平原水网区农田径流监测技术规范

1平原水网区农田径流监测技术规范1范围本文件规定了平原水网区农田径流监测的相关定义术语、农田径流监测场的布置与监测设备安装、径流样品的采集与分析测试、径流中氮磷及其他污染物排放量的计算、径流监测场的管理与质量控制等。本文件适用于各级农业环保部门及监管单位以及科研部门对平原水网区农田径流进行监测的活动。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB3838地表水环境质量标准GB/T5750.5生活饮用水标准检验方法无机非金属指标GB11892水质高锰酸盐指数的测定GB/T11893水质总磷的测定钼酸铵分光光度法GB17378.4海洋监测规范第4部分:海水分析GB/T41222土壤质量农田地表径流监测方法HJ91.2—2022地表水环境质量监测技术规范HJ/T346水质硝酸盐氮的测定紫外分光光度法HJ493水质样品的保存和管理技术规定HJ630环境监测质量管理技术导则HJ632土壤总磷的测定碱熔-钼锑抗分光光度法HJ636水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法HJ665水质氨氮的测定连续流动-水杨酸分光光度法HJ667水质总氮的测定连续流动-盐酸萘乙二胺分光光度法HJ670水质磷酸盐和总磷的测定连续流动-钼酸铵分光光度法HJ717土壤质量全氮的测定凯氏法SL21降水量观测规范NY/T1121.24土壤检测第24部分:土壤全氮的测定自动定氮仪法3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。农田地表径流farmlandsurfacerunoff降水或灌溉水进入农田土壤后，除了植物截留、蒸发、下渗以及田埂蓄留外，其余流经田块排水口或2者漫过田埂排出农田外的水流。[来源:GB/T41222—2021,3.2]3.2径流监测场runoffmonitoringfield用于监测径流过程的农田区域,由径流监测小区、径流收集系统及其他附属设施组成。[来源:GB/T41222—2021,3.3]3.3径流监测小区runoffmonitoringplot对地表径流产生过程进行定性观察和定量测量的特定闭合小区。[来源:GB/T41222—2021,3.4]3.4径流分流装置runoffseparator一种平均分配农田地表径流量而使部分地表径流进入径流池/箱（桶）内的装置。[来源:GB/T41222—2021,3.6]4径流监测场的布置与监测设备安装4.1径流监测场的布置农田径流监测场应布设在待测农田的典型区域,其土壤类型、肥力水平、灌排条件、种植制度等能代表当地常规生产条件,且距离村庄、骨干河道、公路等区域不小于50m,周围20m范围内无6m以上的树木或建筑物。4.2径流监测小区布设4.2.1径流监测小区的面积一般为30m250m2。小麦、水稻等密植作物小区面积不小于30m2；其他作物、果园、林地等面积不小于40m2。小区长宽比以1.5:1为宜。每个监测小区宜设3个重复。4.2.2小区四周设置围埂,旱地围埂高出地表10cm15cm、埋深不少于20cm,水田围埂高于地表25cm、埋深不低于40cm,确保不串水、不漏水。长期固定监测点的围埂宜采用带钢筋的水泥混凝土。各监测小区的排水口高度应保持一致,水田排水口的具体高度因生育期不同而相应调整,高于田面5cm20cm；旱地或旱作排水口低于田面,确保排水通畅。监测小区四周设置保护行,宽度不小于3m。4.3雨量计及其安装径流监测场附近2km范围内若有气象站,宜采用气象站的降雨监测数据。若无,应安装自计式雨量计监测降水量,具体设施安装按SL21的规定执行。4.4径流收集系统及安装4.4.1径流收集装置的数量一个径流监测小区建设一个单独的径流收集装置。径流监测小区及径流收集装置排列可参考附录A。径流收集装置应设在径流监测小区内地势较低便于排水的地方。4.4.2径流收集管及安装径流收集管采用三型聚丙烯（PPR）管或硬聚氯乙烯（UPVC）管,埋设在径流小区的围埂下,另一端3与径流收集装置连接。常年旱作农田采用“一”字形径流收集管，水旱轮作农田采用专用的“上”字形径流收集管，径流收集管进水端加装过滤网，具体安装方式参照附录B。4.4.3径流收集装置容积的确定径流收集池的有效容积按GB/T41222执行，根据当地10年一遇暴雨产生的径流量进行设计，计算公式见式（1V—P10XSXfX10—3……（1）式中：V—径流收集池的设计有效容积，单位为立方米（m3P10—10年一遇暴雨的降水量，单位为毫米（mmS—径流监测小区面积，单位为平方米（m2f—径流系数。注：径流系数，旱地推荐以0.45、水田推荐以0.66进行计算；或者根据当地同类型农田的最大径流系数进行计算。