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三峡大坝自建设起，水位发生了明显的变化. 2003年6月三峡电站进入围堰蓄水发电期，水库蓄水至135 m；2006年10月，水位抬升至156 m运行；2010年10月三峡水库首次达到175 m正常蓄水位，至此完全实现了同年冬夏季30 m水位差[1].随着水位的逐年推进，流速减缓后，水环境由典型的河流水体转变为类似湖泊缓流水体，水的更新周期大大延长[2]，一系列的环境问题也因此出现并成为热点.
自然河流中的泥沙颗粒以河流作为主要的输送通道，将其表面吸附的大量营养物质供给水生生物的生长[3].其中，磷与泥沙有很强的亲和力，在长江干流的水体中，二者结合形成悬浮态颗粒磷，利用水的流动性连续输移.随着三峡大坝的修建，河流运移能力减弱，导致库区泥沙淤积，磷逐渐在库区富集[4].近年来，三峡库区内的许多支流都出现了严重的水华现象，因此相关研究都集中于三峡库区支流的状况，对干流磷的关注度相对较低.本文以长江干流为研究对象，利用长江水利委员会水文上游局2002-2017年由万州站取水测定的水体澄清性总磷(水样采集后静置30 min的上清液中磷的质量浓度)的监测资料，分析了三峡大坝蓄水15年来三峡库区长江干流澄清性总磷的变化趋势和特征，探讨导致总磷变化的相关原因，为后期的水质变化预测提供借鉴.
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本研究所用的数据来源于长江水利委员会水文上游局，选取了三峡库区内万州站2002至2017年的澄清性总磷(水样采集后静置30 min，取上层清液测定的总磷含量)的月测定数据.采样点位于重庆万州区长江干流断面上，根据干流宽度设置了3个平行样点，每个点取水面下0.5 m处、0.5倍水深处、水底以上0.5 m的3个水样，按照水利部水环境监测规范进行采样点的布设以及澄清性总磷的测定并及时进行分析[8].
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使用Excel 2010进行数据整理与统计分析.
2.1. 数据来源
2.2. 数据处理方法
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选用2002和2003年每个月监测数据的平均值代表蓄水前后这两年水体中澄清性总磷的变化情况.
虽然周建军等[9]认为河流监测澄清性总磷(TP)方法使得颗粒磷大量侧漏，无法全面反映出泥沙对磷的影响机理和实质，但是对于同一河流区段而言，澄清性总磷的变化趋势和水体中总磷的变化趋势是相对应的.因此本研究用澄清性总磷的变化来反映水体中总磷的变化趋势.
图 1显示，2002年与2003年1-5月澄清性总磷的差异并不大. 2003年6月(见虚竖线)进入围堰蓄水发电期以后，2003年的澄清性总磷较2002年同期增长了1.3~6.5倍.三峡大坝蓄水之后，水库区域的流速和水位的改变影响了河流的磷运移.本研究数据表明，与蓄水前的2002年6-12月平均值相比，2003年6-12月，万州段水位升高了14.66~37.11 m，流速减缓了0.27~1.29 m/s.这一方面降低了水流对磷的扩散输移能力，导致水体中磷质量浓度升高(增磷效应)；另一方面增加了磷在库区水体内的滞留时间，有利于泥沙吸附、生化降解、沉降和稀释，导致水体磷浓度下降[10](降磷效应).干流万州站水体中磷浓度变化是这两方面作用的结果，以增磷效应为主导.幸梅等在2006年对三峡水库8个城市9个水质断面156 m水位枯水期与138 m水位同期的长江干流的TP比较，发现水位升高后长江干流水质中总磷质量浓度是下降的，认为是降磷效应为主导[11].本文结果有所不同的原因与观测和比较的断面位置、前后年份和输入水体的污染负荷有关. 2003年长江干流水位大幅抬升后，新增流量里带来大量的污染.根据2004年长江工程生态与环境监测公报[12]，2003年三峡库区直排长江的54家重点工业污染源共排放工业废水1.84亿吨，比2002年增加了27.8%.城镇生活污水的排放量为4.04亿吨，比2002年增加26.6%.加之库区历年存在的农业过量化肥施用等问题，使得2003年输入水体的磷污染负荷较高，且高于2002年.
评估水体中磷质量浓度值的大小不仅与外源磷有关，与河流中的内源磷也有很大的关系.内源磷主要来源于河流中底泥的释放.李一平等[13]在室内模拟太湖底泥的释放研究中发现，一定流速范围(0.25~0.7 m/s)内，底泥中总氮(TN)、总磷(TP)释放率随流速的增大而增大.虽然2002年的水流流速(1.03~2.19 m/s)较2003年的(0.24~1.93 m/s)更为湍急，暂时会释放更多的内源磷，但是大坝拦截了大部分原本应流入下游的磷在底泥中，造成磷等污染物在库区支流和干流累积，显著抬高了水域中内源磷的质量浓度，在水库底泥缺氧环境和厌氧微生物作用下这部分磷迟早会释放出来[9]，对水质产生更为严重的影响.综上，水动力作用在内源磷循环中扮演着重要的作用.
2002年和2003年6月份水体澄清性总磷形成的显著差异还可能与当年的气候变化以及山地灾害有关. 2003年春夏秋各个季节，库区一些地区的强对流天气频繁，出现了暴雨、大风、冰雹等气象灾害.在3月至5月，库区至少发生4~6次强对流天气过程，严重的气象灾害直接引发了山体滑坡、泥石流等地质灾害[12].
