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为了科学斗蓝藻,他常在“江湖”漂

作者:科技日报 发布日期:2019-12-02

爱国情 奋斗者

  长三角重要的战略水源地千岛湖,最近有了自己的“体检系统”——“千岛湖水质水华预测预警系统”。

  每隔4小时,该系统会采集1次水样并输出水质数据,它还能结合未来7天的天气预报,生成预测未来7天水质变化的预测预警报告。这也是国内首个深水湖泊水质水华预测预警平台。

  中国科学院南京地理与湖泊研究所(以下简称南京地湖所)研究员朱广伟,是这套“体检系统”的研制者之一。自2001年与湖泊水环境治理结缘以来,朱广伟便开始围着湖泊水库中的蓝藻、淤泥、营养盐、水草转。

  历时七年打造千岛湖“体检系统”

  黝黑的皮肤、清瘦的面庞,常年在国内外湖泊取样、观测的朱广伟,被野外的雨雪风霜“雕刻”成了这副模样。

  最近,他每隔几天就会打开“千岛湖水质水华预测预警系统”,察看监测数据能否被正常上传。这是他和同事历时7年,为千岛湖量身打造的“体检系统”。

  千岛湖是浙江省杭州市的重要水源,也是整个长三角地区重要的战略水源地。2019年9月,千岛湖正式向下游杭州市和嘉兴市近千万人口供水。

  如今作为优质水源地的千岛湖,局部库湾也曾暴发蓝藻水华,对周围地区居民的饮水安全造成影响。

  水华,是指由于湖库水体中氮、磷等营养物质含量过多,导致在适宜的水文、气象条件下,水中藻类疯长的一种生态现象,它也是水体在富营养化过程中常出现的生态问题。

  “千岛湖是深水湖泊,最深处可达100米。我们在千岛湖500多平方公里的湖面上,设置了11个浮标。其中的剖面标、水质探头可每隔4小时下沉至水底40米处,分层检测水体叶绿素、溶解氧、水温、浊度等关键水质参数。系统可根据这些数据,预测出未来7天千岛湖水质水华的变化情况。”朱广伟说。

  从2012年起,朱广伟开始牵头设计千岛湖水质水华的自动监测体系,这是“体检系统”的重要组成部分。

  “人们一般只知道蓝藻疯长与水污染有关,但很少有人关注快速变化的水文、气象条件在蓝藻生长过程中所发挥的作用,特别是在水质较好的深水水库。”朱广伟说,他和同事根据监测数据,逐步摸索出水库中硅藻、蓝藻的生长规律。更重要的是,他们还分析出了短期水文、气象条件变化对水中藻类种群、生物量等的影响。

  朱广伟举例说道,比如,一场大暴雨过后,水库入库河道部分的水体可能会变得十分浑浊。高浊度水团就像摊大饼一样,在水库中迅速扩散。其所到之处,与藻类生长有关的营养盐浓度、光温条件可能会骤变。

  “利用‘体检系统’的水动力生态模型,可以算出高浊度水团从进库到出库的时间,再综合水库当时的气象、水文等条件,就可预测出该水库水质和蓝藻的变化情况。这些信息可为自来水厂等部门及时采取应对措施提供帮助。”朱广伟说。

  一年中有半年时间漂在湖上

  2001年,从浙江大学环境工程专业博士毕业后,朱广伟来到心仪已久的南京地湖所工作。

  “读博期间,我已经在做运河底泥污染及疏浚物处置的相关研究,觉得做水体研究很有意思。当时,我和同学常去湖泊取样,坐在船里、漂在水上的感觉,有点像旅游啊。”不苟言笑的朱广伟,一提到野外作业,状态立刻放松下来,仿佛心都要飞出去了。

  不过,当站到了太湖边,朱广伟发现,水体研究远没有那么浪漫,取而代之的,是研究中面临的一个个具体问题。

  “太湖特别大,但水很浅,最深的地方才3米。一场风雨袭来,湖水就全被搅动起来了。湖底淤泥会释放出磷,这给蓝藻提供了丰富的养料。”从2001年开始,朱广伟每年都有半年时间漂在湖上,在太湖和长江中下游地区湖泊做底泥调查。他要辗转从太湖的几百根泥柱中,测量泥土的营养盐成分,了解底泥悬浮、沉降过程对水中磷浓度的影响。

