科研人員在巢湖取樣
近年來，位于安徽省的巢湖多次出現(xiàn)藻類水華大面積分布現(xiàn)象，對水源水質(zhì)甚至周邊工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活構(gòu)成威脅。
近日，安徽省巢湖管理局召開了環(huán)巢湖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)改擴(kuò)建工程和巢湖藍(lán)藻水華監(jiān)測預(yù)警與模擬分析平臺（以下簡稱“數(shù)字巢湖”）項目（四標(biāo)段）驗(yàn)收會，該標(biāo)段項目主要由中國科學(xué)院南京地理湖泊研究所（以下簡稱南京地湖所）科研團(tuán)隊承擔(dān)。
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(shù)字巢湖’項目從中標(biāo)到驗(yàn)收僅用了一年左右的時間，可謂任務(wù)重、工期緊。之所以能讓技術(shù)在短期內(nèi)落地轉(zhuǎn)化，主要?dú)w因于研究所之前幾十年的科學(xué)研究積累。”
從“水專項”說起
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(jì)50～60年代，并在80年代末主持了巢湖富營養(yǎng)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個水專項項目及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(dān)的“巢湖水污染治理與富營養(yǎng)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(qū)的水體富營養(yǎng)化和藍(lán)藻水華頻發(fā)、威脅供水安全的問題，利用削減入湖污染負(fù)荷和藍(lán)藻水華災(zāi)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(lán)藻水華引起的供水危機(jī)中，南京地湖所科研團(tuán)隊將藍(lán)藻水華預(yù)測預(yù)警—智能攔截—高效無害打撈等技術(shù)進(jìn)行集成，形成了湖泊水源地藍(lán)藻水華災(zāi)害防控關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備，該技術(shù)和設(shè)備還在其它流域得到推廣使用，獲得顯著成效。
此次段洪濤等人承擔(dān)的“十三五‘水專項’”課題是“水環(huán)境目標(biāo)水質(zhì)管理平臺集成技術(shù)巢湖流域驗(yàn)證應(yīng)用與推廣”，課題組研制出藍(lán)藻水華監(jiān)測預(yù)警模型、基于流域水情工況的入湖污染負(fù)荷削減動態(tài)優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)，在地方“數(shù)字巢湖”項目中進(jìn)行示范應(yīng)用，先后研發(fā)出“巢湖藍(lán)藻水華監(jiān)測預(yù)警與模擬分析平臺”和“農(nóng)村流域面源網(wǎng)格化管理系統(tǒng)”。
水體污染可以分為點(diǎn)源污染和面源污染，為什么網(wǎng)格化管理平臺沒有針對點(diǎn)源污染？段洪濤解釋道：“受益于‘水專項’等相關(guān)課題的研究，特別是合肥市近年來對環(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“水專項”課題組提出“湖體治標(biāo)、流域治本”的巢湖信息化建設(shè)思路，提升流域信息化水平的同時，希望促進(jìn)流域水環(huán)境“標(biāo)本兼治”。
“前期工作也有了用武之地”
藍(lán)藻水華指淡水水體中藍(lán)藻等藻類大量繁殖的一種自然生態(tài)現(xiàn)象，形成原因十分復(fù)雜，治理起來難度很大。作為中國的第三大淡水湖，太湖曾多年深受藍(lán)藻水華影響。那么。在湖泊水環(huán)境未根本好轉(zhuǎn)前，如何實(shí)現(xiàn)水環(huán)境監(jiān)測預(yù)警，防止“太湖水危機(jī)”類似事件發(fā)生？
研究發(fā)現(xiàn)，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，是減緩巢湖富營養(yǎng)化、遏制水質(zhì)惡化的重要途徑。
