我国是水资源缺乏的国家之一，人均水资源拥有量约2000 m3，为世界平均水平的1/4，且空间及季节分布极不均衡。此外，还受到工业、农业等人类活动引起的污染。因此水资源问题正成为制约我国，特别是北方社会经济发展的重要因素。我国政府于2002年开始实施南水北调工程(西线、中线和东线)，其中中线工程从汉江的丹江口水库引水，拟缓解华北地区的灌溉、生活及工业用水。因此，作为工程水源地的汉江上游的水质对工程效益的发挥至关重要。本文对上游流域进行了系统的取样分析及现场调查，结合水化学、地球化学及GIS技术和手段对流域水质现状、水质时空变化、污染物质来源、流域水化学特征及其控制因素、流域风化过程、流域土地利用/覆盖格局进行了探讨，得出如下主要结论：　　 (1)丹江口水库水环境化学时空变化　　 IMn、NH4+-N和As、Pb、Sb、Se等重金属开始危及库区水质安全，是水库的主要污染物；Cd和Hg是水库的潜在污染物。此外，水库水体的Cu、Cr、Co和Ni浓度均高于世界平均值。　　 水库水质雨季较旱季差，主要体现在pH、IMn，DO、营养物质(氮、磷)、浊度和SPM，其它指标则表现出旱季较大，其中pH、浊度、IMr.和DO在雨季和旱季差异显著。微量元素及重金属元素As、Mn、Sb、Cr、Pb、V、Se和Ba的最大浓度出现在旱季的6月或7月；Cd、Cu、Co、Ni和Al最大值均出现在雨季(8月和11月)；Fe、Zn和Sr的极大值出现在旱季(4月)。　　 由于库区水体的稀释作用，水质在丹江库区内沿水流方向逐渐好转。汉江库区的浊度和SPM比丹江库区的高，但是氮在汉库和丹库基本没差别，较高的营养物质、浊度和SPM出现在大坝下游。Al、Ba、Cu、Ni在汉库出现最大值，Cd、Cr、Fe、Pb、Sb和Zn均表现出大坝下游最大。比较丹江库区和汉江库区的微量元素及重金属元素，发现As、Cd、Mn、Se、Sr、V和Zn在丹江库区较大，Sb的差别不大，Al、Ba、Co、Cr、Cu、Fe、Ni等金属元素则在汉江库区相对较大。微量元素及重金属元素在丹江口库区沿水流方向并没有表现出一致的变化趋势，说明库区工业活动、水库的稀释作用及水体复杂的生物地球化学过程共同影响着它们的空间格局。　　 (2)汉江上游水环境化学时空格局　　 上游流域(不包括丹江口水库)主要污染物质为IMn和NH4+-N，关键污染区域为丹江上游、十堰库区流域及汉中盆地，其中丹江上游主要受还原性有机质(IMn)的影响，潜在污染物质是NO3--N和SPM，主要由丹江上游工业、农业及严重的水土流失导致；十堰库区流域的主要污染物质为IMn和NH4+-N，由十堰市区的工业污染引起；汉中盆地的主要物质包括NH4+-N和DP，主要由城镇工业及农业面源污染所致。对于微量元素及有毒重金属元素，As、Pb、Sb和Se是汉江上游主要污染物，潜在污染物质则包括Al、Fe、Ba、Cd、Mn、Ni和Hg，污染最严重的区域为丹江上游、库区流域及汉中盆地。　　 流域水质整体呈现旱季好于雨季，主要体现在pH、DO、IMn、氮和磷上，表明由雨水径流引起的非点源污染对流域水质的影响很大：而作为流域主要污染物质的IMn和NH4+-N在旱季的强相关性，以及在人类活动强烈区域的高浓度值说明工业活动对水质的重大影响。微量元素及重金属元素并未表现出一致的雨季＞旱季或旱季＞雨季，其中Fe、Mn、Sb、Se和Ba主要表现出旱季＞雨季，而As、Pb、Al、Cd和Ni则主要呈现雨季相对较大。汉中盆地的堰河在旱季拥有异常高浓度的Al、As、Ni、Cd和Mn，主要归因于工业活动引起的人为输入；雨季的高浓度值(Al、Ni、Cd、As和Pb)则主要由径流引起的非点源及沿线小矿山的淋容所致；雨季较低的微量元素浓度(Sb、Se和Ba)则主要归因于降雨的稀释作用；Al和As、Sb、Se、Cd、Mn、Ni的相关性表明它们有部分来源于地表地质。　　 