寧夏沙湖水質凈化綜合治理工程實施效果分析

曹新茂，羅陶露，朱思遠

（寧夏水發集團有限公司，寧夏 銀川 750000）

寧夏沙湖自然景觀秀麗獨特，是全國5A級旅游景區。其地表徑流補給，維持水量平衡和生態健康主要依靠人工補給黃河水。由于沙湖屬封閉式水體，受補水量限制，自凈能力較差，隨著當地工農業及旅游產業的發展，湖內富營養沉積物逐年增多，水質污染呈加重趨勢。

1 工程概況

1.1 湖區水質狀況

水質監測結果顯示，2018年1～10月，沙湖水質類別在Ⅴ類和Ⅳ類之間浮動，屬中度污染和輕度污染之間。沙湖西部湖區、西南湖區、中部湖區水質較好，為IV類水，水域面積占比為53.3%；東部湖區、北部湖區水質次之，為V類水，水域面積占比為23.7%；東南湖區、東北湖區及假日酒店內小湖水質較差，為劣V類水，水域面積占比為23%。

1.2 底泥污染狀況

針對沙湖表層沉積物的取樣數據，經有機指數評價得出，沙湖表層沉積物有機污染Ⅰ級點位數占比為33.33%，有機污染Ⅱ級點位數占比為66.67%，表明沙湖表層沉積物底泥存在有機污染問題。根據沙湖底泥有機污染評價，將沙湖湖區底泥分為清潔區、較清潔區、污染較重區。西部湖區、西南湖區、中部湖區為底泥清潔區，水域面積占比為33.3%；東部湖區、北部湖區底泥較清潔，水域面積占比為53.6%；東南湖區、東北湖區及假日酒店內小湖底泥污染較重，水域面積占比為13.1%。底泥污染較重的區域湖水水質相對較差，要改善水質就必須先對底泥進行清淤[1]。

1.3 工程實施情況

沙湖主湖區面積為25 530畝，實測水深范圍為1.5～3.2 m，平均水深為2.35 m，湖區總水量為4 000萬m3。沙湖清淤及水質凈化工程針對底泥污染較重的區域，通過底泥清淤和置換水體的治理措施，達到消減底泥污染、提升水質的目的。

工程通過沙湖——星海湖連通水系泄水閘自流排水和機電強排的方式排水2 388萬m3，到達設計水深1.2 m后，根據湖區地形條件，因地制宜分區、分段進行清淤。清淤主要分為4個區域實施，Ⅰ區為船廠——假日酒店——碼頭，清淤面積為786.9畝，清淤量為30.7萬m3；Ⅱ區為新沉沙池——沙湖十一隊，清淤面積為991.5畝，清淤量為34.7萬m3；Ⅲ區為運河，清淤總長為8.7 km，面積為487.5畝，清淤量為20.7萬m3；Ⅳ區為鳥島，清淤面積為1 500畝，清淤量為55.2萬m3。總計清淤面積為3 756.9畝，占湖區總面積的14.72%，清淤總量為141.3萬m3。湖區清淤工程布置如圖1所示。

圖1 湖區清淤工程布置圖

表層底泥采用水利沖挖機組進行抽排，平均清淤厚度為0.3 m左右。設備選用泥漿泵+高壓水泵+多級接力泵+輸泥管線。表層污泥輸送至棄土區預先開挖的溝槽內進行排水；底層淤泥采用SD16標準型履帶山和挖機運送至指定點堆放晾曬后用于生態種植，運河清淤施工時應分段打圍堰排水，分段清淤。采用SD16標準型履帶山將淤泥推運至運河兩側岸邊，再用1 m3挖掘機就近堆放[2]。

底泥清淤完成后，進行湖區水量補給。通過2018年冬灌，由第二農場渠直開口東一支渠補水700萬m3，補水深度為0.4 m；2019年春灌，由唐徠渠直開口八一渠補水1 712萬m3，補水深度為1 m。兩次總計補水2 412萬m3，占主湖區總水量的60.3%。

2 結果與分析

本文根據工程治理前后監測指標的統計結果，參照地表水環境質量評價要求，取指標各監測點位數據平均值作為湖區當月的水質監測值，對湖區水體主要污染物濃度及營養狀態變化進行分析和評價。

