仝路路,茹輝軍,倪朝輝,李　媛,陳　敏

(1.上海海洋大學，上海　201306；2.中國水產(chǎn)科學研究院長江水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部長江中上游漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，武漢　430223；3.中國長江三峽集團公司，成都　610000)

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向家壩水電工程蓄水后壩下河段水質(zhì)現(xiàn)狀分析

仝路路1,2,茹輝軍2,倪朝輝2,李媛3,陳敏3

(1.上海海洋大學，上海201306；2.中國水產(chǎn)科學研究院長江水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部長江中上游漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，武漢430223；3.中國長江三峽集團公司，成都610000)

為掌握向家壩蓄水后壩下河段的水質(zhì)現(xiàn)狀，本研究在壩下長江上游珍稀、特有魚類國家級自然保護區(qū)內(nèi)選取六個斷面，在魚類不同的生活階段進行監(jiān)測?；谛钏?013-2014年水環(huán)境因子的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對各斷面的21項水質(zhì)指標的總體特征進行研究，分析其變化規(guī)律并進行水質(zhì)評價得出目前水質(zhì)現(xiàn)狀。結(jié)果顯示，蓄水后該江段水質(zhì)指標特征總體良好，水溫初期滯溫變化值在2 ℃左右，超標因子主要是總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、揮發(fā)酚以及重金屬鉛汞?？偟⑸榧傲鶅r鉻差異性極顯著，是影響數(shù)據(jù)差異的眾多因素中的主要因素。對各樣點的水質(zhì)因子進行聚類分析表明，壩下三塊石與其他地點分類明顯，距大壩較遠與較近的點位各指標存在較大的差異性，表明大壩蓄水對水質(zhì)帶來不同程度的影響。

保護區(qū)；水質(zhì)現(xiàn)狀；差異分析；聚類分析

隨著社會的高速發(fā)展，水電資源的短缺加快了國家對水利樞紐建設(shè)規(guī)劃的步伐，南水北調(diào)、西電東輸?shù)人婇_發(fā)建設(shè)也達到了高潮期，截止2003年底，我國已建和在建的壩高30 m以上的大壩有4694座[1]。水庫數(shù)量劇增帶來巨大社會效益和經(jīng)濟效益，水庫雖然可以部分改善水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境[2]，但潛在的負面影響也逐步顯露出來，如河流枯竭、泥沙淤積、生態(tài)惡化、物種減少等[3-5]。長江中上游布滿了大大小小的水電站，大江截流和圍堰施工、施工廢水和生活污水的排放以及蓄水泄流對河道及周圍生態(tài)產(chǎn)生很大程度的影響，引起下游相關(guān)區(qū)域水生生態(tài)環(huán)境和水生生物結(jié)構(gòu)數(shù)量發(fā)生重大變化。

向家壩水電站位于云南省水富縣與四川省交界的金沙江下游河段上，是金沙江水電基地最后一級水電站，下距水富城區(qū)1.5km、宜賓市區(qū)33km。是中國第三大水電站，也是西電東送骨干電源點。位于向家壩下游的長江上游珍稀特有魚類國家級自然保護區(qū)(以下簡稱“保護區(qū)”)，水生生物資源尤其是魚類資源豐富，主要保護對象包括白鱘(Psephurus gladius)、達氏鱘(Acipenser dabryanus)、胭脂魚(Myxocyprinus asiaticus)三種珍稀魚類和圓口銅魚(Coreius guichenoti)、裂腹魚(Schizothorax)、白甲魚(Onychostoma)等66中特有魚類，占長江特有魚類的44%[6]。隨著金沙江下游四個梯級電站的相繼開工建設(shè)，將改變長江上游干流河段的河流生境特征，河段阻隔、水質(zhì)改變、河流地貌作用、徑流調(diào)節(jié)等對魚類的生長、繁殖、季節(jié)洄游甚至魚類多樣性的發(fā)展有深遠影響，因此對壩下河流水質(zhì)的監(jiān)測分析具有實際意義。

