寧夏沙湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇體系研究

王生鑫，段麗婷，張 華

（寧夏回族自治區(qū)水文水資源監(jiān)測(cè)預(yù)警中心，寧夏 銀川 750000）

受氣候變化和人類活動(dòng)影響，生態(tài)需水缺乏、面積萎縮、水環(huán)境質(zhì)量下降是湖泊生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇亟待解決的重要問(wèn)題［1,2］。沙湖屬于西北干旱區(qū)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(duì)維持區(qū)域生態(tài)安全等方面具有獨(dú)特作用。同時(shí)，沙湖也是寧夏旅游勝地，受人類活動(dòng)影響劇烈，生態(tài)環(huán)境脆弱，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性差，水體環(huán)境質(zhì)量變化與旅游開(kāi)發(fā)存在內(nèi)在的必然聯(lián)系［3］。因此，在研究沙湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇時(shí)，既要考慮提升湖泊水生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和穩(wěn)定性，又要考慮實(shí)現(xiàn)湖泊功能的永續(xù)利用，從而實(shí)現(xiàn)人水和諧共生的目標(biāo)。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理位置及氣候

沙湖地理坐標(biāo)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(yú)湖，為一蝶形淺水湖泊，是寧夏最大的天然微咸水湖泊。流域?qū)儆诘湫偷拇箨懶詺夂?，年平均氣?.0～10.3℃，年平均降雨量不足200 mm，蒸發(fā)量高達(dá)1000 mm 以上，干旱少雨，降水年際變化大，季節(jié)分配不均勻，光熱能豐富，日照時(shí)間長(zhǎng)。

1.2 自然保護(hù)區(qū)

沙湖自然保護(hù)區(qū)東以第三排水溝東側(cè)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(zhèn)接壤，總面積4366.62 hm2，其中水域面積2761.40 hm2，占保護(hù)區(qū)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(xù)，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(huán)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(jié)性沼澤，主要由沼澤地、濕草甸構(gòu)成，處于湖泊與沙地的過(guò)渡地帶。庫(kù)塘濕地主要分布在大湖東北側(cè)（如圖1，“⑥”），是沙湖重點(diǎn)退魚(yú)還湖實(shí)施區(qū)域，平均水面面積約345.80 hm2。

圖1 沙湖自然保護(hù)區(qū)水域分布

1.3 補(bǔ)水與水質(zhì)

沙湖最主要的補(bǔ)給方式是渠道引黃河水，通過(guò)唐徠渠東一支渠（暖泉渠）和八一支渠，每年4—11月對(duì)沙湖進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水。2014—2018 年，沙湖按照“外部隔離、內(nèi)部循環(huán)、污水外遷、水體置換、生態(tài)修復(fù)、綜合治理”的總體思路，開(kāi)展11 項(xiàng)水質(zhì)治理工程，通過(guò)工程措施、生物措施、管理措施加快推進(jìn)沙湖水域生態(tài)環(huán)境改善治理。2020 年1—3 月、6—7 月沙湖水質(zhì)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(zhì)雙平衡的思路，結(jié)合已實(shí)施的沙湖氧化塘湖水循環(huán)凈化工程凈化水量，構(gòu)建沙湖水量水質(zhì)耦合模型。

2.1 水量平衡計(jì)算方程

根據(jù)湖泊區(qū)域內(nèi)降水、蒸發(fā)、滲漏和地下水補(bǔ)給量等，以月為計(jì)算單位，采取水量平衡原理，結(jié)合沙湖水面面積保護(hù)要求，確定達(dá)到水量平衡的年生態(tài)需水量。

式中Qi量需為達(dá)到水量平衡的月最小生態(tài)需水量（萬(wàn)m3）；Ei為第i 月湖泊蒸發(fā)量（萬(wàn)m3）；Qi滲漏為第i 月湖泊滲漏量（萬(wàn)m3）；Pi為第i 月湖區(qū)降水量（萬(wàn)m3）；Wi地補(bǔ)為第i 月湖泊周邊地下水補(bǔ)給量（萬(wàn)m3）；n 為1—12 月。

根據(jù)陳潔［5］研究成果，沙湖周邊區(qū)域潛水徑流整體上由西南向東北方向流動(dòng)，地下水流滯緩，故認(rèn)為地下水補(bǔ)給量為零，則式（1）簡(jiǎn)化為：

