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南四湖是微山湖、昭阳湖、独山湖、南阳湖等四个相连湖的总称，其中微山湖是面积最大的。南四湖是全国第六大、我省第一大淡水湖，流域面积3.17万平方公里，承接鲁苏豫皖4省34个县（市、区）53条入湖河流。南四湖是南水北调东线工程重要的调蓄湖泊和输水通道，是南水北调东线工程的关键节点，在保障南水北调水质安全、维护区域生态系统平衡等方面具有重要战略地位。
曾经，流域内人口密集，造纸、化工、印染、酿造等结构性水污染突出，整个流域没有入海通道，各类废水最终都汇入了南四湖。当时的南四湖53条入湖河流鱼虾绝迹，湖区水质全面呈劣五类。按照国家南水北调治污规划，调水干线达到Ⅲ类水质目标，需削减污染负荷绝对量80%以上，治污难度举世罕见，因此，曾被专家学者称为“天下治污第一难”，进行全域治理势在必行。
由“污”到“治”提水质
2002年-2013年，围绕治理南四湖，山东坚持“先节水后调水、先治污后通水、先环保后用水”的“三先三后”原则，深入实施《南水北调东线工程治污规划》，颁布出台《山东省南水北调条例》《山东省南水北调工程沿线区域水污染防治条例》，探索推广“治用保”流域治污体系。
“治”即污染治理，实施全过程污染防治，引导和督促排污单位达到常见鱼类稳定生长的治污水平，建成城镇污水处理厂90座，总处理能力达 430万吨/日。
在南水北调山东沿线，山东先后关闭了29家5万吨以下不能稳定达标的草浆造纸、酒精和淀粉企业；对178家企业进行了技改升级；对165家涉水企业实施了废水治理“再提高”工程。大力实施“退渔还湖”，共清理取缔和改造投饵围网、网箱约31万亩。
“用”即循环利用，充分利用流域内季节性河道、天然蓄滞洪区和闲置洼地，因地制宜建设不同规模的调蓄水库，建立区域规模化再生水循环利用体系，建成再生水截蓄导用工程21个，年可消化中水2.1亿立方米。
“保”即生态保护，在重要排污口下游、支流入干流处、河流入湖口及其他适宜地点，因地制宜建设表面流和潜流人工湿地94处，总面积达31万亩。2013年11月，南水北调东线工程正式通水前，湖区水质已实现由劣Ⅴ类向Ⅲ类跃升。
由“治”到“稳” 保水质
2015年4月，国务院发布“水十条”，湖区水质考核指标由2项（高锰酸盐值指数、氨氮）增加至21项。为保障湖区水质达标，山东修订了《山东省水污染防治条例》《山东省南水北调工程沿线区域水污染防治条例》，持续开展人大执法检查。同时印发实施《山东省落实<水污染防治行动计划>实施方案》，深入实施“1+1+8”污染防治攻坚战；修订流域水污染物综合排放标准，加严了指标限值；对入湖河流超标断面实施“挂号”管理，对责任县（市、区）予以环评限批；以控制断面为基本治污单元，构建“源头提质增效—过程拦截控制—末端生态修复”三级污染防控体系。
到“十三五”末，南四湖湖区水质保持在地表水Ⅲ类标准，流域内国控断面优良水体比例达96.3%。
由“稳”到“美”增颜值
2021年开始，省委、省政府专门成立了南四湖生态保护和高质量发展工作领导小组、南四湖流域生态环境保护专项小组，来统筹推进南四湖治理保护。省级层面设立南四湖流域生态环境监管办公室，枣庄、济宁、泰安、菏泽涉南四湖流域4市均设立相应机构，具体负责南四湖流域水生态环境监管工作。
值得一提的是，山东省与交界省份全部签订联防联控协议，省辖4市所有县（市、区）全部签订上下游联防联控协议，按照“谁改善、谁受益，谁污染、谁付费”原则，对流域内跨界河流90个断面全部签订横向生态补偿协议，累计兑付补偿资金2.61亿元。
截至2023年底，山东省境内南四湖流域27个县（市、区）全部实现整县制雨污合流管网清零，改造完成城市建成区市政雨污合流管网1226.4公里，41条城市黑臭水体全部完成工程整治，在全省率先完成“两清零”任务；累计60%的城市污水处理厂完成提标改造。在重点排污口下游、河流入湖口、支流入干流处等关键节点因地制宜建设155处人工湿地水质净化工程，实现对水质“二次净化”。流域各类养殖场（户）粪污综合利用率稳定在90%以上。
统筹山水林田湖草沙综合治理，谋划实施了总投资299.4亿元的507个重点治污项目，突出抓好湿地保护修复、沿湖生态绿带建设、采煤塌陷地治理、露天矿山生态环境治理，完成造林绿化4万亩、治理水土流失194平方公里。
2021年以来，省级财政落实资金23.69亿元，支持流域4市推动水污染防治、雨污合流改造等工作。发行专项债券80.97亿元，重点支持流域4市城镇污水垃圾处理项目建设。
自2013年11月15日通水以来，南水北调干线国控断面优良水体比例一直保持100%；南四湖水质显著改善，列为全国首批8个水质良好湖泊之一，2023年南四湖流域36个国控断面、南水北调东线13个国控断面以及省辖39条入湖河流优良水体比例均实现“三个百分之百”，水环境质量实现历史性突破。
现在的南四湖，生物多样性得到有力保护，湖区内植物种类达656种、鸟类达314种，曾绝迹多年的水雉、白枕鹤、东方白鹳等珍稀鸟类重现，被誉为“鸟中大熊猫”的震旦鸦雀和全球极危物种青头潜鸭在南四湖大量繁衍生息。微山湖湿地生态系统的完整性与规模丰度在国内位居前列，被评为“中国十大魅力湿地”，实现了水质改善与环境变美的双赢。
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