寧夏沙湖生態環境復蘇體系研究

王生鑫，段麗婷，張 華

（寧夏回族自治區水文水資源監測預警中心，寧夏 銀川 750000）

受氣候變化和人類活動影響，生態需水缺乏、面積萎縮、水環境質量下降是湖泊生態環境復蘇亟待解決的重要問題［1,2］。沙湖屬于西北干旱區典型的閉口型湖泊，具有防沙降塵、改善局地氣候、維持生物多樣性等重要功能，對維持區域生態安全等方面具有獨特作用。同時，沙湖也是寧夏旅游勝地，受人類活動影響劇烈，生態環境脆弱，生態系統穩定性差，水體環境質量變化與旅游開發存在內在的必然聯系［3］。因此，在研究沙湖生態環境復蘇時，既要考慮提升湖泊水生態系統質量和穩定性，又要考慮實現湖泊功能的永續利用，從而實現人水和諧共生的目標。

1 研究區概況

1.1 地理位置及氣候

沙湖地理坐標為106°20′E，38°49′N，位于寧夏石嘴山市平羅縣西南部，原名紅渠注，又稱魚湖，為一蝶形淺水湖泊，是寧夏最大的天然微咸水湖泊。流域屬于典型的大陸性氣候，年平均氣溫9.0～10.3℃，年平均降雨量不足200 mm，蒸發量高達1000 mm 以上，干旱少雨，降水年際變化大，季節分配不均勻，光熱能豐富，日照時間長。

1.2 自然保護區

沙湖自然保護區東以第三排水溝東側八一支渠—姚汝公路為界，西至東一支渠，北起姚汝公路，南與賀蘭縣洪廣鎮接壤，總面積4366.62 hm2，其中水域面積2761.40 hm2，占保護區總面積63.24%。水域空間上除大湖和輸水河地表連通，其余水域分布并不連續，被沙地、道路、堤岸、溝渠等分隔。其中大湖屬湖泊濕地，也稱元寶湖（如圖1，“①”），多年平均水深2.35 m，平均水面面積1702 hm2。環湖輸水河與大湖連通，平均水面面積約105.5 hm2（如圖1，“②”）。沼澤濕地主要分布在大湖東部和南部，為沙地、道路、排水溝、堤岸分隔的3 片小型湖澤（如圖1，“③、④、⑤”）。平均水面面積約608.1 hm2，水深為0.3～1.0 m，屬草本沼澤及季節性沼澤，主要由沼澤地、濕草甸構成，處于湖泊與沙地的過渡地帶。庫塘濕地主要分布在大湖東北側（如圖1，“⑥”），是沙湖重點退魚還湖實施區域，平均水面面積約345.80 hm2。

圖1 沙湖自然保護區水域分布

1.3 補水與水質

沙湖最主要的補給方式是渠道引黃河水，通過唐徠渠東一支渠（暖泉渠）和八一支渠，每年4—11月對沙湖進行生態補水。2014—2018 年，沙湖按照“外部隔離、內部循環、污水外遷、水體置換、生態修復、綜合治理”的總體思路，開展11 項水質治理工程，通過工程措施、生物措施、管理措施加快推進沙湖水域生態環境改善治理。2020 年1—3 月、6—7 月沙湖水質為Ⅳ類，5 月、8—12 月為Ⅲ類，4 月為Ⅱ類。

2 研究方法

按照湖泊水量水質雙平衡的思路，結合已實施的沙湖氧化塘湖水循環凈化工程凈化水量，構建沙湖水量水質耦合模型。

2.1 水量平衡計算方程

根據湖泊區域內降水、蒸發、滲漏和地下水補給量等，以月為計算單位，采取水量平衡原理，結合沙湖水面面積保護要求，確定達到水量平衡的年生態需水量。

式中Qi量需為達到水量平衡的月最小生態需水量（萬m3）；Ei為第i 月湖泊蒸發量（萬m3）；Qi滲漏為第i 月湖泊滲漏量（萬m3）；Pi為第i 月湖區降水量（萬m3）；Wi地補為第i 月湖泊周邊地下水補給量（萬m3）；n 為1—12 月。

根據陳潔［5］研究成果，沙湖周邊區域潛水徑流整體上由西南向東北方向流動，地下水流滯緩，故認為地下水補給量為零，則式（1）簡化為：

從式（2）可看出，現狀條件下，沙湖多年平均水量平衡是入湖水量（年生態需水量和降雨量）與湖泊蒸滲損失（湖泊蒸發量和滲漏量）之間的平衡。

2.2 水質平衡計算方程

沙湖是西北干旱區閉口型湖泊，污染物補水進入湖泊，根據水量平衡方程，建立水質平衡方程。

（1）水質平衡方程。

式中Ei、Qi滲漏、Pi意義同式（1），Ws為湖泊生態環境復蘇目標蓄水量（萬m3）；Ci為第i 月湖泊污染物濃度（mg/L）；Cs為湖泊生態環境復蘇水質目標下污染物濃度（mg/L）。

