摘要：磷是水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和污染控制考核的重要指標(biāo)，其在天然水體中以溶解態(tài)、顆粒態(tài)等形態(tài)存在。研究水中含沙量的改變對(duì)不同形態(tài)磷濃度的影響，對(duì)磷污染控制有著重要意義。選取三峽水庫(kù)干流為研究對(duì)象，采用Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)法和Pearson相關(guān)系數(shù)分析了該河段含沙量變化對(duì)總磷、溶解磷、顆粒磷等不同形態(tài)磷濃度的影響。結(jié)果表明：① 2003～2019年三峽水庫(kù)干流的平均流量無(wú)明顯變化，含沙量則明顯減少。② 總磷濃度在2003～2012年間起伏波動(dòng)、緩慢上升，2013～2019年則持續(xù)下降；溶解磷濃度呈先上升后下降的趨勢(shì)，各斷面峰值出現(xiàn)在2013、2014年；顆粒態(tài)磷濃度呈波動(dòng)下降趨勢(shì)。③ 與2003～2012年濃度均值相比，2013～2019年渾濁水樣磷濃度、沉降水樣磷濃度以及顆粒磷濃度分別下降了40%，25%和65%；溶解磷濃度則出現(xiàn)明顯上升，庫(kù)尾朱沱斷面、變動(dòng)回水區(qū)寸灘斷面上升約60%，常年回水區(qū)清溪場(chǎng)和萬(wàn)縣斷面分別上升約20%和12%；溶解磷/沉降水樣磷的比值快速上升，2013～2019年溶解磷/沉降水樣磷均達(dá)到68%以上。④ 在新水沙條件影響下，三峽水庫(kù)干流不同形態(tài)磷濃度已發(fā)生明顯改變，最易被浮游生物利用的溶解磷已成為三峽水庫(kù)干流磷的主要存在形式。研究成果可為三峽庫(kù)區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽控制和治理提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān) 鍵 詞：總磷；溶解磷；顆粒磷；含沙量；Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)；三峽水庫(kù)

中圖法分類號(hào)：TV697;X524

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.10.010

0 引 言

磷是生物有機(jī)體生長(zhǎng)和能量傳輸所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，也是自然水域中重要的營(yíng)養(yǎng)或污染物質(zhì)^［1-3］。天然水體中磷的主要存在形態(tài)包括溶解態(tài)磷（dissolved phosphorus，DP）和顆粒態(tài)磷（particulate phosphorus，PP），且兩種形態(tài)之間會(huì)隨著地球化學(xué)過(guò)程的變遷而循環(huán)轉(zhuǎn)化^［4-6］。泥沙和水流是水體中磷遷移轉(zhuǎn)化的主要載體。河流水體磷輸移過(guò)程中，DP主要沿水流方向擴(kuò)散遷移，而PP主要伴隨懸浮泥沙顆粒進(jìn)行輸移，即部分PP沉降至水底、部分PP輸移更遠(yuǎn)的距離至下游河道^［7-8］。

三峽水庫(kù)蓄水后，庫(kù)區(qū)水位抬升，干流水體流速減緩，輸沙能力降低。尤其自2013年開(kāi)始，金沙江中下游梯級(jí)電站相繼運(yùn)行并產(chǎn)生較強(qiáng)的攔沙作用，三峽水庫(kù)入庫(kù)泥沙大幅減少^［9-10］，梯級(jí)電站攔沙效應(yīng)對(duì)三峽水庫(kù)干流不同形態(tài)磷濃度的影響備受關(guān)注。丁帥等^［11］分析2009～2010年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，三峽水庫(kù)沉積的總磷（total phosphorus，TP）、PP和DP分別占入庫(kù)的24.2%，30.8%和22.2%。秦延文等^［12］分析2015年1月和7月的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在豐水期和枯水期三峽水庫(kù)水體中磷均以DP為主要賦存形態(tài)，DP通量占TP通量的51%～96%，清溪場(chǎng)—萬(wàn)州段是水、沙和磷的主要滯留區(qū)域。這些研究多為某一時(shí)段或某幾次監(jiān)測(cè)結(jié)果，覆蓋的時(shí)間范圍窄，無(wú)法完整展現(xiàn)梯級(jí)電站攔沙效應(yīng)對(duì)三峽水庫(kù)干流不同形態(tài)磷濃度的影響。也有學(xué)者利用長(zhǎng)系列監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)展相關(guān)研究，例如婁保鋒等^［13］研究了包括三峽水庫(kù)在內(nèi)的長(zhǎng)江干流2001～2018年TP等水質(zhì)參數(shù)的變化趨勢(shì)。然而這些研究在監(jiān)測(cè)TP時(shí)往往按照GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》要求對(duì)水樣靜置沉降30 min后再進(jìn)行測(cè)定，該監(jiān)測(cè)方法無(wú)法完整地反映水體中的磷含量。

