丹汉江流域水土流失非点源污染过程与调控研究

　　本书依据流域-区域侵蚀环境特征以及区域土壤侵蚀与水沙演变规律，结合丹汉江流域土地利用变化及景观格局变化特征，选择并构建指标体系对丹汉江流域生态安全进行评价，确定丹汉江水源区非点源污染物的空间分布及其负荷；从坡面和流域两个尺度阐明径流-泥沙-污染物的迁移过程，建立径流-泥沙-污染物的流失关系。阐明非点源污染物迁移与转化规律，对未来不同治理情景下水土流失与非点源排放量进行预测；通过研究梯田、生态沟、植被过滤带、耕作措施等水土保持措施对非点源污染控制作用，结合已经成熟的湿地多水塘系统、测土配方施肥技术、生态拦截技术、畜禽污染控制技术、农业废弃物处理技术。提出丹汉江水源区流域-河流治理模式，突出小流域治理模式以立体+水平配置的水土保持治理模式为主，将小流域治理模式归纳总结为四种模式：生态农业型、生态清洁型、生态观光型、水土保持示范园型；分析陕南地区现存生态问题，评价非点源污染经济损失价值，通过土地利用结构调整与产业调整，科学布局，准确定位，提出陕南未来水土保持非点源污染治理战略规划及措施。

　　李占斌，西安理工大学水利水电学院院长中科院黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室主任。 2015年7月31日任西安理工大学党委常委、副校长。

