观音岩水库建成前后下游金沙江段浊度及电导率变化分析

季浩宇，谢 南，唐 毅，胡修文，杨翠香

（四川省攀枝花生态环境监测中心站，四川 攀枝花 617000）

0 引言

观音岩水电站位于云南省丽江市华坪县与四川省攀枝花市仁和区的交界处，是金沙江水电基地中游河段“一库八级”水电开发方案的最后一个梯级水电站[1]，装机容量300（5×60）万kW，电站于2008年12月开工建设，2011年1月开始截流，2014年12月首台机组投产发电，2016年5月完工。因水电站建设形成的观音岩水库属于大型水库，具有发电、供水及防洪等功能，其正常蓄水水位对应库容20.72亿m3，库区回水长度约96 km，库区水面平均宽度475 m，水域面积50.87 km2[1]。电站水库建成后，由于水库的调蓄作用，库区河段水域会由河道急流型转变为缓流型，同时，水库下泄流量的水质与上游天然来水有一定差异，可能会影响到下游，因此有必要对观音岩水库建设后下游河段的水质变化情况开展分析。

1 水质监测

攀枝花市金沙江段水功能区划包括饮用水源和工业用水两类，各二级水功能区的水质目标均按《GB 3838-2002 地表水环境质量标准》中Ⅲ类水域标准执行。在观音岩水库建成前，为了对金沙江的饮用水水源地水质进行监控和预警，攀枝花市于2012年在城市主要取水口上游设置了文体楼水质自动监测站，一直保持运行至今，其监测结果可以反映出金沙江市区河段的水质状况，通过比较也可以分析观音岩水库蓄水前后其下游市区河段的水质变化情况。

文体楼水质自动监测站位于观音岩水库下游河道距离约37km处，其所在位置及与观音岩水库的相对位置如图1所示；电导率和浊度的监测设备为YSI-6600，设备参数设定见表1。

图1 文体楼水站位置图

表1 设备参数设置表

2 数据采集和数据处理方法

通过“四川省水环境污染负荷自动监测监控预警预报系统”平台下载的文体楼水质自动监测站水质监测数据为接口采集数据，数据形式为每次采样分析的结果。由于下载的数据中仍然保留了质控数据和测试数据等非地表水水样分析结果，因此在分析比较之前需要对下载数据进行数据格式的整理和异常数据及无效数据的剔除。数据处理方式如下：

下载数据中包含有“已删除”标记的数据为自动审核未通过的数据，作为无效数据删除；

下载数据为“-”和空值的作为无效数据删除；下载数据为“0”的保留并参与后续计算；

设备安装至2012年4月30日为验收、性能测试和试运行阶段，下载数据中包括了水质监测、质控样品和设备调试的各种数据结果，该时段数据不作为有效数据参与后续计算和分析比较。

根据环境管理的要求，在不同时期文体楼水质自动监测站监测频次并不相同，每天采样测量的数据量也不相同；同时在实际运行过程中水质自动监测站可能有日监测数据缺失的情况，为了避免不同时段接口采集数据在数据量上的差异和监测数据缺失问题对分析比较结果造成影响，使用月均值监测数据对水库蓄水前后的水质及变化情况进行分析和比较。月均值监测数据的计算方式为：按日对经过整理后的下载数据以算数平均的方式计算日均值，再按月对日均值以算数平均的方式计算月均值。

3 水质监测数据分析

3.1 月均值监测数据

计算文体楼水质自动监测站自2012年5月起各月均值监测数据，考虑到观音岩水库2014年10月23日下闸蓄水，以及水库蓄水达到正常蓄水水位所需的时间，以2015年1月作为蓄水后月均值监测数据的起始时间。电导率和浊度月均值监测数据统计结果如图2和图3所示。

图2 电导率月均值变化图

图3 浊度月均值变化图

3.2 月均值差异显著性比较

对观音岩水库建成前后文体楼水质自动监测站电导率和浊度月均值监测数据的平均值进行比较，分析前后差异是否具有统计学意义：使用PASW Statistics 18软件中“分析”“比较均值”功能对蓄水前后月均值监测数据的方差进行检验，判断差异的显著性[2]。

电导率月均值统计结果及差异显著性检验结果如表2和表3所示。

表2 电导率月均值组统计量表

由表2、表3可见，蓄水后电导率均值为580.83，较蓄水前电导率均值472.22高；方差齐次性检验Levene检验Sig值为0.001，＜0.05，拒绝蓄水前后电导率监测结果方差相等的假设，选用假设方差不相等的检验结果；均值比较的t检验Sig值为0.000，＜0.05，拒绝蓄水前后电导率监测结果均值相等的假设，认为蓄水后电导率均值显著高于蓄水前。

表3 电导率月均值独立样本检测表

浊度月均值统计结果及差异显著性检验结果如表4和表5所示。

表4 浊度月均值组统计量表

由表4、表5可见，蓄水后浊度均值为25.5286，较蓄水前浊度均值91.3750低；方差齐次性检验Levene检验Sig值为0.000，＜0.05，拒绝蓄水前后浊度监测结果方差相等的假设，选用假设方差不相等的检验结果；均值比较的t检验Sig值为0.000，＜0.05，拒绝蓄水前后浊度监测结果均值相等的假设，认为蓄水后浊度均值显著低于蓄水前。

