為了科學斗藍藻,他常在“江湖”漂

2019-12-03 15:25:55 來源: 中國科技網-科技日報 作者: 金鳳
朱廣偉,水環境治理,


愛國情 奮斗者

長三角重要的戰略水源地千島湖,最近有了自己的“體檢系統”——“千島湖水質水華預測預警系統”。

每隔4小時,該系統會采集1次水樣并輸出水質數據,它還能結合未來7天的天氣預報,生成預測未來7天水質變化的預測預警報告。這也是國內首個深水湖泊水質水華預測預警平臺。

中國科學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”的研制者之一。自2001年與湖泊水環境治理結緣以來,朱廣偉便開始圍著湖泊水庫中的藍藻、淤泥、營養鹽、水草轉。

歷時七年打造千島湖“體檢系統”

黝黑的皮膚、清瘦的面龐,常年在國內外湖泊取樣、觀測的朱廣偉,被野外的雨雪風霜“雕刻”成了這副模樣。

最近,他每隔幾天就會打開“千島湖水質水華預測預警系統”,察看監測數據能否被正常上傳。這是他和同事歷時7年,為千島湖量身打造的“體檢系統”。

千島湖是浙江省杭州市的重要水源,也是整個長三角地區重要的戰略水源地。2019年9月,千島湖正式向下游杭州市和嘉興市近千萬人口供水。

如今作為優質水源地的千島湖,局部庫灣也曾暴發藍藻水華,對周圍地區居民的飲水安全造成影響。

水華,是指由于湖庫水體中氮、磷等營養物質含量過多,導致在適宜的水文、氣象條件下,水中藻類瘋長的一種生態現象,它也是水體在富營養化過程中常出現的生態問題。

“千島湖是深水湖泊,最深處可達100米。我們在千島湖500多平方公里的湖面上,設置了11個浮標。其中的剖面標、水質探頭可每隔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、濁度等關鍵水質參數。系統可根據這些數據,預測出未來7天千島湖水質水華的變化情況?!敝鞆V偉說。

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

“人們一般只知道藍藻瘋長與水污染有關,但很少有人關注快速變化的水文、氣象條件在藍藻生長過程中所發揮的作用,特別是在水質較好的深水水庫?!敝鞆V偉說,他和同事根據監測數據,逐步摸索出水庫中硅藻、藍藻的生長規律。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。

朱廣偉舉例說道,比如,一場大暴雨過后,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,與藻類生長有關的營養鹽濃度、光溫條件可能會驟變。

“利用‘體檢系統’的水動力生態模型,可以算出高濁度水團從進庫到出庫的時間,再綜合水庫當時的氣象、水文等條件,就可預測出該水庫水質和藍藻的變化情況。這些信息可為自來水廠等部門及時采取應對措施提供幫助?!敝鞆V偉說。

一年中有半年時間漂在湖上

2001年,從浙江大學環境工程專業博士畢業后,朱廣偉來到心儀已久的南京地湖所工作。

“讀博期間,我已經在做運河底泥污染及疏浚物處置的相關研究,覺得做水體研究很有意思。當時,我和同學常去湖泊取樣,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,狀態立刻放松下來,仿佛心都要飛出去了。

不過,當站到了太湖邊,朱廣偉發現,水體研究遠沒有那么浪漫,取而代之的,是研究中面臨的一個個具體問題。

“太湖特別大,但水很淺,最深的地方才3米。一場風雨襲來,湖水就全被攪動起來了。湖底淤泥會釋放出磷,這給藍藻提供了豐富的養料?!睆?001年開始,朱廣偉每年都有半年時間漂在湖上,在太湖和長江中下游地區湖泊做底泥調查。他要輾轉從太湖的幾百根泥柱中,測量泥土的營養鹽成分,了解底泥懸浮、沉降過程對水中磷濃度的影響。

“在制定太湖藍藻水華控制方案時,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富的數據后,朱廣偉提出,把恢復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藻競爭營養鹽與光照,抑制藍藻的生長。此外,水草多了,浮游動物和魚類也就多了,湖體的營養鹽自凈能力也會得到加強?!?/p>

從2005年起,朱廣偉開始設計太湖水質及藍藻高頻監測平臺,監測數據自動上傳入網的頻次達10分鐘/次?!按饲?,湖泊水質監測基本靠人工取樣分析,這種傳統的方法耗時長且無法監測到大型淺水湖泊藍藻水華、營養鹽濃度在氣象因素影響下的快速變化情況。例如,持續一周的寒潮很可能影響一整年的藍藻水華發生情況,用原有方法,由于監測周期太長,這些短期出現卻可能影響深遠的突發狀況,往往難以被監測到?!彼f。

2009年,基于高頻監測系統的藍藻水華預測預警模型被開發完成,成為國內首套湖泊藍藻水華及湖泛監測預警系統。從2009年到2016年,朱廣偉和同事發布了380期《太湖藍藻及湖泛監測預警半周報》,為國家和省市有關部門決策提供了重要依據,保障了太湖飲用水源地的生態安全。他們的工作獲得國家水專項的項目支持,相關成果獲得2018年度環境保護科學技術獎一等獎。

出野外時險被巨浪卷入湖中

在2005年任太湖湖泊生態系統研究站副站長后,朱廣偉承擔起太湖逐月生態監測工作,常要帶隊開船赴野外作業。不駕駛快艇時,他喜歡站在船頭,觀察湖水的變化,預判水體透明度、總氮、總磷、葉綠素等指標,并將它們記錄在當天的調查日志中。

“對水體研究來說,現場直觀的觀測感受十分重要。如果實驗室分析出的結果和預判相差太大,就需要認真剖析原因。做生態環境研究,不去做實地調查,就沒有發言權?!敝鞆V偉說。

在朱廣偉看起來,常在“江湖”漂,雖然說起來浪漫,但也險象環生。

2003年7月17日,是朱廣偉銘記一生的日子。那天下午,他和同事剛剛結束在太湖梅梁灣為期一周的觀測工作,在返航途中,突然一大片黑云裹挾著暴雨向他們襲來,頓時狂風大作。幸虧當時船上備了6個錨,他們頂風下錨,同時船上8名工作人員一起趴下,用身體壓住采樣設備和樣品。

巨風之下,船上桌子的抽屜,一個個嗖嗖地飛到湖里,浪頭一下子被掀至一米來高,在船尾綁著的救生艇就像驚馬一樣跳來跳去。

“那時,我感覺人就像樹葉一樣脆弱,隨時可能被卷到湖里去,心想這回可能要‘交待’在這里了。30分鐘之后,風雨過去,大家起身發現,船上的帆布篷已被狂風撕成碎條,船上到處是湖水?!敝鞆V偉回憶道,他并未受此影響,“從那以后,膽子反而更大了”。

還有一次,朱廣偉和同事從太湖蘇州段回來,GPS沒有電了,船長憑著經驗走,結果到了晚上八九點,才發現方向錯了,油也耗光了。漆黑的晚上,失去動力的船在大風下亂漂,船上工作人員的手機又沒有電了。幸虧一位隨行的學生,帶了一部備用手機,這才能呼叫到救援隊。

這些經歷,讓朱廣偉變得愈加細心。每次去湖泊采樣,導航儀、手機、發動機電瓶都要備雙份,GPS要充滿電,油料要備足。另外,他還會準備一根竹篙,以便在拋錨時自救。

“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、生態系統變得更健康?!敝鞆V偉說。

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責任編輯:何沛蓯
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