金沙江下游末級梯級電站向家壩于2012年10月蓄水，蓄水后保護區(qū)內(nèi)開展了一系列的生態(tài)學研究，主要是魚類和浮游生物[7-10]，水質(zhì)變化情況研究的比較少，茹輝軍[11]和張敏[12]的研究僅有蓄水后一年的數(shù)據(jù)，穩(wěn)定性不高， 而水質(zhì)變化情況直接影響到魚類及水生生物的生長繁殖及種群數(shù)量，是保護區(qū)生態(tài)保護的重要因子，及時掌握水質(zhì)狀況對于保護區(qū)珍稀魚類保護至關(guān)重要。本研究基于2013—2014年保護區(qū)漁業(yè)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，闡述蓄水后壩下河段水環(huán)境因子的變化動態(tài)，分析其時空分布特征，對河流水質(zhì)現(xiàn)狀做出客觀評價，為后續(xù)研究提供一定的技術(shù)支撐，對于科學保護長江上游珍稀特有魚類保護區(qū)魚類，有效促進電站開發(fā)的生態(tài)環(huán)境保護具有重要意義。

1　研究區(qū)域與方法

1.1監(jiān)測點位的設(shè)置

本研究區(qū)域在長江上游珍稀特有魚類國家級自然保護區(qū)范圍內(nèi)，在長江干流上從向家壩壩下至瀘州河段設(shè)了6個點位：三塊石，掛弓山，羅龍場，江安，納溪，彌沱等，均位于保護區(qū)范圍內(nèi)。每個監(jiān)測點位分別設(shè)置了左中右3個采樣點，采樣點位均位于水下0.5m處。

圖1　采樣斷面分布圖Fig.1　Distributions of the sampling sites in the study area

1.2樣品的采集與處理

選取2013-2014年6、9和12月，即魚類的繁殖期、育肥期和越冬期進行監(jiān)測。監(jiān)測指標包括水溫、pH、溶氧、懸浮物、鈣、鎂、營養(yǎng)鹽(總氮、總磷、氨氮、硝氮、亞硝氮等)、有機污染指標(高錳酸鹽指數(shù)、揮發(fā)酚、非離子氨等)和重金屬(銅、鋅、鉛、鎘、汞、砷、六價鉻)等共計21項。野外采用HACH2800 水質(zhì)分析儀現(xiàn)場測定水溫，采用YSI550 測定水體溶解氧；采集水樣于24 h內(nèi)運回實驗室，其他需在實驗室完成的監(jiān)測指標于48 h內(nèi)進行測定。水樣測定方法參照GB/T12999～1991標準執(zhí)行，具體采樣及測定方法均參照《漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(SC/T9102)[13]。

1.3數(shù)據(jù)分析與評價方法

保護區(qū)水質(zhì)評價采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838～2002)地表水Ⅰ類水質(zhì)標準(國家級自然保護區(qū)用水)，對地表水質(zhì)標準中沒有的項目采用漁業(yè)水質(zhì)標準(GB11607～89)進行評價。本文采用單因子評價法進行水質(zhì)評價，利用實測數(shù)據(jù)和標準對比分類，選取水質(zhì)最差的類別即為評價結(jié)果，以了解區(qū)域河段污染狀況和主要污染因子，對于未超標的指標未做詳細分析。顯著性分析采用t檢驗分析方法，對樣本數(shù)據(jù)進行t檢驗，使用F檢驗法檢驗方差是否齊性，若方差齊性則使用t雙樣本等方差分析，若方差非齊性則用t’檢驗法分析。當P<0.05時，表明差異性顯著。為了研究大壩蓄水對不同區(qū)域水體的影響程度，對采樣點位用歐氏距離進行聚類分析。統(tǒng)計分析采用EXCEL2013和SPSS 21完成。

