彭春蘭 江玉姣 張馨月

(長江委水文局長江三峽水環(huán)境監(jiān)測中心,湖北 宜昌 443000)

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三峽水庫蓄水前后庫區(qū)及壩下游水質(zhì)變化與成因探討

彭春蘭 江玉姣 張馨月

(長江委水文局長江三峽水環(huán)境監(jiān)測中心,湖北 宜昌 443000)

為了解三峽水庫運(yùn)行對(duì)大壩上下游水質(zhì)的影響，同時(shí)為三峽江段水質(zhì)保護(hù)提供參考，根據(jù)長江三峽水環(huán)境監(jiān)測中心在三峽庫區(qū)官渡口和壩下南津關(guān)兩個(gè)重要斷面1998～2012年間的水質(zhì)監(jiān)測資料，比對(duì)分析了水庫蓄水前后部分水質(zhì)指標(biāo)的年際和年內(nèi)變化特征，并探討其成因。結(jié)果表明，2003年三峽水庫135 m蓄水成功后，水體中SS和重金屬等指標(biāo)濃度下降，TP等營養(yǎng)鹽指標(biāo)濃度呈不同程度減小，DO等氧平衡指標(biāo)濃度總體下降。由此可得：三峽水庫運(yùn)行對(duì)庫區(qū)及壩下游水體水質(zhì)有積極影響；水庫運(yùn)行后，水流變緩，泥沙沉降，使得水體含沙量明顯減少，污染物濃度也相應(yīng)降低，泥沙吸附沉降作用對(duì)減少大多數(shù)水體污染物的作用不可小覷；但庫區(qū)中吸附了大量水體污染物的泥沙，如果再懸浮，會(huì)對(duì)長江干流水質(zhì)產(chǎn)生不利影響，應(yīng)密切關(guān)注庫區(qū)水體泥沙含量的變化規(guī)律。

蓄水前后；污染物；水質(zhì)檢測；水體泥沙含量；三峽水利樞紐

舉世矚目的大型水電工程——三峽工程，于1997年11月8日截流，2003年6月1日正式蓄水，6月10日蓄至135 m水位，運(yùn)行平穩(wěn)。至今三峽水庫已成功經(jīng)歷3次蓄水階段，除去蓄水實(shí)施年份2003、2006和2008年，將不同的實(shí)際運(yùn)行水位所對(duì)應(yīng)年份劃分為表1所示的4個(gè)階段，其運(yùn)行對(duì)長江水環(huán)境質(zhì)量的影響一直備受關(guān)注。三峽水庫蓄水后，由天然河道演變成一個(gè)狹長的河道型水庫，各項(xiàng)水文要素均發(fā)生很大變化，如庫容增大、水深加大，流速減小等；相應(yīng)地帶來水環(huán)境要素的改變，如污染物擴(kuò)散能力降低，庫區(qū)及下游水域污染物濃度、分布均發(fā)生改變。

表1 三峽水庫不同水位運(yùn)行代表時(shí)段[1] m

本文涉及的水文斷面如下。

(1) 官渡口斷面。位于三峽大壩上游75 km，屬于三峽水庫135 m蓄水庫區(qū)斷面。

(2) 南津關(guān)斷面。位于三峽大壩下游35 km與葛洲壩之間，屬于長江干流斷面。

1 數(shù)據(jù)獲取與分析方法

為獲取三峽水庫蓄水對(duì)長江干流水質(zhì)影響的基本資料及蓄水前后水質(zhì)的變化趨勢(shì)，重點(diǎn)擇取了長江三峽水環(huán)境監(jiān)測中心1998～2012年庫區(qū)官渡口和三峽大壩下游南津關(guān)兩個(gè)特征斷面的水質(zhì)監(jiān)測資料進(jìn)行分析。

