男，山东烟台人，教授，博士生导师，主要从事水土资源与环境研究。E-mail:lipeng74@163.com

[中图分类号]TU991.21

[文献标志码]A

[文章编号]1671-9387(2016)04-0093-07

网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20160314.0845.026.html

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