丹江流域徑流養(yǎng)分的空間變異特征

成玉婷，徐國策，李　鵬，劉曉君，張鐵鋼，龍菲菲

(西安理工大學 西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國家重點實驗室培育基地，陜西 西安 710048)

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丹江流域徑流養(yǎng)分的空間變異特征

成玉婷，徐國策，李鵬，劉曉君，張鐵鋼，龍菲菲

(西安理工大學 西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國家重點實驗室培育基地，陜西 西安 710048)

[摘要]【目的】 研究丹江流域徑流養(yǎng)分的空間變異特征，為加強丹江流域的水質管理和調控提供指導?！痉椒ā?于2013年6月至7月，沿丹江干流自上游到下游采集25份水樣，并在丹江上游、中游和下游典型小流域分別采集11，6和8個水樣，分析丹江干流及典型小流域中徑流養(yǎng)分的分布特征?！窘Y果】 丹江干流徑流中電導率(EC)均值為0.45 dS/m，硝態(tài)氮-N)、銨態(tài)氮-N)、總氮(TN)、總磷(TP)質量濃度平均值分別為6.35，0.21，10.17和0.04 mg/L，其中硝態(tài)氮-N)變異系數(shù)為136%，具有較強的空間變異特征，其他指標均為中等變異。與干流徑流相比，上游小流域和下游小流域水體中-N、TN、TP質量濃度及EC總體偏低，而中游小流域水體總體偏高?！窘Y論】 丹江干流徑流含微量鹽水，TN質量濃度超出地表水環(huán)境質量Ⅴ類水標準，其他指標均符合地表水環(huán)境質量標準Ⅱ類水標準，除-N外，丹江流域水體其他養(yǎng)分自上游到下游均表現(xiàn)為逐漸富集，其中TP質量濃度在中游略有下降。

[關鍵詞]丹江流域；徑流養(yǎng)分；小流域；空間變異

丹江流域是南水北調中線工程的重要水源地，流經(jīng)陜西省的安康、商洛等地，屬于陜南土石山區(qū)。該地區(qū)土層較薄，壤中流發(fā)育活躍[1]；降雨集中且暴雨較多，水土流失嚴重[2]，并伴隨大量污染物進入水體，直接對丹江口水庫庫區(qū)的水質產生較大影響，威脅水源區(qū)的水質安全，因此加強丹江流域水質監(jiān)測和研究，對于確?！耙唤逅┍本睉?zhàn)略目標的實現(xiàn)具有非常重要的意義[3-4]。

近年來，生態(tài)環(huán)境建設對水質的影響一直是人們關注的熱點問題[5-10]，水在生態(tài)環(huán)境建設中具有重要的地位，水源涵養(yǎng)林對水質影響較大，采取“退耕還林”措施可以減少由于農田施肥造成的非點源污染，降低水質的渾濁度和氨氮含量[11-12]。由于城市化使土地利用發(fā)生變化，影響了流域水質和其他物理特性，從而發(fā)生潛在的非點源污染[13]。加之大量的人類活動引起流域土地覆蓋及土地管理措施變化,對流域水質變化也產生了顯著影響[14-15]。研究發(fā)現(xiàn)，水土保持措施是防治非點源污染,保護水源水質,保障飲水安全的重要手段[16]。隨著丹江流域生態(tài)建設活動的不斷深入，需要對現(xiàn)階段丹江干流的水質特征進行監(jiān)測和分析，并將其與沿程小流域聯(lián)系起來，闡明水質變化的原因，以為流域綜合治理和生態(tài)建設布局提供依據(jù)。

在對丹江流域的治理過程中，應以水環(huán)境保護問題為重點，加快水土保持生態(tài)環(huán)境的建立，創(chuàng)建生態(tài)清潔小流域，為丹江水源區(qū)的水質安全問題提供科學保障。然而目前針對丹江流域徑流水質問題的研究還相對較少，故本研究對丹江干流及其沿岸小流域水體中的養(yǎng)分分布特征進行了分析，旨在為保護南水北調中線水源區(qū)的水質清潔，建設清水走廊提供重要的依據(jù)。

1研究區(qū)概況

丹江發(fā)源于陜西省商洛市西北部的鳳凰山南麓，在湖北省注入丹江口水庫，全長443 km，是漢江的主要支流(圖1)。丹江流域降水量受氣候和地形的影響，降水分布極不均勻，年降水量隨地形高度增加而遞增，因而山地為多雨區(qū)，且暴雨較多，中上游為暴雨多發(fā)區(qū)，河谷及附近川道為少雨區(qū)，丹江上游為高山區(qū)，年蒸發(fā)量小，在979.3～1 271.2 mm，下游蒸發(fā)量大，年水面蒸發(fā)量在1 112.9～1 557.5 mm；蒸發(fā)量的年內變化與氣溫關系密切，冬季氣溫低，蒸發(fā)量小，最小月蒸發(fā)量為27.8 mm，不足年蒸發(fā)量的3%，最大月蒸發(fā)量為263.9 mm，占年蒸發(fā)量的20%以上。

