文/潮音瀑

長三角重要的戰(zhàn)略水源地千島湖，最近有了自己的“體檢系統(tǒng)”——“千島湖水質(zhì)水華預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)”。該系統(tǒng)每隔4小時會采集一次水樣并輸出水質(zhì)數(shù)據(jù)，它還能結(jié)合未來七天的天氣預(yù)報，生成未來七天水質(zhì)變化的預(yù)測預(yù)警報告。這也是國內(nèi)首個深水湖泊水質(zhì)水華預(yù)測預(yù)警平臺。

中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所（以下簡稱南京地湖所）研究員朱廣偉，是這套“體檢系統(tǒng)”的研制者之一。自2001年與湖泊水環(huán)境治理結(jié)緣以來，朱廣偉便開始圍著湖泊水庫中的藍(lán)藻、淤泥、營養(yǎng)鹽、水草轉(zhuǎn)。

朱廣偉

打造千島湖“體檢系統(tǒng)”

黝黑的皮膚、清瘦的面龐，常年在國內(nèi)外湖泊取樣、觀測的朱廣偉，被野外的雨雪風(fēng)霜“雕刻”成了如今這副模樣。

最近，他每隔幾天就會打開“千島湖水質(zhì)水華預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)”，察看監(jiān)測數(shù)據(jù)能否正常上傳。這套系統(tǒng)是他和同事7年心血的結(jié)晶。

2019年9月，千島湖正式向杭州市供水。千島湖是浙江省杭州市的重要水源，也是整個長三角地區(qū)重要的戰(zhàn)略水源地。

但千島湖的局部庫灣也曾暴發(fā)藍(lán)藻水華，對周圍地區(qū)居民的飲水安全造成影響。

水華，是指由于湖庫水體中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)含量過多，導(dǎo)致在適宜的水文、氣象條件下，水中藻類瘋長的一種生態(tài)現(xiàn)象，也是水體在富營養(yǎng)化過程中常出現(xiàn)的生態(tài)問題。

“千島湖是深水湖泊，最深處可達(dá)100米。我們在千島湖500多平方公里的湖面上，設(shè)置了11個浮標(biāo)。其中的剖面標(biāo)、水質(zhì)探頭每隔4小時下沉至水底40米處，分層檢測水體葉綠素、溶解氧、水溫、濁度等關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)。系統(tǒng)可根據(jù)這些數(shù)據(jù)，預(yù)測出未來七天千島湖水質(zhì)水華的變化情況?！敝鞆V偉說。

從2012年起，朱廣偉開始牽頭設(shè)計千島湖水質(zhì)水華的自動監(jiān)測體系，這是“體檢系統(tǒng)”的重要組成部分。

“人們一般只知道藍(lán)藻瘋長與水污染有關(guān)，但很少有人關(guān)注快速變化的水文、氣象條件在藍(lán)藻生長過程中所發(fā)揮的作用，特別是在水質(zhì)較好的深水水庫。”朱廣偉說，他和同事根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，逐步摸索出水庫中硅藻、藍(lán)藻的生長規(guī)律。更重要的是，他們還分析出了短期水文、氣象條件變化對水中藻類種群、生物量等的影響。

一場暴雨過后，水庫入庫河道部分的水體可能會變得十分渾濁。高濁度水團(tuán)就像攤大餅一樣，在水庫中迅速擴散。其所到之處，與藻類生長有關(guān)的營養(yǎng)鹽濃度、光溫條件可能會驟變。

“利用‘體檢系統(tǒng)’的水動力生態(tài)模型，可以算出高濁度水團(tuán)從進(jìn)庫到出庫的時間，再綜合水庫當(dāng)時的氣象、水文等條件，就可預(yù)測出該水庫水質(zhì)和藍(lán)藻的變化情況。這些信息可以為自來水廠等企業(yè)和相關(guān)部門及時采取應(yīng)對措施提供幫助。”朱廣偉說。

每年有大半時間漂在湖上

2001年，浙江大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)博士畢業(yè)后，朱廣偉來到心儀已久的南京地湖所工作。

“讀博期間，我已經(jīng)在做運河底泥污染及疏浚物處置的相關(guān)研究，覺得做水體研究很有意思。當(dāng)時，我和同學(xué)常去湖泊取樣，坐在船里、漂在水上的感覺，有點像旅游啊?！辈黄堁孕Φ闹鞆V偉，一提到野外作業(yè)，狀態(tài)立刻放松下來，仿佛心都要飛出去了。

“太湖特別大，但水很淺，最深的地方才3米。一場風(fēng)雨襲來，湖水就全被攪動起來了。湖底淤泥會釋放出磷，這給藍(lán)藻提供了豐富的養(yǎng)料?！敝鞆V偉一年中有大半時間漂在湖上。他輾轉(zhuǎn)于太湖的幾百根泥柱中，測量泥土的營養(yǎng)鹽成分，了解底泥懸浮、沉降過程對水中磷濃度的影響。

