丹江口水库位于汉江中上游，横跨豫鄂两省，地处鄂西北、豫西南交界处的大巴山、秦岭与江汉平原过渡地带，位于汉江、丹江汇合处，属丘陵盆地型水库(见图1)。丹江口大坝位于汉江中上游交界处的峡谷末端、湖北省丹江口市境内汉江与丹江汇合点下0.8 km处，控制流域面积9.52×10⁴ km²，占汉江流域集水面积的60%。区域属北亚热带大陆性季风气候区，多年平均气温15 ˚C，多年平均降水量815 mm。丹江口库区及上游具有典型“老、少、边、穷”特点。2015年，该流域的总人口约有1.374×10⁴人，城镇居民人均可支配收入约25 000元，农民人均纯收入约8 500元，均低于全国平均水平。区域位于秦巴山集中连片贫困地区，国家扶贫工作重点县26个，省级扶贫工作重点县8个，经济社会发展总体水平较低^[19]。

丹江口库区属于农业主产区，种植业占主导地位。据统计，2017年，十堰市施用化肥总量约1.3×10⁵ t，每公顷耕地化肥施用负荷为550~900 kg，远超过发达国家化肥施用安全标准上限225 kg^[20]。库区典型小流域农业生产及生活对总氮贡献达到46%，畜禽养殖对总氮贡献达到30%^[21]。水库周边地区以丘陵为主，地形破碎、坡度陡，加之表层土疏松浅薄，易受侵蚀，经雨水冲刷后容易形成水土流失^[22]。据统计，丹江口库区及上游有2.19×10⁴ km²的水土流失面积，经过3期丹江口库区水土保持治理工程(“丹治”工程)的治理，丹江口库区及上游水土流失问题得到明显改善，但仍然是水土流失防控的重点区域^[23]。

2014年3月14日，习近平总书记提出了“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的新时代治水方针，坚持山水林田湖草是一个生命共同体，强调要用系统思维统筹山水林田湖草治理。“系统治理”工作方针要求以生态系统的整体性、系统性内在规律为依据，尊重自然、顺从自然、保护自然。根据“系统治理”的治水方针，新时期河湖治理必须要以系统工程的思路来统筹安排山水林田湖草各要素的治理工作。结合丹江口库区现状情况，提出“山水林田村”五位一体的小流域面源生态阻控总体思路(见图2)。由于山坡土壤侵蚀，林地水土流失，农田径流输出，以及村落分散污水是小流域面源污染的主要来源，面源阻控的基本措施可总结为“控山”“净水”“护林”“保田”“治村”。“控山”即对山坡的土壤侵蚀问题实施水土保持措施；“护林”即对水源涵养能力较弱的疏幼林进行封育治理；“保田”即对农田实施保土耕作植物护坎等保护措施；“治村”即对村落的分散污水和垃圾污染进行综合治理。

通常情况下，小流域面源污染过程在汇水流域、汇水沟道和塘洼节点高度耦合。汇水流域产生的面源径流汇集到沟道，决定污染负荷的强度和规模；沟道逐级传输，决定污染负荷的传输路径和方向；塘洼节点汇集滞留，决定径流停留时间和污染物的滞留效率。构建生态阻控系统的关键在于不同区域阻控措施的有机结合，技术措施在空间上应有衔接性，在功能上应有互补性。在汇水流域，通过水土保持、村落整治、农田治理等措施减少土壤侵蚀颗粒物输出和农村农业污染产生源；在汇水沟道，通过沟渠生态化改造、岸边生态缓冲带等技术措施拦截集水区的径流污染输出；在塘洼节点，通过湿地构建、塘堰生态化改造等技术措施深度净化汇水沟道的污染径流。因此，小流域面源生态阻控系统构建是以小流域为整体，通过汇水流域-汇水沟道-塘洼节点的措施耦合，实现小流域面源污染的综合防治。

