柴窩堡湖生態環境現狀、成因分析及治理措施

摘要：根據柴窩堡湖近年水質現狀及歷史監測數據，運用單因子指數法、綜合污染指數法和綜合營養狀態指數法分析了柴窩堡湖水質狀況和污染因素，描述了柴窩堡湖嚴峻的生態環境現狀，綜合分析了柴窩堡湖生態環境退化的原因，并提出了加強污染源治理、嚴控地下水超采和開展湖周生態環境保護和修復等治理措施，為區域生態環境保護和水體污染防治提供科學依據。

關鍵詞：柴窩堡湖；水質惡化；生態退化；成因分析；治理措施

1 柴窩堡湖環境概況

1.1自然環境 柴窩堡湖位于烏魯木齊市達坂城區境內，距市區東南約45km處，是一個天然的半封閉冷水性微咸湖，為山間盆地集水洼地型湖泊，形似核桃形，湖盆呈淺碟狀，湖底平坦；南北長6.37km，東西寬5.75km，水深3-5m，最大水深6.1m，湖面面積30km2，蓄水量1.25×108m3（以上數據為上世紀90年代初情況）[1]。

1.2補給和排泄 柴窩堡湖水系無干流，湖水主要補給來源為湖南側發源于天格爾山北坡的烏什城溝、張家溝和小東溝一半的水流匯入，湖北側有發源于博格達山南坡的三個山溝、白楊溝河、柳樹溝和蘇拉夏溝等水流的下滲補給。自1992年以來，烏魯木齊市將柴窩堡劃為城市飲用水源地，1992年、2000年相繼建成的第六、七水廠，供水能力分別為8×104m3/d和7×104m3/d，目前供水量合計5400×104m3/a，位列全市5個自來水廠的第二位，水質最優，對全市供水起著舉足輕重的作用。柴窩堡湖入湖補給的是淡水且水質優良，在正常水位條件下，向東流入鹽湖的水是微咸水，90%的鹽分通過湖東沙壩向大小鹽湖排泄輸出，是柴窩堡湖鹽分排泄的主要方式[2]。

2 柴窩堡湖生態現狀

2.1 湖面萎縮嚴重

柴窩堡湖湖面面積從1975年至2002年一直變化不大，維持在30km2，之后湖面逐年萎縮，以2011年至2014年萎縮尤為迅速，水面面積從27.5km2縮減至2014年4月（豐水期）的14.8km2。通過衛片解譯，見圖1。2014年10月（枯水期）湖面面積為2.5km2，畜水量降至100×104m3，湖東最深處水面后退明顯（見圖2）。衛星影像中湖面深顏色部分是實際匯水區，淺顏色部分湖面已蛻變為沼澤濕地，大片湖底裸露，已喪失漁業養殖功能。

圖1 2014年10月柴窩堡湖遙感影像 圖2 2014年10月湖東最深處現狀

2.2 水質污染加劇

2.2.1 歷年監測情況。 柴窩堡湖的常規監測點位有五個，分別是進水區、岸邊區、淺水區、深水區和湖心區。歷史監測情況為1986～1990年，每年監測一次；2000～2013年，每年監測兩次，分別在豐水期和平水期。2014年，由于柴窩堡湖湖面銳減，原進水區、岸邊區、淺水區及湖心區設定的監測點位均已成為陸地，深水區水深達不到采樣要求，因此，2014年柴窩堡湖常規水質監測無法進行。

2.2.2 數據來源。 本文收集《烏魯木齊市環境統計年鑒》1986-1990年本、2000年-2013年逐年的柴窩堡湖水質監測數據，經過加和求平均值處理后，獲得1990s、2000～2013年各個指標的逐年平均值。

2.2.3 數據處理[3]-[4]。 評價標準：依據水環境功能區劃，柴窩堡湖按照漁業用水區要求進行評價，執行《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中Ⅲ類。

評價方法：采用單因子污染指數法確定水質類別，采用綜合污染指數法進行水質污染程度分級評價，采用綜合營養狀態指數法對水體富營養化程度進行評價。

（1）單因子污染指數法。Pi=Ci/Si 對pH：Pi=（7.0- Ci）/（7.0-Sid），Pi=（7.0- Ci）/（Siu -7.0） 式中：Pi為某參數的污染指數；Ci為某參數的實測濃度；Si為某參數的標準限值；Sid為標準中pH值的下限值；Siu為標準中pH值的上限值。

