三峽水庫水位調(diào)度對出庫水質(zhì)影響分析與水質(zhì)預(yù)測

黃 玥，黃志霖，肖文發(fā)，曾立雄，馬 良

(中國林業(yè)科學(xué)研究院 森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所，國家林業(yè)和草原局森林生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100091)

1 研究背景

三峽工程是目前世界上最大的水利水電工程，在長江中下游洪澇治理工作中發(fā)揮關(guān)鍵作用[1-2]，歷經(jīng)2003年一期蓄水、2006年二期蓄水和2010年175 m水位蓄水后，在汛期和非汛期三峽水庫運(yùn)行水位分別維持在145和175 m左右。由于三峽水庫運(yùn)行受季節(jié)性水位調(diào)度，水質(zhì)季節(jié)性特征發(fā)生顯著變化[3-4]。三峽水庫的運(yùn)行使水動力條件明顯改變、河道水沙時(shí)空變化規(guī)律發(fā)生變化[5]、流域結(jié)構(gòu)趨向簡單[6-7]，導(dǎo)致三峽水庫水環(huán)境參數(shù)與天然河道間存在顯著差異。三峽庫區(qū)范圍內(nèi)產(chǎn)生的水環(huán)境、水生態(tài)、水體污染與水華問題，引起國內(nèi)外廣泛關(guān)注[8-10]。

水位是影響水質(zhì)和水生態(tài)穩(wěn)定性的重要因素，一方面水位變動會改變水庫蓄水量，另一方面因水動力改變會引發(fā)水化學(xué)和水環(huán)境變化。水位作為調(diào)節(jié)三峽水庫生態(tài)環(huán)境的重要因素，研究水質(zhì)對水位變化的響應(yīng)，對水質(zhì)改善與生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定有重要意義[11]。三峽水庫干流出庫水質(zhì)年變化監(jiān)測結(jié)果表明：2003年三峽水庫蓄水至135 m，較蓄水前水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)，污染物和DO等氧平衡指標(biāo)濃度呈下降趨勢[12]。蓄水至156 m后，主要污染物濃度呈下降趨勢，蓄水對干流水質(zhì)未造成不良影響。除水庫水位、流量具有季節(jié)性周期變動之外，水庫上游來水量及含沙量、庫區(qū)土壤侵蝕和和農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染輸出均隨季節(jié)變化而發(fā)生周期性變化，這些都會影響水庫水質(zhì)的季節(jié)周期性改變[13]。在三峽庫區(qū)水質(zhì)年度變化及其變化趨勢研究基礎(chǔ)上，研究三峽水庫水位的季度調(diào)控下，三峽水庫出庫水質(zhì)的季節(jié)性變化以及對水位變化的響應(yīng)特征，分析不同水位條件下水質(zhì)因子濃度和綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的變化特征，研究各水位運(yùn)行期水質(zhì)因子對水位的響應(yīng)，為三峽庫區(qū)水質(zhì)保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

2 研究區(qū)域概況

三峽水庫在2003年6月蓄水至135 m，2006年10月蓄水至156 m，2008年汛末開始175 m試驗(yàn)性蓄水，2010年10月正式蓄水至175 m正常水位[14]。三峽水庫在枯期蓄水至正常水位175 m發(fā)揮航運(yùn)、發(fā)電作用，汛期水位下降至145 m發(fā)揮蓄洪作用，三峽水庫年度水位調(diào)度運(yùn)行圖如圖1所示。可將年內(nèi)水位運(yùn)行期劃分為4個(gè)時(shí)期，即Ⅰ期：水位降低期(175～145 m)；Ⅱ期：低水位運(yùn)行期(145 m)；Ⅲ期：水位上升期(145～175 m)；Ⅳ期：高水位運(yùn)行期(175 m)。

圖1 三峽水庫年度庫水位調(diào)度運(yùn)行圖

3 數(shù)據(jù)來源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

水質(zhì)因子數(shù)據(jù)來源于中國生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)中心(http://datacenter.mep.gov.cn/websjzx/dataproduct/)，環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)中包含水環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)，其中全國主要流域重點(diǎn)斷面水質(zhì)自動監(jiān)測周報(bào)數(shù)據(jù)(2011-2018年中國生態(tài)環(huán)境中心發(fā)布的《地表水監(jiān)測周報(bào)》)為本文研究中使用的官方發(fā)布的觀測數(shù)據(jù)。生態(tài)環(huán)境部(原環(huán)境保護(hù)部)在全國主要水系設(shè)立了145個(gè)重點(diǎn)斷面水質(zhì)自動監(jiān)測站，并設(shè)定了8項(xiàng)水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)：水溫、pH、濁度、溶解氧、電導(dǎo)率、高錳酸鉀指數(shù)、氨氮和總有機(jī)碳。