閔家河小流域和蒿坪溝小流域位于丹江上游，是丹江口水庫上游重要水源涵養(yǎng)區(qū)。小流域內林地面積大，森林覆蓋率高，植被覆蓋率為84.1%，主要樹種有松、櫟、柏，灌木林種有馬桑、杜鵑、荊條等。農作物種類主要有玉米、小麥、豆類、馬鈴薯等。

花園口小流域和王家塬小流域位于丹江中游。小流域靠近城鎮(zhèn)，土地覆蓋類型主要以農耕地和林地為主，自然植被覆蓋率為50%左右，主要農作物有玉米、小麥、豆類等。

鸚鵡溝小流域和兩岔河小流域位于丹江下游。小流域內土地覆蓋類型以農地、林地和草地為主。主要農作物有小麥、玉米和花生等，林地以喬、灌木為主，喬木以櫟樹、松樹為主；草地以禾本科的草為主，自然林草覆蓋率在70%以上。

2研究方法

2.1采樣方法

2013年6月到7月，沿丹江干流自上游到下游采集徑流樣品，共采集水樣25個，并在丹江上游、中游和下游的典型小流域內采集水樣，采樣數(shù)分別為11，6和8份，采樣的同時用GPS進行定位，記錄每個采樣點的位置，采樣點分布如圖1所示。每個點采集水樣250 mL，并將其保存在便攜式冰箱中，帶回實驗室后分析水質參數(shù)。

2.2樣品測定與分析方法

水體養(yǎng)分質量濃度標準采用地表水環(huán)境質量標準(GB 3838-2002)[17]。

圖 1　研究區(qū)位置及采樣點分布圖

3結果與分析

3.1丹江干流徑流養(yǎng)分總體特征

表 1　丹江干流徑流養(yǎng)分總體特征(n=25)

3.2丹江干流徑流養(yǎng)分的空間分布特征

表 2　丹江干流上、中、下游徑流養(yǎng)分統(tǒng)計特征

圖 2　丹江干流上、中、下游徑流養(yǎng)分的變化

根據(jù)丹江干流徑流養(yǎng)分的空間分布特征，結合沿程土地利用狀況等進行分析可以發(fā)現(xiàn)，丹江流域TN質量濃度超標是因為流域內農耕地仍占較大面積，氮肥施用量較多，加之流域年降雨量充沛，且暴雨較多，導致流域沿岸水土流失嚴重，氮素隨著水土流失產生的泥沙和降雨徑流進入河道對水體造成污染；同時，該流域還存在城鎮(zhèn)生產生活用水的排放現(xiàn)象[20-21]。因此，需要加強對丹江流域水體TN污染的防治工作。

3.3丹江流域沿程小流域徑流養(yǎng)分特征

表 3　丹江流域沿程小流域的水體養(yǎng)分統(tǒng)計特征

3.4丹江干流與小流域的徑流養(yǎng)分特征對比

表 4　丹江干流與小流域的徑流養(yǎng)分對比

綜上所述，丹江流域水體中養(yǎng)分主要在中游流域富集，上游流域和小游流域水體中養(yǎng)分質量濃度較低，這是因為中游流域農業(yè)集約化程度比較高，農業(yè)施肥隨水土流失產生的泥沙和降雨徑流進入河道，對水質造成污染，加之中游流域靠近城鎮(zhèn)，生活污水的排放直接污染了小流域的水質；而上游流域和下游流域自然植被覆蓋度較高，有效地降低了水土流失量，減少了污染物的排放，因此水質較好[22]。

4結論

本研究從丹江干流徑流養(yǎng)分總體分布特征以及沿程小流域徑流養(yǎng)分變化等方面，對丹江流域的徑流養(yǎng)分空間變異進行了分析，結果表明：

3)丹江流域徑流中養(yǎng)分主要在中游流域富集，上游流域和下游流域養(yǎng)分質量濃度較低。

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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：網(wǎng)絡出版時間:2016-03-1408:4510.13207/j.cnki.jnwafu.2016.04.013

[收稿日期]2014-08-21

[基金項目]國家科技支撐計劃項目(2011BAD31B01)；水利部公益性行業(yè)科研專項(201201084)；陜西省自然科學基礎研究計劃項目(2014JQ5175)

[作者簡介]成玉婷(1987-)，女，陜西渭南人，在讀博士，主要從事水土流失和非點源污染調控研究。[通信作者]李鵬(1974-)，男，山東煙臺人，教授，博士生導師，主要從事水土資源與環(huán)境研究。E-mail:lipeng74@163.com

[中圖分類號]TU991.21

[文獻標志碼]A

[文章編號]1671-9387(2016)04-0093-07

網(wǎng)絡出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20160314.0845.026.html

E-mail:chengyutingstar@163.com