科研人員在巢湖取樣
近年來(lái)，位于安徽省的巢湖多次出現藻類(lèi)水華大面積分布現象，對水源水質(zhì)甚至周邊工農業(yè)生產(chǎn)和居民生活構成威脅。
近日，安徽省巢湖管理局召開(kāi)了環(huán)巢湖水質(zhì)監測系統改擴建工程和巢湖藍藻水華監測預警與模擬分析平臺（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“數字巢湖”）項目（四標段）驗收會(huì )，該標段項目主要由中國科學(xué)院南京地理湖泊研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)南京地湖所）科研團隊承擔。
南京地湖所研究員段洪濤告訴《中國科學(xué)報》：“我們參與的‘數字巢湖’項目從中標到驗收僅用了一年左右的時(shí)間，可謂任務(wù)重、工期緊。之所以能讓技術(shù)在短期內落地轉化，主要歸因于研究所之前幾十年的科學(xué)研究積累。”
從“水專(zhuān)項”說(shuō)起
段洪濤介紹：“南京地湖所最早介入巢湖的研究可以追溯到20世紀50～60年代，并在80年代末主持了巢湖富營(yíng)養化“七五”國家攻關(guān)項目的研究。2006年至今，南京地湖所主持了‘十一五’至‘十三五’巢湖3個(gè)水專(zhuān)項項目及6項課題，取得一系列重要進(jìn)展和成果。”
“十一五”期間，南京地湖所承擔的“巢湖水污染治理與富營(yíng)養化綜合控制技術(shù)及工程示范”項目，主要針對巢湖東部飲用水源區的水體富營(yíng)養化和藍藻水華頻發(fā)、威脅供水安全的問(wèn)題，利用削減入湖污染負荷和藍藻水華災害防控等技術(shù)，改善了水源地水質(zhì)，保障了湖泊水源地供水安全。
其中，在化解2010年夏季巢湖水源地因藍藻水華引起的供水危機中，南京地湖所科研團隊將藍藻水華預測預警—智能攔截—高效無(wú)害打撈等技術(shù)進(jìn)行集成，形成了湖泊水源地藍藻水華災害防控關(guān)鍵技術(shù)與設備，該技術(shù)和設備還在其它流域得到推廣使用，獲得顯著(zhù)成效。
此次段洪濤等人承擔的“十三五‘水專(zhuān)項’”課題是“水環(huán)境目標水質(zhì)管理平臺集成技術(shù)巢湖流域驗證應用與推廣”，課題組研制出藍藻水華監測預警模型、基于流域水情工況的入湖污染負荷削減動(dòng)態(tài)優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)，在地方“數字巢湖”項目中進(jìn)行示范應用，先后研發(fā)出“巢湖藍藻水華監測預警與模擬分析平臺”和“農村流域面源網(wǎng)格化管理系統”。
水體污染可以分為點(diǎn)源污染和面源污染，為什么網(wǎng)格化管理平臺沒(méi)有針對點(diǎn)源污染？段洪濤解釋道：“受益于‘水專(zhuān)項’等相關(guān)課題的研究，特別是合肥市近年來(lái)對環(huán)巢湖環(huán)境的大力整治，巢湖點(diǎn)源污染基本得到治理，因此我們具體關(guān)注了面源污染，希望對巢湖流域村莊居民面源污染采取有效的治理示范。
為此，段洪濤帶領(lǐng)南京地湖所巢湖“水專(zhuān)項”課題組提出“湖體治標、流域治本”的巢湖信息化建設思路，提升流域信息化水平的同時(shí)，希望促進(jìn)流域水環(huán)境“標本兼治”。
“前期工作也有了用武之地”
藍藻水華指淡水水體中藍藻等藻類(lèi)大量繁殖的一種自然生態(tài)現象，形成原因十分復雜，治理起來(lái)難度很大。作為中國的第三大淡水湖，太湖曾多年深受藍藻水華影響。那么。在湖泊水環(huán)境未根本好轉前，如何實(shí)現水環(huán)境監測預警，防止“太湖水危機”類(lèi)似事件發(fā)生？
研究發(fā)現，誘發(fā)湖泊藻華的始作俑者包括高濃度的氮和磷，因此控制巢湖氮和磷等物質(zhì)含量水平，是減緩巢湖富營(yíng)養化、遏制水質(zhì)惡化的重要途徑。
