向家坝水电工程蓄水后坝下河段水质现状分析

仝路路,茹辉军,倪朝辉,李　媛,陈　敏

(1.上海海洋大学，上海　201306；2.中国水产科学研究院长江水产研究所，农业部长江中上游渔业生态环境监测中心，武汉　430223；3.中国长江三峡集团公司，成都　610000)



向家坝水电工程蓄水后坝下河段水质现状分析

仝路路1,2,茹辉军2,倪朝辉2,李媛3,陈敏3

(1.上海海洋大学，上海201306；2.中国水产科学研究院长江水产研究所，农业部长江中上游渔业生态环境监测中心，武汉430223；3.中国长江三峡集团公司，成都610000)

为掌握向家坝蓄水后坝下河段的水质现状，本研究在坝下长江上游珍稀、特有鱼类国家级自然保护区内选取六个断面，在鱼类不同的生活阶段进行监测。基于蓄水后2013-2014年水环境因子的监测数据，对各断面的21项水质指标的总体特征进行研究，分析其变化规律并进行水质评价得出目前水质现状。结果显示，蓄水后该江段水质指标特征总体良好，水温初期滞温变化值在2 ℃左右，超标因子主要是总氮、总磷、高锰酸盐指数、挥发酚以及重金属铅汞。总氮、砷及六价铬差异性极显著，是影响数据差异的众多因素中的主要因素。对各样点的水质因子进行聚类分析表明，坝下三块石与其他地点分类明显，距大坝较远与较近的点位各指标存在较大的差异性，表明大坝蓄水对水质带来不同程度的影响。

保护区；水质现状；差异分析；聚类分析

随着社会的高速发展，水电资源的短缺加快了国家对水利枢纽建设规划的步伐，南水北调、西电东输等水利水电开发建设也达到了高潮期，截止2003年底，我国已建和在建的坝高30 m以上的大坝有4694座[1]。水库数量剧增带来巨大社会效益和经济效益，水库虽然可以部分改善水质和生态环境[2]，但潜在的负面影响也逐步显露出来，如河流枯竭、泥沙淤积、生态恶化、物种减少等[3-5]。长江中上游布满了大大小小的水电站，大江截流和围堰施工、施工废水和生活污水的排放以及蓄水泄流对河道及周围生态产生很大程度的影响，引起下游相关区域水生生态环境和水生生物结构数量发生重大变化。

向家坝水电站位于云南省水富县与四川省交界的金沙江下游河段上，是金沙江水电基地最后一级水电站，下距水富城区1.5km、宜宾市区33km。是中国第三大水电站，也是西电东送骨干电源点。位于向家坝下游的长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区(以下简称“保护区”)，水生生物资源尤其是鱼类资源丰富，主要保护对象包括白鲟(Psephurus gladius)、达氏鲟(Acipenser dabryanus)、胭脂鱼(Myxocyprinus asiaticus)三种珍稀鱼类和圆口铜鱼(Coreius guichenoti)、裂腹鱼(Schizothorax)、白甲鱼(Onychostoma)等66中特有鱼类，占长江特有鱼类的44%[6]。随着金沙江下游四个梯级电站的相继开工建设，将改变长江上游干流河段的河流生境特征，河段阻隔、水质改变、河流地貌作用、径流调节等对鱼类的生长、繁殖、季节洄游甚至鱼类多样性的发展有深远影响，因此对坝下河流水质的监测分析具有实际意义。

金沙江下游末级梯级电站向家坝于2012年10月蓄水，蓄水后保护区内开展了一系列的生态学研究，主要是鱼类和浮游生物[7-10]，水质变化情况研究的比较少，茹辉军[11]和张敏[12]的研究仅有蓄水后一年的数据，稳定性不高， 而水质变化情况直接影响到鱼类及水生生物的生长繁殖及种群数量，是保护区生态保护的重要因子，及时掌握水质状况对于保护区珍稀鱼类保护至关重要。本研究基于2013—2014年保护区渔业环境监测数据，阐述蓄水后坝下河段水环境因子的变化动态，分析其时空分布特征，对河流水质现状做出客观评价，为后续研究提供一定的技术支撑，对于科学保护长江上游珍稀特有鱼类保护区鱼类，有效促进电站开发的生态环境保护具有重要意义。