“十一五”至“十三五”期间，为落实国务院批复的《丹江口库区及上游水污染防治与水土保持规划》，湖北、陕西等省份先后实施了3期“丹治”工程，库区小流域形成了较好的水土保持工程基础^[23]。在汇水流域层面，很多小流域开展了土坎梯田、保土耕作、简易坡面水系、退耕还经果林、水保林、封禁治理等措施，形成了相对完善的水土流失防控体系。然而，在小流域汇水沟道和塘洼节点，农田径流产生的氮磷营养盐和村落分散污水雨水径流尚无有效的拦截措施，坡面径流也缺少进一步缓冲过渡和强化净化。因此，丹江口库区小流域面源生态阻控要充分结合已有水土保持措施，重点针对汇水沟道和塘洼节点，构建生态塘、生态沟渠、近自然湿地等阻控措施形成的面源生态阻控系统。

基于以上总体思路和技术框架，丹江口库区小流域面源生态阻控应针对地形地貌和环境特征，明确小流域面源污染基本特征和主要问题；在充分调查水土保持措施体系的基础上，因地制宜提出生态阻控措施的布局方式，重点给出沟塘水体等微地形结构的生态化改造方案。具体来说，面源生态阻控系统建设分为小流域本底调查和问题识别，措施布局设计，工程建设和运行监测等步骤，如图3所示。

1)小流域本底调查和问题识别。调查小流域社会经济、自然地理等基本特征，总结人口分布、种植结构、土地利用方式、地形条件等因子对面源污染的影响。重点了解小流域的水土保持措施现状，总结开展过的小流域治理工作取得的成效和不足，明确面源污染治理的短板。开展小流域现场勘察，详细调查村落用水排水方式、农田作物类型和种植方式、地块类型分布情况等与面源污染密切相关的因素。重点勘察小流域沟塘水系等微地形结构，为面源阻控措施的布局和设计提供依据。

2)措施布局设计。措施布局重点考虑如下原则：村落区域以小型人工湿地处理设施为主，就近布局坑塘系统，对村落污水深度净化；农田区域在已有的土石坎梯田、保土耕作等水保措施基础上，布局植物护坎、植被缓冲带和生物过滤带等措施，强化农田径流阻控；山林区域以生态修复、坡改梯、疏林补植、封育治理等水保措施为主；坑塘沟道区域以近自然湿地、生态塘、河道湿地和生态沟渠为主，强化坑塘沟道的面源阻控净化。绘制示范小流域社会经济、地形高程、水文水系等基础信息专题图件，在专题图件的基础上，完成工程施工设计。生态塘、生态沟渠、近自然湿等阻控措施应充分利用现有地形，因地制宜，以微地形改造为主。

3)工程建设和运行监测。与地方相关部门沟通协作，将面源污染生态阻控系统建设与地方小流域治理对接融合，依托小流域综合治理规划推进实施。制定监测方案，监测颗粒物、总氮、总磷等面源污染典型指标，评估面源污染的生态阻控效果。

钱家沟为丹江口库周典型的丘陵沟谷型小流域，在库区具有很好的代表性。小流域位于丹江口市浪河镇钱湾村，沟道长度约2.3 km，居民规模80户。钱家沟为一狭长的U型山谷，坡面多为林地，山谷为农田。主沟紧贴南侧山脚，最上游为浪河镇友谊水库，沿途陆续有小型支沟汇入。南侧山坡小型支沟直接汇入主沟，沟头多分布有蓄水塘，旱季支沟基本无水。北侧山坡分布有3条主要支沟，沟头同样分布有蓄水塘。农田区沟道以灌溉沟渠为主，大量毛细沟纵横交错，同时分布有若干水塘和干塘。项目实施前，丹江口市已经在该小流域实施了坡改果梯、等高植物篱、退耕还经济林等水土保持工程措施，但村落散排污水、农田径流等面源问题尚无针对性防控措施。

