溪洛渡水电站蓄水前后金沙江水质变化趋势研究

张鑫

摘要：溪洛渡水电站建成后形成水库，可能对金沙江干流工程所在河段水质产生影响。利用该水电站库区2008～2020年的水质监测数据，对比分析了该水电站蓄水前后高锰酸盐指数、氨氮、总氮、总磷、汞、铅、镉、砷等污染因子的浓度变化情况，并采用Spearman秩相关系数法对污染物的变化趋势进行显著性分析。结果表明：溪洛渡水电站蓄水后的水质浓度总体呈下降趋势。溪洛渡水电站上下游断面高锰酸盐指数、氨氮、总磷、铅和砷浓度呈显著下降趋势;总氮浓度在蓄水后小幅升高，汞和镉浓度总体变化不大。

关键词：水质变化; Spearman秩相关系数法; 溪洛渡水电站; 金沙江

中图法分类号：X824 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.06.019

文章编号：1006 - 0081（2022）06 - 0105 - 05

0 引 言

溪洛渡水电站是金沙江下游河段4个梯级开发的第三级，为堤坝式开发，最大坝高278 m。溪洛渡坝址控制流域面积45.44 km2，多年平均流量4 570 m3/s。水库正常蓄水位600 m，总库容128亿m3，调节库容64.6亿m3，具有不完全年调节性能。电站总装机12 600 MW，多年平均发电量571.2亿kW·h。电站于2005年12月正式开工建设，2013年5月4日下闸蓄水;2014年6月，溪洛渡水电站全部机组正式投产运行，2014年9月底首次蓄满至正常蓄水位600 m。

溪洛渡水电站的建成形成水库，减缓河道水动力条件，可能会对工程所在河段水环境产生影响。本文旨在研究溪洛渡水电站蓄水前后金沙江干流的水质变化情况。目前，在长江流域对于向家坝水电站、三峡水库蓄水前后干流水质变化的研究较多。郭宗峰等[1]指出向家坝水电站蓄水前，库区段水呈恶化，杨旭光等[2]指出向家坝蓄水后，随着库区水位上升，由于水体中泥沙的沉降作用以及上游来水的稀释作用，各水质参数含量明显降低，蓄水后水质明显优于蓄水前。相关研究表明三峡库区蓄水前后水质指标变化不明显或变好[3-6]。对于溪洛渡水电站水质变化的研究，主要针对蓄水前水质现状的分析，较少有蓄水前后的水质对比分析。云南省环境监测中心站于1997 ～1998年对金沙江下游（巧家至宜宾河段）进行了水质现状监测，表明水质总体呈恶化趋势，影响水质的主要污染物为总磷、铅、悬浮物、氨氮[7]。

本文收集了2008～2020年溪洛渡水电站水库蓄水前后的干流水质数据，对蓄水前后金沙江干流的水质状况进行年均统计分析，并采用Spearman秩相关系数法对污染物的变化趋势进行显著性分析。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

2008～2014年水质数据来源于长江流域水环境监测中心对工程江段开展的地表水环境质量监测年报，2015～2020年水质数据来源于长江流域水环境监测中心承担的金沙江下游流域地表水干支流水质监测。水质监测断面见图1，其中包括坝上断面S1（大戏场）、坝下断面S2（兴田）。时间上，选取了2008～2016年的水质监测数据。水质分析指标为高锰酸盐指数（CODMn）、氨氮（NH3-N）、总氮（TN）、总磷（TP）、汞（Hg）、铅（Pb）、镉（Cd）、砷（As）等8项。

1.2 分析方法

根据《地表水环境质量评价办法》（试行），分析断面（点位）多时段的水质变化趋势及变化程度。应对评价指标值与时间序列进行相关性分析，可采用Spearman 秩相关系数法，检验相关系数和斜率的显著性意义，确定其是否有变化和变化程度。衡量环境污染变化趋势在统计上有无显著性，最常用的是Daniel的趋势检验[8-11]，Daniel的趋势检验主要是采用了Spearman秩相关系数法，其计算方法如下：