总序一

总序二

总序三

前言

第1章 绪论 1 

1.1 坡面产流产沙与养分流失 2 

1.1.1 坡面覆盖对产流产沙的影响 2

1.1.2 植被覆盖对氮磷流失的影响 3

1.1.3 耕作方式对氮磷流失的影响 4

1.1.4 水土保持措施对氮磷流失的影响 4

1.2 流域非点源污染过程与控制 5 

1.2.1 非点源污染的发生机理 5

1.2.2 土地利用变化对非点源污染的影响 8

1.3 非点源污染的研究方法与模型研究进展 9 

参考文献 11

第2章 丹汉江流域概况 21

2.1 自然条件 21 

2.1.1 地形地貌 22

2.1.2 土壤 22

2.1.3 水文地质 23

2.1.4 植被与土地利用 23

2.1.5 水资源及利用状况 25

2.1.6 水土流失现状 25

2.1.7 水土保持发展历史 26

2.2 农村社会经济条件 27 

2.2.1 人口及组成 27

2.2.2 农村社会经济 28

2.3 水土流失与非点源污染状况 30 

2.3.1 水土流失类型 30

2.3.2 水土流失的危害 30

2.3.3 水土流失的原因 31

2.3.4 非点源污染状况 32

参考文献 33

第3章 丹汉江流域侵蚀环境特征 34

3.1 典型小流域侵蚀环境特征 34 

3.1.1 降雨与侵蚀 34

3.1.2 土壤理化性质变化特征 42

3.1.3 土壤可蚀性空间变化特征 50

3.2 典型县域土壤侵蚀和土地利用的地貌分布特征 60 

3.2.1 土壤侵蚀空间分布的地貌特征 60

3.2.2 土地利用空间分布的地貌特征 66

3.3 区域土壤侵蚀与水沙演变 70 

3.3.1 丹江土壤侵蚀量模拟 70

3.3.2 丹汉江土壤侵蚀量分析 74

3.3.3 水土流失类型分布与分区 76

3.3.4 水土流失的年际变化规律 77

3.3.5 水土保持重点防治分区 78

参考文献 81

第4章 丹汉江流域生态安全评价 83

4.1 生态系统健康评价 83 

4.1.1 生态系统健康评价理论与方法 83

4.1.2 区域生态系统健康评价 85

4.2 陕南地区生态系统健康评价 92 

4.2.1 区域主要污染物排放特征分析 92

4.2.2 丹汉江水源区生态安全评价 92

4.2.3 生态安全评价研究进展 94

4.3 区域水生态安全制约因素分析 99 

4.3.1 水源区自然条件 99

4.3.2 水源区经济条件 100

4.3.3 水源区环境条件 100

4.4 南水北调水源区(陕西片)生态安全评价指标体系 102 

4.4.1 水源区生态安全评价指标体系选择的原则 102

4.4.2 水源区生态安全评价指标构建 103

4.4.3 水源区生态安全评价指标体系框架 103

4.5 区域水环境安全特征演变——以商洛市为例 104 

4.5.1 TOPSIS法 104

4.5.2 综合指数法 106

4.5.3 投影寻踪分类法 107

参考文献 110

第5章 流域土地利用变化与景观格局演变 112 

5.1 丹汉江流域土地利用变化 112 

5.1.1 土地利用现状分析 112

5.1.2 土地利用转移分析 122

5.1.3 土地利用/覆被变化驱动力分析 137

5.2 丹汉江流域景观格局演变 147 

5.2.1 评价区景观类型与指数 147

5.2.2 丹江流域景观格局演变 150

5.2.3 主要站点控制流域景观格局演变 153

参考文献 164

第6章 丹汉江水源区非点源污染源分布与负荷 165 

6.1 水源区的污染物种类及危害 165 

6.1.1 非点源污染发生的特征 165

6.1.2 非点源污染的危害 166

6.2 水源区各市(县)污染物分布 169 

6.2.1 污染源的总体分布情况 169

6.2.2 污染物类型与来源的县域分布特征 172

6.3 非点源污染负荷与农村生产的关系 178 

6.3.1 非点源污染与种植业的关系 178

6.3.2 非点源污染与畜禽养殖的关系 178

6.4 非点源污染与农村生活的关系 179 

6.4.1 生活污水量及人粪尿排放 179

6.4.2 固体废弃物量 179

6.4.3 化肥施用及流失 180

6.4.4 农村生活对区域非点源污染的贡献 180

6.4.5 陕南地区县域水土流失非点源分布与负荷特征 181

参考文献 182

第7章 丹江鹦鹉沟流域坡面氮磷流失迁移规律 184 

7.1 鹦鹉沟流域天然降雨条件下坡面氮磷流失特征 184 

7.1.1 坡面氮素流失特征 184

7.1.2 坡面磷素流失特征 185

7.1.3 不同土地利用条件下养分流失特征 187

7.2 模拟降雨条件下鹦鹉沟流域坡面氮磷流失特征 188 

7.2.1 模拟降雨试验设计 188

7.2.2 径流过程 189

7.2.3 模拟降雨条件下氮素迁移过程 190

7.2.4 模拟降雨条件下坡面磷素迁移特征 193

7.3 野外模拟降雨条件下水土流失与非点源污染过程 196 

7.3.1 模拟降雨条件下水土流失过程 196

7.3.2 模拟降雨条件下养分流失过程 212

参考文献 237

第8章 汉江后沟小流域坡面水土-养分流失过程 240