監(jiān)測頻率為每月一次，時(shí)間為每月上旬，斷面參數(shù)值為實(shí)測斷面均值，年度均值為年內(nèi)12個(gè)月份參數(shù)值的算術(shù)平均值。監(jiān)測樣品通常采用澄清樣，部分參數(shù)同時(shí)監(jiān)測了渾樣、澄清樣和過濾樣。渾樣即水樣采集后搖勻后得到的樣品；澄清樣即水樣采集后靜置30 min后所得上層樣品；過濾樣即水樣采集后經(jīng) 0.45μm濾膜過濾得到的樣品。

年度水期劃分為豐水期(5～9月)、枯水期(12～2月)和平水期(3，4，10月和11月)。

監(jiān)測的水質(zhì)參數(shù)主要包括氧平衡指標(biāo)(溶解氧DO、高錳酸鹽指數(shù)CODMn、生化需氧量BOD5等)；營養(yǎng)鹽指標(biāo)(氨氮NH3-N、總氮TN、總磷TP等)；重金屬指標(biāo)(銅Cu、鉛Pb等)和懸浮物指標(biāo)(懸浮物SS)等。根據(jù)蓄水前后水質(zhì)變化情況，分別對(duì)以上4個(gè)方面的指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)分析。

2 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

2.1 蓄水前后各因子年際變化

除懸浮物為渾樣以外，其余分析水樣均為澄清樣。

2.1.1 氧平衡指標(biāo)分析

本文分析的氧平衡指標(biāo)主要包括DO、CODMn和BOD5。圖1～3分別為官渡口斷面和南津關(guān)斷面1998～2012年間的DO、 CODMn和BOD5的濃度變化圖。

圖1 蓄水前后的DO濃度變化

圖2 蓄水前后的CODMn濃度變化

圖3 蓄水前后的BOD5濃度變化

如圖1所示，2003年首次蓄水后，2004～2012年間庫區(qū)官渡口斷面和壩下南津關(guān)斷面監(jiān)測的DO濃度較蓄水前1998～2002年低，但下降幅度不大。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析可知，官渡口蓄水前的DO濃度平均值為8.79 mg/ L，蓄水后7.22 mg/L，比蓄水前減小17.8%；南津關(guān)蓄水前的DO濃度平均值為8.72 mg/L，蓄水后為7.70 mg/L，比蓄水前減小11.7%。由此可見，三峽水庫蓄水后庫區(qū)和壩下的DO濃度比蓄水前略小，且?guī)靺^(qū)水體中DO減小程度較壩下游大。分析原因?yàn)榻▔魏髱靺^(qū)水流變緩，水體中DO濃度減小，2003年由于泄流摻氣作用壩下溶氧濃度升高，但發(fā)電機(jī)組運(yùn)行后的摻氣作用比直接泄流影響甚小，因此壩下DO濃度又逐年降低并趨于穩(wěn)定。

如圖2所示，蓄水前1998～2002年間庫區(qū)官渡口斷面和南津關(guān)斷面監(jiān)測的渾樣CODMn濃度逐年增大，至2002年達(dá)最大值3.3 mg/L；2003年首次蓄水后CODMn濃度逐年減小，至2006年后趨于穩(wěn)定。經(jīng)分析可知，官渡口蓄水前的CODMn濃度平均值為2.84 mg/ L，蓄水后為2.43 mg/L，比蓄水前減小14.3%；南津關(guān)蓄水前的CODMn濃度平均值為2.87 mg/L，蓄水后為2.34 mg/L，比蓄水前減小18.6%。可見，三峽水庫蓄水后庫區(qū)和壩下的CODMn濃度總體比蓄水前減小。

如圖3所示，蓄水前1998～2001年間庫區(qū)官渡口斷面和南津關(guān)斷面監(jiān)測的BOD5濃度逐年增大，至2001年后逐年減小；2003年首次蓄水后，BOD5濃度又逐年增大，至2005年達(dá)最大值，2006年三峽水庫第2次蓄水后，BOD5濃度逐年減小。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析知，官渡口蓄水前的BOD5濃度平均值為0.73 mg/ L，蓄水后為1.07 mg/L，比蓄水前增大46.1%；南津關(guān)蓄水前的BOD5濃度平均值為0.82 mg/L，蓄水后為1.07 mg/L，比蓄水前增大30.8%。三峽水庫蓄水后庫區(qū)和壩下游水體的BOD5濃度總體比蓄水前增大，且?guī)靺^(qū)水體的BOD5增加程度較下游高。