（2）綜合污染指數法。 式中：P為某水體的綜合污染指數；Pi為某參數的污染指數。

污染綜合指數分級：依照P值大小與綜合污染指數水質級別標準（見表1）對比，確定水質級別。

表1 綜合污染指數法水質評價分級表

分級 一級

（清潔） 二級

（尚清潔） 三級

（輕污染） 四級

（中污染） 五級

（重污染） 六級

（嚴重污染）

P值 ≤0.20 0.21-0.40 0.41-0.70 0.71-1.00 1.01-2.00 >2.00

（3）綜合營養狀態指數法。評價湖庫富營養化程度，參評指標有高錳酸鹽指數（CODMn）、總磷（TP）、總氮（TN）、葉綠素a（chla）、透明度（SD）。公式為 式中： 為綜合營養狀態指數；TLI（j）代表第j種參數的營養狀態指數；Wj為第j種參數的營養狀態指數的相關權重；以chla作為基準參數，則第j種參數的歸一化的相關權重計算公式為： 式中：rij為第j種參數與基準參數chla的相關系。中國湖泊（水庫）的chla與其他參數之間的相關關系rij及rij2見表2。

表2 中國湖泊（水庫）部分參數與chla相關系數rij及rij2值

參數 SD CODMn TN TP chla

rij -0.83 0.83 0.82 0.84 1

rij2 0.69 0.69 0.67 0.71 1

各項目營養狀態指數的計算公式：TLI（Chla）=10（2.5+1.086lnchla）；TLI（TP）=10（9.436+1.624lnTP）；TLI（TN）=10（5.453+1.694lnTN）；TLI（SD）=10（5.118-1.94lnSD）；TLI（CODMn）=10（0.109+2.661lnCODMn） 式中：Chla單位為mg/m3，SD單位為m；其他指標單位均為mg/L。湖泊營養狀態分級，見表3。

表3 營養狀態指數計算結果分級

綜合營養指數 貧營養 中營養 富營養 >50

分級

標準 0< ≤30

30< ≤50

輕度富營養50< ≤60

中度富營養60< ≤70

重度富營養70< ≤100

2.2.4結果與分析。

（1）水質變化情況 對照《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中Ⅲ類標準限值，柴窩堡湖1990s-2013年水質狀況統計見表4。

表4 1990s-2013年柴窩堡湖水質狀況統計

水質達標類別（23個基本項目）

年份 監測類別 達標類別 超標類別 綜合污染指數 水質分級

Ⅰ類 Ⅱ類 Ⅲ類 Ⅳ類 Ⅴ類 劣Ⅴ類

1990s 18 8 5 4 1 0 0 0.76 四級中污染

2000 13 5 1 2 2 0 3 1.34 五級重污染

2001 16 6 3 3 1 1 2 1.29 五級重污染

2002 21 12 1 2 2 1 3 1.82 五級重污染

2003 23 15 2 2 0 0 4 2.10 六級嚴重污染

2004 23 12 3 4 0 1 3 1.61 五級重污染

2005 23 13 3 2 1 1 3 1.61 五級重污染

2006 23 12 4 0 3 1 3 1.29 五級重污染

2007 23 17 0 1 1 1 3 1.34 五級重污染

2008 23 15 1 2 1 1 3 1.42 五級重污染

2009 23 12 3 1 4 0 3 1.53 五級重污染

2010 23 11 4 1 1 2 4 3.26 六級嚴重污染

2011 13 5 0 1 2 1 4 2.29 六級嚴重污染

2012 13 4 2 1 0 1 5 4.35 六級嚴重污染

2013 23 15 1 0 1 0 6 5.71 六級嚴重污染

由表4可見，柴窩堡湖2000年-2013年均為劣Ⅴ類重度污染水質，1990s為Ⅳ類水質，均不能滿足柴窩堡湖漁業養殖用水的Ⅲ類功能區水質要求，綜合污染指數為0.76-5.71，水質級別除1990s為四級中污染外，2000年-2002年、2004年-2009年均為五級重污染，2003年、2010年-2013年均為六級嚴重污染水質。