根據(jù)中國環(huán)境監(jiān)測總站監(jiān)測報(bào)告、三峽水庫干流斷面水質(zhì)狀況監(jiān)測結(jié)果及其水質(zhì)變化原因可知，三峽水庫水質(zhì)狀況改變主要受水體中DO、CODMn和NH3—N濃度變化的影響。本文選取三峽水庫出庫斷面DO、CODMn和NH3—N濃度的監(jiān)測數(shù)據(jù)。監(jiān)測斷面為三峽庫區(qū)長江流域宜昌南津關(guān)，屬于三峽庫區(qū)長江干流出庫斷面。

庫水位與出庫流量數(shù)據(jù)來源于長江海事局每日港口水情(https://cj.msa.gov.cn/xxgk/xxgkml/aqxx/swgg/)，依據(jù)長江海事局發(fā)布的水位調(diào)控通知與水位變動新聞(https://cj.msa.gov.cn/xxgk/xxgkml/aqxx/gksq/index_18.shtml)劃分歷年水位變動時(shí)間。

3.2 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)能夠反映綜合水質(zhì)狀況、水質(zhì)污染程度等水環(huán)境信息，可定性定量地評價(jià)水質(zhì)，不因個(gè)別異常水質(zhì)指標(biāo)而影響綜合評價(jià)結(jié)果[15]。以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)[16]為依據(jù)，綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法在單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法基礎(chǔ)上，客觀評價(jià)Ⅰ～劣Ⅴ類水質(zhì)[17]，判定標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 基于綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的水質(zhì)級別判定標(biāo)準(zhǔn)

3.2.1 單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù) 單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)pi代表單項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)濃度在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)對應(yīng)類別，計(jì)算公式如下：

pi=x1·x2

(1)

式中：x1為第i項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)所在水質(zhì)類別；x2為水質(zhì)濃度因子在x1類水質(zhì)變化區(qū)間的位置。

當(dāng)水質(zhì)介于Ⅰ～Ⅴ類水之間時(shí)，對于非DO類指標(biāo)(pH值、DO、溫度除外)和DO指標(biāo)分別以公式(2)和(3)進(jìn)行計(jì)算：

(2)

(3)

式中：k=1、2、3、4、5分別代表該指標(biāo)為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類水；ci,k上和ci,k下分別為第i類水質(zhì)在k類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間內(nèi)的上限與下限；x1·x2按四舍五入原則取小數(shù)點(diǎn)后1位。

3.2.2 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù) 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)由各項(xiàng)單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)平均值以及代表水質(zhì)類別與功能區(qū)劃規(guī)定等因素構(gòu)成，其計(jì)算公式為：

Pi=X1·X2·X3·X4

(4)

式中:X1為整體水質(zhì)類別；X2為綜合水質(zhì)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間內(nèi)所處位置；X3為參與水質(zhì)評價(jià)因子中，劣于水環(huán)境功能類別的單因子個(gè)數(shù)；X4用于判別水質(zhì)類別是達(dá)到水環(huán)境功能類別目標(biāo)。

X1·X2為各項(xiàng)單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的平均值，計(jì)算公式為：

(5)

式中：pi=xi1·x2i；n為參與綜合評價(jià)的水質(zhì)因子個(gè)數(shù)；x1i·x2i對應(yīng)單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)。

3.3 水質(zhì)變化評估與預(yù)測

采用差分自回歸移動平均模型-ARIMA模型，基于歷史數(shù)據(jù)概括時(shí)間序列并預(yù)測未來水質(zhì)。水庫水質(zhì)變化具有漸變性、非線性和非確定性的特點(diǎn)，水質(zhì)因子濃度不但受外界條件影響，還受時(shí)間變化、隨機(jī)波動和歷史值的影響，故預(yù)測模型需考慮滯后性因素的影響[18]。ARIMA模型應(yīng)用廣泛，已被證實(shí)為一種有效的選取滯后項(xiàng)的數(shù)學(xué)方法，ARIMA模型在氣候變化、經(jīng)濟(jì)管理，醫(yī)療衛(wèi)生、水位變化預(yù)測和水質(zhì)變化趨勢預(yù)測中均有良好的應(yīng)用[19-22]。本研究旨在利用ARIMA模型分析預(yù)測水質(zhì)變化趨勢，限于篇幅，不對ARIMA模型原理做過多描述。