4.4.4径流收集装置的选择4.4.4.1水泥径流池适用于长期固定径流监测点。径流收集池池壁和池底应采用带钢筋的混凝土浇筑，径流池内外壁两侧、池底均应进行防渗处理。径流池深度以80cm100cm为宜，地上部分高度与监测小区田埂持GB/T41222规定执行。径流池内宜配置一个径流收集桶，用于小径流量时的收集。4.4.4.2径流收集箱（桶）适用于短期径流监测或者无法建设标准径流池的情况，与径流分流装置（见图C.1）配套使用。径流收集箱（桶）的实际容积等于设计有效容积除以径流分流装置中分流管的个数，深度以50cm60cm为宜，长宽依据径流小区的实际情况而定。径流收集箱（桶）采用硬PVC板、镀锌铁皮或薄钢板等不易变形、不会生锈产生二次污染的材质，保证不漏水、不渗水，安装参照图C.2。4.4.5排水系统布设宜在径流池一侧开挖比径流池深10cm以上的排水沟渠，并在径流池排水侧底部埋设带塞子或阀门的排水管。也可采用在径流池底开挖排水凹槽、前端安装冲洗泵、末端建设抽排池的方法排空径流池中的径流水，具体参见附录D。5径流样品的采集与分析测试5.1监测周期原位监测以一年为一个监测周期，包括作物生长阶段以及农田非种植时段。一般情况下，1个监测周期从第1季作物播种前翻耕开始，到下一年度同一时间段为止。5.2样品的采集5.2.1采样时间和频次每次有产流或排水后进行采样，采样应在降雨结束24h内进行。梅雨期间，应在径流池水量达到80%后进行采样，最大间隔不能长于5d。45.2.2采样步骤5.2.2.1准确测量径流池内水面高度（精确至毫米）,计算径流量。5.2.2.2用清洁工具将径流池内的水充分搅拌均匀,用清洁采样瓶采集混合水样2份,一份供分析测试用,另一份作为备用。每份水样至少500mL。采样瓶的选择和准备按HJ493中相关规定执行。5.2.2.3取完水样后,排空径流池或径流箱（桶）内的径流水,并清洗干净。5.3样品的贮存与管理采集后的水样在1节5节冷藏避光条件下保存并立即送回实验室进行分析,样品的保存应符合HJ493的要求。所取水样1瓶用于径流液中氮、磷及其他污染物成分含量的测定,1瓶用于泥沙含量的测定。若不能当天测定,则应在水样内滴体积分数为98%的H2SO42滴3滴调节至PH三2,防止污染成分形态转化。铵氮和总磷应在24h内测定完毕,高锰酸盐指数应在2d内测定完毕,总氮应在7d内测定完毕。5.4监测项目与分析方法5.4.1必测项目必测项目包括径流量,径流泥沙含量,径流样上清液中的总氮、铵态氮、硝态氮、总磷和磷酸盐含量及高锰酸盐指数,泥沙中的总氮、总磷含量,分析方法见表1。表1必测项目的分析方法必测项目分析方法径流量见6.2泥沙含量取其中一瓶径流水样,将样品离心或者用滤纸进行过滤,上清液或滤液用来测定径流液中污染物含量,沉淀部分用蒸馏水洗涤转移到清洁烧杯中,低温真空干燥至恒重,测定泥沙质量径流液中总氮含量碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ636）或连续流动-盐酸萘乙二胺分光光度法（HJ667）径流液中铵态氮含量靛酚蓝法（GB17378.4）或连续流动-水杨酸分光光度法（HJ665）径流液中硝态氮含量紫外分光光度法（HJ/T346）径流液中总磷含量消解-钼酸铵分光光度法（GB/T11893）或连续流动-钼酸铵分光光度法（HJ670）径流液中磷酸盐含量磷钼蓝分光光度法（GB/T5750.5）或连续流动-钼酸铵分光光度法（HJ670）径流液中高锰酸盐指数高锰酸钾氧化法（GB11892）泥沙中总氮含量采用自动定氮仪法（NY/T1121.24）或凯氏法（HJ717）泥沙中总磷含量采用碱熔-钼锑抗分光光度法（HJ632）5.4.2选测项目选测项目可自行根据需要进行选择测定,具体见表2。5表2选测项目及分析方法选测项目分析方法采用相关国家标准测定，如无，则按照GB3838规定的方法进行测定6相关计算6.1泥沙含量b—X103……（2）式中：b—泥沙含量，单位为克每升（g/LWS—干泥沙重量，单位为克（gVS—水样体积，单位为毫升（mL）。6.2径流量径流量计算公式见式（3sXhsXha式中：XnX104……（3）M—每公顷农田径流发生量，单位为立方米每公顷（m3/hm2s—径流收集池/桶底部面积，单位为平方米（m2h—径流池/桶中径流水深度，单位为米（ma—径流小区面积，单位为平方米（m2n—分流孔数，单位为个，若未用分流装置，n—1。6.3土壤流失量sXhaXsXhaXnXbX104（4）……式中：F—每公顷农田土壤流失量，单位为千克每公顷（kg/hm2s—径流收集池/桶底部面积，单位为平方米（m2h—径流池/桶中径流水深度，单位为米（ma—径流小区面积，单位为平方米（m2n—分流孔数，单位为个，若未用分流装置，n—1；b—径流样中泥沙含量，单位为克每升（g/L）。