1　研究区域与方法

1.1监测点位的设置

本研究区域在长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区范围内，在长江干流上从向家坝坝下至泸州河段设了6个点位：三块石，挂弓山，罗龙场，江安，纳溪，弥沱等，均位于保护区范围内。每个监测点位分别设置了左中右3个采样点，采样点位均位于水下0.5m处。

图1　采样断面分布图Fig.1　Distributions of the sampling sites in the study area

1.2样品的采集与处理

选取2013-2014年6、9和12月，即鱼类的繁殖期、育肥期和越冬期进行监测。监测指标包括水温、pH、溶氧、悬浮物、钙、镁、营养盐(总氮、总磷、氨氮、硝氮、亚硝氮等)、有机污染指标(高锰酸盐指数、挥发酚、非离子氨等)和重金属(铜、锌、铅、镉、汞、砷、六价铬)等共计21项。野外采用HACH2800 水质分析仪现场测定水温，采用YSI550 测定水体溶解氧；采集水样于24 h内运回实验室，其他需在实验室完成的监测指标于48 h内进行测定。水样测定方法参照GB/T12999～1991标准执行，具体采样及测定方法均参照《渔业生态环境监测技术规范》(SC/T9102)[13]。

1.3数据分析与评价方法

保护区水质评价采用《地表水环境质量标准》(GB3838～2002)地表水Ⅰ类水质标准(国家级自然保护区用水)，对地表水质标准中没有的项目采用渔业水质标准(GB11607～89)进行评价。本文采用单因子评价法进行水质评价，利用实测数据和标准对比分类，选取水质最差的类别即为评价结果，以了解区域河段污染状况和主要污染因子，对于未超标的指标未做详细分析。显著性分析采用t检验分析方法，对样本数据进行t检验，使用F检验法检验方差是否齐性，若方差齐性则使用t双样本等方差分析，若方差非齐性则用t’检验法分析。当P<0.05时，表明差异性显著。为了研究大坝蓄水对不同区域水体的影响程度，对采样点位用欧氏距离进行聚类分析。统计分析采用EXCEL2013和SPSS 21完成。

2　结果

2.1蓄水后水质情况现状分析

对坝下干流保护区内三块石至弥沱江段蓄水后各地点进行分析，保护区总体特征分析如下：

pH和非离子氨符合渔业水质标准，溶解氧、铜、锌、铅、砷、镉、六价铬以及氰化物均符合地表水Ⅰ类水质标准，重金属汞和挥发酚超地表Ⅰ类标准。蓄水后具体超标情况见表1所示，蓄水后断面超标指标为总氮、总磷、高锰酸盐指数、挥发酚和重金属铅、汞。

表1　蓄水后各地点超标情况表(超标指标和最大超标倍数)Tab.1　Excessive condition of every section after impoundment (excessive indices and the max exceed multiple)

2013年育肥期高锰酸盐指数除三块石外均超地表水Ⅰ类标准，其余时期其余断面均符合地表水Ⅰ类标准， 2013年所有断面的氨氮含量均符合地表水Ⅰ类标准，2014年整体有上升的趋势。超标最严重的是总氮和总磷含量，两年中总氮含量超标率达100%，总磷含量断面超标率达89%且年际变化均有继续增加的趋势。