基于沟道地形条件和面源污染分布，依托已有的小流域治理基础，提出山坡立体防护-山谷综合治理-沟道逐级阻控的技术方案。山坡立体防护以现有水土保持措施为主，包括坡改梯、水土保持林、等高植物篱等。山谷区域农田和村落集中，面源污染输出强度大，主要措施包括优化种植结构减少农田养分流失、建设小型人工湿地净化散排生活污水、整治农村环境减少村落面源等。沟道逐级阻控主要针对汇流节点开展沟塘湿地生态化改造，包括近自然湿地、生态塘、生态沟渠等，强化面源污染的沉淀、阻滞和净化效果。除已有的水土保持措施外，小流域面源生态阻控系统涉及近自然湿地3处、生态塘3处、生态沟渠3段、植物护坎17处、小型人工湿地1处(见图4)。坡面降雨径流依次进入1^#近自然湿地、2^#近自然湿地、3^#近自然湿地，以及下游的生态沟渠、生态塘等，最后通过3^#生态塘流出。上游山麓村落的分散生活污水依地势首先流入3^#近自然湿地，在进入生态沟渠，然后依次经过1^#生态塘、2^#生态塘后进入生态沟渠，最后通过3^#生态塘流出；下游村落分散污水通过管网进入小型人工湿地，净化后进入3^#生态塘，最后流出。沿途农田耕地的灌溉退水和降雨径流就近进入近自然湿地、植物护坎等阻控措施，逐级阻控净化后通过3^#生态塘流出。

坡改果梯、植物护坎等均为传统的水土保持措施，设计方法参考《水土保持工程设计规范》；人工湿地设计参考《人工湿地污水处理技术规程》(DG/TJ 08-2100-2012)。近自然湿地、生态塘、生态沟渠等面源阻控措施无相关设计规范，具体设计方案如下。

1)近自然湿地设计方案。近自然湿地的原始地貌一般为浅水沼泽地，湿地建设将依据现场地形条件，对沼泽湿地进行修整，提高污染净化和阻控能力。以2^#近自然湿地为典型介绍该类措施的建设方法。2^#近自然湿地建设前上游农田灌渠排水在北侧部分汇集，前端建有挡墙，水深1 m左右，中间深两边浅。挡墙以上水深逐渐变浅，挡墙上游10 m处以上基本无水，植被生长杂乱。湿地改造主要内容为：中间修建土埂，用于导流，延长水力停留时间；导流土埂之间种植水生植物，土埂上植草；湿地前端浅水区种植挺水植物，深水区种植沉水植物；修整原有挡墙，设置出水口与外部灌渠连接(见图5)。

导流埂采用梯形断面设计，顶部宽度30 cm，底部宽度50 cm，高度为30 cm，导流埂间距为50 cm。在导流埂之间种植美人蕉，种植密度为10~16株·m⁻²；导流土埂上端和侧面种植龙须草，株距0.25 m；深水区种植香蒲，种植密度为10~16株·m⁻²。导流埂数量为17条，导流埂之间平均水深10 cm，湿地进水流量约10 m³·d⁻¹，进水在湿地中的停留时间约为3.3 d。

2)生态塘设计方案。生态塘的原始地貌一般为废弃塘堰或者低洼坑塘，通过适当的微地形改造和植物措施，增强其污染阻控能力。以2^#生态塘为典型说明该类措施的建设方法。2^#生态塘建设前为塘底杂草较多，沼泽化严重，水深不足0.5 m，岸边植被稀疏，周边为苗圃和耕地。生态塘改造主要内容为：依据现场地形，完善汇水和排水沟道系统，坡面设置植被缓冲，水塘内部种植水生植物(见图5)。

首先对生态塘进水沟道进行疏浚清理以保证周边农田径流能够进入生态塘；在出口设置溢流堰，以控制生态塘水深；对排水沟进行疏浚清理以连通生态塘与主沟道。然后对边坡进行整理，水面以上种植美人蕉形成缓冲区，周边铺设条石方便行走。最后进行水生植物配置，在生态塘中种植香蒲、荷花等，种植密度为10~16株·m⁻²。2^#生态塘有效面积120 m²，设计水深1.5 m，水力停留时间约为18 d。