2　結(jié)果

2.1蓄水后水質(zhì)情況現(xiàn)狀分析

對壩下干流保護區(qū)內(nèi)三塊石至彌沱江段蓄水后各地點進行分析，保護區(qū)總體特征分析如下：

pH和非離子氨符合漁業(yè)水質(zhì)標準，溶解氧、銅、鋅、鉛、砷、鎘、六價鉻以及氰化物均符合地表水Ⅰ類水質(zhì)標準，重金屬汞和揮發(fā)酚超地表Ⅰ類標準。蓄水后具體超標情況見表1所示，蓄水后斷面超標指標為總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、揮發(fā)酚和重金屬鉛、汞。

表1　蓄水后各地點超標情況表(超標指標和最大超標倍數(shù))Tab.1　Excessive condition of every section after impoundment (excessive indices and the max exceed multiple)

2013年育肥期高錳酸鹽指數(shù)除三塊石外均超地表水Ⅰ類標準，其余時期其余斷面均符合地表水Ⅰ類標準， 2013年所有斷面的氨氮含量均符合地表水Ⅰ類標準，2014年整體有上升的趨勢。超標最嚴重的是總氮和總磷含量，兩年中總氮含量超標率達100%，總磷含量斷面超標率達89%且年際變化均有繼續(xù)增加的趨勢。

相對于2012年截流前的監(jiān)測結(jié)果[14]，懸浮物含量呈現(xiàn)降低趨勢，懸浮物含量年度平均值由2012年的105.1mg/L，降為2013年的45.3mg/L和2014年的23.1mg/L。蓄水之后水溫變化比較明顯，年內(nèi)水溫溫差由2012年的11.3 ℃降低到2013年的8.1 ℃和2014年的6.1 ℃，年內(nèi)水溫溫差出現(xiàn)減小的趨勢，年際平均水溫亦有所降低，由20.2 ℃降為18.9 ℃。經(jīng)統(tǒng)計分析，壩下水溫由蓄水前三年中6月份的平均值22.7 ℃，降至2013年的22.1 ℃,2014年19.9 ℃，9月份水溫由22.1 ℃降至2013年的21.7 ℃,2014年的20.8 ℃，12月份由13.5 ℃升至2013年的15.8 ℃，2014年的16 ℃，出現(xiàn)下泄水夏季平均水溫降低，冬季平均水溫升高的現(xiàn)象，根據(jù)以上繁殖期和越冬期的分析，初期滯溫值在2 ℃左右。

就空間上來說，總氮、總磷、氨氮以及高錳酸鹽指數(shù)整體在掛弓山和江安有升高趨勢，在羅龍場和納溪(匯口處的上游)出現(xiàn)相應的沿程降低的趨勢?？偟?2013年超標5-7倍，最高倍數(shù)出現(xiàn)在江安，年平均超標5.8倍。2014年超標7.9-10.65倍，最高倍數(shù)出現(xiàn)在掛弓山，年平均超標9.2倍；總磷2013年超標超標0.5-7倍，最高倍數(shù)出現(xiàn)在掛弓山，年平均超標4.5倍。2014年超標2-10倍，最高倍數(shù)出現(xiàn)在掛弓山，年平均超標8.5倍。高錳酸鹽指數(shù)最高超標0.5倍，出現(xiàn)在掛弓山；氨氮和重金屬汞分別最高超標0.8倍和1倍，出現(xiàn)在羅龍場。

各超標指標的變化趨勢圖如圖2所示：

圖2　各超標指標變化趨勢圖Fig.2　The change trend of each exceed standard index

2.2蓄水后水質(zhì)年際變化分析

對壩下河段蓄水后2013—2014年兩年水環(huán)境因子進行顯著性差異分析，分析結(jié)果如圖表2所示。

水溫，溶解氧，懸浮物，硝態(tài)氮，亞硝態(tài)氮，高錳酸鹽指數(shù)，揮發(fā)酚，銅、鋅、鉛無顯著差異；pH、總氮、總磷、氨氮、非離子氨、鎘、砷、汞及六價鉻差異性顯著，是影響數(shù)據(jù)差異的組成因素。從趨勢分析上看，2014年相比2013年有增高趨勢。其中總氮，砷及六價鉻差異性極顯著。

