張鑫

摘要：溪洛渡水電站建成后形成水庫，可能對金沙江干流工程所在河段水質(zhì)產(chǎn)生影響。利用該水電站庫區(qū)2008～2020年的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，對比分析了該水電站蓄水前后高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總氮、總磷、汞、鉛、鎘、砷等污染因子的濃度變化情況，并采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法對污染物的變化趨勢進(jìn)行顯著性分析。結(jié)果表明：溪洛渡水電站蓄水后的水質(zhì)濃度總體呈下降趨勢。溪洛渡水電站上下游斷面高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、鉛和砷濃度呈顯著下降趨勢;總氮濃度在蓄水后小幅升高，汞和鎘濃度總體變化不大。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)變化; Spearman秩相關(guān)系數(shù)法; 溪洛渡水電站; 金沙江

中圖法分類號：X824 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.06.019

文章編號：1006 - 0081（2022）06 - 0105 - 05

0 引 言

溪洛渡水電站是金沙江下游河段4個梯級開發(fā)的第三級，為堤壩式開發(fā)，最大壩高278 m。溪洛渡壩址控制流域面積45.44 km2，多年平均流量4 570 m3/s。水庫正常蓄水位600 m，總庫容128億m3，調(diào)節(jié)庫容64.6億m3，具有不完全年調(diào)節(jié)性能。電站總裝機(jī)12 600 MW，多年平均發(fā)電量571.2億kW·h。電站于2005年12月正式開工建設(shè)，2013年5月4日下閘蓄水;2014年6月，溪洛渡水電站全部機(jī)組正式投產(chǎn)運行，2014年9月底首次蓄滿至正常蓄水位600 m。

溪洛渡水電站的建成形成水庫，減緩河道水動力條件，可能會對工程所在河段水環(huán)境產(chǎn)生影響。本文旨在研究溪洛渡水電站蓄水前后金沙江干流的水質(zhì)變化情況。目前，在長江流域?qū)τ谙蚣覊嗡娬?、三峽水庫蓄水前后干流水質(zhì)變化的研究較多。郭宗峰等[1]指出向家壩水電站蓄水前，庫區(qū)段水呈惡化，楊旭光等[2]指出向家壩蓄水后，隨著庫區(qū)水位上升，由于水體中泥沙的沉降作用以及上游來水的稀釋作用，各水質(zhì)參數(shù)含量明顯降低，蓄水后水質(zhì)明顯優(yōu)于蓄水前。相關(guān)研究表明三峽庫區(qū)蓄水前后水質(zhì)指標(biāo)變化不明顯或變好[3-6]。對于溪洛渡水電站水質(zhì)變化的研究，主要針對蓄水前水質(zhì)現(xiàn)狀的分析，較少有蓄水前后的水質(zhì)對比分析。云南省環(huán)境監(jiān)測中心站于1997 ～1998年對金沙江下游（巧家至宜賓河段）進(jìn)行了水質(zhì)現(xiàn)狀監(jiān)測，表明水質(zhì)總體呈惡化趨勢，影響水質(zhì)的主要污染物為總磷、鉛、懸浮物、氨氮[7]。

本文收集了2008～2020年溪洛渡水電站水庫蓄水前后的干流水質(zhì)數(shù)據(jù)，對蓄水前后金沙江干流的水質(zhì)狀況進(jìn)行年均統(tǒng)計分析，并采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法對污染物的變化趨勢進(jìn)行顯著性分析。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

2008～2014年水質(zhì)數(shù)據(jù)來源于長江流域水環(huán)境監(jiān)測中心對工程江段開展的地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測年報，2015～2020年水質(zhì)數(shù)據(jù)來源于長江流域水環(huán)境監(jiān)測中心承擔(dān)的金沙江下游流域地表水干支流水質(zhì)監(jiān)測。水質(zhì)監(jiān)測斷面見圖1，其中包括壩上斷面S1（大戲場）、壩下斷面S2（興田）。時間上，選取了2008～2016年的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)。水質(zhì)分析指標(biāo)為高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）、汞（Hg）、鉛（Pb）、鎘（Cd）、砷（As）等8項。

1.2 分析方法

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法》（試行），分析斷面（點位）多時段的水質(zhì)變化趨勢及變化程度。應(yīng)對評價指標(biāo)值與時間序列進(jìn)行相關(guān)性分析，可采用Spearman 秩相關(guān)系數(shù)法，檢驗相關(guān)系數(shù)和斜率的顯著性意義，確定其是否有變化和變化程度。衡量環(huán)境污染變化趨勢在統(tǒng)計上有無顯著性，最常用的是Daniel的趨勢檢驗[8-11]，Daniel的趨勢檢驗主要是采用了Spearman秩相關(guān)系數(shù)法，其計算方法如下：

[di=Xi-Yi]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中：rs為秩相關(guān)系數(shù);N為樣本周期;Xi為周期1到N按污染指標(biāo)濃度從小到大排列的序號;Yi為按時間順序排列的序號;di為變量Xi和變量Yi的差值。