段洪濤課題組從“十二五”就開(kāi)始為安徽省巢湖管理局等部門(mén)提供藍藻水華衛星遙感監測報告。“十三五”以來(lái)，課題組通過(guò)集成藍藻水華預測預警模型，實(shí)現了巢湖藍藻水華未來(lái)一周的預測預警，預報指標包括巢湖全湖總氮、總磷、氨氮、溶解氧和藻類(lèi)生物量等5項指標。
“我們對于巢湖3日內溶解氧預報精度可以達到80%以上，總氮、總磷濃度預報精度可以達到60%，能夠較好預報巢湖藻類(lèi)水華時(shí)空發(fā)展趨勢。”段洪濤表示，課題組在每周一定時(shí)向國家生態(tài)環(huán)境部水司、國家水辦、安徽省生態(tài)環(huán)境廳、合肥市政府、巢湖管理局、合肥市環(huán)湖辦等管理部門(mén)推送巢湖藍藻水華預警周報，為減輕藍藻水華危害、保障供水安全提供了支撐。
中標“數字巢湖”項目后，段洪濤等人積極與“水專(zhuān)項”巢湖平臺示范工程和“數字巢湖”建設實(shí)施單位——安徽省巢湖管理局展開(kāi)溝通，理清了“水專(zhuān)項”巢湖平臺示范工程與“數字巢湖”建設的關(guān)系。
“我們前期的工作也有了用武之地。”段洪濤介紹，安徽省巢湖管理局已明確將“巢湖水環(huán)境水質(zhì)目標管理業(yè)務(wù)化平臺”納入“數字巢湖”建設框架，并確定為“數字巢湖”基礎版，“數字巢湖”建設項目將在“水專(zhuān)項”平臺核心技術(shù)“水質(zhì)—水量—污染物通量”模型基礎上補充完善。
技術(shù)對接需求
段洪濤課題組研發(fā)的兩個(gè)平臺通過(guò)對現有的水質(zhì)、水文、氣象和預測預報等數據源進(jìn)行匯總、分析和展示，對巢湖當前及未來(lái)的水環(huán)境狀況有了更準確的總體認知。
一方面，課題組通過(guò)巢湖藍藻水華監測預警與模擬分析平臺實(shí)施“湖體治標”，整合衛星、無(wú)人機、攝像頭、浮標、數值模擬等手段，構建水質(zhì)水華“天—空—地”立體監測網(wǎng)絡(luò )和應急防控體系，實(shí)現現狀掌握、異常識別、原因追溯、未來(lái)模擬的目標，避免水危機等事件發(fā)生。
另一方面，課題組基于農村面源污染網(wǎng)格化精細管理系統推動(dòng)“流域治本”，研究農村流域污染管控單元科學(xué)劃分、水質(zhì)水量精細化模擬等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現農村流域網(wǎng)格單元水量水質(zhì)信息的在線(xiàn)模擬與監控預警，并進(jìn)一步實(shí)現分流域的污染物總量核算、精準溯源和污染定責，探索徹底解決巢湖流域水環(huán)境污染問(wèn)題的有效路徑。
“通過(guò)參與‘數字巢湖’項目也拉近了我們與地方管理者之間的距離，并發(fā)現技術(shù)與需求的對接沒(méi)有想象中的順利。”課題組成員之一、南京地湖所助理研究員邱銀國告訴《中國科學(xué)報》，“以前我們做湖泊藍藻水華監測主要分東半湖和西半湖，然而地方部門(mén)更關(guān)注幾個(gè)關(guān)鍵區域和敏感站點(diǎn)的藍藻水華監測，這就需要我們按照需求調整技術(shù)模型。”
此外，課題副組長(cháng)、南京地湖所研究員賴(lài)錫軍補充道：“整個(gè)課題組的成員比較年輕，專(zhuān)業(yè)也從地理信息到數值模型等多個(gè)領(lǐng)域，以前大多主要從事基礎科學(xué)研究，現在一下子接觸到地方應用需求，一方面需要整合不同的學(xué)科背景，另一方面還需要進(jìn)一步使自己的研究落地，真正解決實(shí)際問(wèn)題。”
“數字巢湖”項目的完成還有兩年運行期，段洪濤預計到今年年底平臺上的數據將達到4～5億條。“當前，系統維護是主要工作，希望這兩個(gè)平臺可以成為協(xié)助巢湖水環(huán)境預報和治理的得力助手，我們也將圍繞地方需求進(jìn)一步開(kāi)展深層次的合作研究。”
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