（2）復蘇湖泊生態環境的目標。

①保持湖泊面積不萎縮，即保持沙湖蓄水量4000 萬m3。②保持湖泊水質穩定在地表水Ⅳ類水質。

（3）約束條件。

式中Wi為第i 月湖泊蓄水量 （萬m3）；Ws為湖泊生態環境復蘇目標蓄水量（萬m3）。

式中Ci為第i 月湖泊污染物濃度（mg/L）；Cs為湖泊生態環境復蘇水質目標下污染物濃度（mg/L）。

3 沙湖生態環境復蘇指標體系

3.1 生態需水量計算

沙湖保證其入湖水量是維持湖泊水面穩定，發揮水生態功能的基 本 條 件［3］。根 據水量平衡原理，在一定的降水保證率水平下，滿足湖泊蒸發、滲漏損失等基礎上，沙湖水域面積維持在2761.40 hm2時，生態需水量為2380 萬m3（表1）。考慮補水渠道輸水損失后，沙湖生態需水量折算至干渠直開口的水量為2499 萬m3。

表1 基于水量平衡的沙湖逐月生態需水量 單位：萬m3

3.2 沙湖生態補水量計算

考慮補水帶入的污染物和蒸發、滲漏等損失導致水體污染物濃度變化，沙湖在補水期按照先排后補的方式進行，先將湖泊原水排入沙湖氧化塘工程循環凈化后再補水，保證沙湖水量平衡、水質符合Ⅳ類標準。根據監測，沙湖補水水質年內在Ⅰ類～Ⅲ類之間變化，為保障沙湖水生態系統質量和穩定性，按照2 個方案計算沙湖生態補水量，如表2。由表2 可知：方案1，沙湖補水前先排入氧化塘工程水量為3810 萬m3/年，氧化塘工程回補沙湖水量2582 萬m3/年，補黃河水3608 萬m3/年，折算至干渠直開口的水量為3788 萬m3/年；方案2，沙湖補水前先排入氧化塘工程2665 萬m3/年，氧化塘工程回補沙湖水量1746 萬m3/年，補黃河水3299 萬m3/年，折算至干渠直開口的水量為3464 萬m3/年。

表2 基于水質平衡的沙湖逐月生態補水量 單位：萬m3

3.3 生態預警水位確定

因沙湖水位監測缺乏長系列水位監測資料，根據SL/Z 712—2021《河湖生態環境需水計算規范》，采用“近10 年最枯月平均水位法”確定沙湖生態水位。計算得出，沙湖2012—2020 年月平均水位在1098.82～1099.96 m 之間；最低水位1098.64 m，出現在2021 年1 月。因此確定1098.64 m 為沙湖生態水位。

4 沙湖生態環境復蘇監測預警體系

4.1 建立完整的生態環境監測體系

完善監測與制度建設是實現河湖生態環境復蘇的必要保障，湖泊生態復蘇措施的推行程度依賴于數據的監測精度［5］。①設置沙湖水位站、東一支渠和八一支渠入湖斷面、重要生態敏感區控制斷面、主要控制性水工程斷面等為沙湖生態環境復蘇監測控制斷面，開展水位、補水量、水質和水生態監測，建立起完備的監測預警體系。②重點加強枯水期水位、水質、補水口水量監測能力，提高小流量測驗精度，對重點水區域進行緊密監測，提高沙湖生態環境安全保障。③通過對生態要素的監測信息，分析其水情發展趨勢及承載能力，對沙湖水資源進行科學合理的調度決策提供參考依據，促進沙湖持續健康發展。

4.2 建立沙湖生態水位預警機制

沙湖生態水位預警等級的設定，可采用水位值或水位最大變幅值的一定比例合理確定。當沙湖水位站水位達到預警閾值時，啟動藍色、黃色、紅色三色預警響應，如表3，增加東一支渠或八一支渠補水計劃，保障沙湖生態水位達標。當補水渠道設計流量不能滿足時，在典農河水質達標情況下，可應急臨時啟用典農河補水。