為彌補(bǔ)上述研究存在的不足，一些學(xué)者利用更有針對(duì)性的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)展研究。王殿常等^［14］發(fā)現(xiàn)，2003～2012年間，三峽水庫(kù)TP的攔截率為59.8%，DP的攔截率為14.6%，而2013～2017年間庫(kù)區(qū)TP和DP攔截率分別減小為14.4%和18.5%，但是該研究中大部分討論均圍繞寸灘（三峽水庫(kù)干流）、武?。踅⒛辖蜿P(guān)（三峽水庫(kù)壩下）3個(gè)斷面展開(kāi)，研究范圍未集中在三峽水庫(kù)干流。周建軍等^［4］指出上游大量梯級(jí)水庫(kù)徹底改變了長(zhǎng)江中下游泥沙狀況，攔截超過(guò)了75%總磷和大約6萬(wàn)～10萬(wàn)t潛在生物有效磷，但是該研究收集的不同形態(tài)磷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為2002年9月至2003年5月和2004年5～9月，覆蓋時(shí)間較早且序列較短。Zhang等^［15］收集了2004～2017年三峽庫(kù)區(qū)不同形態(tài)磷濃度數(shù)據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)三峽庫(kù)區(qū)干流水體中TP和PP濃度與含沙量呈正相關(guān)，且該時(shí)期三峽庫(kù)區(qū)TP和PP濃度急劇下降，而DP濃度上升。值得注意的是，上述研究均以渾濁水樣磷濃度代表TP，對(duì)渾濁水樣TP和按照GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》要求的沉降水樣TP間的差別，以及水體含沙量與該區(qū)別間的關(guān)系等方面并未涉及。

本文系統(tǒng)檢測(cè)了2003～2019年三峽水庫(kù)干流典型斷面渾濁水樣TP、沉降水樣TP、DP、PP等不同形態(tài)磷含量，利用M-K突變檢驗(yàn)、季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)和Pearson相關(guān)系數(shù)等方法系統(tǒng)分析了不同形態(tài)磷濃度的變化趨勢(shì)及其與水沙條件的相關(guān)性，以期為全面了解三峽水庫(kù)干流水體磷遷移轉(zhuǎn)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域

金沙江是三峽水庫(kù)入庫(kù)泥沙最主要的來(lái)源，其下游向家壩水電站從2012年10月初期蓄水，溪洛渡水電站從2013年5月初期蓄水。水電樞紐蓄水后，長(zhǎng)江上游來(lái)水來(lái)沙均發(fā)生較大變化^［16］。本次研究的空間范圍為三峽水庫(kù)干流段，選取朱沱（干流入庫(kù)控制站）、寸灘（變動(dòng)回水區(qū)，嘉陵江匯入口下游）、清溪場(chǎng)（常年回水區(qū)，烏江匯入口下游）、萬(wàn)縣（常年回水區(qū)）4個(gè)典型斷面進(jìn)行調(diào)查監(jiān)測(cè)。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，按照SL 219-2018《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》要求，在每個(gè)斷面設(shè)置2～3條垂線、每條垂線設(shè)置2～3個(gè)采樣點(diǎn)，采用船載深水采樣器分層采集水樣。監(jiān)測(cè)斷面分布見(jiàn)圖1。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

水質(zhì)數(shù)據(jù)來(lái)源于長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局每月1次的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果，含沙量數(shù)據(jù)來(lái)源于水文站同步監(jiān)測(cè)結(jié)果。為更好地說(shuō)明三峽水庫(kù)干流水體中不同形態(tài)磷濃度變化及可沉降固體對(duì)其分布的影響，分別對(duì)渾濁水樣、沉降30 min水樣（根據(jù)GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，在開(kāi)展總磷等參數(shù)監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)時(shí)，水樣采集后需靜置沉降30 min，取上層非沉降部分測(cè)定^［17］）和0.45 μm濾膜過(guò)濾后水樣進(jìn)行測(cè)定。測(cè)得的渾濁水樣磷濃度記為T(mén)CP（total cloudy phosphorus），沉降30 min水樣磷濃度記為T(mén)P（total phosphorus），0.45 μm濾膜過(guò)濾后水樣磷濃度記為T(mén)DP（total dissolved phosphorus）。TP與TDP之差即為顆粒態(tài)磷濃度^［12］，記為T(mén)PP（total particulate phosphorus）；TCP與TDP之差記為T(mén)NDP（total non-dissolvable phosphorus）。

