高庄水库清淤对水质提升的影响

王 珊，魏代伟，王露露，王 辉，杨乐乐

（1. 南京市江宁区水务局，江苏 南京，211100；2. 中交隧道工程局有限公司，江苏 南京，211102；3. 江宁街道水务管理服务站，江苏 南京，211162）

0 引 言

水库一般具有防洪、蓄水灌溉、供水等功能。水库淤积不仅减少了有效库容，而且由于污染物的大量沉积，对水库水质产生了一定的影响。通过水库清淤，可以达到贮水、泄洪、改善景观等目的，同时有利于恢复水库原有功能和生态环境，有效改善湖库水质状况，增大水体环境容量。良好的湖库生态环境对带动周边的经济和社会发展起到关键作用。由于清淤疏浚可以有效清除库底表层沉积物中的污染物，因而被较多地应用于湖泊治理中[1-3]，如我国的太湖、巢湖、玄武湖、滇池等。

高庄水库地处长江流域，属于山丘区水库，以灌溉、防洪为主，设计灌溉面积160hm2（2 400 亩），影响着下游3 个社区约12 000 人。坝址位于江苏省南京市江宁区江宁街道，周边主要是农田、村庄，水库汇水面积0.9km2，干流长1.33km，水库设计水位22.06m，汛限水位21.50m，兴利水位21.50m，死水位16.00m。兴利库容84.00 万m3，死库容5 万m3，总库容120.37 万m3，属小（1）型水库。库区雨量在年际、季节之间差异较大，丰枯明显，降雨量分布不均。据多年的资料统计，多年平均降雨量为1 012.1mm，丰水年高达2 015.2mm（1991 年），枯水年仅有479.8mm（1978 年），汛期雨量占全年总降水量的60%左右。自2019 年1 月开始，江宁区江宁街道办事处按月采集库区水样进行水质分析。本文利用高庄水库2019～2021 年三年水质监测成果资料，分析水库清淤前后水质情况，并结合底泥分析，评估水库清淤效果，以期为江宁区“河长制”考核及水质提升提供依据。

1 材料与方法

水样分析检测pH 值、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷等化学指标，沉积物检测pH 值、总氮、总磷、汞、砷、镉、铅、铜、镍、锌等指标，其具体检测分析方法见表1。

表1 水质及沉积物指标分析方法

2 水库水环境现状特征

当前，高庄水库的水环境问题主要表现在：（1）存在淤积现象，致使水库无法正常发挥防洪、灌溉效益，降低了水库调蓄能力；（2）水库水环境日益恶化，水质有变差趋势，沉积物中的污染物长期淤积再次释放容易造成内源污染。

2.1 水环境质量现状

通过对2019 年高庄水库每月水质采样分析，结果如表2 所示。选pH 值、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷共5 个主要水化指标[4，5]分析，可以看出，高庄水库水质为地表水环境质量标准Ⅳ类-Ⅴ类水质，且有变差趋势。断面等级的主要控制因素是总磷含量、高锰酸盐指数和氨氮含量，其中总磷含量对水质的影响最为明显。6 月～8 月，总磷含量增长迅速，险些突破Ⅴ类水质标准，下降至劣Ⅴ类水。

表2 2019 年水库水质检测数据

2.2 水质因子间相关性分析

为研究高庄水库与周边环境影响下各水质指标间的相关关系，对其进行了相关性分析，如表3。

表3 水质因子间相关性分析

从表3 可以看出，pH 值与总磷含量呈正相关关系。磷是水体生物所必须的营养物质，总磷含量的增加，会加大水体的富营养化程度[6，7]，导致水体中藻类等水生植物生长，藻类的生长繁殖及进行光合作用需要消耗水中大量的二氧化碳，水中溶解态二氧化碳减少，从而导致水体pH 值增加。

高锰酸盐指数与总磷是地表水环境质量好坏的重要指标[8，9]，含量呈正相关关系，表明其之间关系非常密切，污染物来源相同或相似，可能与径流、当地居民活动相关，对水体营养盐的含量造成一定影响。

3 底泥分析

高庄水库于2020 年3 月～6 月进行了生态清淤，2020 年4 月对底泥进行采样并检测，共检测了5 处点位，并分析相关指标。

3.1 底泥相关性分析

对底泥的pH 值、总氮、总磷、汞、砷、镉、铅、铜、镍、锌等指标进行检测[10，11]，并对指标进行相关性分析，结果见表4。

表4 底泥检测相关性分析结果表

由表4 可知，底泥中的烧失量与总氮显著相关，说明总氮含量来源于干物质；汞、砷、镉、铅、铜、镍、锌重金属含量显著相关，说明各重金属具有同源性，若底泥受重金属污染，污染来源可能相同，需要着重分析污染源和导致底泥污染的原因。

3.2 营养物质污染评价

对底泥营养物质污染评价，国内一般采用有机污染指数法和综合污染指数法[12，13]。本文考虑总氮和总磷两种营养物质影响，采用综合污染指数评价法进行分析。由于高庄水库溢洪后流入通江河道江宁河内，附近有村庄及农田，对水质的要求较高。本文采用的总氮和总磷的评价标准值为1000mg/kg 和420mg/kg[14]。