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2003年蓄水后至2012年，干流万州段蓄水期水位由137 m升至175 m，平均流速减缓了0.53 m/s，水体澄清性总磷总体呈明显上升趋势，年平均值由0.09 mg/L增加至0.18 mg/L，年均增幅10%. 2012年以后，总磷呈现逐年减少的趋势，由0.18 mg/L减至2017年的0.08 mg/L，年均下降超过20%.同时，长江干流万州区澄清性总磷年均变化和丰水期(5-11月)澄清性总磷年均变化正相关性极有统计学意义(p＜0.01，r=0.892).
结合图 2和图 4，2005年至2012年城镇和工业废水年平均排放总量均达到10.07亿吨左右，但2006年、2007年长江干流万州区澄清性总磷年平均量分别低至0.11 mg/L和0.09 mg/L.原因之一可能是2006年发生了百年一遇的大旱，丰水期降雨强度显著偏低，因而减少了颗粒磷的陆源输入，使水相中澄清性总磷浓度降低[14].刘腊美等[15]利用实测输沙量和总磷质量浓度等数据估算，发现非点源磷负荷至2006年达到2002-2006年的最低水平. 图 3也表明在2005至2012年期间，2006年和2007年丰水期澄清性总磷平均质量浓度均显著低于其他年份.相反，2008年汛期降雨充沛，平均降雨强度达50年一遇[12].这年丰水期澄清性总磷达到了2002-2017年期间的峰值(图 3).相应地，万州断面澄清性总磷在2008年也达到了较高水平(图 2).可见，降雨量是增加外源磷质量浓度，影响库区干流水体澄清性总磷的重要因子.此外，2006年10月三峡大坝实现156 m蓄水，流速减缓导致泥沙沉降和滞留[16]，可能是万州断面2007年澄清性总磷较低的另一原因(降磷效应).
三峡库区属于生态脆弱区，山势陡峭、雨量丰沛，是我国水土流失最为严重的地区之一[17].随着三峡工程的建设，库区内大规模的移民搬迁、城镇迁移重建等，造成可耕地和森林被大量占用、阶段性地加重了水土流失[18]，导致三峡水库内泥沙淤积和水体水质恶化[19].为了改善区域生态环境，提高土壤涵养能力，国家实施了各项林业政策.如2000年以来，国家在库区范围内开始大力推广退耕还林工程，并先后实施了后靠移民和库周绿化等工程[19-21].有研究表明，1992-2012年间，三峡库区森林面积与森林覆盖率稳步提升，如2002，2006和2012年，森林覆盖率分别约为44.08%，51.34%和58.08%[18].表明退耕还林等重大生态工程的投入与实施使得库区森林景观得到了有效恢复.土壤中氮磷养分主要通过地表径流和侵蚀泥沙携带两种途径流失[20].由于磷极易与泥沙结合[4]，因此总磷随泥沙流失的量大于随径流流失的量[20].三峡库区磷污染主要来源于上游河流与支流的磷输入[22]，且库区上游颗粒态磷为总磷的70%~90%[23].可见，上游流域颗粒态磷对库区水体磷污染的贡献较大.退耕还林工程实施以后，土壤物理性质得到一定程度的改善，土壤通气透水性增强，减水减沙效应进一步增强[24].土壤径流量减少，增强了土壤的抗蚀性，达到了削弱土壤侵蚀的作用，从而降低了氮磷养分的流失[19].因此，实施退耕还林工程，对生态环境恢复，特别是对水质的改善起着至关重要的作用.
三峡库区干流水质受农业和生活污水的影响较大.为了保证三峡库区的水质安全，相关部门开始控减江边工业企业数量，严格监管不能搬离企业的生产过程，严禁直接向江内排放未经处理的工业废水.与此同时，严格规定城镇污水需经污水处理厂处理达标后再汇入河道[20].
图 4统计了2002至2016年三峡库区内城镇和工业废水年均排放量[12].库区工业废水的排放到2011年基本达到蓄水前的水平，之后都保持在一个平稳的状态；城镇废水的排放从2002年开始呈现出逐步上升的态势，到2012年达到峰值7.31亿吨，到2013年骤降至1.56亿吨，之后城镇废水排放处于较低的排放水平.因此，从源头上控制排放量之后，干流水体中的澄清性总磷也明显地降低.
与长江干流水质变化趋势不同，三峡库区大部分支流的TP，TN等却居高不下，且连年上升.如对三峡库区坝前支流香溪河2011-2016年连续监测发现，TP和TN质量浓度均远高于国际上水体富营养化的阈值[24]；库区北岸最大支流澎溪河也存在类似表现，而且自三峡库区蓄水以来每年都有较为严重的水华暴发[25].联系本文研究结果，表明三峡库区水体磷主要在支流沉积.因此，应该在保持干流水质改善的态势下，继续加大在支流流域退耕还林、污水处理和排放的控制力度，以达到整个库区水质和生态的改善.
3.1. 三峡库区2002年与2003年蓄水前后干流万州区水体澄清性总磷的变化
3.2. 三峡库区蓄水以后总磷的变化趋势
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(1) 三峡水库2003年蓄水后，蓄水对干流的增磷效应首先显现；之后，降雨量的起伏是导致2006年及之后库区长江干流水体磷浓度动态变化的主要原因.而水位上升、流速减缓放大了降雨量对磷质量浓度的影响.
(2) 国家在库区实施的退耕还林、库周绿化、节能减排等一系列措施的治理成效在2012年之后逐渐显现，干流水体澄清性总磷的显著降低.印证了退耕还林等生态恢复措施的正确性以及可持续性.所以，在治理三峡大坝遗留的生态环境问题时，需要继续坚持并进一步在库区支流推进退耕还林等措施的进行.
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