當(dāng)|rs|>臨界值wp則表明變化趨勢具有顯著意義：如果rs是負(fù)值，表明呈下降趨勢或好轉(zhuǎn)趨勢;如果rs是正值，表明呈上升趨勢或加重趨勢。

當(dāng)|rs|≤臨界值wp則表明在評價時段內(nèi)水質(zhì)穩(wěn)定，變化不顯著。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 蓄水前后水質(zhì)變化分析

溪洛渡水電站水庫蓄水后，河流形態(tài)發(fā)生了變化，河道向湖庫轉(zhuǎn)化，水流由動態(tài)向靜態(tài)轉(zhuǎn)化，同時水質(zhì)也發(fā)生了變化。這些變化體現(xiàn)在高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總氮、總磷等水質(zhì)指標(biāo)上的變化。溪洛渡水電站水庫蓄水后，高錳酸鹽指數(shù)、氨氮和總磷年均和季均都發(fā)生了明顯的下降?？偟哪昃兓伙@著。

（1） 高錳酸鹽指數(shù)。溪洛渡水庫2008～2020年高錳酸鹽指數(shù)年際變化趨勢見圖2。由圖2可見，在溪洛渡水庫蓄水前壩址上、下游斷面的高錳酸鹽指數(shù)濃度總體呈現(xiàn)下降趨勢。2008～2012年兩個斷面的高錳酸鹽指數(shù)濃度大幅降低，水質(zhì)類別由Ⅲ類變?yōu)棰耦?溪洛渡水庫蓄水后，2013～2020年兩個斷面的高錳酸鹽指數(shù)濃度基本保持不變，水質(zhì)類別保持在Ⅰ類。

蓄水后，高錳酸鹽指數(shù)濃度降低的原因可能有：① 庫區(qū)的截流清污使得蓄水后，污染物變少;②水庫蓄水后，庫水流速減小，水力停留時間增長，單方面而言有利于可降解有機(jī)污染物在水庫中的降解凈化[12]，從而使得庫區(qū)內(nèi)和壩址下游的污染物減少;③ 庫區(qū)采取了一系列管理措施，控制了上游污染物的排放，加大了污染物的治理力度等，從而使得高錳酸鹽指數(shù)的濃度下降。

（2） 氨氮。溪洛渡水庫2008～2020年氨氮年際變化趨勢見圖3。由圖3可見，溪洛渡水庫蓄水前后氨氮指標(biāo)水質(zhì)類別總體保持在Ⅰ類。蓄水前，2008～2009年壩址上下游斷面，氨氮濃度出現(xiàn)了小幅上升，隨后在2009～2012年緩慢下降。溪洛渡水庫蓄水后，2013～2020年上、下游斷面的氨氮濃度呈微弱的下降趨勢，濃度均值在0.02 mg/L附近。

氨氮濃度在蓄水后發(fā)生了明顯的下降，隨后保持不變。這可能是由于水庫蓄水后，流速降低，會降低污染物的降解速率[13-14]，同時增加污染物在庫區(qū)的滯留時間，增強(qiáng)污染物降解能力，當(dāng)后者作用大于前者時，氨氮的濃度就會變小。其次，水庫蓄水后，會使得泥沙沉入庫底，污染物會隨泥沙進(jìn)入底層，從而使得水體中的污染物減小。

（3） 總氮。溪洛渡水庫2008～2020年總氮年際變化趨勢見圖4。由圖4可見，溪洛渡水庫蓄水前，壩址上、下游斷面的總氮濃度總體呈現(xiàn)先升高后下降的變化趨勢，其中2013年各斷面的總氮濃度最低。溪洛渡水庫蓄水后，2013～2020年兩個斷面的總氮濃度總體呈現(xiàn)小幅升高。

溪洛渡水電站水庫蓄水后，總氮濃度變化不顯著，呈微小的上升趨勢。這主要是由于溪洛渡水庫蓄水后，河道向湖庫型水體轉(zhuǎn)化，流速減慢，會增加營養(yǎng)鹽的停留時間[15-16]。另外，壩前動植物的死亡，水土流失，也會使得庫區(qū)的總氮濃度升高[17-18]。

（4） 總磷。溪洛渡水庫2008～2020年總磷年際變化趨勢見圖5。由圖5可見，溪洛渡水庫蓄水前，兩個斷面的總磷濃度大幅下降，水質(zhì)類別從Ⅳ類提升至Ⅱ類。蓄水后，總磷濃度穩(wěn)定保持在Ⅱ類，變化幅度很小。

溪洛渡水電站水庫蓄水后總磷濃度下降可能是由于：總磷會吸附于泥沙中[5]，蓄水后，水流速度減慢，總磷會隨著泥沙沉積到庫底，水體中溶解態(tài)的濃度降低。

（5） 汞。溪洛渡水庫2008～2020年汞年際變化趨勢見圖6。由圖6可見，2008～2009年，汞濃度下降，水質(zhì)類別由Ⅲ類提升至Ⅱ類，2009年后，壩址上、下游斷面的汞濃度總體基本保持不變。