将测定的总氮、总磷含量用综合污染指数评价法进行计算，结果见表5。

表5 高庄水库底泥营养物质污染评价表

由计算结果可知，底泥中总磷的标准指数都小于1，说明总磷含量水平较低，基本没有构成污染，总氮的标准指数变化范围为0.84～0.92，略高于总磷标准指数。土壤综合污染指数变化范围为0.76～0.90，判定土壤综合污染等级为2 级，表现为尚清洁，说明高庄水库底泥营养物质尚未构成污染或污染不严重。

3.3 重金属污染评价

水库清淤后，底泥重金属是否污染及含有的污染物种类不同，其相应的处理方法也不尽相同，若淤泥基本上没有污染物或污染物低于相关标准则可以用来制作有机肥料、改善土壤和填土造田等。考虑到底泥清淤后的处置去向，参考《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》（GB15618-2018）[15]中农用地污染风险筛选值作为评价标准，采用综合污染指数法进行评价，其评价分级结果见表6。

表6 高庄水库底泥重金属污染评价表

由表6 可知，以污染风险筛选值作为评价标准，重金属的单项污染指数均小于1，综合污染指数均小于0.7，说明重金属的含量水平较低，基本没有构成污染。

4 清淤效果评价

高庄水库采用干挖清淤与水力冲挖结合的方式。对库岸边土质较好的区域，采取干挖清淤，对库底局部处于流塑状态的土层，通过水力冲挖解决。工程于2020年6 月中旬结束后开始蓄水，6 月底蓄水达到常水位，并于同年7 月继续水质监测工作。

4.1 水质空间及时间变化

对高庄水库清淤前后（2019 年～2021 年间）五个主要污染因子分别评价水质变化情况，结果如图1 所示。

图1 高庄水库清淤前后污染因子及断面等级变化情况逐月数据

由图1 可知，清淤前水库水质基本位于Ⅳ～Ⅴ类水，清淤后水库水质断面等级提高明显，清淤能降低水体中高锰酸盐指数和总磷含量，但作用不如降低氨氮含量明显。水库于2020 年3 月～6 月进行生态清淤，截止到2021 年12 月，氨氮含量基本能维持在Ⅰ～Ⅱ类水水平，说明在清淤后氨氮含量显著降低，并能维持至少1～2 年。这可能是由于总氮含量来源于干物质，且总氮会向水体中释放氨氮，而清淤主要去除了底泥中的总氮，从而降低水体中氨氮含量，提高了水质等级。

4.2 不同水期水质比较

根据水文资料，南京市江宁区2019～2021 年水情变化显著。2019 年年降雨量719mm，2020 年年降雨量1298mm，且6 月15 日3h 降雨量达221mm，创江宁区1960 年有气象记录以来最大值。2021 年年降雨量1267.1mm。

高庄水库3 年的水质监测断面汛期、非汛期、全年期的水质情况见表7。

表7 高庄水库不同水期水质统计

总体上看，清淤前水质处于Ⅴ类水水平，清淤后处于Ⅳ类水水平，说明清淤有利于提高水质水平。高锰酸盐指数汛期略高于非汛期，并且不同年份差异不大，说明水体中高锰酸盐指数比较稳定，来自底泥释放的较少，且水库周边及汇流范围内多以农田为主，环境地表水有机污染程度较低，通过降雨径流汇入水库的较少。氨氮含量一般汛期低于非汛期，说明水库水位较高时，水体氨氮含量会因稀释而降低，2020 年汛前清淤工程刚结束，水体氨氮含量不稳定，由于底泥会向水体中释放氨氮，导致2020 年汛期氨氮含量反而增加。总磷含量汛期高于非汛期，说明水体中的磷主要来自周边环境农业或生活的面源污染，通过初期降雨径流汇入水库中，从而使水体变差，2020 年汛期总磷含量反而降低，主要是因为该年本地遭遇百年一遇洪水，降雨稀释了水体中磷的含量，从而使水体总磷含量降低。

4.3 水体综合污染指数年际变化规律预测

根据水库水质特性，选取pH 值、高锰酸盐指数、氨氮、总磷共4 个主要污染因子作为综合污染指数评价指标[6]，对标消除劣五类水目标要求，超标倍数以《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）[2]中Ⅴ类水为界限确定。该方法较单因子评价法中最大污染因子“单项否决权”有定量评价的优势，数值大小可以判断水质的优劣，数值越大，水质越差。

本次研究的年际变化规律预测均在现有环境下，即水库周边环境未明显改变的前提下。考虑清淤后存在一定水质波动期，故选取2021 年水质数据进行预测。水库清淤对水体的综合污染指数的影响随时间逐渐增加，但增量越来越小，拟合函数采取对数函数的形式，拟合方程为：

Y=0.1098ln（x）+0.1947R2=0.7468利用上述拟合函数，对水库清淤后水质进行预测，清淤完成120 个月（10 年）后，综合污染指数接近0.8，预示应开启新一轮的清淤工程。

5 结论与建议

（1）高庄水库底泥重金属具有同源性，重金属污染指数低，但营养物质污染评价为轻度污染，需要采取相关措施改善。

（2）清淤可提高水库水质等级，能显著降低水体中氨氮含量，对降低高锰酸盐指数和总磷含量也有效果。

（3）不同水期水质污染因子含量存在差异，主要表现为高锰酸盐指数汛期略高于非汛期，氨氮含量汛期低于非汛期，总磷含量汛期高于非汛期。

（4）建议本次清淤10 年后开展新一轮的清淤疏浚。