千島湖水質水華預測預警系統上線

　　 螺黛一丸，碧岫千尋，“千島碧水畫中游”，風光迤邐的千島湖令人向往。但更重要的是，這里因水質優良而成為長三角地區的戰略水源地。

　　 “水質安全保障是千島湖水環境保護的頭等大事”。已經守望太湖20余載的秦伯強深知科學保護“一方凈水”的重要性。

　　 基于10余年的研究積累，近日，由中國科學院南京地理與湖泊研究所（以下簡稱“南京地湖所”）研究員秦伯強領銜的湖泊生態系統動力學團隊主導研發的“千島湖水質水華預測預警系統”在千島湖正式上線。這是國內首個水庫型水質水華預測預警平臺，實現了全方位在線數據監測。

　　 千島湖有了“守護者”，千家萬戶享用“有點甜”的山泉湖水得以保障。

　　 復雜脆弱 人工難測

　　 千島湖，距離杭州市大約150公里，是第一座我國自行設計建造的特大型水庫。近年來，隨著庫區周邊及上游流域社會經濟不斷發展，千島湖水體富營養化水平緩慢加重，由此引發了藻類異常增殖現象時有發生。

　　 千島湖藻類異常增殖事件出現的時間、位置均具有較大偶然性。同時，由于千島湖屬于深水湖庫，庫區面積大，國內外并沒有可借鑒的成熟的水質保護和藻類水華生態災害預防經驗，使得千島湖優良水質的長期穩定維持面臨極大的挑戰。

　　 秦伯強認為，千島湖水質保護難度大原因有三。首先，流域內山高坡陡，暴雨徑流與季節性農業活動疊加的水文過程對水質影響強烈；其次，因湖面島嶼密布、庫底地形復雜以及湖庫水深較大，千島湖水體水動力及熱分層等物理過程復雜多變，使得千島湖水質、水生態格局呈現高度的時空異質性；最后，單一結構的湖庫生態系統相對脆弱，氣候變化、極端氣氣候事件、魚類種群結構變化等，都可使局部庫灣多次暴發藻類水華。

　　 今年9月，千島湖正式開始為杭州供水，其水質生態安全關系到千萬人口的日常飲水供給和民生安定。保護，勢在必行。

　　 “過去，千島湖水質檢測我們常常是‘瞎子摸象’。”杭州市淳安縣環境保護監測站站長鄭文婷告訴《中國科學報》，千島湖的水質檢測主要采取人工每周巡測，開著船到湖里去取樣，耗時長，還不能全面及時掌握全湖的水質水華情況。尤其在汛期，人工監測只能判定監測點位的水質情況，不能對水質情況進行空間和時間上的預測，在藻類敏感期也只能通過對庫區的敏感與重點區域進行巡測。

　　 南京地湖所湖泊生態系統動力學團隊與杭州市和淳安縣相關科研和管理機構的合作已將近十年。“千島湖的自動監測系統已經基本完備，而預測預警軟件和交互展示平臺的構建成為當務之急。”秦伯強表示。

　　 智能監測 及時預報

　　 早在2007年，秦伯強便帶領團隊在太湖設計建成了國內首套自動高頻監測系統，構建了具有自主知識產權的太湖水環境動力學數值模型，開始對太湖藍藻水華發生發展情勢進行預測和發布報告，不斷升級換代并逐步實現了太湖藍藻水華及湖泛監測預警工作的業務化運行。

　　 豐富經驗與深厚積累，讓秦伯強在守護千島湖時更加自信和從容。

　　 “千島湖水質水華預測預警系統”以自主研發構建的“高頻自動監測-遙感影像解譯-流域水文模擬-三維水動力水質模擬”體系為核心。簡言之，就是通過“天-地-湖”一體化的數據監測及數值模擬，實現覆蓋整個千島湖湖面及流域的全方位數字化管理。

　　 高頻自動監測即數位“智能哨兵”分布在重點入湖斷面、飲用水水源地，它們實時獲取千島湖的水質信息，而后再以遙感監測信息為驗證手段，同時通過構建模型模擬歷史和未來千島湖出入湖流量數據，以及模擬湖泊水體水動力和水質指標的空間分布及動態變化，最終自動生成《千島湖水質水華預測預警報告》。

　　 “該系統實現了對千島湖未來7天的水質水華狀況進行預測預警，可獲得包括水溫、溶解氧、葉綠素、總氮、總磷、氨氮等關鍵水質指標的時空變化數據，根據報告結果，我們能及時啟動相關應急響應預案，并采取相應水處理措施，確保千島湖水質和水生態安全。”鄭文婷說，

　　 值得一提的是，該系統采取了“決策支撐平臺”和“場景模擬平臺”雙平臺運行模式。前者是預測預警系統的主體，實行全自動一體化運行，無人工干預，每日定時啟動，自動運行并輸出結果。后者是預測預警系統的功能性拓展，實行人機交互的運行方式，人工設定條件、修改參數并啟動模型。

　　 “雙平臺的特色是可以同時滿足不同使用者需求，‘決策支撐平臺’能夠幫助決策者實時把握千島湖當前的水質狀況，及時預判各水質指標未來一周的變化，以做好應急預案。‘場景模擬平臺’則使管理者針對不同管理目標，設計不同模擬場景，從而制定水質保護策略。”秦伯強說。

　　 護水不易 預測在前

　　 參與該系統研發的還有江西博微新技術有限公司、蘇州中科天啟遙感科技有限公司兩家企業。

　　 南京地湖所湖泊生態系統動力學團隊提供智力技術，企業負責實施落地，在秦伯強看來，這種合作能夠整合優化資源要素，更深更廣泛地統籌科技資源，切實提高科研成果轉化效率，真正實現科研成果為地方解決需求，也讓科學家更腳踏實地地服務于國計民生。

　　 這套監測和預測預警技術系統具有可移植性、易操作性和高時效性的特點，不同湖庫可根據自身特點進行專業且有針對性的系統搭建。

　　 “保護資源水體很不容易。”秦伯強話鋒一轉，“過去，我們湖泊治理走過很多彎路，背后實質是基礎科學研究的嚴重不足。”

　　 水質惡化除了盲目發展、罔顧環境保護的歷史欠賬因素，近年來，越來越多研究證據表明全球變化的自然趨勢為湖庫富營養化和藻類水華等災害性事件發生提供了有利因素，這使得控制管理難上加難。

　　 “強化科學研究，為治理提供依據和支撐，全社會和管理者要更加重視水質安全和流域生態環境保護。從現實來看，短期內很難實現完全的控源截污，做好日常監測和預測預警、及時應對，總好過污染發生后再治理，”秦伯強說。