表2　各水質(zhì)指標差異性分析Tab.2　Analysis of significant difference for water quality parameters

2.3空間聚類分析

將各樣點依據(jù)以上水質(zhì)指標進行聚類分析，結(jié)果如圖2所示。

圖3　基于水環(huán)境因子的各樣點聚類分析Fig.3　Results of the sites cluster analysis based on the water environment factors

結(jié)果顯示，壩下三塊石與其他樣點明顯不聚為一類，掛弓山和江安因處在河流交匯處，由于河流的匯入產(chǎn)生相似的結(jié)果而聚為一類，這與前邊分析結(jié)果一致，羅龍場與納溪沒有支流的匯入，聚為一類。彌沱離大壩最遠，從圖中看出，與三塊石斷面各指標存在較大的差異性，表明大壩對水質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。距壩址最近處受影響最大，與其他地方的相似度最小，隨著距大壩距離越遠，影響越小。

3　討論

壩下河段主要超標指標為總氮和總磷，蓄水后含量明顯呈上升趨勢，且河流交匯處和非交匯處區(qū)別明顯，河流交匯處明顯高于非交匯處，河流的匯入本應會稀釋使指標含量下降，掛弓山和江安均在河流交匯處或交匯處的下游，這三種指標的含量不降反增，除了掛弓山采樣面附近有一個排污口之外，可能是由于河流匯入的稀釋作用小于城市化進程中的工農(nóng)業(yè)污染排放速度，使其呈現(xiàn)增高趨勢。根據(jù)宜賓市政府報告，2014年宜賓市城鎮(zhèn)人口增加6.87萬人，河口城市工農(nóng)業(yè)的污水排放對指標含量的增加產(chǎn)生了推動作用。蓄水后水流趨緩，長江干流攜帶的泥沙等主要沉降在庫區(qū)，壩下水質(zhì)懸浮物含量明顯降低。與2012年度相比，2013年年平均值降低56.9%，2014年年平均值降低78%。據(jù)悉，懸浮物含量在25mg/L內(nèi)對淡水魚無害，在25～80mg/L內(nèi)可允許，在80～400mg/L范圍內(nèi)對魚類產(chǎn)生不良影響[15]，懸浮物降至可允許范圍內(nèi)，懸浮物的降低使得懸浮物對魚類的不良影響隨之降低。

下泄水夏季平均水溫降低，冬季平均水溫升高，初期滯溫變化值在2 ℃左右。大壩修建對河道水溫產(chǎn)生冬高春低影響，與梁瑞峰等指出的下泄水溫延遲現(xiàn)象和高溫不高低溫不低的平坦化現(xiàn)象[16]相吻合。這種滯溫效應對魚類的產(chǎn)卵及發(fā)育有很大影響，從而影響種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量。水溫的具體變化情況以及這種變化對魚類產(chǎn)生的影響還需更長時間高頻率監(jiān)測。

蓄水后的汞含量變化顯著降低，超標倍數(shù)在1倍以內(nèi)，鉛含量在2014年沿程基本呈現(xiàn)上升現(xiàn)象。沿程各斷面的重金屬含量蓄水前受當?shù)氐木C合因素的影響程度比較大，蓄水后綜合了大壩的影響呈現(xiàn)低濃度現(xiàn)象。向家壩的蓄水對汞含量的降低有很大的貢獻作用，魚類育肥期汞含量的降低有利于魚類及水生生物的生長，進入食物鏈的重金屬含量也大大降低，對于食品安全提供有利條件。重金屬含量除了與區(qū)域的背景值高相關(guān)外，研究指出，重金屬濃度的含量很大程度上和附著的懸浮物含量有關(guān)[17]。蓄水后汞和鉛含量的這種變化與懸浮物的降低有一定的相關(guān)性，庫區(qū)沉降了大量懸浮物，同樣滯留了附著的重金屬離子，水庫滯留作用明顯，水質(zhì)指標的變化與大壩的阻攔作用具有一定的相關(guān)性。