相对于2012年截流前的监测结果[14]，悬浮物含量呈现降低趋势，悬浮物含量年度平均值由2012年的105.1mg/L，降为2013年的45.3mg/L和2014年的23.1mg/L。蓄水之后水温变化比较明显，年内水温温差由2012年的11.3 ℃降低到2013年的8.1 ℃和2014年的6.1 ℃，年内水温温差出现减小的趋势，年际平均水温亦有所降低，由20.2 ℃降为18.9 ℃。经统计分析，坝下水温由蓄水前三年中6月份的平均值22.7 ℃，降至2013年的22.1 ℃,2014年19.9 ℃，9月份水温由22.1 ℃降至2013年的21.7 ℃,2014年的20.8 ℃，12月份由13.5 ℃升至2013年的15.8 ℃，2014年的16 ℃，出现下泄水夏季平均水温降低，冬季平均水温升高的现象，根据以上繁殖期和越冬期的分析，初期滞温值在2 ℃左右。

就空间上来说，总氮、总磷、氨氮以及高锰酸盐指数整体在挂弓山和江安有升高趋势，在罗龙场和纳溪(汇口处的上游)出现相应的沿程降低的趋势。总氮 2013年超标5-7倍，最高倍数出现在江安，年平均超标5.8倍。2014年超标7.9-10.65倍，最高倍数出现在挂弓山，年平均超标9.2倍；总磷2013年超标超标0.5-7倍，最高倍数出现在挂弓山，年平均超标4.5倍。2014年超标2-10倍，最高倍数出现在挂弓山，年平均超标8.5倍。高锰酸盐指数最高超标0.5倍，出现在挂弓山；氨氮和重金属汞分别最高超标0.8倍和1倍，出现在罗龙场。

各超标指标的变化趋势图如图2所示：

图2　各超标指标变化趋势图Fig.2　The change trend of each exceed standard index

2.2蓄水后水质年际变化分析

对坝下河段蓄水后2013—2014年两年水环境因子进行显著性差异分析，分析结果如图表2所示。

水温，溶解氧，悬浮物，硝态氮，亚硝态氮，高锰酸盐指数，挥发酚，铜、锌、铅无显著差异；pH、总氮、总磷、氨氮、非离子氨、镉、砷、汞及六价铬差异性显著，是影响数据差异的组成因素。从趋势分析上看，2014年相比2013年有增高趋势。其中总氮，砷及六价铬差异性极显著。

表2　各水质指标差异性分析Tab.2　Analysis of significant difference for water quality parameters

2.3空间聚类分析

将各样点依据以上水质指标进行聚类分析，结果如图2所示。

图3　基于水环境因子的各样点聚类分析Fig.3　Results of the sites cluster analysis based on the water environment factors

结果显示，坝下三块石与其他样点明显不聚为一类，挂弓山和江安因处在河流交汇处，由于河流的汇入产生相似的结果而聚为一类，这与前边分析结果一致，罗龙场与纳溪没有支流的汇入，聚为一类。弥沱离大坝最远，从图中看出，与三块石断面各指标存在较大的差异性，表明大坝对水质产生一定的影响。距坝址最近处受影响最大，与其他地方的相似度最小，随着距大坝距离越远，影响越小。

3　讨论

坝下河段主要超标指标为总氮和总磷，蓄水后含量明显呈上升趋势，且河流交汇处和非交汇处区别明显，河流交汇处明显高于非交汇处，河流的汇入本应会稀释使指标含量下降，挂弓山和江安均在河流交汇处或交汇处的下游，这三种指标的含量不降反增，除了挂弓山采样面附近有一个排污口之外，可能是由于河流汇入的稀释作用小于城市化进程中的工农业污染排放速度，使其呈现增高趋势。根据宜宾市政府报告，2014年宜宾市城镇人口增加6.87万人，河口城市工农业的污水排放对指标含量的增加产生了推动作用。蓄水后水流趋缓，长江干流携带的泥沙等主要沉降在库区，坝下水质悬浮物含量明显降低。与2012年度相比，2013年年平均值降低56.9%，2014年年平均值降低78%。据悉，悬浮物含量在25mg/L内对淡水鱼无害，在25～80mg/L内可允许，在80～400mg/L范围内对鱼类产生不良影响[15]，悬浮物降至可允许范围内，悬浮物的降低使得悬浮物对鱼类的不良影响随之降低。