ARIMA模型考察了時(shí)間序列的動態(tài)和持續(xù)性，揭示未來與現(xiàn)在的相互關(guān)系，模型基本原理是：將隨時(shí)間推移而變化的數(shù)據(jù)序列視為隨機(jī)序列，并計(jì)算出能代表其變化的模型做出近似描述，模型破譯即可依據(jù)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測未來。ARIMA中的AR為自回歸分量，I為差分，MA為移動平均分量；ARIMA(p，d，q)中的p為自回歸分量階數(shù)，q為移動平均分量階數(shù)，d為使時(shí)間序列平穩(wěn)的差分次數(shù)。

ARIMA的一般表達(dá)式為：

Xt=φ1yt-1+φ2yt-2+…+φpyt-p-θ1ε1-

θ2εt-2-…-θqεt-q+ε

(6)

ARIMA模型建模共需4步：序列平穩(wěn)性檢驗(yàn)、模型初步識別、參數(shù)估算和模型診斷分析。SPSS軟件滿足上述工作要求，能進(jìn)行模塊預(yù)處理、填補(bǔ)缺值、建立時(shí)間序列和序列平穩(wěn)化、圖形輸出和結(jié)果分析等工作，適合處理ARIMA模型。

4 結(jié)果與分析

4.1 三峽水庫水位與出庫流量特征

2011-2018年三峽水庫水位變動與出庫流量變化過程如圖2所示，計(jì)算出年內(nèi)各水位運(yùn)行時(shí)期的平均庫水位與平均出庫流量見表2。由圖2和表2可看出，三峽水庫水位與出庫流量因水位調(diào)度產(chǎn)生周期性變化，差異明顯。汛期三峽水庫水位下降，此時(shí)出庫流量最大，平均出庫流量從9 031.43 m3/s上升至21 297.03 m3/s，出庫流量最高達(dá)45 200 m3/s。汛期結(jié)束進(jìn)入枯水期，庫區(qū)水位最高抬升至175 m，出庫流量明顯減少，平均出庫流量從13 715.71 m3/s下降至7 523.33 m3/s，出庫流量最低至5 240 m3/s。

圖2 2011-2018年三峽水庫水位與出庫流量變化過程

表2 三峽水庫各水位運(yùn)行期平均水位與平均出庫流量

4.2 水質(zhì)與庫水位調(diào)度、出庫流量的相關(guān)性

不同水位時(shí)期的水質(zhì)因子濃度與庫水位、出庫流量的Person相關(guān)系數(shù)見表3。表3表明，DO濃度與庫水位呈極顯著正相關(guān)，與出庫流量呈極顯著負(fù)相關(guān)；NH3—N與庫水位變化呈顯著負(fù)相關(guān)；CODMn濃度與庫水位和出庫流量變化無顯著相關(guān)。通過Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)可知，庫水位周期性變化對斷面水質(zhì)有顯著影響。

表3 各水質(zhì)因子濃度與庫水位、出庫流量的相關(guān)系數(shù)

