高莊水庫清淤對水質提升的影響

王 珊，魏代偉，王露露，王 輝，楊樂樂

（1. 南京市江寧區水務局，江蘇 南京，211100；2. 中交隧道工程局有限公司，江蘇 南京，211102；3. 江寧街道水務管理服務站，江蘇 南京，211162）

0 引 言

水庫一般具有防洪、蓄水灌溉、供水等功能。水庫淤積不僅減少了有效庫容，而且由于污染物的大量沉積，對水庫水質產生了一定的影響。通過水庫清淤，可以達到貯水、泄洪、改善景觀等目的，同時有利于恢復水庫原有功能和生態環境，有效改善湖庫水質狀況，增大水體環境容量。良好的湖庫生態環境對帶動周邊的經濟和社會發展起到關鍵作用。由于清淤疏?？梢杂行宄龓斓妆韺映练e物中的污染物，因而被較多地應用于湖泊治理中[1-3]，如我國的太湖、巢湖、玄武湖、滇池等。

高莊水庫地處長江流域，屬于山丘區水庫，以灌溉、防洪為主，設計灌溉面積160hm2（2 400 畝），影響著下游3 個社區約12 000 人。壩址位于江蘇省南京市江寧區江寧街道，周邊主要是農田、村莊，水庫匯水面積0.9km2，干流長1.33km，水庫設計水位22.06m，汛限水位21.50m，興利水位21.50m，死水位16.00m。興利庫容84.00 萬m3，死庫容5 萬m3，總庫容120.37 萬m3，屬?。?）型水庫。庫區雨量在年際、季節之間差異較大，豐枯明顯，降雨量分布不均。據多年的資料統計，多年平均降雨量為1 012.1mm，豐水年高達2 015.2mm（1991 年），枯水年僅有479.8mm（1978 年），汛期雨量占全年總降水量的60%左右。自2019 年1 月開始，江寧區江寧街道辦事處按月采集庫區水樣進行水質分析。本文利用高莊水庫2019～2021 年三年水質監測成果資料，分析水庫清淤前后水質情況，并結合底泥分析，評估水庫清淤效果，以期為江寧區“河長制”考核及水質提升提供依據。

1 材料與方法

水樣分析檢測pH 值、溶解氧、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷等化學指標，沉積物檢測pH 值、總氮、總磷、汞、砷、鎘、鉛、銅、鎳、鋅等指標，其具體檢測分析方法見表1。

表1 水質及沉積物指標分析方法

2 水庫水環境現狀特征

當前，高莊水庫的水環境問題主要表現在：（1）存在淤積現象，致使水庫無法正常發揮防洪、灌溉效益，降低了水庫調蓄能力；（2）水庫水環境日益惡化，水質有變差趨勢，沉積物中的污染物長期淤積再次釋放容易造成內源污染。

2.1 水環境質量現狀

通過對2019 年高莊水庫每月水質采樣分析，結果如表2 所示。選pH 值、溶解氧、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷共5 個主要水化指標[4，5]分析，可以看出，高莊水庫水質為地表水環境質量標準Ⅳ類-Ⅴ類水質，且有變差趨勢。斷面等級的主要控制因素是總磷含量、高錳酸鹽指數和氨氮含量，其中總磷含量對水質的影響最為明顯。6 月～8 月，總磷含量增長迅速，險些突破Ⅴ類水質標準，下降至劣Ⅴ類水。

表2 2019 年水庫水質檢測數據

2.2 水質因子間相關性分析

為研究高莊水庫與周邊環境影響下各水質指標間的相關關系，對其進行了相關性分析，如表3。

表3 水質因子間相關性分析

從表3 可以看出，pH 值與總磷含量呈正相關關系。磷是水體生物所必須的營養物質，總磷含量的增加，會加大水體的富營養化程度[6，7]，導致水體中藻類等水生植物生長，藻類的生長繁殖及進行光合作用需要消耗水中大量的二氧化碳，水中溶解態二氧化碳減少，從而導致水體pH 值增加。

高錳酸鹽指數與總磷是地表水環境質量好壞的重要指標[8，9]，含量呈正相關關系，表明其之間關系非常密切，污染物來源相同或相似，可能與徑流、當地居民活動相關，對水體營養鹽的含量造成一定影響。

3 底泥分析

高莊水庫于2020 年3 月～6 月進行了生態清淤，2020 年4 月對底泥進行采樣并檢測，共檢測了5 處點位，并分析相關指標。

3.1 底泥相關性分析

對底泥的pH 值、總氮、總磷、汞、砷、鎘、鉛、銅、鎳、鋅等指標進行檢測[10，11]，并對指標進行相關性分析，結果見表4。

表4 底泥檢測相關性分析結果表

由表4 可知，底泥中的燒失量與總氮顯著相關，說明總氮含量來源于干物質；汞、砷、鎘、鉛、銅、鎳、鋅重金屬含量顯著相關，說明各重金屬具有同源性，若底泥受重金屬污染，污染來源可能相同，需要著重分析污染源和導致底泥污染的原因。

3.2 營養物質污染評價

對底泥營養物質污染評價，國內一般采用有機污染指數法和綜合污染指數法[12，13]。本文考慮總氮和總磷兩種營養物質影響，采用綜合污染指數評價法進行分析。由于高莊水庫溢洪后流入通江河道江寧河內，附近有村莊及農田，對水質的要求較高。本文采用的總氮和總磷的評價標準值為1000mg/kg 和420mg/kg[14]。