2.1.2 營養(yǎng)鹽指標(biāo)分析

本文分析的營養(yǎng)鹽指標(biāo)主要包括TP、TN和NH3-N。圖4～6分別為官渡口斷面和南津關(guān)斷面1998～2012年間的TP、 TN和NH3-N的濃度變化圖。

圖4 蓄水前后的TP濃度變化

圖5 蓄水前后的TN濃度變化

圖6 蓄水前后的NH3-N濃度變化

如圖4所示，庫區(qū)官渡口斷面和壩下南津關(guān)斷面監(jiān)測的TP濃度在三峽水庫2003年首次蓄水后逐年減小，2006年第2次蓄水后趨于穩(wěn)定。官渡口蓄水前TP濃度平均值為0.19 mg/L，蓄水后為0.12 mg/L，比蓄水前減小36.7%；南津關(guān)蓄水前TP濃度平均值為0.18 mg/L，蓄水后為0.11 mg/L，比蓄水前減小38.0%?？梢?，三峽水庫蓄水后庫區(qū)和壩下游水體中的TP含量比蓄水前明顯減小。

如圖5所示，蓄水前1998～2002年間庫區(qū)官渡口斷面和壩下南津關(guān)斷面監(jiān)測的TN濃度逐年增大， 2003年首次蓄水時(shí)水體中的TN濃度有較明顯攀升，在水庫第一階段135 m水位蓄水運(yùn)行期間水體中的TN濃度逐漸降低，并隨著三峽水庫的蓄水運(yùn)行趨于穩(wěn)定。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，蓄水前官渡口的TN濃度平均值為1.40 mg/ L，蓄水后為1.73 mg/ L，比蓄水前增加23.4%。蓄水前南津關(guān)的TN濃度平均值為1.50 mg/ L，蓄水后為1.73 mg/ L，比蓄水前增加15.9%。綜上所述，三峽水庫蓄水后庫區(qū)和壩下水體中的TN濃度比蓄水前增大，且?guī)靺^(qū)TN的增加幅度較壩下游略高。

如圖6所示，三峽水庫2003年首次蓄水后庫區(qū)官渡口斷面和南津關(guān)斷面監(jiān)測的NH3-N濃度比蓄水前減小，并隨著水庫的蓄水運(yùn)行而逐步趨于穩(wěn)定。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，官渡口蓄水前的NH3-N濃度平均值為0.21 mg/ L，蓄水后為0.09 mg/L，比蓄水前減小56.8%；南津關(guān)蓄水前的NH3-N濃度平均值為0.22 mg/L，蓄水后為0.09 mg/L，比蓄水前減小58.7%?？梢姡龒{水庫蓄水后庫區(qū)和壩下游水體中的NH3-N濃度比蓄水前明顯減小。

2.1.3 重金屬及懸浮物指標(biāo)分析

分析的Cu、Pb和SS指標(biāo)結(jié)果如下。圖7～9分別為庫區(qū)官渡口斷面和南津關(guān)斷面1998～2012年間的Cu、Pb和SS的濃度變化圖。

圖7 Cu濃度變化

圖8 Pb濃度變化

圖9 SS濃度變化

如圖7所示，三峽水庫2003年首次蓄水后庫區(qū)官渡口斷面和南津關(guān)斷面監(jiān)測的Cu濃度逐年減小，至2006年第2階段蓄水后趨于穩(wěn)定。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，官渡口蓄水前的Cu濃度平均值為0.027 mg/ L，蓄水后為0.010 mg/L，比蓄水前減小62.6%；南津關(guān)蓄水前的Cu濃度平均值為0.026 mg/L，蓄水后為0.009 mg/L，比蓄水前減小66.5%。分析說明，三峽水庫蓄水后庫區(qū)和壩下游水體中的Cu濃度總體比蓄水前明顯減小。