2.1 污染物濃度變化

依據監測結果繪制工程治理前后化學需氧量等5項水質指標監測值的變化曲線，如圖2所示。

圖2 主要污染物含量及降幅變化

由圖2可以看出，2020年3～10月，各項指標的總體變化趨勢與2018年同期基本一致，且指標濃度平均值明顯降低。氨氮指標的濃度均值下降最為明顯，由0.17 mg/L下降為0.10 mg/L，降幅為53.87%，符合地表水Ⅰ類水質標準；化學需氧量的濃度均值變化也較大，由30.15 mg/L降為16.00 mg/L，降幅為46.52%，符合地表水Ⅲ類水質標準；高錳酸鉀鹽指數、總磷的濃度均值由6.64 mg/L和0.05 mg/L降為4.31 mg/L和0.03 mg/L，分別下降了32.83%和36.25%，高錳酸鉀鹽指數和總磷的濃度分別達到了地表水Ⅲ類和Ⅱ類水質標準；總氮濃度的下降幅度最小，由0.93 mg/L降低為0.76 mg/L，下降了17.34%，滿足地表水Ⅲ類標準[3]。

各指標濃度降幅的變化趨勢呈現出一定差異。化學需氧量、高錳酸鉀鹽指數濃度降幅的變化趨勢基本一致，隨時間呈現先減小再增大的變化。夏季的降幅較小，而春季和冬季的降幅相對較大?；瘜W需氧量濃度最小和最大降幅分別發生在5月和10月，依次為32.08%和58.62%；高錳酸鉀鹽指數降幅則分別發生在6月和8月，依次為12.5%和51.02%；總磷濃度降低幅度隨時間總體呈逐步減小的變化趨勢，春季降幅較大，夏秋季降幅較小，4月降幅最大達77.78%，8月降幅最小為9.09%；氨氮濃度降幅隨時間總體呈先上升再波動的變化，春季降幅較小，夏秋季較大，3月降幅為最小值10.41%，6月降幅到達最大值為79.73%；總氮濃度降幅隨時間呈現較大的波動，3月、6月、7月、9月的降幅相對較大，9月降幅最大為41.90%，4月、5月、8月、10月的降幅相對較小，8月最小降幅為1.94%，具體如圖2所示。

2.2 水質變化趨勢評價

本文采用組合類別比例法對工程治理前后水質變化趨勢進行評價。2020年3～10月與2018年同期Ⅰ～Ⅲ類水質百分點之差為ΔG，劣Ⅴ類水質百分點之差為ΔD。因2020年3～10月期間，各月水質類別均為Ⅳ類，故Ⅰ～Ⅲ類和劣Ⅴ類水質百分點均為0；2018年同期除3月的水質為Ⅳ類外，其他各月的水質達到Ⅱ～Ⅲ類，因此Ⅰ～Ⅲ類水質百分點為62.5，劣Ⅴ類水質百分點為0。則ΔG-ΔD為62.5，按照評價辦法，當時，評價為水質明顯好轉[4]。

2.3 水體營養狀態評價

本文采用綜合營養狀態指數法進行湖區水體營養狀態評價，其計算公式為：

式中：TLI(∑)為綜合營養狀態指數，取值參照表1。

表1 中國湖泊及水庫部分參數與chla的相關關系rij及rij2值

Wj為第j種參數的營養狀態指數相關的權重；

TLI（j）為第j種參數的營養狀態指數。

以chla作為基準參數，第j種參數的歸一化相關的權重，公式為：

式中：rij為第j種參數與chla的相關系數，取值參照表1。

M為評價參數的個數。

工程治理前后，湖區水體綜合營養狀態指數計算結果見表2。2018年3～10月，湖區綜合營養狀態指數變化范圍介于45.6～58.9之間，平均值為53.2；2020年同期變化范圍介于40.4～51.2之間，平均值為47.0。根據湖泊營養狀態分級標準，2018年湖區水體為輕度富營養狀態，經工程治理后，2020年營養狀態分級變為中營養，表明湖區水體的營養狀態水平顯著降低。

表2 沙湖綜合營養狀態指數

寧夏沙湖采用排水清淤水質凈化綜合治理工程措施，有效降低了各主要污染物濃度。氨氮、化學需氧量、高錳酸鉀鹽指數、總磷濃度降幅明顯，分別達到了53.87%、46.52%、32.83%和36.25%。（2）治理工程前3～10月及治理后同期時段內，主要污染物濃度降幅的變化趨勢具有一定的季節性特征?；瘜W需氧量、高錳酸鉀鹽指數濃度夏季降幅較小，而春季和冬季的降幅相對較大；總磷春季降幅較大，夏秋季降幅較小；氨氮春季降幅較小，而夏秋季降幅較大[5]。（3）通過水質凈化綜合治理，湖區水質明顯好轉，湖區水體營養狀態分級由治理前的輕度富營養降為中營養，底泥清淤及水體置換水質治理措施取得了良好效果。今后，有關部門將加強湖區日常水質監測和管理，在鞏固治理成果的基礎上建立水環境保護長效機制。

3 結語

本文通過工程實施前后時段，水體中主要污染物的濃度特征分析、水質趨勢和營養狀態評價，檢驗了工程治理效果，以期為同類湖泊治理提供技術借鑒。