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

2.2 水質(zhì)平衡計(jì)算方程

沙湖是西北干旱區(qū)閉口型湖泊，污染物補(bǔ)水進(jìn)入湖泊，根據(jù)水量平衡方程，建立水質(zhì)平衡方程。

（1）水質(zhì)平衡方程。

式中Ei、Qi滲漏、Pi意義同式（1），Ws為湖泊生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇目標(biāo)蓄水量（萬(wàn)m3）；Ci為第i 月湖泊污染物濃度（mg/L）；Cs為湖泊生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇水質(zhì)目標(biāo)下污染物濃度（mg/L）。

（2）復(fù)蘇湖泊生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)。

①保持湖泊面積不萎縮，即保持沙湖蓄水量4000 萬(wàn)m3。②保持湖泊水質(zhì)穩(wěn)定在地表水Ⅳ類水質(zhì)。

（3）約束條件。

式中Wi為第i 月湖泊蓄水量 （萬(wàn)m3）；Ws為湖泊生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇目標(biāo)蓄水量（萬(wàn)m3）。

式中Ci為第i 月湖泊污染物濃度（mg/L）；Cs為湖泊生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇水質(zhì)目標(biāo)下污染物濃度（mg/L）。

3 沙湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇指標(biāo)體系

3.1 生態(tài)需水量計(jì)算

沙湖保證其入湖水量是維持湖泊水面穩(wěn)定，發(fā)揮水生態(tài)功能的基 本 條 件［3］。根 據(jù)水量平衡原理，在一定的降水保證率水平下，滿足湖泊蒸發(fā)、滲漏損失等基礎(chǔ)上，沙湖水域面積維持在2761.40 hm2時(shí)，生態(tài)需水量為2380 萬(wàn)m3（表1）?？紤]補(bǔ)水渠道輸水損失后，沙湖生態(tài)需水量折算至干渠直開(kāi)口的水量為2499 萬(wàn)m3。

表1 基于水量平衡的沙湖逐月生態(tài)需水量 單位：萬(wàn)m3

3.2 沙湖生態(tài)補(bǔ)水量計(jì)算

考慮補(bǔ)水帶入的污染物和蒸發(fā)、滲漏等損失導(dǎo)致水體污染物濃度變化，沙湖在補(bǔ)水期按照先排后補(bǔ)的方式進(jìn)行，先將湖泊原水排入沙湖氧化塘工程循環(huán)凈化后再補(bǔ)水，保證沙湖水量平衡、水質(zhì)符合Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)監(jiān)測(cè)，沙湖補(bǔ)水水質(zhì)年內(nèi)在Ⅰ類～Ⅲ類之間變化，為保障沙湖水生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和穩(wěn)定性，按照2 個(gè)方案計(jì)算沙湖生態(tài)補(bǔ)水量，如表2。由表2 可知：方案1，沙湖補(bǔ)水前先排入氧化塘工程水量為3810 萬(wàn)m3/年，氧化塘工程回補(bǔ)沙湖水量2582 萬(wàn)m3/年，補(bǔ)黃河水3608 萬(wàn)m3/年，折算至干渠直開(kāi)口的水量為3788 萬(wàn)m3/年；方案2，沙湖補(bǔ)水前先排入氧化塘工程2665 萬(wàn)m3/年，氧化塘工程回補(bǔ)沙湖水量1746 萬(wàn)m3/年，補(bǔ)黃河水3299 萬(wàn)m3/年，折算至干渠直開(kāi)口的水量為3464 萬(wàn)m3/年。

表2 基于水質(zhì)平衡的沙湖逐月生態(tài)補(bǔ)水量 單位：萬(wàn)m3

3.3 生態(tài)預(yù)警水位確定

因沙湖水位監(jiān)測(cè)缺乏長(zhǎng)系列水位監(jiān)測(cè)資料，根據(jù)SL/Z 712—2021《河湖生態(tài)環(huán)境需水計(jì)算規(guī)范》，采用“近10 年最枯月平均水位法”確定沙湖生態(tài)水位。計(jì)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(xiàn)在2021 年1 月。因此確定1098.64 m 為沙湖生態(tài)水位。