下泄水夏季平均水温降低，冬季平均水温升高，初期滞温变化值在2 ℃左右。大坝修建对河道水温产生冬高春低影响，与梁瑞峰等指出的下泄水温延迟现象和高温不高低温不低的平坦化现象[16]相吻合。这种滞温效应对鱼类的产卵及发育有很大影响，从而影响种群结构和数量。水温的具体变化情况以及这种变化对鱼类产生的影响还需更长时间高频率监测。

蓄水后的汞含量变化显著降低，超标倍数在1倍以内，铅含量在2014年沿程基本呈现上升现象。沿程各断面的重金属含量蓄水前受当地的综合因素的影响程度比较大，蓄水后综合了大坝的影响呈现低浓度现象。向家坝的蓄水对汞含量的降低有很大的贡献作用，鱼类育肥期汞含量的降低有利于鱼类及水生生物的生长，进入食物链的重金属含量也大大降低，对于食品安全提供有利条件。重金属含量除了与区域的背景值高相关外，研究指出，重金属浓度的含量很大程度上和附着的悬浮物含量有关[17]。蓄水后汞和铅含量的这种变化与悬浮物的降低有一定的相关性，库区沉降了大量悬浮物，同样滞留了附着的重金属离子，水库滞留作用明显，水质指标的变化与大坝的阻拦作用具有一定的相关性。

溶解氧沿程明显减弱，离坝址距离越近影响越大，从趋势图上看出距坝址越远含量越低，但年际之间有增高的现象。溶解氧随季节性变化大，洪水季节向家坝泄水期间，下泄水因掺气产生气体过饱和，水体中过饱和气体对鱼类的生存不利，是鱼体气泡病的主要原因，可导致血管阻塞、心脏气肿、动脉瘤、肝脏肾脏肠道坏死等症状[18]，2014年洪水季节坝下断面出现溶解氧过饱和现象，饱和度最高达到120%以上[19]，鱼类容易因自身承受能力的不同发生死亡现象。因此，蓄水后尤其是洪水季节，对于坝下水质溶解氧的监测非常重要，对于提出鱼类保护措施如调整泄洪方式，控制泄洪流量等意义重大。

受沿江城市城镇化进程的加快，生活污水和工农业污水排放、河流汇入以及气体过饱和等多重作用的影响，保护区的水质变化日渐趋于复杂，需要对沿江城市进行污染排放控制与治理。本次对向家坝坝下部分江段的调查资料仅限于蓄水后两年内的，对坝下江段的分析具有一定的局限性，水温及溶解氧的具体变化情况需要时时高频率的监测，以便及时对保护区鱼类采取保护措施，保护区水质对鱼类的生存至关重要，为防止水体富营养化和下泄水体过饱和对鱼类造成危害，需采取适当的措施将鱼类在各功能期受到的不利影响降到最低，这对于维护保护区的生物种群及多样性具有重要意义。

[1]陈庆伟，刘兰芬，刘昌明,等.筑坝对河流生态系统的影响及水库生态调度研究[J].北京师范大学学报(自然科学版)2007，43(5)：578-582.

[2]郑连生.我国一些大型水利工程的环境影响[J].海河水利，1988，(5)：50-54.

[3]尹小玲，刘青泉.三峡库区水沙运动及环境灾害变化特点初步分析[J].水力发电学报，2009，28(6).

[4]汪小将.三峡水库蓄水运行前后坝下荆江江段渔业生态环境的调查分析[D].武汉：华中农业大学，2004.

[5]李陈.长江上游梯级水电开发对鱼类生物多样性影响的初探[D].武汉：华中科技大学，2012.

[6]危起伟.长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区科学考察报告[M].北京：科学出版社，2012.

[7]蔡深文，倪朝辉，李云峰,等.长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区鱼体肌肉重金属残留调查与分析[J].中国水产科学，2011，18(6)：1351-1357.