从下游至上游Al、Fe、As、Co、Cr和Cu表现出明显的递增趋势，而Ba、Pb、Sb和V则表现出明显的递减趋势。Al、Cd、Co、Mn、Ni、Si、Sr在汉中盆地出现最大值；As的较大值出现在库区流域及汉中盆地；Ba的最大值出现在库区；Cu的较大值出现在库区流域和汉中：Pb和Se在丹江、库区和汉中均表现出了较大值；Cr的最大值出现在大巴北；Sb和V在丹江、库区和秦岭南有较高的浓度。　　 (3)汉江上游水质地球化学　　 汉江上游水体为弱碱性、低矿化度水，流域水质为：HCO3-Ca型水。汉江流域河水化学组成的阴离子顺序为HCO3-＞SO42-＞Cl-≌NO3-，阳离子顺序为Ca＞Mg＞Na＞K。Ca占阳离子总量的59.4～86.6％，HCO3占主要阴离子的50.0～90.1％。　　 主要离子组分时空格局表明除NO3、Mg外，其它离子主要呈现出旱季＞雨季；在人类活动强烈的汉中盆地，主要离子Cl、HCO3、K、Ca和Mg均呈现出显著的季节性差异。TDS和主控离子(HCO3-、SO42-、Ca2+’和Mg2+)含量的季节性差异小于世界其它大河，表明流域外来溶解盐部分抵消因降雨而使水体稀释的离子浓度。由于地质的区域性差异，流域主要离子组分均表现出了显著的空间差异；TDS和主要离子(除Na+和K+外)的最小值出现在花岗岩较多的子午河。　　 利用Gibbs图定性分析判断得流域水化学组成主要受岩石风化的控制，三角图的进一步分析表明碳酸盐岩化学风化作用是流域河水化学组成的主控因素。多元统计分析(主成分分析和因子分析)对主要离子来源的贡献率研究显示大气CO2对河水溶质的贡献率为31.0％，低于世界平均值，高于长江和黄河；碳酸盐对河水溶质的贡献率为49.8％，与长江差不多，高于黄河和世界平均值；蒸发盐(硅酸盐)对河水溶质的贡献率为18.0％。　　 结合流域水化学组成、大气降水化学及流域的蒸发蒸腾F因子，定量估算了大气降水对河水中Cl的最大输送量，以Cl作为参照元素，经过海盐校正计算大气降水对河水溶解质的贡献率为1.03％，低于世界平均值3％，因此大气降水对河水溶质的相对贡献率可以忽略不计。　　 运用河水化学组成之间的关系来反馈、追溯中国主要流域盆地发生的主要风化过程。汉江上游风化反应以方解石的风化溶解为主，其次是白云岩的风化溶解，Na、Cl和K主要来源于岩盐的溶解，而芒硝的溶解及硅酸盐岩的风化不显著。　　 (4)汉江上游土地利用/覆盖格局及其对水质的影响　　 有植被覆盖土地利用类型占主导地位，介于71.2％(库区流域)～95.7％(子午河)，农业主要集中在汉中盆地及大巴山北的安康盆地、堵河流域及库区流域，占各自子流域总面积的范围为13.5％～21.1％，最小出现在子午河，仅为3.4％。除汉中盆地城镇占1.2％外，其余各子流域的城镇所占比例均＜1％，最小为0.04％(子午河)。水域及裸地所占比例范围分别为0.36％(子午河)～4.51％(库区流域)和0.45％(汉中盆地)～9.18％(库区流域)。　　 相关分析及逐步回归分析表明pH和DP主要受城镇控制，IMn主要受农业用地控制，SPM由城镇及农业用地共同决定，而NH4+-N及NO3--N主要受裸地控制。不同水文节律下的水质对土地利用类型的响应表明对流域水质起主导作用的pH、IMn和氮在雨季表现出和植被覆盖土地利用类型及裸地更强的相关性，表明它们主要受径流引起的非点源污染的影响，DP则由人为因素(工业点源及城镇生活污水)和自然因素(城镇径流及土壤)共同决定。　　 此外，针对上游典型的工业污染区域、农业面源污染区域及水土流失污染区域，分别提出以完善城镇污水处理设施、加强河岸带建设及植被恢复为主的策略。