4.3 各水位運(yùn)行期水質(zhì)因子差異

2011-2018年三峽水庫出庫斷面各水質(zhì)因子濃度變化見圖3，不同運(yùn)行期各水質(zhì)因子濃度箱形統(tǒng)計(jì)圖見圖4。

圖3 2011-2018年三峽水庫出庫斷面各水質(zhì)因子濃度變化

圖4 2011-2018年三峽水庫水位各運(yùn)行期出庫斷面水質(zhì)因子濃度箱形圖

對2011-2018年三峽水庫各水位運(yùn)行期水質(zhì)因子濃度均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表4；并對不同水位運(yùn)行期的各水質(zhì)因子濃度進(jìn)行差異檢驗(yàn)，結(jié)果見表5。通過分析表4和5可知：(1)DO濃度在年內(nèi)顯示出明顯的周期性與波動性，出現(xiàn)“高-低-高”的波動變化。CODMn和NH3—N濃度年內(nèi)無明顯波動變化。(2)總體上非汛期水質(zhì)優(yōu)于汛期水質(zhì)。各水位運(yùn)行期DO平均濃度在高水位運(yùn)行期(Ⅳ期)>水位降低期(Ⅰ期)>水位抬高期(Ⅲ期)>低水位運(yùn)行期(Ⅱ期)，Ⅰ、Ⅳ期與Ⅱ、Ⅲ期DO濃度差異顯著(p<0.05)。CODMn平均濃度在Ⅱ期>Ⅲ期>Ⅰ期>Ⅳ期，各時(shí)期CODMn平均濃度符合Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ時(shí)期間差異顯著(p<0.05)。NH3—N平均濃度在Ⅱ期>Ⅲ期>Ⅰ期>Ⅳ期，NH3—N平均濃度在Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ期符合水質(zhì)Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，在Ⅳ期符合水質(zhì)Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，Ⅱ期與Ⅳ期平均濃度差異顯著(p<0.05)。

表4 三峽水庫不同水位運(yùn)行期各水質(zhì)因子濃度均值 mg/L

表5 三峽水庫不同水位運(yùn)行期各水質(zhì)因子濃度單因素差異檢驗(yàn)

4.4 各水位運(yùn)行期的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)Pi差異

對2011-2018年三峽水庫出庫斷面Pi值的變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見圖5。據(jù)此計(jì)算得出Pi值的箱形統(tǒng)計(jì)圖(圖6)并對各水位運(yùn)行期Pi值進(jìn)行單因素差異檢驗(yàn)，其結(jié)果見表6。由表6可見，各水位時(shí)期Pi無顯著差異顯著。各水位期間Pi均為綜合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下的Ⅰ類水，Pi均值在Ⅱ期(1.65)>Ⅲ期(1.61)>Ⅰ期(1.61)>Ⅳ期(1.57)，表明Ⅳ期水質(zhì)最好，Ⅱ期水質(zhì)最差，總體上非汛期高水位運(yùn)行時(shí)期水質(zhì)優(yōu)于汛期低水位運(yùn)行時(shí)期水質(zhì)。

表6 三峽水庫不同水位運(yùn)行期Pi值單因素差異檢驗(yàn)

圖5 2011-2018年三峽水庫出庫斷面綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)Pi值變化 圖6 2011-2018年三峽水庫各水位運(yùn)行期出庫斷面綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)Pi值箱形統(tǒng)計(jì)圖

4.5 水質(zhì)變化趨勢預(yù)測

2011-2018年三峽水庫各水質(zhì)因子濃度實(shí)測值與ARIMA模型擬合值對比如圖7所示。依照《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》(GB/T 22482-2008)[23]，取20%作為2011-2018年模型擬合值與實(shí)測值的允許誤差，判定模型精度，結(jié)果如表7所示，各水質(zhì)因子的ARIMA模型擬合精度均在允許范圍內(nèi)，表明模型可用。

圖7 2011-2018年三峽水庫各水質(zhì)因子濃度實(shí)測值與ARIMA模型擬合值對比

利用表7中的ARIMA模型預(yù)測2019年不同水位運(yùn)行期各水質(zhì)因子濃度并計(jì)算其Pi值，預(yù)測結(jié)果如表8所示。預(yù)測結(jié)果顯示：2019年不同水位時(shí)期的DO和CODMn符合Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)，NH3—N濃度偏向Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)；低水位運(yùn)行期的CODMn濃度和NH3—N濃度最高，DO濃度最低；高水位運(yùn)行期的CODMn濃度和NH3—N濃度最低，DO濃度最高。低水位運(yùn)行時(shí)Pi最大，水質(zhì)最差；Ⅰ期水位降低期和Ⅳ期高水位運(yùn)行期的Pi接近，水質(zhì)最好。

表7 ARIMA模型擬合精度判定

表8 三峽水庫各水質(zhì)因子濃度2019年ARIMA模型預(yù)測值 mg/L

5 討 論

三峽水庫運(yùn)行后，其下游河道汛期和秋季徑流量減少，枯水期徑流量增大，三峽水庫的調(diào)蓄作用削弱了洪水期與枯水期徑流量的波動性[24-25]。三峽水庫對非汛期的徑流調(diào)節(jié)影響了河道自然發(fā)展過程，包括水體營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與擴(kuò)散[26]。極端流量的改變會對河道中養(yǎng)分交換產(chǎn)生影響[27]。因三峽水庫周期性蓄水，下泄水量在時(shí)空尺度發(fā)生變化，改變了原有水文與洪水時(shí)空分布規(guī)律，影響了下游水資源分配和水生態(tài)環(huán)境[28-29]。