段洪濤課題組從“十二五”就開始為安徽省巢湖管理局等部門提供藍(lán)藻水華衛(wèi)星遙感監(jiān)測報告。“十三五”以來，課題組通過集成藍(lán)藻水華預(yù)測預(yù)警模型，實(shí)現(xiàn)了巢湖藍(lán)藻水華未來一周的預(yù)測預(yù)警，預(yù)報指標(biāo)包括巢湖全湖總氮、總磷、氨氮、溶解氧和藻類生物量等5項指標(biāo)。
“我們對于巢湖3日內(nèi)溶解氧預(yù)報精度可以達(dá)到80%以上，總氮、總磷濃度預(yù)報精度可以達(dá)到60%，能夠較好預(yù)報巢湖藻類水華時空發(fā)展趨勢。”段洪濤表示，課題組在每周一定時向國家生態(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)湖辦等管理部門推送巢湖藍(lán)藻水華預(yù)警周報，為減輕藍(lán)藻水華危害、保障供水安全提供了支撐。
中標(biāo)“數(shù)字巢湖”項目后，段洪濤等人積極與“水專項”巢湖平臺示范工程和“數(shù)字巢湖”建設(shè)實(shí)施單位——安徽省巢湖管理局展開溝通，理清了“水專項”巢湖平臺示范工程與“數(shù)字巢湖”建設(shè)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(biāo)管理業(yè)務(wù)化平臺”納入“數(shù)字巢湖”建設(shè)框架，并確定為“數(shù)字巢湖”基礎(chǔ)版，“數(shù)字巢湖”建設(shè)項目將在“水專項”平臺核心技術(shù)“水質(zhì)—水量—污染物通量”模型基礎(chǔ)上補(bǔ)充完善。
技術(shù)對接需求
段洪濤課題組研發(fā)的兩個平臺通過對現(xiàn)有的水質(zhì)、水文、氣象和預(yù)測預(yù)報等數(shù)據(jù)源進(jìn)行匯總、分析和展示，對巢湖當(dāng)前及未來的水環(huán)境狀況有了更準(zhǔn)確的總體認(rèn)知。
一方面，課題組通過巢湖藍(lán)藻水華監(jiān)測預(yù)警與模擬分析平臺實(shí)施“湖體治標(biāo)”，整合衛(wèi)星、無人機(jī)、攝像頭、浮標(biāo)、數(shù)值模擬等手段，構(gòu)建水質(zhì)水華“天—空—地”立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)急防控體系，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)狀掌握、異常識別、原因追溯、未來模擬的目標(biāo)，避免水危機(jī)等事件發(fā)生。
另一方面，課題組基于農(nóng)村面源污染網(wǎng)格化精細(xì)管理系統(tǒng)推動“流域治本”，研究農(nóng)村流域污染管控單元科學(xué)劃分、水質(zhì)水量精細(xì)化模擬等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村流域網(wǎng)格單元水量水質(zhì)信息的在線模擬與監(jiān)控預(yù)警，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)分流域的污染物總量核算、精準(zhǔn)溯源和污染定責(zé)，探索徹底解決巢湖流域水環(huán)境污染問題的有效路徑。
“通過參與‘數(shù)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(xiàn)技術(shù)與需求的對接沒有想象中的順利。”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(lán)藻水華監(jiān)測主要分東半湖和西半湖，然而地方部門更關(guān)注幾個關(guān)鍵區(qū)域和敏感站點(diǎn)的藍(lán)藻水華監(jiān)測，這就需要我們按照需求調(diào)整技術(shù)模型。”
此外，課題副組長、南京地湖所研究員賴錫軍補(bǔ)充道：“整個課題組的成員比較年輕，專業(yè)也從地理信息到數(shù)值模型等多個領(lǐng)域，以前大多主要從事基礎(chǔ)科學(xué)研究，現(xiàn)在一下子接觸到地方應(yīng)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)際問題。”
“數(shù)字巢湖”項目的完成還有兩年運(yùn)行期，段洪濤預(yù)計到今年年底平臺上的數(shù)據(jù)將達(dá)到4～5億條。“當(dāng)前，系統(tǒng)維護(hù)是主要工作，希望這兩個平臺可以成為協(xié)助巢湖水環(huán)境預(yù)報和治理的得力助手，我們也將圍繞地方需求進(jìn)一步開展深層次的合作研究。”
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