表5 浊度月均值独立样本检测表

3.3 水质变化规律比较

天然河流由于季节的周期性变化其水量和水质具有一定的周期性变化规律[3]，汛期和非汛期水质具有较大差异[4]。根据以往的经验和监测数据，金沙江每年6—10月为汛期，径流量约占全年径流总量的75%左右，枯水期为11月—次年5月[5]。观音岩水库建成后，在水库的调蓄作用下金沙江市区段河道流量主要由水库下泄流量决定，水库下泄流量根据河流来水、库容蓄积和发电需求等因素进行调节，与季节变化有关，但是不再与天然河流的汛期完全一致。使用PASW Statistics 18软件中“预测” “自相关”功能对观音岩电站蓄水前后监测数据进行时间序列分析[2]，通过比较蓄水前后下游河段水质监测数据在各阶时间延迟时的相关性，分析其数据周期性规律的变化情况。

蓄水前电导率月均值自相关函数（ACF）及偏自相关函数（PACF）如图4所示，蓄水后如图5所示。

由图4可见，蓄水前电导率月均值的自相关函数具有波动形态，说明数据序列不是平稳序列，具有周期性变化的特征；除了延迟数目1之外自相关函数和偏自相关函数没有同时超出随机波动噪声的置信范围，说明数据序列在各延迟数目时的相关性不具有显著性意义。

图4 蓄水前电导率ACF及PACF图

由图5可见，蓄水后电导率月均值的自相关函数均为正值，且具有拖尾形态，说明数据序列具有单调趋势变化的特征；除了延迟数目1之外自相关函数和偏自相关函数没有同时超出随机波动噪声的置信范围，说明数据序列在各延迟数目时的相关性不具有显著性意义。虽然电导率数据序列的时间延迟的相关性在蓄水前后都不具有显著性意义，但蓄水前周期性变化的特征在蓄水后变成了单调趋势变化的特征。

图5 蓄水后电导率ACF及PACF图

蓄水前浊度月均值自相关函数（ACF）及偏自相关函数（PACF）如图6所示，蓄水后如图7所示。

图6 蓄水前浊度ACF及PACF图

图7 蓄水后浊度ACF及PACF图

由图6可见，蓄水前浊度月均值的自相关函数具有波动形态，说明数据序列不是平稳序列，具有周期性变化的特征；除了延迟数目1之外自相关函数和偏自相关函数没有同时超出随机波动噪声的置信范围，说明数据序列在各延迟数目时的相关性不具有显著性意义。

由图7可见，蓄水后浊度月均值的自相关函数具有波动形态，说明数据序列不是平稳序列，具有周期性变化的特征；在延迟数目为8和11时自相关函数和偏自相关函数都超出了随机波动噪声的置信范围，说明数据序列在延迟数目为8和11时的相关性具有显著性意义。与蓄水前相比，蓄水后浊度数据序列周期性变化的相关性强化了。

4 结果分析与讨论

汇总文体楼水质自动监测站在观音岩电站蓄水前后电导率和浊度的月均值监测数据比较结果，如表6所示。

表6 蓄水前后月均值监测数据分析比较结果表

浊度是由于水中含有泥沙、粘土、有机物、无机物、浮游生物和微生物等悬浮物质造成的[6]。观音岩水库建成后形成了50.87 km2的库区，库区河段流速显著降低，增强了天然水体中悬浮物质的沉淀效果，因此浊度在水库建成后显著降低了；当水库下泄水浊度降低后，由于降雨形成地表径流携带泥沙进入河流对下游河段浊度的影响加大，水体浊度周期性变化的规律与降雨的季节变化更加趋于一致。图8为浊度与攀枝花市同期降水测点平均降雨量月均值数据对照，可以看出降雨量的周期性变化规律明显且比较平稳，而浊度的周期性变化规律前后差异较大，在2015年1月之后与降雨量数据变化更加吻合。

图8 浊度-降雨量月变化对照图

电导率表示溶液传导电流的能力，间接用于推测水中离子成分的总浓度[6]。在观音岩水库蓄水后电导率的平均值已经显著高于蓄水前，结合监测数据周期性分析的结果，电导率的月均值呈现有上升的趋势，说明水体电导率可能还处于水库蓄水后趋于水质稳定和平衡的过程中。由于电导率是工业用水非常关注的水质参考指标，因此还有必要对其浓度变化发展趋势和最终结果继续加以跟踪观察和研究。

5 结论

文体楼水质自动监测站的监测数据显示，观音岩水库的建设对下游河段电导率和浊度的平均浓度有明显的影响，其中电导率在水库建成后显著升高，浊度显著降低。

从水质监测数据周期性规律的变化情况看，水库的建设对电导率和浊度存在不同的影响：在水库蓄水后，浊度的周期性规律较蓄水前增强了；而电导率在蓄水前和蓄水后的时间延迟相关性均不显著，但是其在蓄水前具有的周期性变化特征在蓄水后改变成为了趋势性变化特征。