如圖8所示，三峽水庫2003年首次蓄水后庫區(qū)官渡口斷面和南津關(guān)斷面監(jiān)測的Pb濃度比蓄水前明顯減小，至2006年第2階段蓄水后趨于穩(wěn)定。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，官渡口蓄水前的Pb濃度平均值為0.018 mg/L，蓄水后為0.009 mg/L，比蓄水前減小50.5%。南津關(guān)蓄水前的Pb濃度平均值為0.020 mg/L，蓄水后為0.008 mg/L，比蓄水前減小59.0%。綜上分析發(fā)現(xiàn)，三峽水庫蓄水后庫區(qū)和壩下游水體中的Pb濃度總體比蓄水前明顯減小，且壩下游的減小幅度較庫區(qū)略大。

如圖9所示，蓄水前1998～2002年間庫區(qū)官渡口斷面和壩下南津關(guān)斷面監(jiān)測的SS濃度逐年明顯減小，2003年三峽水庫蓄水后，SS濃度基本穩(wěn)定。經(jīng)數(shù)據(jù)分析知，官渡口蓄水前的SS濃度平均值為482.8 mg/L，蓄水后為93.2 mg/L，比蓄水前減小80.7%。南津關(guān)蓄水前的Pb濃度平均值為468.2 mg/L，蓄水后為65.0 mg/L，比蓄水前減小86.1%?？梢?，三峽水庫蓄水后庫區(qū)和壩下游水體中的SS濃度比蓄水前明顯減小，并隨著水庫的蓄水運(yùn)行而維持穩(wěn)定。

2.2 各指標(biāo)渾樣、過濾樣濃度年度變化分析

2.2.1 SS指標(biāo)

重點(diǎn)選取1999年和2007年庫區(qū)官渡口斷面和壩下南津關(guān)斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對(duì)比分析了蓄水前后渾樣中SS指標(biāo)的年度變化趨勢(shì)，結(jié)果如圖10所示。

圖10 蓄水前后官渡口和南津關(guān)SS濃度的年度變化

如圖10所示， 官渡口和南津關(guān)兩個(gè)斷面1999年的SS濃度均在豐水期明顯高于枯水期和平水期；2007年的SS濃度均全年處于穩(wěn)定水平，只在豐水期中的8，9月升高，表明三峽水庫仍呈明顯的河道徑流特征。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，官渡口1999年的SS濃度平均值為462.5 mg/L ，蓄水后2007年為171.7 mg/L，比蓄水前降低62.9%；南津關(guān)1999年的SS濃度平均值為482.0 mg/L ，蓄水后2007年為87.3 mg/L，比蓄水前降低81.9%?？梢园l(fā)現(xiàn)，蓄水運(yùn)行后的庫區(qū)官渡口和壩下南津關(guān)兩個(gè)斷面水體中的SS濃度比蓄水前更趨穩(wěn)定，且平均值較蓄水前低，由于大壩建成蓄水后，庫區(qū)水文狀況發(fā)生很大變化，水流變緩，泥沙在庫區(qū)沿程沉積，加上大壩攔截作用，壩下游水體泥沙含量顯著減小，因此蓄水后南津關(guān)的SS減小幅度比庫區(qū)內(nèi)的官渡口的更大。

2.2.2 CODMn指標(biāo)

本文著重選取了1999年和2007年庫區(qū)官渡口斷面和壩下南津關(guān)斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)，比對(duì)分析了蓄水前后渾樣和過濾樣中CODMn指標(biāo)的年度變化趨勢(shì)，詳見圖11。