研究時(shí)段為2003～2019年，每月同步測(cè)定水體中TCP、TP和TDP，其中TDP從2003年6月開(kāi)始監(jiān)測(cè)。

1.3 研究方法

1.3.1 Mann-Kendall（M-K）非參數(shù)檢驗(yàn)

該方法適用于徑流及氣溫、降水等氣象要素時(shí)間序列的趨勢(shì)變化分析和突變分析，其優(yōu)越性在于能夠檢驗(yàn)線性或非線性的趨勢(shì)，計(jì)算簡(jiǎn)便、不受少數(shù)缺失數(shù)值和異常值干擾、對(duì)樣本分布沒(méi)有要求^［18-19］。本次研究利用該方法分析水質(zhì)數(shù)據(jù)在時(shí)間序列上的變化趨勢(shì)及突變特征。

當(dāng)M-K檢驗(yàn)用于檢驗(yàn)序列時(shí)，構(gòu)造一秩序列：

S=∑ki=1∑i-1jak=2，3，…，n（1）

其中：

a=1，x>x0，x≤x（2）

在其原序列隨機(jī)獨(dú)立等假設(shè)下，S的方差和期望分別為

E（S）=k（k-1）/4（3）

Var（S）=k（k-1）（2k+5）/72（4）

將S標(biāo)準(zhǔn)化得到：

UF=S-E（S）Var（S） k=1，2，…，n（5）

UF為統(tǒng)計(jì)量序列，構(gòu)成一條UF曲線，通過(guò)信度檢驗(yàn)可得出所檢驗(yàn)指標(biāo)是否有明顯的變化趨勢(shì)。將時(shí)間序列x按逆序排列，通過(guò)此方法計(jì)算得到另一條曲線UB：

UB=-UF′k′=n+1-k（6）

兩條曲線在置信區(qū)間內(nèi)的交點(diǎn)確定為突變點(diǎn)。取顯著性水平α=5%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的臨界值為1.96。UF>0，表示序列呈上升趨勢(shì)；UF<0，表明呈下降趨勢(shì)；UF>1.96或UF<-1.96，表示上升或下降趨勢(shì)明顯。

1.3.2 季節(jié)性Kendall（S-K）非參數(shù)檢驗(yàn)

S-K檢驗(yàn)是在M-K檢驗(yàn)基礎(chǔ)上考慮了季節(jié)性變化，其主要優(yōu)點(diǎn)是不受可用資料系列存在漏測(cè)值、未檢出值的影響。該檢驗(yàn)方法的原理是將歷年相同月（季）的水質(zhì)資料進(jìn)行比較，如果后面的值（時(shí)間上）高于前面的值記為“+”號(hào)，否則記作“-”號(hào)。如果“+”號(hào)的個(gè)數(shù)比“-”號(hào)的多，則為上升趨勢(shì)；反之，則為下降趨勢(shì)，如果相等則為無(wú)趨勢(shì)。通常取顯著性水平α為0.10和0.01。α≤0.01指示檢驗(yàn)具有高度顯著水平，0.01<α≤0.10指示檢驗(yàn)具有顯著水平。

1.3.3 Pearson相關(guān)系數(shù)

首先利用Origin軟件計(jì)算各監(jiān)測(cè)斷面含沙量與不同形態(tài)磷濃度之間的Pearson相關(guān)系數(shù)，再依據(jù)相關(guān)系數(shù)的大小分析它們之間的相關(guān)關(guān)系^［20］。

2 結(jié)果與分析

2.1 三峽水庫(kù)干流水沙總體變化

三峽水庫(kù)范圍主要有嘉陵江、烏江、小江、大寧河、香溪河等幾十條河流匯入，其中以嘉陵江和烏江年徑流量較大，其余相對(duì)較小^［21］。嘉陵江入?yún)R口位于寸灘斷面上游，烏江入?yún)R口位于清溪場(chǎng)斷面上游。