（2）主要污染物單因子指數 篩選柴窩堡湖歷年監測數據中的主要污染物CODMn、CODCr、BOD5、氨氮、總磷、總氮，繪制單因子指數年季變化情況見圖3。

圖 3 各主要污染物單因子指數年季變化圖

由圖3可知，柴窩堡湖主要污染類型為有機污染和鹽污染。

（3）富營養化狀態 運用綜合營養狀態指數法，繪制的柴窩堡湖1990s-2013年水體富營養化變化趨勢見圖4。柴窩堡湖1990s-2013年水體綜合營養狀態指數為53.05-77.23，總體呈上升趨勢，屬于重度富營養化。其中：總磷（TP）、總氮（TN）呈現跳躍式變化，基本為中度富營養，可見人類生產活動是影響水泥富營養化水平的一個重要原因。透明度（SD）2001年開始營養狀態指數均在80以上，處于重度富營養狀態，水體透明度下降，與柴窩堡湖水深較淺、湖面常年風速較大、水體加速混合有關，可通過DO監測數據（1990s-2013年為6.27 -8.38mg/L）來印證。

圖 4 水體富營養化年季變化圖

（4）礦化度 隨著湖面迅速萎縮和水位的持續下降，柴窩堡湖湖體鹽分無法向東側大小鹽湖排泄，導致湖底大量鹽分沉積，水體礦化度不斷飆升。1996年柴窩堡湖水體礦化度監測值為3.62g/L，至2010年基本維持在4.0g/L，2013年監測值則高達46g/L，已是名副其實的“鹽湖”（礦化度高于35g/L可稱為鹽湖）。

2.3 生態問題突出

2.3.1 生態系統改變 隨著柴窩堡湖湖面的急劇萎縮，自然湖濱濕地消失，原有水生、沼生生態系統發生改變，水位不斷后退加上常年風大的自然因素，使裸露的湖面和沼澤迅速沙化、鹽漬化，大量植被死亡，生態系統已演變為荒漠生態系統。

2.3.2 生物多樣性銳減 水體迅速咸化使柴窩堡湖水生生態功能大幅下降，生態環境持續惡化，魚類、浮游動植物的棲息地喪失，生物多樣性銳減，原有水生生物種類消亡并出現向咸水種類演替的趨勢。

2.3.3 次生生態災害顯現 由于缺水，柴窩堡湖及周邊植被大量死亡，土地沙化嚴重，加之防沙、固沙措施不到位，每逢刮風，漫天黃沙遮天蔽日；更為嚴重的次生生態災害是裸露的湖底在太陽暴曬和大風天氣下引發的鹽塵暴，堿性鹽塵隨風飄散，落在哪里都帶來嚴重的腐蝕危害，對下風向的烏拉泊水庫水質及供水安全帶來嚴重威脅，必須盡快引起足夠重視。

3 生態環境問題成因

3.1 自然因素

近些年全球氣候變暖，柴窩堡湖水源主要流域的冰川融水、大氣降水持續減少，上游河流來水減少；同時由于柴窩堡湖處于博格達山南坡的洼地之中，屬于半封閉型內陸湖，湖水主要靠水面蒸發和湖底滲漏排泄[5]。加之該地兩山之間孔道的廊道作用[6]，湖面常年風多且大，湖面蒸發作用顯著，造成柴窩堡湖總硬度、硫酸鹽等污染物指標本底值較高。又因為這一特殊的自然因素，使得湖區人類活動產生的有機物不能及時排出而沉積湖底，導致水質有機指標居高不下，加劇了柴窩堡湖內源污染。

3.2 人為因素

3.2.1 地下水超采 1992年柴北水源地的第六水廠、2000年柴西水源地的第七水廠的相繼運行，截取了柴窩堡湖的地下徑流補給，柴窩堡湖的水量平衡被打破。加之近幾年隨著城市規模擴大和人口增加，第六、七水廠每年超采量不斷翻新，2013年總開采量為5412×104m3，超出允許開采量3096×104m3的75%，屬于嚴重超采。連年超采導致湖面水位下降3m，地下水水位下降顯著，多年形成降深5m的漏斗區域約為1157.32km2，下降超過10m的漏斗區域約為188.71km2。柴西、柴北水源地對地下水水位下降有直接貢獻，井群中心位置下降明顯。地下水超采使柴窩堡湖補水量銳減，導致湖面縮小、湖水污染越來越重，并引發湖周生態問題。

3.2.2 人類排污 該湖有組織排放污染源為距湖西岸15km處以新疆化肥廠為主的工業廢水和烏拉泊街道生活污水，兩股廢水排入紅衛湖，經一條12km長的自然沖溝向柴窩堡湖排泄，對其造成污染。圍繞湖區的柴窩堡林場、104團、天山牧場等單位在農業生產中使用的氮肥、磷肥隨降水地表徑流進入湖中，以及柴窩堡湖1991年-2001年的漁業養殖帶來的餌料殘渣和魚類糞便沉積湖底，成為湖水有機物污染及富營養化的根源之一。

