觀音巖水庫建成前后下游金沙江段濁度及電導率變化分析

季浩宇，謝 南，唐 毅，胡修文，楊翠香

（四川省攀枝花生態環境監測中心站，四川 攀枝花 617000）

0 引言

觀音巖水電站位于云南省麗江市華坪縣與四川省攀枝花市仁和區的交界處，是金沙江水電基地中游河段“一庫八級”水電開發方案的最后一個梯級水電站[1]，裝機容量300（5×60）萬kW，電站于2008年12月開工建設，2011年1月開始截流，2014年12月首臺機組投產發電，2016年5月完工。因水電站建設形成的觀音巖水庫屬于大型水庫，具有發電、供水及防洪等功能，其正常蓄水水位對應庫容20.72億m3，庫區回水長度約96 km，庫區水面平均寬度475 m，水域面積50.87 km2[1]。電站水庫建成后，由于水庫的調蓄作用，庫區河段水域會由河道急流型轉變為緩流型，同時，水庫下泄流量的水質與上游天然來水有一定差異，可能會影響到下游，因此有必要對觀音巖水庫建設后下游河段的水質變化情況開展分析。

1 水質監測

攀枝花市金沙江段水功能區劃包括飲用水源和工業用水兩類，各二級水功能區的水質目標均按《GB 3838-2002 地表水環境質量標準》中Ⅲ類水域標準執行。在觀音巖水庫建成前，為了對金沙江的飲用水水源地水質進行監控和預警，攀枝花市于2012年在城市主要取水口上游設置了文體樓水質自動監測站，一直保持運行至今，其監測結果可以反映出金沙江市區河段的水質狀況，通過比較也可以分析觀音巖水庫蓄水前后其下游市區河段的水質變化情況。

文體樓水質自動監測站位于觀音巖水庫下游河道距離約37km處，其所在位置及與觀音巖水庫的相對位置如圖1所示；電導率和濁度的監測設備為YSI-6600，設備參數設定見表1。

圖1 文體樓水站位置圖

表1 設備參數設置表

2 數據采集和數據處理方法

通過“四川省水環境污染負荷自動監測監控預警預報系統”平臺下載的文體樓水質自動監測站水質監測數據為接口采集數據，數據形式為每次采樣分析的結果。由于下載的數據中仍然保留了質控數據和測試數據等非地表水水樣分析結果，因此在分析比較之前需要對下載數據進行數據格式的整理和異常數據及無效數據的剔除。數據處理方式如下：

下載數據中包含有“已刪除”標記的數據為自動審核未通過的數據，作為無效數據刪除；

下載數據為“-”和空值的作為無效數據刪除；下載數據為“0”的保留并參與后續計算；

設備安裝至2012年4月30日為驗收、性能測試和試運行階段，下載數據中包括了水質監測、質控樣品和設備調試的各種數據結果，該時段數據不作為有效數據參與后續計算和分析比較。

根據環境管理的要求，在不同時期文體樓水質自動監測站監測頻次并不相同，每天采樣測量的數據量也不相同；同時在實際運行過程中水質自動監測站可能有日監測數據缺失的情況，為了避免不同時段接口采集數據在數據量上的差異和監測數據缺失問題對分析比較結果造成影響，使用月均值監測數據對水庫蓄水前后的水質及變化情況進行分析和比較。月均值監測數據的計算方式為：按日對經過整理后的下載數據以算數平均的方式計算日均值，再按月對日均值以算數平均的方式計算月均值。

3 水質監測數據分析

3.1 月均值監測數據

計算文體樓水質自動監測站自2012年5月起各月均值監測數據，考慮到觀音巖水庫2014年10月23日下閘蓄水，以及水庫蓄水達到正常蓄水水位所需的時間，以2015年1月作為蓄水后月均值監測數據的起始時間。電導率和濁度月均值監測數據統計結果如圖2和圖3所示。

圖2 電導率月均值變化圖

圖3 濁度月均值變化圖

3.2 月均值差異顯著性比較

對觀音巖水庫建成前后文體樓水質自動監測站電導率和濁度月均值監測數據的平均值進行比較，分析前后差異是否具有統計學意義：使用PASW Statistics 18軟件中“分析”“比較均值”功能對蓄水前后月均值監測數據的方差進行檢驗，判斷差異的顯著性[2]。

電導率月均值統計結果及差異顯著性檢驗結果如表2和表3所示。

表2 電導率月均值組統計量表

由表2、表3可見，蓄水后電導率均值為580.83，較蓄水前電導率均值472.22高；方差齊次性檢驗Levene檢驗Sig值為0.001，＜0.05，拒絕蓄水前后電導率監測結果方差相等的假設，選用假設方差不相等的檢驗結果；均值比較的t檢驗Sig值為0.000，＜0.05，拒絕蓄水前后電導率監測結果均值相等的假設，認為蓄水后電導率均值顯著高于蓄水前。

表3 電導率月均值獨立樣本檢測表

濁度月均值統計結果及差異顯著性檢驗結果如表4和表5所示。

表4 濁度月均值組統計量表

由表4、表5可見，蓄水后濁度均值為25.5286，較蓄水前濁度均值91.3750低；方差齊次性檢驗Levene檢驗Sig值為0.000，＜0.05，拒絕蓄水前后濁度監測結果方差相等的假設，選用假設方差不相等的檢驗結果；均值比較的t檢驗Sig值為0.000，＜0.05，拒絕蓄水前后濁度監測結果均值相等的假設，認為蓄水后濁度均值顯著低于蓄水前。