在朱廣偉看起來，常在“江湖”漂，說起來浪漫，卻也險象環(huán)生。

2003年7月17日，是朱廣偉銘記一生的日子。那天下午，他和同事剛剛結(jié)束在太湖梅梁灣為期一周的觀測工作，在返航途中，大片黑云裹挾著暴雨向他們襲來，頓時狂風(fēng)大作。浪頭掀至1米多高，在船尾綁著的救生艇就像驚馬一樣跳來跳去。幸虧當(dāng)時船上備了六個錨，他們頂風(fēng)下錨，船上八名工作人員一起趴下，用身體壓住采樣設(shè)備和樣品。

“那時，我感覺人就像樹葉一樣脆弱，隨時可能被卷到湖里去?！敝鞆V偉回憶道。30分鐘之后，風(fēng)雨過去，大家起身發(fā)現(xiàn)，船上的帆布篷已被狂風(fēng)撕成碎條，船上到處是湖水。

還有一次，朱廣偉和同事從太湖蘇州段回來，GPS沒有電了，船長憑著經(jīng)驗駕駛，結(jié)果到了晚上八九點，才發(fā)現(xiàn)方向錯了，油也耗光了。漆黑的晚上，失去動力的船在大風(fēng)下亂漂，船上工作人員的手機又沒有電了。幸虧隨行的學(xué)生帶了備用手機，才呼叫到了救援隊。

這些經(jīng)歷，讓朱廣偉變得愈加細(xì)心。每次去湖泊采樣，導(dǎo)航儀、手機、發(fā)動機電瓶都要備雙份，GPS要充滿電，油料要備足。另外，他還會準(zhǔn)備一根竹篙，以便在拋錨時自救。

另辟蹊徑設(shè)計監(jiān)測平臺

2005年朱廣偉任太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)研究站副站長后，承擔(dān)起太湖逐月生態(tài)監(jiān)測工作。他喜歡站在船頭，觀察湖水的變化，預(yù)判水體透明度、總氮、總磷、葉綠素等指標(biāo)，并將它們記錄在當(dāng)天的調(diào)查日志中。

“對水體研究來說，現(xiàn)場直觀的觀測感受十分重要。如果實驗室分析出的結(jié)果和預(yù)判相差太大，就需要認(rèn)真剖析原因。做生態(tài)環(huán)境研究，不去做實地調(diào)查，就沒有發(fā)言權(quán)。”朱廣偉說。

“在制訂太湖藍(lán)藻水華控制方案時，許多人將重點放在底泥疏浚上，但其實太湖的底泥污染并沒有大家想象得那么嚴(yán)重，大部分水域的底泥是不需要被挖走的?！痹谡莆樟素S富的數(shù)據(jù)后，朱廣偉提出，把恢復(fù)湖灣中的水草植物列為工作重點?！斑@樣做，一來可以加固底泥，二來可以讓水草與藍(lán)藻競爭營養(yǎng)鹽與光照，抑制藍(lán)藻的生長。此外，水草多了，浮游動物和魚類也就多了，湖體的營養(yǎng)鹽自凈能力也會得到加強?！?/p>

從2005年起，朱廣偉開始設(shè)計太湖水質(zhì)及藍(lán)藻高頻監(jiān)測平臺，監(jiān)測數(shù)據(jù)自動上傳入網(wǎng)的頻次達(dá)10分鐘/次。此前，湖泊水質(zhì)監(jiān)測基本靠人工取樣分析，耗時長且無法監(jiān)測到大型淺水湖泊藍(lán)藻水華、營養(yǎng)鹽濃度在氣象因素影響下的快速變化情況。

2009年，基于高頻監(jiān)測系統(tǒng)的藍(lán)藻水華預(yù)測預(yù)警模型被開發(fā)完成，成為國內(nèi)首套湖泊藍(lán)藻水華及湖泛監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。

從2009年到2016年，朱廣偉和同事發(fā)布了380期《太湖藍(lán)藻及湖泛監(jiān)測預(yù)警半周報》，為國家和省市有關(guān)部門決策提供了重要依據(jù)，保障了太湖飲用水源地的生態(tài)安全。他們的工作獲得國家水專項的項目支持，相關(guān)成果獲得2018年度環(huán)境保護(hù)科學(xué)技術(shù)獎一等獎。

“我喜歡湖泊，最讓我開心的，莫過于看到湖庫變得更美、水資源變得更安全、生態(tài)系統(tǒng)變得更健康?！敝鞆V偉說。