圖11 蓄水前后官渡口和南津關(guān)CODMn濃度的年度變化

如圖11所示，官渡口和南津關(guān)兩個(gè)斷面蓄水前1999年渾樣的CODMn濃度在豐水期明顯高于枯水期和平水期，過濾樣CODMn濃度在豐水期略高于枯水期和平水期；蓄水后的2007年里渾樣CODMn濃度全年處于穩(wěn)定水平，只在豐水期中的8，9月升高，過濾樣CODMn濃度則在全年處于相對(duì)穩(wěn)定水平，水庫蓄水前后的CODMn變化受河道徑流影響明顯。綜上分析發(fā)現(xiàn)，蓄水運(yùn)行后的庫區(qū)及壩下游兩個(gè)斷面水體中的CODMn濃度總體較蓄水前偏低且更趨穩(wěn)定，同時(shí)由于受水庫調(diào)節(jié)影響，蓄水后CODMn的變化受徑流影響的時(shí)間明顯變短。

2.2.3 TP指標(biāo)

著重選取1999年和2007年庫區(qū)官渡口斷面和壩下南津關(guān)斷面監(jiān)測的數(shù)據(jù)，比對(duì)分析了蓄水前后渾樣和過濾樣中TP指標(biāo)的年度變化趨勢(shì)，結(jié)果見圖12。

圖12 蓄水前后官渡口和南津關(guān)TP濃度的年度變化

如圖12所示，在蓄水前的1999年，官渡口和南津關(guān)兩個(gè)斷面渾樣TP濃度在枯水期一直保持較高水平，進(jìn)入平水期則逐月降低至穩(wěn)定，進(jìn)入豐水期后又逐月升高至穩(wěn)定，過濾樣TP濃度全年處于較穩(wěn)定水平，在豐水期略低于枯水期和平水期；蓄水后的2007年，渾樣TP濃度全年基本處于穩(wěn)定水平，只在豐水期中的8，9月升高，過濾樣TP濃度則在全年處于相對(duì)穩(wěn)定水平?？梢姡钏\(yùn)行后的庫區(qū)及壩下游兩個(gè)斷面水體中的TP濃度總體較蓄水前偏低且更趨穩(wěn)定，由于受大壩頂托影響，蓄水后TP的變化受徑流影響的時(shí)間明顯變短。

3 水質(zhì)變化成因分析及討論

3.1 蓄水對(duì)氧平衡指標(biāo)變化的影響分析

由圖1～3的分析結(jié)果可看出，蓄水后庫區(qū)和壩下水體的DO和CODMn含量比蓄水前均有所下降，說明三峽水庫蓄水對(duì)庫區(qū)及壩下游水體的氧平衡指標(biāo)有一定影響。除了水位增高，水深加大，水流減緩降低了水體復(fù)氧能力；還可能因水量增加了水的稀釋作用，水流減緩增加了污染物在庫區(qū)的滯留時(shí)間，泥沙吸附和沉降作用使有機(jī)污染物也隨之進(jìn)入底泥， 使得水體中的DO和CODMn含量下降。蓄水后BOD5含量短期增長之后逐年降低，原因應(yīng)與上述一致，而BOD5出現(xiàn)短期增長，可能由于建壩初期庫區(qū)水位升高，兩岸大量植被被淹沒死亡后，水體中有機(jī)物和無機(jī)物含量劇增。

3.2 蓄水對(duì)營養(yǎng)鹽指標(biāo)變化的影響分析

由圖4～6的分析結(jié)果可知，蓄水后庫區(qū)及壩下游水體的TP、TN和NH3-N等營養(yǎng)鹽的濃度都有不同程度的下降。其中南津關(guān)的TP和NH3-N濃度下降分別達(dá)38.0%和58.7%，TN濃度的平均值雖高于蓄水前，但相比于蓄水前的增長趨勢(shì)，蓄水后逐漸下降并趨于穩(wěn)定。原因是水體營養(yǎng)鹽成分受懸浮物影響明顯，蓄水后水流明顯減緩，水體中懸浮物大量沉積，吸附于固體懸浮顆粒上的TP、TN等污染物也隨之沉降，濃度減小。