66.4氮磷流失量或污染物径流排放量R—XnX（C1十C2Xb）X10……（5）式中：R—每公顷农田氮磷流失量或污染物排放量,单位为千克每公顷（kg/hm2s—径流收集池/桶底部面积,单位为平方米（m2h—径流池/桶中径流水深度,单位为米（ma—径流小区面积,单位为平方米（m2n—分流孔数,单位为个,若未用分流装置,n—1；C1—径流水样中氮磷/污染物浓度,单位为毫克每升（mg/LC2—径流泥沙样中氮磷/污染物浓度,单位为毫克每克（mg/gb—径流样中泥沙含量,单位为克每升（g/L）。6.5累计径流污染排放量计算以一个监测周期进行径流污染物累计排放量的计算,监测周期也可根据目的按时间长度如月、季、年等进行划分,也可按照作物生长季和生长周期进行划分。由式（6）计算：P—Σim1XnX（C1十C2Xb）X10……（6）式中：P—一个监测周期内的累计径流污染物排放量,单位为千克每公顷（kg/hm2m—一个监测周期内的产流次数；i—一个监测周期内第1,2,…,m次降雨产流；s—径流收集收集装置底部面积,单位为平方米（m2h—径流收集装置中径流水的深度,单位为米（ma—径流小区面积,单位为平方米（m2n—分流管数,单位为个,若未用分流装置,n—1；C1—径流水样中氮磷/污染物浓度,单位为毫克每升（mg/LC2—径流泥沙样中氮磷/污染物浓度,单位为毫克每克（mg/gb—径流样中泥沙含量,单位为克每升（g/L）。7径流监测场的管理与质量控制7.1监测区域宜设置围栏,避免无关人员或牲畜进入监测小区。径流监测小区内水肥管理方式应一致。7.2应定期对径流监测场进行巡查,检查监测设备是否完好,径流收集管中是否有杂物,径流池是否漏水、渗水,盖子和塞子是否盖好,径流池（箱）桶是否清空,排水系统是否畅通。如发现问题,及时进行维护。7.3每次采样时均应记录对应的降雨量和径流量或径流池（桶/箱）中的径流水深度,及时分析样品；对小区的任何管理与扰动均应记录,以便后续分析。7.4采样质量控制按HJ91.2—2022中的7.2执行。实验室内分析测试项目应执行HJ630中有关质量控制的规定,做好质量控制。7附录A（资料性）地表径流监测小区排列方式地表径流监测小区排列如图A.1所示。图A.1平原水网区地表径流监测小区排列示意8附录B（资料性）农田径流收集管的结构与安装B.1水旱轮作农田径流收集管的结构与安装图示水旱轮作农田采用专用的“上”字形结构径流收集管，见图B.1。该径流收集管为直径为8cm10cm的PPR四通管，包含三个进水口（进水管口均带管盖）和一个出水口。出水口位于径流池内，由直管穿过径流池壁。A进水口主要用于收集稻季降雨时的地表径流，高度和稻季的排水口高度一致，使用该进水口收集径流时，B、C进水口应盖上管盖。B进水口主要用于水稻生长晒田期和落干期的径流水收集，管口下沿高度和稻季田面持平，使用该进水口收集径流时C进水口应盖上管盖。C进水口主要用于旱季作物生长期径流水的收集，管口下沿高度与旱季排水沟沟底持平，一般在地表下10cm15cm。注意旱季时需在径流管前挖一条深度与旱地内部排水沟一致的集水沟，宽度15cm20cm，确保小区内所有的排水均汇集到该集水沟内。单位为厘米图B.1水旱轮作农田径流收集管及其安装示意B.2旱地径流收集管的结构与安装图示常年旱地农田地表径流收集管采用直径为5cm10cm的PPR管、PVC管或镀锌铁皮管。为便于收集地表径流，在监测小区紧邻径流池壁方向，垂直于径流排水方向，开挖一条长与小区宽度一致、宽10cm20cm、深5cm（即低于田面5cm，如采用垄作方式，则与垄沟深度一致）的集水沟（槽确保整个监测小区产生的地表径流均能汇集到集水沟（槽）内。径流收集管埋设于径流池中心位置，横穿径流9单位为厘米图B.2旱地农田径流收集管示意10（资料性）C.1径流分流装置径流分流装置宜采用长方体构造，可用硬PVC板、镀锌铁皮、薄钢板等焊接而成，由装置主体、倒L形进水管及若干个径流分流管组成。倒L形进水管与径流收集管相连，另一端垂直向下，管口离箱体底部3cm5cm，并对应箱体底部的中心位置。径流分流管平均分布在长方体进水管的另一侧或圆柱 体四周，材质、管径、长度及安装高度完全一致，高度低于进水口高度，直径应小于进水口管径，不超过3cm为宜（见图C.1）。分流装置中的1个分流出水管与径流箱连接，其余径流通过其他出水管直接排入排水沟。为避免田间秸秆、草叶等杂物影响，应在径流分流装置进水口前端安装一个防杂物的纱网过滤装置，并于每次径流采集后将分流装置清洗干净。长方体径流分流装置宽度20cm30cm，长度视 分流管的个数而定。分流装置的高度视农田类型而有所不同，水旱轮作农田高40cm50cm，旱地高 30cm图C.1长方体径流分流装置示