三峽水庫(kù)干流各監(jiān)測(cè)斷面的水沙變化見(jiàn)圖2。三峽水庫(kù)蓄水以來(lái)，受支流入?yún)R和降雨面積增大的影響，庫(kù)區(qū)干流各監(jiān)測(cè)斷面沿程流量增大，位于常年回水區(qū)的清溪場(chǎng)和萬(wàn)縣兩斷面平均流量差異較小。從年際變化來(lái)看，2003～2019年各斷面平均流量無(wú)明顯變化，而含沙量則明顯減少。各監(jiān)測(cè)斷面含沙量的減少主要發(fā)生在2013年以前，自2013～2019年，三峽水庫(kù)干流水體含沙量已降至較低水平，這一階段含沙量相對(duì)比較穩(wěn)定。2013～2019年與2003～2012年相比，朱沱、寸灘、清溪場(chǎng)、萬(wàn)縣斷面的平均含沙量分別減小了76.1%，65.7%，63.6%，66.6%。

從年內(nèi)變化來(lái)看（圖3），各監(jiān)測(cè)斷面的含沙量時(shí)間分布基本一致，汛期（6～9月）要明顯大于蓄水期（10～12月）和消落期（1～5月），在消落期和蓄水期，各監(jiān)測(cè)斷面的含沙量基本都小于0.3 kg/m³。從空間分布來(lái)看，2003～2012年，各監(jiān)測(cè)斷面含沙量表現(xiàn)為沿程逐漸減小，即朱沱>寸灘>清溪場(chǎng)>萬(wàn)縣；2013～2019年，各個(gè)水期的含沙量均明顯減小，在達(dá)到峰值的7月各監(jiān)測(cè)斷面的含沙量均小于0.5 kg/m³，僅為2003～2012年的30%～53%，在沿程分布上，萬(wàn)縣斷面含沙量仍然最小，朱沱、寸灘、清溪場(chǎng)3個(gè)斷面的含沙量差異則明顯減小。

2.2 三峽水庫(kù)干流水體不同形態(tài)磷濃度總體變化

三峽水庫(kù)干流各監(jiān)測(cè)斷面2003～2019年不同形態(tài)磷濃度年均值變化趨勢(shì)見(jiàn)圖4。如圖4（a）、（b）所示，TCP和TP年際變化趨勢(shì)基本一致。2003～2012年，TCP和TP濃度起伏波動(dòng)、整體呈緩慢上升趨勢(shì)，兩次峰值出現(xiàn)在2008年和2012年，各監(jiān)測(cè)斷面TCP濃度要明顯高于TP。該時(shí)間段內(nèi)，TCP濃度均值為0.203～0.285 mg/L，TP濃度均值為0.139～0.183 mg/L，TP濃度僅為T(mén)CP濃度的65%左右。自2013年起各監(jiān)測(cè)斷面TCP和TP濃度均開(kāi)始下降，2014年開(kāi)始各監(jiān)測(cè)斷面TP濃度均達(dá)到河流Ⅲ類水質(zhì)要求，TCP和TP濃度值逐漸接近，TP/TCP約為80%，萬(wàn)縣斷面則達(dá)到90%。2013～2019年TCP濃度均值為0.121～0.166 mg/L，TP濃度均值為0.108～0.133 mg/L，與2003～2012年多年均值相比，TCP下降了約40%，TP下降了約25%。從沿程變化來(lái)看，除清溪場(chǎng)外，各監(jiān)測(cè)斷面TCP和TP濃度基本呈從上游到下游沿程降低趨勢(shì)。清溪場(chǎng)斷面TCP和TP濃度較高，可能是因?yàn)槭苌嫌稳雲(yún)R支流烏江的影響，2009～2013年烏江TP顯著高于庫(kù)內(nèi)相關(guān)斷面，烏江匯入在這期間可使清溪場(chǎng)斷面TP年均值最大升高約0.057 mg/L^［22-23］。

TDP濃度年際變化趨勢(shì)與TP不同。如圖4（c）所示，2002～2007年，各監(jiān)測(cè)斷面TDP均呈窄幅波動(dòng)，其中萬(wàn)縣斷面2004年TDP較上年增大一倍。2008～2013年，各監(jiān)測(cè)斷面的TDP快速上升，2013年以后出現(xiàn)下降趨勢(shì)，但總體仍略高于2009年以前的濃度水平。與歷年最大值相比，從上游至下游各監(jiān)測(cè)斷面2019年TDP濃度分別下降62.4%，59.1%，65.2%，56.9%。2013～2019年TDP濃度均值較2003～2012年均值則有所上升，沿程分別上升56.8%，59.5%，20.5%，11.6%。