3.3 蓄水對(duì)重金屬及懸浮物指標(biāo)變化的影響分析

由圖7～9的分析結(jié)果可得，蓄水后庫區(qū)和壩下游水體的Cu、Pb等重金屬和SS指標(biāo)含量都大幅度下降，而且壩下游的下降幅度比庫區(qū)更大。南津關(guān)的SS濃度減小高達(dá)86.1%，Cu、Pb濃度減小分別為66.5%和59.0%。長江水體SS的主要成分為泥沙，受長江上游水庫群攔截泥沙、水土保持和退耕還林減少水土流失面積、長江上游降雨量偏少等因素的影響，進(jìn)入三峽庫區(qū)的泥沙大幅減少；另外，三峽水庫形成后，過水面積增加，水流流速減緩，泥沙在庫區(qū)沉降淤積。同樣是因?yàn)樗w中重金屬污染物主要吸附于固體懸浮物上，因此濃度也與懸浮物濃度密切關(guān)聯(lián)。隨著庫區(qū)懸浮物大量沉降，導(dǎo)致重金屬等污染物一起沉降到水底，濃度大量減小，并沿程降低。

3.4 蓄水前后污染物濃度年度變化及分析

由圖10～12的分析結(jié)果可得，蓄水后2007年庫區(qū)官渡口斷面和壩下游南津關(guān)斷面的年度過濾樣CODMn和TP濃度與蓄水前相比變化不大；而蓄水后兩個(gè)斷面的年度渾樣CODMn和TP濃度總體都較蓄水前1999年低且穩(wěn)定，說明CODMn和TP濃度可能與懸浮物含量有關(guān)。再將圖10～12比對(duì)分析可發(fā)現(xiàn)，蓄水前后渾樣CODMn和TP濃度變化規(guī)律與SS含量的變化非常相似，說明水體中CODMn等氧平衡指標(biāo)和TP等營養(yǎng)鹽指標(biāo)確實(shí)與SS相關(guān)；而過濾樣變化不大，進(jìn)一步說明水體中污染物濃度與水體中的固體懸浮物關(guān)聯(lián)密切。主要固體懸浮物則為泥沙，因此應(yīng)更加重視泥沙吸附沉降作用對(duì)水體中污染物濃度的減小作用。另外，吸附大量污染物的泥沙沉降到庫底后，在一定條件下，這部分泥沙再懸浮可能對(duì)庫區(qū)和下游水質(zhì)產(chǎn)生不利影響，這個(gè)問題也不容忽視[2]。

4 結(jié) 論

通過分析三峽水庫蓄水前后的水質(zhì)資料，主要可得出如下結(jié)論。

(1) 三峽水庫蓄水后庫區(qū)及壩下游水體水質(zhì)總體變化較好，具體表現(xiàn)為：SS和重金屬等指標(biāo)濃度大幅度下降，TP等營養(yǎng)鹽指標(biāo)濃度不同程度減小，DO等氧平衡指標(biāo)濃度總體下降等。

(2) 長江干流水質(zhì)中的污染物濃度與水體中泥沙含量密切相關(guān)，應(yīng)重視泥沙吸附沉降作用對(duì)減少水體污染物的作用。

(3) 庫區(qū)中吸附了大量水體污染物的泥沙，如果再懸浮，可能對(duì)長江干流水體造成二次污染，在控制庫區(qū)及下游干流污染物排放的同時(shí)，還應(yīng)注重泥沙含量的監(jiān)測，以便根據(jù)其變化規(guī)律尋求合理治沙治污的方式。

[1] 印士勇．三峽工程蓄水運(yùn)用期庫區(qū)干流水質(zhì)分析[J]．長江流域資源與環(huán)境，2011，20(3)：305-309．

[2] 彭期冬．三峽庫區(qū)蓄水對(duì)含沙水體水質(zhì)的影響分析[J]．水資源保護(hù)，2011，27(5)：52-54．

(編輯：唐湘茜)

2016-09-15

彭春蘭，女，長江委水文局長江三峽水環(huán)境監(jiān)測中心，助理工程師.

1006-0081(2016)11-0035-06

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