[di=Xi-Yi]                        （2）

式中：rs为秩相关系数;N为样本周期;Xi为周期1到N按污染指标浓度从小到大排列的序号;Yi为按时间顺序排列的序号;di为变量Xi和变量Yi的差值。

当|rs|>临界值wp则表明变化趋势具有显著意义：如果rs是负值，表明呈下降趋势或好转趋势;如果rs是正值，表明呈上升趋势或加重趋势。

當|rs|≤临界值wp则表明在评价时段内水质稳定，变化不显著。

2 结果分析与讨论

2.1 蓄水前后水质变化分析

溪洛渡水电站水库蓄水后，河流形态发生了变化，河道向湖库转化，水流由动态向静态转化，同时水质也发生了变化。这些变化体现在高锰酸盐指数、氨氮、总氮、总磷等水质指标上的变化。溪洛渡水电站水库蓄水后，高锰酸盐指数、氨氮和总磷年均和季均都发生了明显的下降。总氮的年均变化不显著。

（1） 高锰酸盐指数。溪洛渡水库2008～2020年高锰酸盐指数年际变化趋势见图2。由图2可见，在溪洛渡水库蓄水前坝址上、下游断面的高锰酸盐指数浓度总体呈现下降趋势。2008～2012年两个断面的高锰酸盐指数浓度大幅降低，水质类别由Ⅲ类变为Ⅰ类;溪洛渡水库蓄水后，2013～2020年两个断面的高锰酸盐指数浓度基本保持不变，水质类别保持在Ⅰ类。

蓄水后，高锰酸盐指数浓度降低的原因可能有：① 库区的截流清污使得蓄水后，污染物变少;②水库蓄水后，库水流速减小，水力停留时间增长，单方面而言有利于可降解有机污染物在水库中的降解净化[12]，从而使得库区内和坝址下游的污染物减少;③ 库区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，从而使得高锰酸盐指数的浓度下降。

（2） 氨氮。溪洛渡水库2008～2020年氨氮年际变化趋势见图3。由图3可见，溪洛渡水库蓄水前后氨氮指标水质类别总体保持在Ⅰ类。蓄水前，2008～2009年坝址上下游断面，氨氮浓度出现了小幅上升，随后在2009～2012年缓慢下降。溪洛渡水库蓄水后，2013～2020年上、下游断面的氨氮浓度呈微弱的下降趋势，浓度均值在0.02 mg/L附近。

氨氮浓度在蓄水后发生了明显的下降，随后保持不变。这可能是由于水库蓄水后，流速降低，会降低污染物的降解速率[13-14]，同时增加污染物在库区的滞留时间，增强污染物降解能力，当后者作用大于前者时，氨氮的浓度就会变小。其次，水库蓄水后，会使得泥沙沉入库底，污染物会随泥沙进入底层，从而使得水体中的污染物减小。

（3） 总氮。溪洛渡水库2008～2020年总氮年际变化趋势见图4。由图4可见，溪洛渡水库蓄水前，坝址上、下游断面的总氮浓度总体呈现先升高后下降的变化趋势，其中2013年各断面的总氮浓度最低。溪洛渡水库蓄水后，2013～2020年两个断面的总氮浓度总体呈现小幅升高。

溪洛渡水电站水库蓄水后，总氮浓度变化不显著，呈微小的上升趋势。这主要是由于溪洛渡水库蓄水后，河道向湖库型水体转化，流速减慢，会增加营养盐的停留时间[15-16]。另外，坝前动植物的死亡，水土流失，也会使得库区的总氮浓度升高[17-18]。

（4） 总磷。溪洛渡水库2008～2020年总磷年际变化趋势见图5。由图5可见，溪洛渡水库蓄水前，两个断面的总磷浓度大幅下降，水质类别从Ⅳ类提升至Ⅱ类。蓄水后，总磷浓度稳定保持在Ⅱ类，变化幅度很小。