5.1 水質(zhì)因子濃度變化

三峽庫區(qū)長江干流水質(zhì)與水位調(diào)度密切相關(guān)，水庫水質(zhì)變化與蓄水后流速變化引發(fā)的蓄清作用有關(guān)，也受上游來水量、支流匯水和污染輸入等因素影響，三峽水庫為典型河道型水庫，汛期排渾，汛后蓄清。汛期入庫沙量占全年80%以上，水位降至145 m泄洪，可將泥沙排至下游；汛后蓄水至175 m，下游補(bǔ)水，維持航運(yùn)。三峽水庫調(diào)度在汛期采取來泄相當(dāng)?shù)姆绞剑茄雌趤硇顾c天然河道差別加大，對庫區(qū)斷面水文條件造成影響[30]。

三峽庫區(qū)主要污染源包括農(nóng)業(yè)面源污染、城鎮(zhèn)生產(chǎn)生活污水、養(yǎng)殖污染、船舶污染等[31]。DO是水體水質(zhì)的正功效指標(biāo)，DO濃度變化與徑流量密切相關(guān)。高水位水期DO濃度高于低水位時(shí)期。低水位時(shí)期較低的DO濃度一方面與水文變化有關(guān)，另一方面與低水位時(shí)期高溫有關(guān)。三峽水庫蓄水時(shí)，河道水位因大壩攔蓄作用而升高，下泄水是下游水體DO濃度增加的主要原因，故高水位運(yùn)行期DO濃度增加[32]。汛期出庫流量大，不僅削弱表層水體的復(fù)氧能力，也減少了下層少氧水體的物質(zhì)交換能力，這也是低水位運(yùn)行期DO濃度下降的原因之一。在水質(zhì)研究中溫度與DO呈負(fù)相關(guān)關(guān)系的認(rèn)識已達(dá)成共識[33]。低水位運(yùn)行期水庫水體溫度較高，水體中DO隨水溫升高而下降；高水位運(yùn)行期水溫低，生物活性弱而耗氧少，故此期間DO濃度較高[34]。

CODMn和NH3—N是反映水質(zhì)的負(fù)向指標(biāo)。CODMn用于表示地表水有機(jī)化合物與無機(jī)化合物的污染程度，而有機(jī)化合物可不同程度的吸附于懸浮顆粒上。高水位運(yùn)行期CODMn和NH3—N濃度低于低水位運(yùn)行期，與水庫水文變化和污染輸入密切相關(guān)。三峽水庫高水位運(yùn)行時(shí)，水面變寬、水位抬高與流速下降使得水體滯留時(shí)間增加，泥沙懸浮物沉降作用隨之增強(qiáng)，水體中吸附于泥沙的有機(jī)污染物濃度下降，而與懸浮物相關(guān)性較大的CODMn含量隨之下降[35-36]。

低水位運(yùn)行時(shí)水位和水量下降導(dǎo)致水環(huán)境容量減小，CODMn等有機(jī)污染物不易擴(kuò)散，導(dǎo)致水質(zhì)惡化；汛期降雨多，入庫流量大，快速流動的水體削弱懸浮物沉降作用，水體中殘余的CODMn濃度增加。夏季溫度高，有利于水生生物繁殖及水體有機(jī)物增加；汛期有機(jī)污染物隨地表徑流進(jìn)入水體，大量上游及庫區(qū)泥沙進(jìn)入水體，導(dǎo)致水體CODMn含量增加[37]。低水位時(shí)期水體NH3—N濃度高與外源輸入有關(guān)。夏季農(nóng)業(yè)活動頻繁，常施加以尿素和碳酸氫銨為主的化肥，而夏季暴雨洪水頻發(fā)，農(nóng)藥化肥侵入水體，造成低水位時(shí)期水體NH3—N濃度升高[38]。低水位時(shí)期入庫流量顯著增加，快速流動的水體對水庫底泥擾動增強(qiáng)，加快底泥中有機(jī)氮向NH3—N的轉(zhuǎn)變，增加上層水體NH3—N濃度[39]。