4 沙湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇監(jiān)測(cè)預(yù)警體系

4.1 建立完整的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)體系

完善監(jiān)測(cè)與制度建設(shè)是實(shí)現(xiàn)河湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇的必要保障，湖泊生態(tài)復(fù)蘇措施的推行程度依賴于數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)精度［5］。①設(shè)置沙湖水位站、東一支渠和八一支渠入湖斷面、重要生態(tài)敏感區(qū)控制斷面、主要控制性水工程斷面等為沙湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇監(jiān)測(cè)控制斷面，開(kāi)展水位、補(bǔ)水量、水質(zhì)和水生態(tài)監(jiān)測(cè)，建立起完備的監(jiān)測(cè)預(yù)警體系。②重點(diǎn)加強(qiáng)枯水期水位、水質(zhì)、補(bǔ)水口水量監(jiān)測(cè)能力，提高小流量測(cè)驗(yàn)精度，對(duì)重點(diǎn)水區(qū)域進(jìn)行緊密監(jiān)測(cè)，提高沙湖生態(tài)環(huán)境安全保障。③通過(guò)對(duì)生態(tài)要素的監(jiān)測(cè)信息，分析其水情發(fā)展趨勢(shì)及承載能力，對(duì)沙湖水資源進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)度決策提供參考依據(jù)，促進(jìn)沙湖持續(xù)健康發(fā)展。

4.2 建立沙湖生態(tài)水位預(yù)警機(jī)制

沙湖生態(tài)水位預(yù)警等級(jí)的設(shè)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(dāng)沙湖水位站水位達(dá)到預(yù)警閾值時(shí)，啟動(dòng)藍(lán)色、黃色、紅色三色預(yù)警響應(yīng)，如表3，增加?xùn)|一支渠或八一支渠補(bǔ)水計(jì)劃，保障沙湖生態(tài)水位達(dá)標(biāo)。當(dāng)補(bǔ)水渠道設(shè)計(jì)流量不能滿足時(shí)，在典農(nóng)河水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況下，可應(yīng)急臨時(shí)啟用典農(nóng)河補(bǔ)水。

表3 沙湖代表水位站預(yù)警值設(shè)置

5 沙湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇管理體系

5.1 責(zé)任主體

沙湖具有生態(tài)功能與旅游開(kāi)發(fā)雙重功能。因此，沙湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇管理體系按照“開(kāi)發(fā)部門為直接責(zé)任，部門監(jiān)管為主體責(zé)任”的思路，建立沙湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇管理體系。

（1）寧夏沙湖旅游股份有限公司是沙湖開(kāi)發(fā)的法人單位。因此，它是落實(shí)沙湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇的直接責(zé)任人，應(yīng)加強(qiáng)生態(tài)需水量監(jiān)測(cè)斷面和監(jiān)測(cè)設(shè)施的管理，制定生態(tài)需水量預(yù)警方案，落實(shí)責(zé)任人員。

（2）沙湖所在區(qū)域水行政主管部門是沙湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇保障責(zé)任主體，在制定縣域發(fā)展規(guī)劃、工程建設(shè)布局、水資源開(kāi)發(fā)利用及生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃等方面，要以沙湖生態(tài)需水量作為重要的約束條件，適量增加補(bǔ)水量，嚴(yán)禁人造規(guī)?；婢坝^，確保生態(tài)需水量穩(wěn)定。將生態(tài)用水納入縣域水資源配置和管理之中，建立生態(tài)需水量保障機(jī)制。強(qiáng)化水污染防治和節(jié)水型社會(huì)建設(shè)，實(shí)施生態(tài)需水量適應(yīng)性管理，探索建立生態(tài)需水量補(bǔ)償機(jī)制。構(gòu)建沙湖生態(tài)需水量監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)及預(yù)警機(jī)制，逐步建立并完善生態(tài)需水量保障制度，提升生態(tài)需水量保障能力。

（3）沙湖所在區(qū)域水行政主管部門的行業(yè)管理部門是沙湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇監(jiān)管責(zé)任主體，負(fù)責(zé)沙湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇的監(jiān)督檢查，每年下達(dá)沙湖生態(tài)需水量計(jì)劃，定期或不定期開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)檢查。

5.2 日常管理措施

沙湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇的直接責(zé)任人要持續(xù)加強(qiáng)水域生態(tài)環(huán)境進(jìn)行改善治理。

（1）加強(qiáng)管理保障沙湖鳥(niǎo)島區(qū)域湖水強(qiáng)化處理工程、補(bǔ)水口區(qū)域湖水循環(huán)凈化工程及沙湖湖水循環(huán)凈化工程的運(yùn)行，定期維護(hù)保證其處理能力和凈化效果。