4 已采取的對策及措施

4.1 三個山引水工程 為遏制柴窩堡湖水位下降問題，保障入湖水量，2003年烏魯木齊市建設了三個山引水工程，計劃每年引水1000×104m3補充柴窩堡湖，渠道設計水流量1.5m3/s。但由于沿線柴窩堡鄉、天山牧場等單位的農業生產引用及其他原因，該工程未能達到補湖效果。

4.2 污染源治理 2013年底烏拉泊污水處理廠建成運行，收集新疆化肥廠片區烏拉泊街道的生活污水，出水達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中一級A標準，實現了生活污水的集中處理。同時要求新疆化肥廠通過改進工業污水處理工藝和中水回用水平，切實減少工業排污對柴窩堡湖的污染影響。

4.3 實施“壓糧保水”政策 2014年對柴源村、天山牧場定居點及白楊溝村19206畝農田實施休耕，按照480元/畝進行補貼，連續三年不變；同時停止三個山溝、白楊溝地表水用于農業灌溉以及關停柴窩堡湖區域37眼分散農用機井，減少了220×104m3/a地下水開采量。由于缺乏科學指導，農田休耕后沒有進行必要的生態保育，失去了附著物的土壤層，受風大、缺水等雙重影響，僅一年時間已出現嚴重的土地沙化。

4.4 水廠限采 結合城市供水實際，2014年市政府已對柴西、柴北第六、第七兩個水廠的取水量進行壓減，4月～10月（夏季）日供水量由15×104m3降為7.5×104m3，10月～4月（冬季）日供水量降至4×104m3以下，將柴西、柴北兩個水廠調整為備用水源。較往年同期減少地下水開采量共計2160×104m3，相當于一個中型水庫的蓄水量。

5 生態治理措施

5.1 加快推行“高水高用、低水低用”的水資源配置方案，利用“引額濟烏”水源，加快推進“500”水庫揚水工程并將供水范圍擴大到城北更多區域，在“500”水庫揚水工程、大西溝供水管線工程、南郊水廠工程和西山水廠擴建工程完成的前提下，逐步對第六、七水廠所有機井群實施關停，將柴西、柴北水源地由備用水源地改為應急水源地，只在緊急情況下且報市人民政府批準后方可啟用應急備用井。

5.2 推進引洪補湖工程[7]，在甘河子大橋上游4.8km、烏拉泊水庫上游10km處，修建攔河渠首，在界定為只在豐水年汛期調水的前提下，將烏魯木齊河和白楊河的洪水引入柴窩堡湖，湖水水位升高1m，庫容增加3000×104m3。洪水蓄入柴窩堡湖，可改善湖面萎縮、水質惡化和湖周生態環境，使柴窩堡湖區域生態環境朝良性方向發展。

5.3 探索實施引達濟柴工程，將達坂城水資源相對豐富的白楊河源頭的水引到柴窩堡湖。據水資源局自治區水文總站水文大隊調查，白楊河流域水資源量約有2.4×108m3/a，達坂城境內的水資源量約占1/3，水資源將由2014年4月成立的新疆白楊河流域管理局實施統一管理。在不影響下游托克遜用水、保障達坂城區域正常農業用水的前提下，積極探索引達濟柴工程的可行性和可達性。

5.4 取締新疆化肥廠污水排放口，禁止工業廢水排入湖區；禁止烏拉泊生活污水經紅衛湖排入湖區，污水處理廠出水夏季全部用于天山野生動物園林地綠化，冬季儲存在天山牧場水庫，來年用于吐—烏—大高速公路兩側綠化帶綠化，削減入湖污染物總量。

5.5 對湖周已沙化的修耕農田進行生態修復，種植耐旱固沙植被，防止沙化區域進一步擴大；科學指導天山牧場一隊、白楊溝村及104團九連7763畝繼續實施休耕的農田進行生態保育。通過種植抗沙、耐旱、耐鹽堿、耐粗放管理的沙打旺、錦雞兒等灌木，保證休耕農田植被蓋度，防治沙化，避免次生生態災害。

6 結語

通過對柴窩堡湖實施截污和加強水資源管理，禁止超采亂用、嚴格控制分散開采[8]，在盡可能返還人為截取柴窩堡湖補給水量的同時，對湖區及湖周已出現的生態問題高度重視，采取必要的生態恢復措施，遏制湖泊水質惡化、生態退化的趨勢。

參考文獻

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作者簡介：張新莉（1982-），女，碩士，工程師，主要從事環境科研和環境影響評價工作。

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