TPP濃度歷年最大值均出現(xiàn)在2008年（圖4（d）），說(shuō)明在175.00 m試驗(yàn)性蓄水以后，三峽水庫(kù)干流水體的TPP濃度已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)下降趨勢(shì)。自2013年以后，各監(jiān)測(cè)斷面的TPP急劇減小，2013～2019年TPP濃度均值降低至0.020～0.040 mg/L，較2003～2012年濃度均值下降了約65%。TNDP變化趨勢(shì)與TCP接近，如圖4（e）所示，2012年后各監(jiān)測(cè)斷面TNDP濃度開(kāi)始顯著下降。相比而言，各監(jiān)測(cè)斷面TNDP濃度要明顯高于TPP，其中2003～2012年TNDP是TPP的1.9～2.2倍，2013～2019年TNDP則是TPP的1.6～1.8倍。從沿程變化來(lái)看，朱沱、寸灘、清溪場(chǎng)3個(gè)斷面的TPP和TNDP濃度變化不大，萬(wàn)州斷面的TPP和TNDP濃度均顯著低于上游的各監(jiān)測(cè)斷面。

如圖5（a）～（d）所示，2003～2012年，各監(jiān)測(cè)斷面TCP和TP月均值呈倒“V”形，汛期（6～9月）>蓄水期（10～12月）>消落期（1～5月），其中各監(jiān)測(cè)斷面TCP汛期平均濃度約為蓄水期的2～3倍、消落期的2.7～3.3倍，TP汛期平均濃度約為蓄水期的1.8～2.0倍、消落期的1.7～2.4倍。TCP和TP濃度之差在汛期較為明顯，其中各監(jiān)測(cè)斷面TCP濃度約為T(mén)P濃度的1.7～1.8倍，而兩者間差異在1～5月和11～12月相對(duì)較小。2013～2019年，各監(jiān)測(cè)斷面TCP和TP月均值變化幅度降低，其中各監(jiān)測(cè)斷面TCP汛期平均濃度約為蓄水期的1.5～1.9倍、消落期的1.0～1.5倍，TP各月濃度近似呈“一”字形，不同水期間變化幅度較小。汛期懸浮泥沙含量高，單位體積水中懸浮泥沙所提供的對(duì)磷的有效吸附位數(shù)量越多^［24］，這可能是TCP汛期濃度顯著高于蓄水期和消落期的主要原因。

如圖5（e）～（f）所示，各監(jiān)測(cè)斷面TDP月均值變化趨勢(shì)與TCP、TP相反，基本呈汛期較低、蓄水期和消落期較高的趨勢(shì)。其中，朱沱、寸灘、清溪場(chǎng)3個(gè)斷面的TDP濃度均為消落期>蓄水期>汛期，萬(wàn)縣斷面TDP則為消落期>汛期>蓄水期。2003～2012年各監(jiān)測(cè)斷面TDP多年月均值均顯著低于2013～2019年。

如圖5（g）～（j）所示，各監(jiān)測(cè)斷面TPP和TNDP濃度2003～2012年表現(xiàn)為汛期>蓄水期>消落期，2013～2019年蓄水期和消落期濃度差異逐漸縮小，表現(xiàn)為汛期>蓄水期≈消落期。

從沿程變化上看，除清溪場(chǎng)斷面外，各監(jiān)測(cè)斷面TCP、TP、TPP和TNDP均表現(xiàn)為從上游至下游沿程減小的趨勢(shì)，即朱沱＞寸灘＞萬(wàn)縣，TDP則表現(xiàn)為從上游至下游沿程增加的趨勢(shì)，即朱沱≈寸灘<清溪場(chǎng)≈萬(wàn)縣。

2.3 不同形態(tài)磷濃度和含沙量的趨勢(shì)分析

分別對(duì)各監(jiān)測(cè)斷面2003～2019年的不同形態(tài)磷濃度逐月監(jiān)測(cè)值以及含沙量變化情況進(jìn)行M-K突變檢驗(yàn)及趨勢(shì)分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

各監(jiān)測(cè)斷面TCP和TP突變點(diǎn)均出現(xiàn)在2017年附近，表明TCP和TP濃度在2017年之后呈下降趨勢(shì)。這與圖2（a）、（b）的結(jié)果一致，即2017年開(kāi)始，各監(jiān)測(cè)斷面的TP濃度基本能夠達(dá)到河流Ⅱ類水質(zhì)類別。張漫等^［18］研究發(fā)現(xiàn)2016年是三峽水庫(kù)總磷濃度變化的突變節(jié)點(diǎn)，在2016年之后有顯著下降趨勢(shì)，與本次研究基本一致。

