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水污染是人类目前面临的重要问题之一,我国处于水污染构成的转变期,面源污染的贡献率逐步上升。汉江作为南水北调中线工程的重要水源地,同时作为陕西省“引汉济渭”的源头,其水质问题事关紧要。本文以径流小区、薛家坝小流域、汉江汉中断面以上流域为主要研究区域,以TN、TP、NH3-N、COD为主要研究指标,面源污染为研究对象,研究不同土地利用、坡度等自然要素对产流/污的影响,分析降雨过程中小流域产流/污的过程变化,提出了改进径流分割法、改进降雨量差值法、改进径流量差值法、改进输出系数法,结合降雨量差值法、径流量差值法、输出系数法、RENUMA模型估算流域2010-2018年面源污染负荷,并与实际值进行比较,验证四种新方法的准确性,明确八种方法在汉江流域的适用性,对各方法进行评价分析,并对研究流域进行面源污染来源解析、时空分布特征研究以及关键源区的识别。论文得到的主要结论如下:(1)受土壤含水率的影响,实验分析表明林草地产流量比耕地大,坡度越小、植被覆盖度越高其产流量越小,坡面不平整会导致产流量降低。耕地的出流浓度比林草地的高,且坡度越小、植物覆盖度越大、植物生长情况越好污染物的浓度越低,土地利用、坡面平整度、植被覆盖度是影响TN负荷产出的主要因素;植被覆盖度和其生长情况、土壤含磷量是影响TP负荷产出的主要因素;土地利用和坡度是影响NH3-N负荷产出的主要因素;坡度和坡面平整度是影响COD负荷产出的主要因素。(2)降雨过程中小流域TN浓度超标,为劣五类,出流量先增大后减小,且存在滞后性。小流域产流系数为0.469,年均地表产流量为2.70× 106m3,年均基流总量为1.04×106m3,年径流总量为3.74×106m3,年径流模数为73.19万m3/(a·km2)。TN负荷通量随瞬时流量变化一致,呈现先增加后减少的趋势;TP负荷通量在降雨初期较大,随后迅速降低,可能是颗粒态磷在初期的降雨冲刷下进入河道,导致其通量增加;降雨影响下的TN和TP负荷通量远大于非汛期时的负荷通量。(3)四种改进的方法均验证成功。改进径流分割法减少了水质数据的需求量,较为准确地估算了流域TN、TP、COD面源污染负荷,年均相对误差分别为14.26%、34.80%、14.47%;改进降雨量差值法和改进径流量差值法提高了模型的适用范围和精度,较为准确地估算了流域TN、COD面源污染负荷,年均相对误差分别为39.94%、34.98%和18.36%、15.47%;改进输出系数法估算结果相比其他方法更加精确,流域TN、NH3-N、COD面源污染负荷的年均误差分别为11.51%、16.44%、15.47%。(4)另外四种面源污染负荷估算方法中,降雨量差值法的关系式构建失败,径流量差值法TN、NH3-N、COD构建关系式失败,TP年均相对误差较大,可能是考虑的自然因素过于单一,未考虑环境变化等因素;输出系数法估算结果偏大,可能是降雨、坡度、地形地貌、入河损失、水体降解等因素考虑不足;RENUMA模型除2016年(特枯年)外的相对误差为22.46%,可准确估算流域除特枯年份外的TN负荷量。(5)耕地、林地、猪、农村人口的面源污染负荷量较高,合计占比达到TN、TP、NH3-N、COD的87.30%、89.04%、86.61%、75.64%,是研究流域的主要污染来源。TN、TP、NH3-N、COD负荷在丰水期占比分别达到70.2%、68.5%、72.8%和68.8%,年均降雨量占比63.7%,年均地表径流占比66.2%,丰水期面源负荷的产出量与降雨量/地表径流量呈正相关;2011-2017年面源污染负荷量、丰水期的面源污染占比波动下降,与各年的降雨分布有关;受降雨量的影响,除氨氮外,偏丰年的丰水期面源污染占比最高,其次是特丰年、平水年、特枯年;全年和丰水期NH3-N负荷量占TN比例相近,全年占比呈现偏丰年>平水年>特丰年>特枯年。面源污染负荷量的主要来源县区为勉县、南郑、留坝、宁强,年均TN、TP、NH3-N、COD负荷占总流域的75.95%、76.74%、76.30%、76.04%。在四种污染监测指标中勉县和宁强县均为严重污染地区,总面积占比仅为36.87%,但TN、TP、NH3-N、COD的污染流失量占比达到46.76%、47.48%、46.47%和46.54%,可能在于两个县区的耕地面积、养殖猪和农村人口的数量达到总流域的50%以上。