溪洛渡水电站水库蓄水后总磷浓度下降可能是由于：总磷会吸附于泥沙中[5]，蓄水后，水流速度减慢，总磷会随着泥沙沉积到库底，水体中溶解态的浓度降低。

（5） 汞。溪洛渡水库2008～2020年汞年际变化趋势见图6。由图6可见，2008～2009年，汞浓度下降，水质类别由Ⅲ类提升至Ⅱ类，2009年后，坝址上、下游断面的汞浓度总体基本保持不变。

（6） 铅。溪洛渡水库2008～2020年铅年际变化趋势见图7。由图7可见，2008～2009年，铅浓度上升，水质类别由Ⅲ类下降至Ⅴ类，2009～2013年，蓄水前铅浓度逐年下降，水质类别提升至Ⅰ类。蓄水后，坝址上、下游断面的铅浓度总体基本保持不变，水质类别维持在Ⅰ类。

（7） 镉。溪洛渡水库2008～2020年镉年际变化趋势见图8。由图8可见，蓄水前后，坝址上、下游断面镉浓度基本维持不变，水质类别维持在Ⅰ类。

（8）砷。溪洛渡水库2008～2020年砷年际变化趋势见图9。由图9可见，蓄水前后，坝址上、下游断面镉浓度略微下降，水质类别总体维持在Ⅰ类。

2.2 水环境质量变化趋势分析

2.1节分析表明，溪洛渡水电站水库蓄水后，坝址上、下游断面的水质状况较好。为了定量评价流域多年水环境质量的变化，利用Daniel的趋势检验来衡量环境污染变化有无显著趋势，金沙江干流溪洛渡段水质年均变化趋势见表1。

从表1中可以看出：高锰酸盐指数、氨氮、总磷、汞、铅和砷等6项指标在坝址上、下游断面的rs值均为负数，呈现下降趋势;总氮和镉在坝址上、下游断面的rs值均为正，呈现上升趋势;在0.05水平上有显著意义的有S1，S2断面的铅指标，在0.01水平上有显著意义的有S1，S2断面的高锰酸盐指数、氨氮、总磷和砷指标，总氮、汞和镉指标无显著变化。

蓄水后溪洛渡坝址上、下游断面的污染物浓度总体呈下降趋势。这可能与溪洛渡水电站水库蓄水后，水流速度减慢、促进污染物的降解，或者泥沙的沉降带走一部分水体中的污染物等相关。

综上所述，金沙江干流水体中的水质指标没有因溪洛渡水电站蓄水而变劣。但是，为有效保护溪洛渡水电站所在金沙江干流河段的水环境质量，仍需通过进一步加大水污染防治力度，控制外源入库。

3 结 论

溪洛渡水电站上下游断面在蓄水前的高锰酸盐指数浓度总体均呈下降趋势，在水库开始初期蓄水后，各断面的高锰酸盐指数浓度均较蓄水前的低，并且保持平稳变化。溪洛渡水电站上下游断面的氨氮浓度在蓄水前为先基本不变随后下降的趋势，在蓄水后呈微弱的下降趋势。总氮浓度在蓄水前总体有上升趋势。蓄水前，各断面的总磷浓度呈波动形式变化，其波动幅度随时间的推移逐渐减小;蓄水后各断面的总磷浓度整体较蓄水前出现明显的下降。汞、铅、镉、砷等指标在蓄水前有小幅波动，蓄水后均維持在Ⅰ类水质类别范围内。

Spearman秩相关系数计算结果表明：溪洛渡水电站上下游断面的高锰酸盐指数、氨氮、总磷、铅和砷浓度呈下降趋势，且都具有显著意义;总氮浓度在蓄水后小幅升高;汞和镉浓度总体变化不大，未形成显著意义。

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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