各監(jiān)測(cè)斷面TDP突變點(diǎn)出現(xiàn)于2004～2008年，其中朱沱和寸灘斷面突變點(diǎn)均在2008年，清溪場(chǎng)斷面突變點(diǎn)在2007年，萬(wàn)縣斷面突變點(diǎn)在2004年底，TDP上升趨勢(shì)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)為從上游到下游沿程提前。

各監(jiān)測(cè)斷面TPP和TNDP突變點(diǎn)出現(xiàn)于2011～2014年，其中朱沱斷面TPP和TNDP突變點(diǎn)均在2014年，寸灘斷面TPP和TNDP突變點(diǎn)均在2013年，清溪場(chǎng)斷面TPP突變點(diǎn)在2012年底、TNDP突變點(diǎn)在2013年，萬(wàn)縣斷面TPP突變點(diǎn)在2011年、TNDP突變點(diǎn)在2012年初。TPP和TNDP下降趨勢(shì)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)為從上游到下游沿程提前。

朱沱和寸灘斷面含沙量突變點(diǎn)在2012年底，清溪場(chǎng)斷面突變點(diǎn)在2010年，萬(wàn)縣斷面突變點(diǎn)則在2004年。這表明含沙量變化趨勢(shì)與TPP、TNDP類似，含沙量下降趨勢(shì)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)為從上游到下游沿程提前。尤其是2013年之后，各監(jiān)測(cè)斷面含沙量均快速下降。

采用季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)方法進(jìn)行總磷變化趨勢(shì)分析，并采用水質(zhì)變化趨勢(shì)分析軟件PWQ Trend進(jìn)行計(jì)算?？傮w來(lái)看，三峽水庫(kù)建成運(yùn)行以來(lái)，各監(jiān)測(cè)斷面TCP、TP、TPP、TNDP和含沙量均呈顯著下降趨勢(shì)，而TDP呈顯著上升趨勢(shì)。其中，TCP、TP、TDP在2003～2012年呈上升趨勢(shì)，2013～2019年呈下降趨勢(shì)，TPP、TNDP和含沙量始終保持下降趨勢(shì)。這可能是因?yàn)?003～2010年三峽水庫(kù)試驗(yàn)性蓄水期間，庫(kù)區(qū)新增淹沒(méi)區(qū)導(dǎo)致磷濃度有所上升，而步入高水位正常運(yùn)行期后，面源新增污染趨于穩(wěn)定，隨著三峽大壩和金沙江上游梯級(jí)水庫(kù)攔沙效應(yīng)顯現(xiàn)，含沙量減小導(dǎo)致顆粒磷濃度持續(xù)降低，三峽水庫(kù)不同形態(tài)的磷濃度均呈下降趨勢(shì)。

2.4 不同形態(tài)磷濃度和含沙量的相關(guān)性分析

為進(jìn)一步分析含沙量對(duì)不同形態(tài)磷濃度的影響，計(jì)算了2003～2019年含沙量與不同形態(tài)磷濃度的Pearson相關(guān)系數(shù)。從表2可以看出，2003～2012年，各監(jiān)測(cè)斷面TCP、TP、TPP和TNDP與含沙量的Pearson相關(guān)系數(shù)均大于0.6，具體表現(xiàn)為T(mén)NDP>TCP>TPP>TP，而TDP與含沙量相關(guān)性較差。2013～2019年，各監(jiān)測(cè)斷面不同形態(tài)的磷與含沙量相關(guān)性為T(mén)PP>TNDP>TCP>TP>TDP。劉尚武等^［25］根據(jù)2003～2016年實(shí)測(cè)水文資料研究發(fā)現(xiàn)三峽水庫(kù)入庫(kù)細(xì)顆粒泥沙的排沙比大于粗顆粒泥沙，呈含沙量明顯減少且泥沙細(xì)化的特點(diǎn)。TPP與含沙量的相關(guān)系數(shù)大于TNDP和TCP與含沙量的相關(guān)系數(shù)，可能是因?yàn)榧?xì)顆粒泥沙與TPP的相關(guān)性更強(qiáng)，而粗顆粒的泥沙則與TNDP和TCP的相關(guān)性更強(qiáng)。與2003～2012年間相比，各監(jiān)測(cè)斷面不同形態(tài)的磷與含沙量相關(guān)性均不同程度減弱，僅清溪場(chǎng)斷面TPP和TNDP與含沙量的Pearson相關(guān)系數(shù)小幅上升。從監(jiān)測(cè)斷面來(lái)看，2013年以后，朱沱、寸灘、清溪場(chǎng)斷面的TPP、TNDP、TCP與含沙量的相關(guān)性呈現(xiàn)沿程增強(qiáng)的趨勢(shì)，而萬(wàn)縣斷面相關(guān)系數(shù)則明顯減小。