[8]李倩，李翀，骆辉煌.长江上游珍稀特有鱼类生态水温目标研究[J].中国水利水电科学研究院院报，2012，10(2)：86-91.

[9]高天珩，田辉伍，叶超,等.长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区干流段鱼类组成及其多样性[J].淡水渔业，2013，43(2)：36-42.

[10]刘晓娟，李云峰，张敏,等.长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区干流段浮游植物群落结构的年度变化[J].淡水渔业，2014，44(6).

[11]茹辉军，李云峰，沈子伟,等.向家坝、溪洛渡水库蓄水前后长江上游珍稀、特有鱼类国家级自然保护区水环境质量比较[J].淡水渔业，2015，(5)，35～40.

[12]张敏，孙志禹，陈永柏,等.长江上游珍稀特有鱼类保护区水环境因子时空分布格局研究[J].淡水渔业，2014，44(6).

[13]中华人民共和国农业部.渔业生态环境监测技术规范(SC/T9102).北京，2007.

[14]长江上游珍稀、特有鱼类及保护区项目水生生态环境监测2012年度报告[M].中国水产科学研究院长江水产研究所，2013.

[15]张筑元，李晓，叶翠,等.悬浮物对三峡水库测定结果的影响—对GB3838-2002《地表水环境质量标准》的讨论[J].重庆环境科学，2005，27(1、2).

[16]梁瑞峰，邓云，脱友才，李嘉,等.流域水电梯级开发水温累积影响特征分析[J].四川大学学报(工程科学版)，2012，44(2).

[17]郑声安，郭云峰.金沙江溪落渡水电站环境影响评价报告书[M].国家电力公司成都勘测设计院，2003.

[18]谭德彩，倪朝辉，郑永华,等.高坝导致的河流气体过饱和及其对鱼类的影响[J].淡水渔业，2006，36(3).

[19]2014年7月溪洛渡坝下相关水域死鱼事件调查、鉴定与渔业损失评估报告[M].武汉：农业部长江中上游渔业生态环境监测中心，2014.

Water quality present situation under the Xiangjiaba dam after impounding

TONG Lu-lu1,2,RU Hui-jun2,NI Zhao-hui2,LI Yuan3,CHEN Min3

(1.ShanghaiOceanUniversity,Shanghai201306;2.FisheryEco-environmentalmonitoringcenterintheUpperandMiddleReachesoftheYangtzeRiver,MinistryofAgriculture/YangtzeRiverFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,Wuhan430223,China;3.ChinaThreeGorgesCorporation，Chengdu610000)

In order to master water quality variation under the Xiangjiaba dam,this study chose six representative cross sections from Sankuaishi to Mituo along national nature reserve of rare and endemic fish in the upper Yangtze River in fishes different life periods.Based on the water environment monitoring data from 2013 to 2014 year,the change rule of the 21 water quality index and the present situation water quality of this area were analyzed,and water quality evaluation were carried on.The result showed that water quality characteristics were generally good after impoundment in this area and the initial temperature delay value about 2 ℃.The excessive indices mainly were the total nitrogen,total phosphorus,potassium permanganate index,volatile phenol,ammonia nitrogen and heavy metal Hg.Difference of total nitrogen,arsenic and hexavalent chromium was so particularly significant that became the main of many factors affecting the data gap.The cluster analysis of water quality indices showed that Sankuaishi was significantly different with others,and the greater difference of each index between other locations far from the dam and close to the point showed that dam impoundment brought different extent impacts of water quality.

reserve;water quality present situation;variance analysis;cluster analysis

2016-02-23；

2016-05-12

中国长江三峡工程开发总公司(0714095、0799555)

仝路路(1989-)女，硕士研究生，专业方向为渔业环境监测与保护。E-mail：1024248675@qq.com

倪朝辉。E-mail：nizhaoh@yfi.ac.cn

S931.3

A

1000-6907-(2016)05-0030-07