（2）定期對(duì)沙湖進(jìn)行底泥疏浚，將底泥中營(yíng)養(yǎng)元素、重金屬等有害物質(zhì)直接除去。

（3）禁止養(yǎng)魚(yú)。

（4）嚴(yán)格按照沙湖保護(hù)區(qū)界限，不得隨意擴(kuò)大沙湖水面面積和湖泊挖深擴(kuò)大蓄水量等，嚴(yán)禁隨意與其他水域互聯(lián)互通營(yíng)造水面景觀規(guī)模。

沙湖所在區(qū)域水行政主管部門是保障沙湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇的主體責(zé)任部門，要統(tǒng)籌區(qū)域用水總量控制指標(biāo)，對(duì)沙湖生態(tài)用水量進(jìn)行確權(quán)。當(dāng)前沙湖的生態(tài)補(bǔ)水為東一支渠和八一支渠，補(bǔ)水來(lái)源單一，對(duì)黃河的依賴程度較高。在典農(nóng)河水質(zhì)好于Ⅳ類的情況下，要研究制定啟用典農(nóng)河補(bǔ)水方案。充分挖掘沙湖氧化塘工程效益，加快水體的流動(dòng)性，改善沙湖水體的水動(dòng)力學(xué)特征，以利于水質(zhì)優(yōu)化。

5.3 應(yīng)急管理措施

當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重洪澇、干旱或船舶堵塞等事件時(shí)，水量調(diào)度按照應(yīng)急水量調(diào)度方案進(jìn)行。嚴(yán)格控制社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水，優(yōu)先滿足城鄉(xiāng)居民生活用水，保障基本生態(tài)用水，并統(tǒng)籌農(nóng)業(yè)、工業(yè)用水等需要，以保障沙湖最低生態(tài)水位水量目標(biāo)要求，維護(hù)沙湖健康和良好生態(tài)環(huán)境。當(dāng)黃河上游發(fā)生水污染事件后，暫停東一支渠和八一支渠的黃河水補(bǔ)水，啟動(dòng)水污染應(yīng)急方案。

5.4 考核督查措施

將沙湖生態(tài)生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇管控納入最嚴(yán)格水資源管理制度和河長(zhǎng)制雙重考核，督促沙湖所在地人民政府切實(shí)履行沙湖生態(tài)需水量管控職責(zé)。按自然年進(jìn)行考核，考核指標(biāo)為旬保證率，當(dāng)黃河來(lái)水頻率優(yōu)于75%時(shí)，旬保證率大于等于90%時(shí)考核等級(jí)為“合格”，旬保證率小于90%時(shí)考核等級(jí)為“不合格”；當(dāng)黃河來(lái)水頻率劣于75%時(shí)，不對(duì)生態(tài)水位進(jìn)行考核。

采用“四不兩直”方式加強(qiáng)監(jiān)督檢查，加強(qiáng)沙湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇監(jiān)測(cè)結(jié)果運(yùn)用，按照“提示、約談、通報(bào)、問(wèn)責(zé)”4 個(gè)整改等級(jí)予以督辦，確保各責(zé)任單位嚴(yán)格落實(shí)生態(tài)需水量管控要求。將生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇監(jiān)管作為最嚴(yán)格水資源管理和河長(zhǎng)制執(zhí)法監(jiān)管工作的重要內(nèi)容；建立生態(tài)需水量達(dá)標(biāo)通報(bào)制度，建設(shè)公眾監(jiān)督平臺(tái)，接受社會(huì)公眾問(wèn)題反映和監(jiān)督舉報(bào)。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）沙湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇的指標(biāo)體系分別為：生態(tài)需水量2499 萬(wàn)m3，生態(tài)補(bǔ)水量3608 萬(wàn)m3；生態(tài)預(yù)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(tài)敏感區(qū)控制斷面、主要控制性水工程斷面為沙湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇監(jiān)測(cè)控制斷面，開(kāi)展水位、補(bǔ)水量、水質(zhì)和水生態(tài)監(jiān)測(cè)。沙湖生態(tài)水位按照藍(lán)色、黃色、紅色設(shè)置預(yù)警等級(jí)。

（3）沙湖旅游開(kāi)發(fā)部門是落實(shí)沙湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇的直接責(zé)任人，沙湖所在區(qū)域水行政主管部門是保障沙湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇的主體責(zé)任部門，沙湖所在區(qū)域水行政主管部門的行業(yè)管理部門是沙湖生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇的監(jiān)督管理部門，負(fù)責(zé)生態(tài)水位達(dá)標(biāo)、生態(tài)環(huán)境復(fù)蘇考核督查。