3 討 論

3.1 含沙量對(duì)TDP/TP比例的影響

從各監(jiān)測(cè)斷面TDP與TP年均值之比來(lái)看（圖6），2003～2008年各監(jiān)測(cè)斷面TDP/TP均緩慢降低，2008年以后各監(jiān)測(cè)斷面TDP/TP快速升高，這與TDP濃度的M-K突變檢驗(yàn)結(jié)果一致。其中，各監(jiān)測(cè)斷面TDP/TP在2012年均稍有回落，自2013年后基本維持在70%以上，2018～2019年為60%左右。2013～2019年，各監(jiān)測(cè)斷面的TDP/TP均值從上游到下游依次為68.5%，68.1%，69.1%，81.6%，這表明金沙江中下游梯級(jí)電站相繼運(yùn)行后，三峽水庫(kù)萬(wàn)縣斷面TDP/TP的比值較高，達(dá)到80%以上，朱沱、寸灘、清溪場(chǎng)3個(gè)斷面的TDP/TP則相差不大，均達(dá)到68%。

各監(jiān)測(cè)斷面TDP與TP月均值之比與含沙量月均值成反比。如圖7所示，當(dāng)含沙量低于0.3 kg/m³時(shí)，TDP/TP比值隨含沙量的增加而快速下降，然后逐漸變緩；當(dāng)含沙量超過(guò)1.0 kg/m³，TDP/TP比值趨于穩(wěn)定。這與報(bào)道的運(yùn)用三峽水庫(kù)干流2004～2017年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的研究結(jié)果一致^［15］。當(dāng)含沙量超過(guò)1.0 kg/m³，朱沱、寸灘兩斷面TDP/TP的占比穩(wěn)定在25.0%左右，清溪場(chǎng)斷面穩(wěn)定在30.0%左右，萬(wàn)縣斷面穩(wěn)定在40.0%左右，各監(jiān)測(cè)斷面從上游到下游TDP/TP比值呈增大趨勢(shì)。

3.2 含沙量對(duì)顆粒態(tài)磷濃度的影響

泥沙是水中的重要磷庫(kù)，發(fā)揮著污染緩沖和營(yíng)養(yǎng)調(diào)節(jié)等重要作用。泥沙顆粒的吸附作用可有效降低高磷污染期間水體溶解磷濃度，又可通過(guò)解吸補(bǔ)充低磷期間浮游生物對(duì)磷的需求^［26-27］。三峽水庫(kù)建成運(yùn)行以來(lái)，朱沱—萬(wàn)縣段的平均含沙量減小了63.6%～76.1%，TPP濃度下降了約63.6%～69.7%，TNDP濃度下降了63.2%～74.7%，TPP和TNDP與含沙量的下降幅度基本一致。泥沙減少導(dǎo)致三峽水庫(kù)非汛期水體透光深度比長(zhǎng)江自然水體透光深度增加了8～10倍^［26］，同時(shí)水體中最易被浮游生物進(jìn)行利用的溶解磷已成為磷的主要存在形式，兩者疊加之下，加大了水庫(kù)藻類暴發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。

顆粒態(tài)磷濃度降低，也進(jìn)一步減小了TCP與TP的濃度差。2003～2012年三峽水庫(kù)各監(jiān)測(cè)斷面TP/TCP約為65%左右，2013～2019年TP/TCP約為80%，其中萬(wàn)縣斷面達(dá)到90%。各監(jiān)測(cè)斷面TP/TCP和含沙量的關(guān)系曲線如圖8所示。當(dāng)含沙量小于0.15 kg/m³時(shí)，TP/TCP可以達(dá)到70%及以上。結(jié)合2.1節(jié)各監(jiān)測(cè)斷面水沙條件可以得出，對(duì)于三峽水庫(kù)干流河段，在蓄水期和消落期，按照現(xiàn)行的總磷監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法要求，水樣靜置30 min后測(cè)得的TP可以近似代表TCP；在汛期，若采用TP來(lái)代表TCP，則會(huì)有相當(dāng)部分的磷被漏測(cè)，顆粒態(tài)磷被低估，導(dǎo)致泥沙對(duì)磷的影響機(jī)理和實(shí)質(zhì)不能全面反映出來(lái)。