表5 濁度月均值獨立樣本檢測表

3.3 水質變化規律比較

天然河流由于季節的周期性變化其水量和水質具有一定的周期性變化規律[3]，汛期和非汛期水質具有較大差異[4]。根據以往的經驗和監測數據，金沙江每年6—10月為汛期，徑流量約占全年徑流總量的75%左右，枯水期為11月—次年5月[5]。觀音巖水庫建成后，在水庫的調蓄作用下金沙江市區段河道流量主要由水庫下泄流量決定，水庫下泄流量根據河流來水、庫容蓄積和發電需求等因素進行調節，與季節變化有關，但是不再與天然河流的汛期完全一致。使用PASW Statistics 18軟件中“預測” “自相關”功能對觀音巖電站蓄水前后監測數據進行時間序列分析[2]，通過比較蓄水前后下游河段水質監測數據在各階時間延遲時的相關性，分析其數據周期性規律的變化情況。

蓄水前電導率月均值自相關函數（ACF）及偏自相關函數（PACF）如圖4所示，蓄水后如圖5所示。

由圖4可見，蓄水前電導率月均值的自相關函數具有波動形態，說明數據序列不是平穩序列，具有周期性變化的特征；除了延遲數目1之外自相關函數和偏自相關函數沒有同時超出隨機波動噪聲的置信范圍，說明數據序列在各延遲數目時的相關性不具有顯著性意義。

圖4 蓄水前電導率ACF及PACF圖

由圖5可見，蓄水后電導率月均值的自相關函數均為正值，且具有拖尾形態，說明數據序列具有單調趨勢變化的特征；除了延遲數目1之外自相關函數和偏自相關函數沒有同時超出隨機波動噪聲的置信范圍，說明數據序列在各延遲數目時的相關性不具有顯著性意義。雖然電導率數據序列的時間延遲的相關性在蓄水前后都不具有顯著性意義，但蓄水前周期性變化的特征在蓄水后變成了單調趨勢變化的特征。

圖5 蓄水后電導率ACF及PACF圖

蓄水前濁度月均值自相關函數（ACF）及偏自相關函數（PACF）如圖6所示，蓄水后如圖7所示。

圖6 蓄水前濁度ACF及PACF圖

圖7 蓄水后濁度ACF及PACF圖

由圖6可見，蓄水前濁度月均值的自相關函數具有波動形態，說明數據序列不是平穩序列，具有周期性變化的特征；除了延遲數目1之外自相關函數和偏自相關函數沒有同時超出隨機波動噪聲的置信范圍，說明數據序列在各延遲數目時的相關性不具有顯著性意義。

由圖7可見，蓄水后濁度月均值的自相關函數具有波動形態，說明數據序列不是平穩序列，具有周期性變化的特征；在延遲數目為8和11時自相關函數和偏自相關函數都超出了隨機波動噪聲的置信范圍，說明數據序列在延遲數目為8和11時的相關性具有顯著性意義。與蓄水前相比，蓄水后濁度數據序列周期性變化的相關性強化了。

4 結果分析與討論

匯總文體樓水質自動監測站在觀音巖電站蓄水前后電導率和濁度的月均值監測數據比較結果，如表6所示。

表6 蓄水前后月均值監測數據分析比較結果表

濁度是由于水中含有泥沙、粘土、有機物、無機物、浮游生物和微生物等懸浮物質造成的[6]。觀音巖水庫建成后形成了50.87 km2的庫區，庫區河段流速顯著降低，增強了天然水體中懸浮物質的沉淀效果，因此濁度在水庫建成后顯著降低了；當水庫下泄水濁度降低后，由于降雨形成地表徑流攜帶泥沙進入河流對下游河段濁度的影響加大，水體濁度周期性變化的規律與降雨的季節變化更加趨于一致。圖8為濁度與攀枝花市同期降水測點平均降雨量月均值數據對照，可以看出降雨量的周期性變化規律明顯且比較平穩，而濁度的周期性變化規律前后差異較大，在2015年1月之后與降雨量數據變化更加吻合。

圖8 濁度-降雨量月變化對照圖

電導率表示溶液傳導電流的能力，間接用于推測水中離子成分的總濃度[6]。在觀音巖水庫蓄水后電導率的平均值已經顯著高于蓄水前，結合監測數據周期性分析的結果，電導率的月均值呈現有上升的趨勢，說明水體電導率可能還處于水庫蓄水后趨于水質穩定和平衡的過程中。由于電導率是工業用水非常關注的水質參考指標，因此還有必要對其濃度變化發展趨勢和最終結果繼續加以跟蹤觀察和研究。

5 結論

文體樓水質自動監測站的監測數據顯示，觀音巖水庫的建設對下游河段電導率和濁度的平均濃度有明顯的影響，其中電導率在水庫建成后顯著升高，濁度顯著降低。

從水質監測數據周期性規律的變化情況看，水庫的建設對電導率和濁度存在不同的影響：在水庫蓄水后，濁度的周期性規律較蓄水前增強了；而電導率在蓄水前和蓄水后的時間延遲相關性均不顯著，但是其在蓄水前具有的周期性變化特征在蓄水后改變成為了趨勢性變化特征。