溶解氧沿程明顯減弱，離壩址距離越近影響越大，從趨勢圖上看出距壩址越遠含量越低，但年際之間有增高的現(xiàn)象。溶解氧隨季節(jié)性變化大，洪水季節(jié)向家壩泄水期間，下泄水因摻氣產(chǎn)生氣體過飽和，水體中過飽和氣體對魚類的生存不利，是魚體氣泡病的主要原因，可導致血管阻塞、心臟氣腫、動脈瘤、肝臟腎臟腸道壞死等癥狀[18]，2014年洪水季節(jié)壩下斷面出現(xiàn)溶解氧過飽和現(xiàn)象，飽和度最高達到120%以上[19]，魚類容易因自身承受能力的不同發(fā)生死亡現(xiàn)象。因此，蓄水后尤其是洪水季節(jié)，對于壩下水質(zhì)溶解氧的監(jiān)測非常重要，對于提出魚類保護措施如調(diào)整泄洪方式，控制泄洪流量等意義重大。

受沿江城市城鎮(zhèn)化進程的加快，生活污水和工農(nóng)業(yè)污水排放、河流匯入以及氣體過飽和等多重作用的影響，保護區(qū)的水質(zhì)變化日漸趨于復雜，需要對沿江城市進行污染排放控制與治理。本次對向家壩壩下部分江段的調(diào)查資料僅限于蓄水后兩年內(nèi)的，對壩下江段的分析具有一定的局限性，水溫及溶解氧的具體變化情況需要時時高頻率的監(jiān)測，以便及時對保護區(qū)魚類采取保護措施，保護區(qū)水質(zhì)對魚類的生存至關(guān)重要，為防止水體富營養(yǎng)化和下泄水體過飽和對魚類造成危害，需采取適當?shù)拇胧Ⅳ~類在各功能期受到的不利影響降到最低，這對于維護保護區(qū)的生物種群及多樣性具有重要意義。

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Water quality present situation under the Xiangjiaba dam after impounding

TONG Lu-lu1,2,RU Hui-jun2,NI Zhao-hui2,LI Yuan3,CHEN Min3

(1.ShanghaiOceanUniversity,Shanghai201306;2.FisheryEco-environmentalmonitoringcenterintheUpperandMiddleReachesoftheYangtzeRiver,MinistryofAgriculture/YangtzeRiverFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,Wuhan430223,China;3.ChinaThreeGorgesCorporation，Chengdu610000)

In order to master water quality variation under the Xiangjiaba dam,this study chose six representative cross sections from Sankuaishi to Mituo along national nature reserve of rare and endemic fish in the upper Yangtze River in fishes different life periods.Based on the water environment monitoring data from 2013 to 2014 year,the change rule of the 21 water quality index and the present situation water quality of this area were analyzed,and water quality evaluation were carried on.The result showed that water quality characteristics were generally good after impoundment in this area and the initial temperature delay value about 2 ℃.The excessive indices mainly were the total nitrogen,total phosphorus,potassium permanganate index,volatile phenol,ammonia nitrogen and heavy metal Hg.Difference of total nitrogen,arsenic and hexavalent chromium was so particularly significant that became the main of many factors affecting the data gap.The cluster analysis of water quality indices showed that Sankuaishi was significantly different with others,and the greater difference of each index between other locations far from the dam and close to the point showed that dam impoundment brought different extent impacts of water quality.

reserve;water quality present situation;variance analysis;cluster analysis

2016-02-23；

2016-05-12

中國長江三峽工程開發(fā)總公司(0714095、0799555)

仝路路(1989-)女，碩士研究生，專業(yè)方向為漁業(yè)環(huán)境監(jiān)測與保護。E-mail：1024248675@qq.com

倪朝輝。E-mail：nizhaoh@yfi.ac.cn

S931.3

A

1000-6907-(2016)05-0030-07