將測定的總氮、總磷含量用綜合污染指數評價法進行計算，結果見表5。

表5 高莊水庫底泥營養物質污染評價表

由計算結果可知，底泥中總磷的標準指數都小于1，說明總磷含量水平較低，基本沒有構成污染，總氮的標準指數變化范圍為0.84～0.92，略高于總磷標準指數。土壤綜合污染指數變化范圍為0.76～0.90，判定土壤綜合污染等級為2 級，表現為尚清潔，說明高莊水庫底泥營養物質尚未構成污染或污染不嚴重。

3.3 重金屬污染評價

水庫清淤后，底泥重金屬是否污染及含有的污染物種類不同，其相應的處理方法也不盡相同，若淤泥基本上沒有污染物或污染物低于相關標準則可以用來制作有機肥料、改善土壤和填土造田等?？紤]到底泥清淤后的處置去向，參考《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準》（GB15618-2018）[15]中農用地污染風險篩選值作為評價標準，采用綜合污染指數法進行評價，其評價分級結果見表6。

表6 高莊水庫底泥重金屬污染評價表

由表6 可知，以污染風險篩選值作為評價標準，重金屬的單項污染指數均小于1，綜合污染指數均小于0.7，說明重金屬的含量水平較低，基本沒有構成污染。

4 清淤效果評價

高莊水庫采用干挖清淤與水力沖挖結合的方式。對庫岸邊土質較好的區域，采取干挖清淤，對庫底局部處于流塑狀態的土層，通過水力沖挖解決。工程于2020年6 月中旬結束后開始蓄水，6 月底蓄水達到常水位，并于同年7 月繼續水質監測工作。

4.1 水質空間及時間變化

對高莊水庫清淤前后（2019 年～2021 年間）五個主要污染因子分別評價水質變化情況，結果如圖1 所示。

圖1 高莊水庫清淤前后污染因子及斷面等級變化情況逐月數據

由圖1 可知，清淤前水庫水質基本位于Ⅳ～Ⅴ類水，清淤后水庫水質斷面等級提高明顯，清淤能降低水體中高錳酸鹽指數和總磷含量，但作用不如降低氨氮含量明顯。水庫于2020 年3 月～6 月進行生態清淤，截止到2021 年12 月，氨氮含量基本能維持在Ⅰ～Ⅱ類水水平，說明在清淤后氨氮含量顯著降低，并能維持至少1～2 年。這可能是由于總氮含量來源于干物質，且總氮會向水體中釋放氨氮，而清淤主要去除了底泥中的總氮，從而降低水體中氨氮含量，提高了水質等級。

4.2 不同水期水質比較

根據水文資料，南京市江寧區2019～2021 年水情變化顯著。2019 年年降雨量719mm，2020 年年降雨量1298mm，且6 月15 日3h 降雨量達221mm，創江寧區1960 年有氣象記錄以來最大值。2021 年年降雨量1267.1mm。

高莊水庫3 年的水質監測斷面汛期、非汛期、全年期的水質情況見表7。

表7 高莊水庫不同水期水質統計

總體上看，清淤前水質處于Ⅴ類水水平，清淤后處于Ⅳ類水水平，說明清淤有利于提高水質水平。高錳酸鹽指數汛期略高于非汛期，并且不同年份差異不大，說明水體中高錳酸鹽指數比較穩定，來自底泥釋放的較少，且水庫周邊及匯流范圍內多以農田為主，環境地表水有機污染程度較低，通過降雨徑流匯入水庫的較少。氨氮含量一般汛期低于非汛期，說明水庫水位較高時，水體氨氮含量會因稀釋而降低，2020 年汛前清淤工程剛結束，水體氨氮含量不穩定，由于底泥會向水體中釋放氨氮，導致2020 年汛期氨氮含量反而增加?？偭缀垦雌诟哂诜茄雌?，說明水體中的磷主要來自周邊環境農業或生活的面源污染，通過初期降雨徑流匯入水庫中，從而使水體變差，2020 年汛期總磷含量反而降低，主要是因為該年本地遭遇百年一遇洪水，降雨稀釋了水體中磷的含量，從而使水體總磷含量降低。

4.3 水體綜合污染指數年際變化規律預測

根據水庫水質特性，選取pH 值、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷共4 個主要污染因子作為綜合污染指數評價指標[6]，對標消除劣五類水目標要求，超標倍數以《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）[2]中Ⅴ類水為界限確定。該方法較單因子評價法中最大污染因子“單項否決權”有定量評價的優勢，數值大小可以判斷水質的優劣，數值越大，水質越差。

本次研究的年際變化規律預測均在現有環境下，即水庫周邊環境未明顯改變的前提下?？紤]清淤后存在一定水質波動期，故選取2021 年水質數據進行預測。水庫清淤對水體的綜合污染指數的影響隨時間逐漸增加，但增量越來越小，擬合函數采取對數函數的形式，擬合方程為：

Y=0.1098ln（x）+0.1947R2=0.7468利用上述擬合函數，對水庫清淤后水質進行預測，清淤完成120 個月（10 年）后，綜合污染指數接近0.8，預示應開啟新一輪的清淤工程。

5 結論與建議

（1）高莊水庫底泥重金屬具有同源性，重金屬污染指數低，但營養物質污染評價為輕度污染，需要采取相關措施改善。

（2）清淤可提高水庫水質等級，能顯著降低水體中氨氮含量，對降低高錳酸鹽指數和總磷含量也有效果。

（3）不同水期水質污染因子含量存在差異，主要表現為高錳酸鹽指數汛期略高于非汛期，氨氮含量汛期低于非汛期，總磷含量汛期高于非汛期。

（4）建議本次清淤10 年后開展新一輪的清淤疏浚。