表3 沙湖代表水位站預警值設置

5 沙湖生態環境復蘇管理體系

5.1 責任主體

沙湖具有生態功能與旅游開發雙重功能。因此，沙湖生態環境復蘇管理體系按照“開發部門為直接責任，部門監管為主體責任”的思路，建立沙湖生態環境復蘇管理體系。

（1）寧夏沙湖旅游股份有限公司是沙湖開發的法人單位。因此，它是落實沙湖生態環境復蘇的直接責任人，應加強生態需水量監測斷面和監測設施的管理，制定生態需水量預警方案，落實責任人員。

（2）沙湖所在區域水行政主管部門是沙湖生態環境復蘇保障責任主體，在制定縣域發展規劃、工程建設布局、水資源開發利用及生態環境保護規劃等方面，要以沙湖生態需水量作為重要的約束條件，適量增加補水量，嚴禁人造規模化水面景觀，確保生態需水量穩定。將生態用水納入縣域水資源配置和管理之中，建立生態需水量保障機制。強化水污染防治和節水型社會建設，實施生態需水量適應性管理，探索建立生態需水量補償機制。構建沙湖生態需水量監測監控系統平臺及預警機制，逐步建立并完善生態需水量保障制度，提升生態需水量保障能力。

（3）沙湖所在區域水行政主管部門的行業管理部門是沙湖生態環境復蘇監管責任主體，負責沙湖生態環境復蘇的監督檢查，每年下達沙湖生態需水量計劃，定期或不定期開展現場檢查。

5.2 日常管理措施

沙湖生態環境復蘇的直接責任人要持續加強水域生態環境進行改善治理。

（1）加強管理保障沙湖鳥島區域湖水強化處理工程、補水口區域湖水循環凈化工程及沙湖湖水循環凈化工程的運行，定期維護保證其處理能力和凈化效果。

（2）定期對沙湖進行底泥疏浚，將底泥中營養元素、重金屬等有害物質直接除去。

（3）禁止養魚。

（4）嚴格按照沙湖保護區界限，不得隨意擴大沙湖水面面積和湖泊挖深擴大蓄水量等，嚴禁隨意與其他水域互聯互通營造水面景觀規模。

沙湖所在區域水行政主管部門是保障沙湖生態環境復蘇的主體責任部門，要統籌區域用水總量控制指標，對沙湖生態用水量進行確權。當前沙湖的生態補水為東一支渠和八一支渠，補水來源單一，對黃河的依賴程度較高。在典農河水質好于Ⅳ類的情況下，要研究制定啟用典農河補水方案。充分挖掘沙湖氧化塘工程效益，加快水體的流動性，改善沙湖水體的水動力學特征，以利于水質優化。

5.3 應急管理措施

當發生嚴重洪澇、干旱或船舶堵塞等事件時，水量調度按照應急水量調度方案進行。嚴格控制社會經濟用水，優先滿足城鄉居民生活用水，保障基本生態用水，并統籌農業、工業用水等需要，以保障沙湖最低生態水位水量目標要求，維護沙湖健康和良好生態環境。當黃河上游發生水污染事件后，暫停東一支渠和八一支渠的黃河水補水，啟動水污染應急方案。

5.4 考核督查措施

將沙湖生態生態環境復蘇管控納入最嚴格水資源管理制度和河長制雙重考核，督促沙湖所在地人民政府切實履行沙湖生態需水量管控職責。按自然年進行考核，考核指標為旬保證率，當黃河來水頻率優于75%時，旬保證率大于等于90%時考核等級為“合格”，旬保證率小于90%時考核等級為“不合格”；當黃河來水頻率劣于75%時，不對生態水位進行考核。

采用“四不兩直”方式加強監督檢查，加強沙湖生態環境復蘇監測結果運用，按照“提示、約談、通報、問責”4 個整改等級予以督辦，確保各責任單位嚴格落實生態需水量管控要求。將生態環境復蘇監管作為最嚴格水資源管理和河長制執法監管工作的重要內容；建立生態需水量達標通報制度，建設公眾監督平臺，接受社會公眾問題反映和監督舉報。

6 結語

（1）沙湖生態環境復蘇的指標體系分別為：生態需水量2499 萬m3，生態補水量3608 萬m3；生態預警水位為1098.64 m。

（2）沙湖水位站、東一支渠和八一支渠入湖斷面、重要生態敏感區控制斷面、主要控制性水工程斷面為沙湖生態環境復蘇監測控制斷面，開展水位、補水量、水質和水生態監測。沙湖生態水位按照藍色、黃色、紅色設置預警等級。

（3）沙湖旅游開發部門是落實沙湖生態環境復蘇的直接責任人，沙湖所在區域水行政主管部門是保障沙湖生態環境復蘇的主體責任部門，沙湖所在區域水行政主管部門的行業管理部門是沙湖生態環境復蘇的監督管理部門，負責生態水位達標、生態環境復蘇考核督查。