宁夏沙湖水质净化综合治理工程实施效果分析

曹新茂，罗陶露，朱思远

（宁夏水发集团有限公司，宁夏 银川 750000）

宁夏沙湖自然景观秀丽独特，是全国5A级旅游景区。其地表径流补给，维持水量平衡和生态健康主要依靠人工补给黄河水。由于沙湖属封闭式水体，受补水量限制，自净能力较差，随着当地工农业及旅游产业的发展，湖内富营养沉积物逐年增多，水质污染呈加重趋势。

1 工程概况

1.1 湖区水质状况

水质监测结果显示，2018年1～10月，沙湖水质类别在Ⅴ类和Ⅳ类之间浮动，属中度污染和轻度污染之间。沙湖西部湖区、西南湖区、中部湖区水质较好，为IV类水，水域面积占比为53.3%；东部湖区、北部湖区水质次之，为V类水，水域面积占比为23.7%；东南湖区、东北湖区及假日酒店内小湖水质较差，为劣V类水，水域面积占比为23%。

1.2 底泥污染状况

针对沙湖表层沉积物的取样数据，经有机指数评价得出，沙湖表层沉积物有机污染Ⅰ级点位数占比为33.33%，有机污染Ⅱ级点位数占比为66.67%，表明沙湖表层沉积物底泥存在有机污染问题。根据沙湖底泥有机污染评价，将沙湖湖区底泥分为清洁区、较清洁区、污染较重区。西部湖区、西南湖区、中部湖区为底泥清洁区，水域面积占比为33.3%；东部湖区、北部湖区底泥较清洁，水域面积占比为53.6%；东南湖区、东北湖区及假日酒店内小湖底泥污染较重，水域面积占比为13.1%。底泥污染较重的区域湖水水质相对较差，要改善水质就必须先对底泥进行清淤[1]。

1.3 工程实施情况

沙湖主湖区面积为25 530亩，实测水深范围为1.5～3.2 m，平均水深为2.35 m，湖区总水量为4 000万m3。沙湖清淤及水质净化工程针对底泥污染较重的区域，通过底泥清淤和置换水体的治理措施，达到消减底泥污染、提升水质的目的。

工程通过沙湖——星海湖连通水系泄水闸自流排水和机电强排的方式排水2 388万m3，到达设计水深1.2 m后，根据湖区地形条件，因地制宜分区、分段进行清淤。清淤主要分为4个区域实施，Ⅰ区为船厂——假日酒店——码头，清淤面积为786.9亩，清淤量为30.7万m3；Ⅱ区为新沉沙池——沙湖十一队，清淤面积为991.5亩，清淤量为34.7万m3；Ⅲ区为运河，清淤总长为8.7 km，面积为487.5亩，清淤量为20.7万m3；Ⅳ区为鸟岛，清淤面积为1 500亩，清淤量为55.2万m3。总计清淤面积为3 756.9亩，占湖区总面积的14.72%，清淤总量为141.3万m3。湖区清淤工程布置如图1所示。

图1 湖区清淤工程布置图

表层底泥采用水利冲挖机组进行抽排，平均清淤厚度为0.3 m左右。设备选用泥浆泵+高压水泵+多级接力泵+输泥管线。表层污泥输送至弃土区预先开挖的沟槽内进行排水；底层淤泥采用SD16标准型履带山和挖机运送至指定点堆放晾晒后用于生态种植，运河清淤施工时应分段打围堰排水，分段清淤。采用SD16标准型履带山将淤泥推运至运河两侧岸边，再用1 m3挖掘机就近堆放[2]。

底泥清淤完成后，进行湖区水量补给。通过2018年冬灌，由第二农场渠直开口东一支渠补水700万m3，补水深度为0.4 m；2019年春灌，由唐徕渠直开口八一渠补水1 712万m3，补水深度为1 m。两次总计补水2 412万m3，占主湖区总水量的60.3%。

2 结果与分析

本文根据工程治理前后监测指标的统计结果，参照地表水环境质量评价要求，取指标各监测点位数据平均值作为湖区当月的水质监测值，对湖区水体主要污染物浓度及营养状态变化进行分析和评价。

