摘要：根據柴窩堡湖近年水質現狀及歷史監(jiān)測數據，運用單因子指數法、綜合污染指數法和綜合營養(yǎng)狀態(tài)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(tài)環(huán)境現狀，綜合分析了柴窩堡湖生態(tài)環(huán)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(tài)環(huán)境保護和修復等治理措施，為區(qū)域生態(tài)環(huán)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(tài)退化；成因分析；治理措施

1 柴窩堡湖環(huán)境概況

1.1自然環(huán)境 柴窩堡湖位于烏魯木齊市達坂城區(qū)境內，距市區(qū)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(fā)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(fā)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(yōu)，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(yōu)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(tài)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(wèi)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(wèi)星影像中湖面深顏色部分是實際匯水區(qū)，淺顏色部分湖面已蛻變?yōu)檎訚蓾竦?，大片湖底裸露，已喪失漁業(yè)養(yǎng)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(jiān)測情況。 柴窩堡湖的常規(guī)監(jiān)測點位有五個，分別是進水區(qū)、岸邊區(qū)、淺水區(qū)、深水區(qū)和湖心區(qū)。歷史監(jiān)測情況為1986～1990年，每年監(jiān)測一次；2000～2013年，每年監(jiān)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(qū)、岸邊區(qū)、淺水區(qū)及湖心區(qū)設定的監(jiān)測點位均已成為陸地，深水區(qū)水深達不到采樣要求，因此，2014年柴窩堡湖常規(guī)水質監(jiān)測無法進行。

2.2.2 數據來源。 本文收集《烏魯木齊市環(huán)境統(tǒng)計年鑒》1986-1990年本、2000年-2013年逐年的柴窩堡湖水質監(jiān)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(huán)境功能區(qū)劃，柴窩堡湖按照漁業(yè)用水區(qū)要求進行評價，執(zhí)行《地表水環(huán)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(yǎng)狀態(tài)指數法對水體富營養(yǎng)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(yǎng)狀態(tài)指數法。評價湖庫富營養(yǎng)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(yǎng)狀態(tài)指數；TLI（j）代表第j種參數的營養(yǎng)狀態(tài)指數；Wj為第j種參數的營養(yǎng)狀態(tài)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(yǎng)狀態(tài)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(yǎng)狀態(tài)分級，見表3。

表3 營養(yǎng)狀態(tài)指數計算結果分級

綜合營養(yǎng)指數 貧營養(yǎng) 中營養(yǎng) 富營養(yǎng) >50

分級

標準 0< ≤30

30< ≤50

輕度富營養(yǎng)50< ≤60

中度富營養(yǎng)60< ≤70

重度富營養(yǎng)70< ≤100

2.2.4結果與分析。

（1）水質變化情況 對照《地表水環(huán)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(tǒng)計見表4。

表4 1990s-2013年柴窩堡湖水質狀況統(tǒng)計

水質達標類別（23個基本項目）

年份 監(jiān)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(yè)養(yǎng)殖用水的Ⅲ類功能區(qū)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(jiān)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(yǎng)化狀態(tài) 運用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數法，繪制的柴窩堡湖1990s-2013年水體富營養(yǎng)化變化趨勢見圖4。柴窩堡湖1990s-2013年水體綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數為53.05-77.23，總體呈上升趨勢，屬于重度富營養(yǎng)化。其中：總磷（TP）、總氮（TN）呈現跳躍式變化，基本為中度富營養(yǎng)，可見人類生產活動是影響水泥富營養(yǎng)化水平的一個重要原因。透明度（SD）2001年開始營養(yǎng)狀態(tài)指數均在80以上，處于重度富營養(yǎng)狀態(tài)，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(jiān)測數據（1990s-2013年為6.27 -8.38mg/L）來印證。

圖 4 水體富營養(yǎng)化年季變化圖

（4）礦化度 隨著湖面迅速萎縮和水位的持續(xù)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(jiān)測值為3.62g/L，至2010年基本維持在4.0g/L，2013年監(jiān)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(tài)問題突出

2.3.1 生態(tài)系統(tǒng)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(tài)系統(tǒng)發(fā)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(tài)系統(tǒng)已演變?yōu)榛哪鷳B(tài)系統(tǒng)。

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(tài)功能大幅下降，生態(tài)環(huán)境持續(xù)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(tài)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(tài)災害是裸露的湖底在太陽暴曬和大風天氣下引發(fā)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(tài)環(huán)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(xù)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(fā)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(fā)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(qū)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(guī)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(qū)域約為1157.32km2，下降超過10m的漏斗區(qū)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(fā)湖周生態(tài)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(yè)廢水和烏拉泊街道生活污水，兩股廢水排入紅衛(wèi)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(qū)的柴窩堡林場、104團、天山牧場等單位在農業(yè)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(yè)養(yǎng)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(yǎng)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(xiāng)、天山牧場等單位的農業(yè)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(qū)烏拉泊街道的生活污水，出水達到《城鎮(zhèn)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(yè)污水處理工藝和中水回用水平，切實減少工業(yè)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(xù)三年不變；同時停止三個山溝、白楊溝地表水用于農業(yè)灌溉以及關停柴窩堡湖區(qū)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(tài)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(tài)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(qū)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(tài)環(huán)境，使柴窩堡湖區(qū)域生態(tài)環(huán)境朝良性方向發(fā)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(qū)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(tǒng)一管理。在不影響下游托克遜用水、保障達坂城區(qū)域正常農業(yè)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(yè)廢水排入湖區(qū)；禁止烏拉泊生活污水經紅衛(wèi)湖排入湖區(qū)，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(tài)修復，種植耐旱固沙植被，防止沙化區(qū)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(xù)實施休耕的農田進行生態(tài)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(tài)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(qū)及湖周已出現的生態(tài)問題高度重視，采取必要的生態(tài)恢復措施，遏制湖泊水質惡化、生態(tài)退化的趨勢。

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

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