  “在制定太湖蓝藻水华控制方案时,许多人将重点放在底泥疏浚上,但其实太湖的底泥污染并没有大家想象得那么严重,大部分水域的底泥是不需要被挖走的。”在掌握了丰富的数据后,朱广伟提出,把恢复湖湾中的水草植物列为工作重点。“这样做,一来可以加固底泥,二来可以让水草与蓝藻竞争营养盐与光照,抑制蓝藻的生长。此外,水草多了,浮游动物和鱼类也就多了,湖体的营养盐自净能力也会得到加强。”

  从2005年起,朱广伟开始设计太湖水质及蓝藻高频监测平台,监测数据自动上传入网的频次达10分钟/次。“此前,湖泊水质监测基本靠人工取样分析,这种传统的方法耗时长且无法监测到大型浅水湖泊蓝藻水华、营养盐浓度在气象因素影响下的快速变化情况。例如,持续一周的寒潮很可能影响一整年的蓝藻水华发生情况,用原有方法,由于监测周期太长,这些短期出现却可能影响深远的突发状况,往往难以被监测到。”他说。

  2009年,基于高频监测系统的蓝藻水华预测预警模型被开发完成,成为国内首套湖泊蓝藻水华及湖泛监测预警系统。从2009年到2016年,朱广伟和同事发布了380期《太湖蓝藻及湖泛监测预警半周报》,为国家和省市有关部门决策提供了重要依据,保障了太湖饮用水源地的生态安全。他们的工作获得国家水专项的项目支持,相关成果获得2018年度环境保护科学技术奖一等奖。

  出野外时险被巨浪卷入湖中

  在2005年任太湖湖泊生态系统研究站副站长后,朱广伟承担起太湖逐月生态监测工作,常要带队开船赴野外作业。不驾驶快艇时,他喜欢站在船头,观察湖水的变化,预判水体透明度、总氮、总磷、叶绿素等指标,并将它们记录在当天的调查日志中。

  “对水体研究来说,现场直观的观测感受十分重要。如果实验室分析出的结果和预判相差太大,就需要认真剖析原因。做生态环境研究,不去做实地调查,就没有发言权。”朱广伟说。

  在朱广伟看起来,常在“江湖”漂,虽然说起来浪漫,但也险象环生。

  2003年7月17日,是朱广伟铭记一生的日子。那天下午,他和同事刚刚结束在太湖梅梁湾为期一周的观测工作,在返航途中,突然一大片黑云裹挟着暴雨向他们袭来,顿时狂风大作。幸亏当时船上备了6个锚,他们顶风下锚,同时船上8名工作人员一起趴下,用身体压住采样设备和样品。

  巨风之下,船上桌子的抽屉,一个个嗖嗖地飞到湖里,浪头一下子被掀至一米来高,在船尾绑着的救生艇就像惊马一样跳来跳去。

  “那时,我感觉人就像树叶一样脆弱,随时可能被卷到湖里去,心想这回可能要‘交待’在这里了。30分钟之后,风雨过去,大家起身发现,船上的帆布篷已被狂风撕成碎条,船上到处是湖水。”朱广伟回忆道,他并未受此影响,“从那以后,胆子反而更大了”。

  还有一次,朱广伟和同事从太湖苏州段回来,GPS没有电了,船长凭着经验走,结果到了晚上八九点,才发现方向错了,油也耗光了。漆黑的晚上,失去动力的船在大风下乱漂,船上工作人员的手机又没有电了。幸亏一位随行的学生,带了一部备用手机,这才能呼叫到救援队。

  这些经历,让朱广伟变得愈加细心。每次去湖泊采样,导航仪、手机、发动机电瓶都要备双份,GPS要充满电,油料要备足。另外,他还会准备一根竹篙,以便在抛锚时自救。

  “我喜欢湖泊,最让我开心的,莫过于看到湖库变得更美、水资源变得更安全、生态系统变得更健康。”朱广伟说。

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