5.2 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)Pi變化

本文采用綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價(jià)水質(zhì)，2011-2018年各個(gè)水期的Pi維持綜合水質(zhì)級別Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)，高水位運(yùn)行期水質(zhì)最好，低水位運(yùn)行期水質(zhì)最差。低水位運(yùn)行期，三峽水庫水位低而庫容小，水體滯留大量污染物。單因子標(biāo)識指數(shù)分析表明，低水位運(yùn)行期CODMn和NH3—N數(shù)值高于其他3個(gè)時(shí)期，而DO數(shù)值低于其他3個(gè)時(shí)期，表明該時(shí)期有機(jī)物污染和還原性污染較嚴(yán)重。高水位運(yùn)行期，水庫蓄水后，水位高而庫容大，能有效稀釋污染物濃度。高水位運(yùn)行期水流速下降，在此期間，水庫發(fā)揮吸附功能，且不會發(fā)生解吸，故不會造成二次污染，泥沙吸附后則會伴隨水體中懸浮物、重金屬等沉入底泥[40]。

5.3 水質(zhì)變化趨勢評價(jià)

三峽水庫正式運(yùn)行后，水質(zhì)狀況主要受入庫水量、泥沙沉積量、污染排放等因素影響。三峽庫區(qū)水質(zhì)污染源主要為來非點(diǎn)源污染和農(nóng)藥化肥導(dǎo)致的面源污染，此外，城市生活用水、工廠生產(chǎn)污水排放也會造成污染。低水位運(yùn)行期入庫水量大，大量污染物伴隨降雨與地表徑流進(jìn)入水體；而高水位運(yùn)行期氣溫低、水庫儲存大量水體，不利于污染物擴(kuò)散。利用ARIMA模型預(yù)測2019年不同水位時(shí)期水質(zhì)因子濃度和Pi，預(yù)測結(jié)果顯示2019年不同時(shí)期的各項(xiàng)水質(zhì)因子濃度處于良好狀態(tài)，符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)時(shí)期綜合數(shù)值標(biāo)識指數(shù)Pi符合Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，且高水位運(yùn)行期水質(zhì)仍優(yōu)于低水位運(yùn)行期水質(zhì)，水質(zhì)預(yù)測結(jié)果表明出庫水質(zhì)仍受水庫水位調(diào)節(jié)影響而發(fā)生規(guī)律變化。

6 結(jié) 論

本文基于三峽水庫出庫斷面2011-2018年水質(zhì)周監(jiān)測數(shù)據(jù)和每日水情監(jiān)測結(jié)果，按照三峽水庫不同運(yùn)行期，即水位下降期(175～145 m)、低水位運(yùn)行期(145 m)、水位上升期(145～175 m)和高水位運(yùn)行期(175 m)研究三峽水庫水質(zhì)變化情況。監(jiān)測、研究及評價(jià)與預(yù)測結(jié)果表明，三峽水庫水位調(diào)度運(yùn)行引發(fā)了水庫水位、出庫流量和水質(zhì)的周期性變化，主要結(jié)論如下：

(1)水質(zhì)參數(shù)具有典型的季節(jié)性變動特征。DO濃度表現(xiàn)為在高水位運(yùn)行期最高，低水位運(yùn)行期最低。CODMn和NH3—N濃度在高水位運(yùn)行期最低，低水位運(yùn)行期最高。DO濃度與三峽水庫水位變化呈正相關(guān)，與出庫流量呈負(fù)相關(guān)。NH3—N濃度與三峽水庫水位變化呈負(fù)相關(guān)。CODMn濃度與水位、流量變化無顯著相關(guān)。

(2)三峽水庫出庫斷面水質(zhì)符合國家I類水標(biāo)準(zhǔn)。采用綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)Pi評價(jià)，2011-2018年各水位運(yùn)行時(shí)期的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)Pi均符合清潔標(biāo)準(zhǔn)，高水位運(yùn)行期水質(zhì)優(yōu)于低水位運(yùn)行期水質(zhì)。

(3)應(yīng)用ARIMA模型模擬并預(yù)測三峽水庫出庫水質(zhì)，精度檢驗(yàn)結(jié)果證明模型可用。通過更新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為水質(zhì)預(yù)測提供了一種途徑。