3)生态沟渠设计方案。生态沟渠即对原有排水沟渠进行生态化改造，优化沟渠形状及护坡结构，并在重要节点设置沉降池。以2^#近自然湿地附近的生态沟渠为典型说明该类措施的建设方法。该段渠道长度20 m，现状为道路和沟道并行，道路靠近山体，为机耕路，沟道靠近农田。沟道上游有田间道路跨过沟道与机耕路连通，沟道通过涵管穿道路而过。沟道下游有一水坑，机耕路于水坑以下与沟道相交，相交处为乱石，水流穿乱石而过进入下游沟道。沟渠整治方案主要为道路修整、沟道整理和坑塘改造，整治方案见图5。

首先进行道路修整，对原有机耕路进行土方夯实和道路修筑，坑塘下游沟道与机耕路交汇处铺设涵管，以保持机耕路连通。然后进行沟道整理，清除沟道杂草，整理边坡，在沟渠边坡和渠道底部种植水生、湿生植物，在渠底种植狐尾藻、菖蒲和沮草等，在边坡常水位线以下种植狐尾藻、灯芯草、沮草等。最后开展坑塘改造，将水坑改造为沉降池，在水坑周边堆砌大型块石，内部种植菖蒲，种植密度为5~18株·m⁻²。

4)小型人工湿地设计方案。建设水平潜流人工湿地。小型人工湿地服务范围内有村民8户，常住人口30人。按照人均生活用水定额200 L·d⁻¹计算，湿地进水量为6 m³·d⁻¹。根据《人工湿地污水处理技术规程》(DG/TJ 08-2100-2012)，人工湿地宽度为5.5 m，长度为14.4 m。水平潜流人工湿地沿水流方向分为配水区、工作区和集水区，集配水区人工湿地填料粒径为16~100 mm；工作区填料层根据位置为粒径为2~20 mm。采用的湿地植物为美人蕉和鸢尾，种植密度为5~16株·m⁻²。

钱家沟小流域面源污染生态阻控2018年4月建设完成，监测工作于2017年12月—2019年10月持续开展，逐月监测。单项措施阻控效果监测在生态沟渠、近自然湿地、生态塘、人工湿地进口和出口布设监测点位，监测时段为2019年4月—2019年10月，污染物去除率为入流和出流浓度平均值之差与入流浓度平均值的比值；小流域总体阻控效果监测在沟道出口布设点位，监测时段为2017年12月—2019年10月，污染物去除率为阻控系统建设前(2017年12月—2018年4月)和建设后同期(2018年12月—2019年4月)浓度平均值之差与建设前浓度平均值的比值。监测内容包括TN、TP、TSS。

根据各项生态工程措施的面源阻控效果监测结果(见表1)，TN平均去除率为17%~56%，人工湿地对TN阻控效果最好。TP平均去除率为18%~84%，TSS平均去除率为30%~87%，人工湿地对二者的去除比例均为最高。根据工程建设前后小流域出口的水质监测结果，面源阻控系统建设前TN浓度为1.17~3.78 mg·L⁻¹，建设后TN浓度为1.23~3.47 mg·L⁻¹，平均去除率为33.9%；面源阻控系统建设前TP浓度为0.02~0.11 mg·L⁻¹，建设后TP浓度为0.01~0.08 mg·L⁻¹，平均去除率为49.1%，总体阻控效果较好。阻控系统对TSS的去除效果不明显，可能是因为小流域水土保持措施基础较好，颗粒物流失已经得到较好控制的原因。

丹江口库区小流域面源生态阻控按照“控山”“净水”“护林”“保田”“治村”的总体思路开展，阻控系统各项措施在空间衔接，功能上互补。阻控系统建设要充分结合已有水土保持措施，重点强化汇水沟道和塘洼节点的面源阻控能力。组控系统建设包括小流域本底调查和问题识别、措施布局设计、工程建设和运行监测等步骤。库周钱家沟小流域的应用实践表明，面源阻控系统建设后，TN和TP下降很多，总体阻控效果良好，可为南水北调中线水源地小流域的面源治理提供参考。