8.1 坡面径流过程与模拟研究 240 

8.1.1 坡面地表径流变化过程 240

8.1.2 坡面壤中流变化过程与特征 243

8.1.3 径流曲线数法(SCS法)估算小区产流量 247

8.2 流域侵蚀输沙过程研究 252 

8.2.1 不同径流小区土壤侵蚀量变化 252

8.2.2 小流域出口径流-泥沙变化过程 254

8.2.3 通用土壤流失方程(USLE)估算土壤侵蚀量 260

8.2.4 小流域土壤侵蚀输沙特征 261

8.3 不同土地利用下小区氮磷流失变化过程 264 

8.3.1 坡面径流中氮磷流失特征 264

8.3.2 壤中流硝氮流失变化特征 268

8.3.3 产流量与总氮流失关系 271

8.3.4 泥沙与总磷流失关系 272

参考文献 272

第9章 梯田的水土-养分保持作用 275

9.1 材料和方法 275 

9.1.1 研究区概况 275

9.1.2 样地特征及土样采集 275

9.1.3 土壤样品测定 276

9.1.4 数据处理方法 277

9.1.5 土壤养分储量计算 277

9.1.6 土壤可蚀性K值计算公式 277

9.1.7 半方差函数的理论模型 277

9.2 梯田土壤养分时空变化及其影响因素研究 278 

9.2.1 梯田土壤养分的总体含量特征 278

9.2.2 梯田土壤养分的水平分布特征 280

9.2.3 梯田土壤养分的垂直分布特征 282

9.2.4 梯田台阶的土壤养分分布特征 283

9.2.5 梯田规格对土壤养分含量的影响 287

9.3 坡改梯土壤养分空间变异性及有效性对比研究 288 

9.3.1 土壤养分的总体含量特征 289

9.3.2 土壤养分的空间结构分析 290

9.3.3 空间插值分析 291

9.3.4 土壤养分有效性对比 294

9.4 不同治理年限坡改梯的土壤理化性质演变 296 

9.4.1 不同治理年限坡改梯的土壤理化性质演变 296

9.4.2 坡改梯对土壤可蚀性的影响 302

参考文献 304

第10章 丹汉江小流域氮磷流失迁移规律 307

10.1 鹦鹉沟小流域水土-养分流失过程 307 

10.1.1 鹦鹉沟小流域断面氮素流失特征 307

10.1.2 鹦鹉沟小流域断面养分水平迁移特征 309

10.2 石泉饶峰河流域水土-养分流失过程 313 

10.2.1 坡面土壤机械组成变化 313

10.2.2 流域水沙过程 313

10.2.3 流域把口站水质变化规律 317

10.2.4 石泉后沟小流域水土-养分流失关系模拟 319

10.3 汉滨余姐河流域水土-养分流失过程 321 

10.3.1 汉滨余姐河流域泥沙过程 321

10.3.2 汉滨余姐河流域把口站水质变化规律 322

10.4 小流域自净能力分析 324 

10.4.1 后沟小流域自净能力分析 324

10.4.2 鹦鹉沟小流域自净能力分析 325

参考文献 326

第11章 丹江流域景观格局演变与水质动态响应关系 327

11.1 土壤侵蚀及其与景观格局响应关系 327 

11.2 流域土壤与全磷 330 

11.2.1 流域土壤粒径分布特征 330

11.2.2 流域不同土壤粒径全磷特征 331

11.3 丹江水沙与磷素 332 

11.3.1 丹江水体总磷 333

11.3.2 丹江泥沙粒径分布特征 334

11.3.3 不同粒径泥沙的全磷分布特征 335

11.3.4 丹江泥沙沿程全磷变化特征 335

11.3.5 丹江水沙磷素转换过程 336

11.4 流域磷素流失模数 337 

参考文献 338

第12章 流域水土保持治理效益及评价 342

12.1 陕南地区水土保持生态建设项目的规划与实施 342 

12.1.1 陕西省水土保持项目规划 342

12.1.2 项目实施情况 342

12.1.3 “丹治”工程的效益 343

12.2 重点水土保持工程完成情况和适宜性评价 348 

12.2.1 水土保持工程的动态特征 348

12.2.2 评价指标的选择及指标体系的建立 348

12.2.3 基于层次分析法的水土保持工程适宜性评价 350

12.2.4 基于主成分分析法的水土保持工程适宜性评价 353

12.3 基于水土保持的生态安全评价 358 

12.3.1 指标体系的建立 358

12.3.2 权重的确定 361

12.3.3 指标现状值与标准值 364

12.3.4 评价方法 365

12.3.5 评价结果 370

参考文献 370

第13章 氮磷流失预测及其不同治理格局优化配置 372

13.1 流域水土保持治理演变模型 372 

13.1.1 坡面演变模型 372

13.1.2 流域演变模型 373

13.2 修正通用土壤流失方程各因子确定 373 

13.3 流域水土保持治理下的土壤侵蚀和养分流失预测 375 

13.3.1 水土保持措施下土壤侵蚀动态理论分析 375

13.3.2 水土保持措施下土壤侵蚀动态实例分析 378

13.3.3 水土保持措施下丹江流域泥沙氮素流失分析 380

13.3.4 水土保持措施下丹江流域径流氮素流失分析 381

13.4 水土保持治理下的土壤侵蚀和全磷流失 382 

13.4.1 丹汉江