“數字巢湖”讓流域水污染“標本兼治”

　　近年來，位于安徽省的巢湖多次出現藻類水華大面積分布現象，對水源水質甚至周邊工農業生產和居民生活構成威脅。

科研人員在巢湖取樣

　　近日，安徽省巢湖管理局召開了環巢湖水質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（以下簡稱“數字巢湖”）項目（四標段）驗收會。該標段項目主要由中國科學院南京地理湖泊研究所（以下簡稱南京地湖所）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間，可謂任務重、工期緊。之所以能讓技術在短期內落地轉化，主要歸因于研究所之前幾十年的科學研究積累。”

　　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50～60年代，并在80年代末主持了巢湖富營養化‘七五’國家攻關項目的研究。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養化綜合控制技術及工程示范”項目，主要針對巢湖東部飲用水源區的水體富營養化和藍藻水華頻發、威脅供水安全的問題，利用削減入湖污染負荷和藍藻水華災害防控等技術，改善了水源地水質，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—高效無害打撈等技術進行集成，形成了湖泊水源地藍藻水華災害防控關鍵技術與設備，該技術和設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的“十三五‘水專項’”課題是“水環境目標水質管理平臺集成技術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態優化等關鍵技術，在地方“數字巢湖”項目中進行示范應用，先后研發出“巢湖藍藻水華監測預警與模擬分析平臺”和“農村流域面源網格化管理系統”。

　　水體污染可以分為點源污染和面源污染，為什么網格化管理平臺沒有針對點源污染？段洪濤解釋道：“受益于‘水專項’等相關課題的研究，特別是合肥市近年來對環巢湖環境的大力整治，巢湖點源污染基本得到治理，因此我們具體關注了面源污染，希望對巢湖流域村莊居民面源污染進行有效的治理示范。

　　為此，段洪濤帶領南京地湖所巢湖“水專項”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，希望促進流域水環境“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大量繁殖的一種自然生態現象，形成原因十分復雜，治理起來難度很大。作為中國的第三大淡水湖，太湖曾多年深受藍藻水華影響。那么，在湖泊水環境根本好轉前，如何實現水環境監測預警，防止“太湖水危機”類似事件發生？

　　研究發現，誘發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含量水平，是減緩巢湖富營養化、遏制水質惡化的重要途徑。

　　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藻水華衛星遙感監測報告。“十三五”以來，課題組通過集成藍藻水華預測預警模型，實現了巢湖藍藻水華未來一周的預測預警，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水華時空發展趨勢。”段洪濤表示，課題組在每周一定時向生態環境部水生態環境司、國家水辦、安徽省生態環境廳、合肥市政府、巢湖管理局、合肥市環湖辦等管理部門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“水專項”巢湖平臺示范工程和“數字巢湖”建設實施單位——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“數字巢湖”建設的關系。

　　“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“巢湖水環境水質目標管理業務化平臺”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“水專項”平臺核心技術“水質—水量—污染物通量”模型基礎上補充完善。

　　技術對接需求

　　段洪濤課題組研發的兩個平臺通過對現有的水質、水文、氣象和預測預報等數據源進行匯總、分析和展示，對巢湖當前及未來的水環境狀況有了更準確的總體認知。

　　一方面，課題組通過巢湖藍藻水華監測預警與模擬分析平臺實施“湖體治標”，整合衛星、無人機、攝像頭、浮標、數值模擬等手段，構建水質水華“天—空—地”立體監測網絡和應急防控體系，實現現狀掌握、異常識別、原因追溯、未來模擬的目標，避免水危機等事件發生。

　　另一方面，課題組基于農村面源污染網格化精細管理系統推動“流域治本”，研究農村流域污染管控單元科學劃分、水質水量精細化模擬等關鍵技術，實現農村流域網格單元水量水質信息的在線模擬與監控預警，并進一步實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境污染問題的有效路徑。

　　“通過參與‘數字巢湖’項目也拉近了我們與地方管理者之間的距離，并發現技術與需求的對接沒有想象中順利。”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，然而地方部門更關注幾個關鍵區域和敏感站點的藍藻水華監測，這就需要我們按照需求調整技術模型。”

　　此外，課題副組長、南京地湖所研究員賴錫軍補充道：“整個課題組的成員比較年輕，專業也覆蓋從地理信息到數值模型等多個領域，以前大多主要從事基礎科學研究，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科背景，另一方面還需要進一步使自己的研究落地，真正解決實際問題。”

　　“數字巢湖”項目還有兩年運行期，段洪濤預計到今年年底平臺上的數據將達到4億～5億條。“當前，系統維護是主要工作，希望這兩個平臺可以成為協助巢湖水環境預報和治理的得力助手，我們也將圍繞地方需求進一步開展深層次的合作研究。”