（6） 鉛。溪洛渡水庫2008～2020年鉛年際變化趨勢見圖7。由圖7可見，2008～2009年，鉛濃度上升，水質(zhì)類別由Ⅲ類下降至Ⅴ類，2009～2013年，蓄水前鉛濃度逐年下降，水質(zhì)類別提升至Ⅰ類。蓄水后，壩址上、下游斷面的鉛濃度總體基本保持不變，水質(zhì)類別維持在Ⅰ類。

（7） 鎘。溪洛渡水庫2008～2020年鎘年際變化趨勢見圖8。由圖8可見，蓄水前后，壩址上、下游斷面鎘濃度基本維持不變，水質(zhì)類別維持在Ⅰ類。

（8）砷。溪洛渡水庫2008～2020年砷年際變化趨勢見圖9。由圖9可見，蓄水前后，壩址上、下游斷面鎘濃度略微下降，水質(zhì)類別總體維持在Ⅰ類。

2.2 水環(huán)境質(zhì)量變化趨勢分析

2.1節(jié)分析表明，溪洛渡水電站水庫蓄水后，壩址上、下游斷面的水質(zhì)狀況較好。為了定量評價流域多年水環(huán)境質(zhì)量的變化，利用Daniel的趨勢檢驗來衡量環(huán)境污染變化有無顯著趨勢，金沙江干流溪洛渡段水質(zhì)年均變化趨勢見表1。

從表1中可以看出：高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、汞、鉛和砷等6項指標(biāo)在壩址上、下游斷面的rs值均為負(fù)數(shù)，呈現(xiàn)下降趨勢;總氮和鎘在壩址上、下游斷面的rs值均為正，呈現(xiàn)上升趨勢;在0.05水平上有顯著意義的有S1，S2斷面的鉛指標(biāo)，在0.01水平上有顯著意義的有S1，S2斷面的高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷和砷指標(biāo)，總氮、汞和鎘指標(biāo)無顯著變化。

蓄水后溪洛渡壩址上、下游斷面的污染物濃度總體呈下降趨勢。這可能與溪洛渡水電站水庫蓄水后，水流速度減慢、促進(jìn)污染物的降解，或者泥沙的沉降帶走一部分水體中的污染物等相關(guān)。

綜上所述，金沙江干流水體中的水質(zhì)指標(biāo)沒有因溪洛渡水電站蓄水而變劣。但是，為有效保護(hù)溪洛渡水電站所在金沙江干流河段的水環(huán)境質(zhì)量，仍需通過進(jìn)一步加大水污染防治力度，控制外源入庫。

3 結(jié) 論

溪洛渡水電站上下游斷面在蓄水前的高錳酸鹽指數(shù)濃度總體均呈下降趨勢，在水庫開始初期蓄水后，各斷面的高錳酸鹽指數(shù)濃度均較蓄水前的低，并且保持平穩(wěn)變化。溪洛渡水電站上下游斷面的氨氮濃度在蓄水前為先基本不變隨后下降的趨勢，在蓄水后呈微弱的下降趨勢?？偟獫舛仍谛钏翱傮w有上升趨勢。蓄水前，各斷面的總磷濃度呈波動形式變化，其波動幅度隨時間的推移逐漸減小;蓄水后各斷面的總磷濃度整體較蓄水前出現(xiàn)明顯的下降。汞、鉛、鎘、砷等指標(biāo)在蓄水前有小幅波動，蓄水后均維持在Ⅰ類水質(zhì)類別范圍內(nèi)。

Spearman秩相關(guān)系數(shù)計算結(jié)果表明：溪洛渡水電站上下游斷面的高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、鉛和砷濃度呈下降趨勢，且都具有顯著意義;總氮濃度在蓄水后小幅升高;汞和鎘濃度總體變化不大，未形成顯著意義。

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Variation tendencies of water quality in Jinsha River before and after Xiluodu Hydropower Station impoundment

ZHANG Xin

（Shanghai Investigation， Design & Research Institute Co.， Ltd.， Shanghai? 200434，China）

Abstract：The impoundment of Xiluodu reservoir possibly impact the water quality of the Jinsha river. Water quality monitoring data in reservoir area of Xiluodu Hydropower Station on the main stream of the Jinsha River from 2008 to 2020 were used to analyze variations of major pollution factors such as CODMn， NH3-N， TN， TP， Hg， Pb， Cd and As. Also，significance of changing trend of pollutant was tested by Spearman rank correlation coefficient.The results showed that the water quality concentration of Xiluodu Hydropower Station displayed a downward trend after impoundment. Spearman rank correlation analysis showed that the concentration of CODMn， NH3-N， TP， Pb and As significantly decreased in upstream and downstream sections， TN increased slightly after impoundment， Hg and Cd did not form a significant difference.

Key words：water quality variation; Spearman rank correlation coefficient method; Xiluodu Hydropower Station;Jinsha River