2.1 污染物浓度变化

依据监测结果绘制工程治理前后化学需氧量等5项水质指标监测值的变化曲线，如图2所示。

图2 主要污染物含量及降幅变化

由图2可以看出，2020年3～10月，各项指标的总体变化趋势与2018年同期基本一致，且指标浓度平均值明显降低。氨氮指标的浓度均值下降最为明显，由0.17 mg/L下降为0.10 mg/L，降幅为53.87%，符合地表水Ⅰ类水质标准；化学需氧量的浓度均值变化也较大，由30.15 mg/L降为16.00 mg/L，降幅为46.52%，符合地表水Ⅲ类水质标准；高锰酸钾盐指数、总磷的浓度均值由6.64 mg/L和0.05 mg/L降为4.31 mg/L和0.03 mg/L，分别下降了32.83%和36.25%，高锰酸钾盐指数和总磷的浓度分别达到了地表水Ⅲ类和Ⅱ类水质标准；总氮浓度的下降幅度最小，由0.93 mg/L降低为0.76 mg/L，下降了17.34%，满足地表水Ⅲ类标准[3]。

各指标浓度降幅的变化趋势呈现出一定差异。化学需氧量、高锰酸钾盐指数浓度降幅的变化趋势基本一致，随时间呈现先减小再增大的变化。夏季的降幅较小，而春季和冬季的降幅相对较大。化学需氧量浓度最小和最大降幅分别发生在5月和10月，依次为32.08%和58.62%；高锰酸钾盐指数降幅则分别发生在6月和8月，依次为12.5%和51.02%；总磷浓度降低幅度随时间总体呈逐步减小的变化趋势，春季降幅较大，夏秋季降幅较小，4月降幅最大达77.78%，8月降幅最小为9.09%；氨氮浓度降幅随时间总体呈先上升再波动的变化，春季降幅较小，夏秋季较大，3月降幅为最小值10.41%，6月降幅到达最大值为79.73%；总氮浓度降幅随时间呈现较大的波动，3月、6月、7月、9月的降幅相对较大，9月降幅最大为41.90%，4月、5月、8月、10月的降幅相对较小，8月最小降幅为1.94%，具体如图2所示。

2.2 水质变化趋势评价

本文采用组合类别比例法对工程治理前后水质变化趋势进行评价。2020年3～10月与2018年同期Ⅰ～Ⅲ类水质百分点之差为ΔG，劣Ⅴ类水质百分点之差为ΔD。因2020年3～10月期间，各月水质类别均为Ⅳ类，故Ⅰ～Ⅲ类和劣Ⅴ类水质百分点均为0；2018年同期除3月的水质为Ⅳ类外，其他各月的水质达到Ⅱ～Ⅲ类，因此Ⅰ～Ⅲ类水质百分点为62.5，劣Ⅴ类水质百分点为0。则ΔG-ΔD为62.5，按照评价办法，当时，评价为水质明显好转[4]。

2.3 水体营养状态评价

本文采用综合营养状态指数法进行湖区水体营养状态评价，其计算公式为：

式中：TLI(∑)为综合营养状态指数，取值参照表1。

表1 中国湖泊及水库部分参数与chla的相关关系rij及rij2值

Wj为第j种参数的营养状态指数相关的权重；

TLI（j）为第j种参数的营养状态指数。

以chla作为基准参数，第j种参数的归一化相关的权重，公式为：

式中：rij为第j种参数与chla的相关系数，取值参照表1。

M为评价参数的个数。

工程治理前后，湖区水体综合营养状态指数计算结果见表2。2018年3～10月，湖区综合营养状态指数变化范围介于45.6～58.9之间，平均值为53.2；2020年同期变化范围介于40.4～51.2之间，平均值为47.0。根据湖泊营养状态分级标准，2018年湖区水体为轻度富营养状态，经工程治理后，2020年营养状态分级变为中营养，表明湖区水体的营养状态水平显著降低。

表2 沙湖综合营养状态指数

宁夏沙湖采用排水清淤水质净化综合治理工程措施，有效降低了各主要污染物浓度。氨氮、化学需氧量、高锰酸钾盐指数、总磷浓度降幅明显，分别达到了53.87%、46.52%、32.83%和36.25%。（2）治理工程前3～10月及治理后同期时段内，主要污染物浓度降幅的变化趋势具有一定的季节性特征。化学需氧量、高锰酸钾盐指数浓度夏季降幅较小，而春季和冬季的降幅相对较大；总磷春季降幅较大，夏秋季降幅较小；氨氮春季降幅较小，而夏秋季降幅较大[5]。（3）通过水质净化综合治理，湖区水质明显好转，湖区水体营养状态分级由治理前的轻度富营养降为中营养，底泥清淤及水体置换水质治理措施取得了良好效果。今后，有关部门将加强湖区日常水质监测和管理，在巩固治理成果的基础上建立水环境保护长效机制。

3 结语

本文通过工程实施前后时段，水体中主要污染物的浓度特征分析、水质趋势和营养状态评价，检验了工程治理效果，以期为同类湖泊治理提供技术借鉴。