4 結(jié) 論

（1）2003～2019年三峽水庫(kù)干流朱沱—萬(wàn)縣段的平均流量無(wú)明顯變化，含沙量則明顯減少，含沙量的減少主要發(fā)生在2013年以前，2013～2019年含沙量則無(wú)明顯變化。

（2）三峽水庫(kù)建成運(yùn)行以來(lái)，三峽水庫(kù)干流各監(jiān)測(cè)斷面TP濃度呈降低趨勢(shì)，其中，TPP濃度明顯降低，TDP濃度增大。2017年開(kāi)始，各監(jiān)測(cè)斷面的TP濃度基本能夠達(dá)到河流Ⅱ類水質(zhì)類別。

（3）不同形態(tài)的磷濃度與含沙量的Pearson相關(guān)系數(shù)在2003～2012年為T(mén)NDP>TCP>TPP>TP，2013～2019年為T(mén)PP>TNDP>TCP>TP。三峽水庫(kù)細(xì)顆粒泥沙與TPP的相關(guān)性更強(qiáng)，而粗顆粒的泥沙則與TNDP和TCP的相關(guān)性更強(qiáng)。

（4）三峽水庫(kù)干流TDP/TP的比值與含沙量成反比。TDP/TP在2003～2012年為30%～56%，2013～2019年為68%～81%，其中，近壩斷面萬(wàn)縣TDP/TP的比值最高，達(dá)到81%，朱沱、寸灘、清溪場(chǎng)3個(gè)斷面的TDP/TP則相差不大，均達(dá)到68%以上。

（5）2003～2012年三峽水庫(kù)干流TP/TCP約為65%左右，2013～2019年約為80%，其中萬(wàn)縣斷面達(dá)到90%。在蓄水期和消落期，可以用TP近似代表TCP；在汛期，則必須測(cè)定TCP才能全面反映水體中的磷濃度。

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（編輯：劉 媛）

Influence of sediment concentration on different forms of phosphorus concentration

in main stream of Three Gorges ReservoirWANG Wenjing，ZHAO Min，ZHAO Qichao

（Bureau of Hydrology，Changjiang Water Resources Commission，Wuhan 430010，China）

Abstract： Phosphorus，no matter dissolved and particulate forms，is an important index for water quality assessment and pollution control supervision.It is of great significance to study influence of sediment concentration variation on the concentration of different phosphorus forms.In this paper，the main stream of Three Gorges Reservoir （TGR） was selected as the research object，and the Mann-Kendall nonparametric test method and Pearson correlation coefficient were used to analyze the influence of sediment concentration on the concentration of different forms of phosphorus，such as total phosphorus，dissolved phosphorus and particulate phosphorus.The results showed that：① From 2003 to 2019，the average flow of monitoring sections in the main stream of the TGR hasn’t changed significantly，however the sediment concentration decYKMKNI9tm2OZTgu0uEKoNw==reased significantly.② The total phosphorus concentration in the mainstream of the TGR gently fluctuating upward from 2003 to 2012，and continued to decline from 2013 to 2019；the concentration of dissolved phosphorus increased first and then decreased，and the peak value of each section appeared in 2013 and 2014.The concentration of particulate phosphorus decreased in a fluctuated way.③ Compared with the average concentration from 2003 to 2012，the total phosphorus concentration in cloudy waters decreased by about 40%，the total phosphorus concentration in clarified waters decreased by about 25%，the particulate phosphorus decreased by about 65%.The dissolved phosphorus at Zhutuo Section at the end of the reservoir and Cuntan Section in the varied backwater area increased by about 60%，and the dissolved phosphorus in Qingxichang and Wanxian sections in the perennial backwater area increased by about 20% and 12% respectively.The ratio of dissolved phosphorus to clarified total phosphorus also increased rapidly，with dissolved phosphorus/clarified total phosphorus reaching over 68% from 2013 to 2019.④ Under the influence of new water and sediment regimes，phosphorus concentrations of different forms in the mainstream of the TGR have changed significantly.Dissolved phosphorus which is most easily used by plankton，has become the main form of phosphorus in the mainstream of the TGR.This study can provide scientific basis for nutrient control and management in the TGR area.

Key words： total phosphorus；dissolved phosphorus；particulate phosphorus；sediment content；Mann-Kendall nonparametric tests；Three Gorges Reservoir