從兩張同一視角分別拍攝于2016年和2021年浙江嘉興南湖的照片可以看出，相隔5年，水質(zhì)的變化已經(jīng)清晰可見。今天的南湖水，水草蕩漾，碧波清澈。在過去7年多的時間里，南湖水質(zhì)從之前的Ⅴ類，提升至如今的湖庫Ⅲ類水，這樣的變化是怎么發(fā)生的呢？
初夏時節(jié)，在嘉興不少河道和水蕩里，都還在進行著種水草的工作。
中國環(huán)境科學研究院湖泊生態(tài)環(huán)境研究所所長、研究員 姜霞：對于流動性比較大的種子一沖就走了，我們可能會用扦插的方式，對于比較好的水體，我們有一些拋種子的方式也可以種。
今天的嘉興南湖碧綠清澈，水質(zhì)的變化就與一棵棵種植到水底扎根生長的水草有關(guān)。看到這兒，千萬別以為南湖水質(zhì)變成如今的湖庫Ⅲ類水，靠的僅是種水草這么簡單。單純?yōu)檫@些水草提供一個安全的水環(huán)境就用了近7年。
嘉興地處太湖流域下游，杭嘉湖平原的腹心地帶；東臨大海，南倚錢塘江；京杭大運河也有110多公里過境嘉興。城中200多條河道，水系縱橫，湖泊眾多，水域面積占整個城市的12%。9條呈放射狀的水系連接著中心位置的南湖。
在嘉興的水源中，80%是過境水，分別從吳江、湖州和杭州進入。過去很長一段時間，上游來水的水質(zhì)曾嚴重影響著嘉興的水環(huán)境。而作為浙北糧倉和紡織印染、制造產(chǎn)業(yè)的聚集地，復雜的污染成因讓嘉興的水一度被視作“生態(tài)之殤”。
2016年，國家開始“十三五”期間水污染控制與治理科技重大專項，嘉興的水環(huán)境治理是其中一項。包括國家環(huán)境科學院在內(nèi)，十幾家科研單位的科學家們一同進駐嘉興。在浙江“五水共治”的基礎(chǔ)上，嘉興成為全國水生態(tài)修復的試點城市。時間推進到2020年。從污染治理到生態(tài)修復，嘉興遇到了瓶頸。
嘉興市生態(tài)環(huán)境局局長 施曉松：南湖中心有一個省控斷面一直達不到湖庫Ⅲ類的標準，有另外幾個監(jiān)測斷面，我們在治理過程中看得到希望，就南湖一直看不到希望，因為它是湖庫標準，要求更高。
湖庫Ⅲ類水的標準意味著南湖不僅要水質(zhì)達標，還需要具備良好的生態(tài)功能。而南湖九水連心，它的生態(tài)修復牽一發(fā)動全身。浙江清華長三角研究院的生態(tài)環(huán)境研究所也是嘉興水生態(tài)修復項目的科研團隊之一。
浙江清華長三角研究院生態(tài)環(huán)境研究所所長 劉銳：從生態(tài)的角度來講，想要向第三個階段邁進，就是生態(tài)修復，更好地實現(xiàn)生物多樣性的提升，首先有很好的本底，才能去做生態(tài)修復，所以控源是最基本的保障，也是最重要的保障，否則生態(tài)修復的效果很難維持。
針對潛在的和更加復雜的污染源如何快速判斷和管控的問題，劉銳所長的團隊有兩個創(chuàng)新。一個，他們收集了嘉興市主要河道近十年的數(shù)據(jù)，經(jīng)過詳細的整理、分析，形成數(shù)據(jù)庫，總結(jié)出不同河道在不同氣候條件和外部環(huán)境下，水質(zhì)的變化規(guī)律和可能出現(xiàn)的污染特征。一旦某個監(jiān)測斷面出現(xiàn)問題，把實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)庫進行比對，他們能夠快速高效地鎖定需要被重點勘查的河道和區(qū)域。
而在旁邊一間實驗室里正在進行的是他們的另一個新嘗試：他們?yōu)榧闻d可能出現(xiàn)的污染源整理出可供比對的指紋庫。不但要摸準河道里水的脾氣和性格，他們還有一套為河水采集指紋的手段。
浙江清華長三角研究院生態(tài)環(huán)境研究所所長 劉銳：指紋信息是水里有很多可以發(fā)射熒光的物質(zhì)，給它一個激發(fā)波長，這個物質(zhì)就會再發(fā)射一個波長，形成一個特定的像指紋一樣的圖譜出來。
把出現(xiàn)問題的水樣指紋和指紋庫進行比對，就可以快速鎖定所有可能的污染源信息。無論是在線監(jiān)測，還是大數(shù)據(jù)庫的整理和分析，甚至利用熒光圖譜采集指紋的方式，還有無人船的聲吶技術(shù)以及勘測水下排污管網(wǎng)的手段。這些技術(shù)中單獨的哪一樣都不能說是絕對的創(chuàng)新，但科學家們把這一系列手段綜合利用在水污染的溯源和精準防控上，卻是科技賦能美麗中國建設(shè)的全新嘗試。這帶來的將是管理理念和方式的變革。
生態(tài)環(huán)境部科技與財務司科技處處長 于俊杰：隨著科技手段的升級、儀器裝備設(shè)備的升級，還有治理理念的更新，現(xiàn)在我們更多是從原來的末端走向了過程、走向了前端、走向了預警，還有更超前的一些未知事件的提前研判，這會帶來很多顛覆性的變化，對我們將來的管理模式會產(chǎn)生很多顛覆性變化。
在嘉興南湖的生態(tài)修復過程中，精準溯源、控源的問題解決了，可怎么讓這些水草能存活下去，科研團隊還面臨著另一個挑戰(zhàn)。
中國環(huán)境科學研究院湖泊生態(tài)環(huán)境研究所所長、研究員 姜霞：我們當時也在考慮如何把客水里面污染比較重的，直接快速流經(jīng)城市或者通過大包圍排出去，我們把相對好的一些區(qū)域的水用來作為先期的水，提供水生植被生長的良好環(huán)境，但是它的水動力條件實在太差了。
嘉興地處平原河網(wǎng)，整個城市水域從上游到下游橫跨100多公里，但水位落差不足一米。再加上海洋的潮汐對城市水體的頂托作用，嘉興的水流動性極差。
同濟大學環(huán)境科學與工程學院副教授 王榮昌：這是我們的一個難點，也是智慧的地方。平原河網(wǎng)地區(qū)的水位調(diào)控靠有限的水位差，有點趕潮的那種河網(wǎng)水系，有時候水位高，有時候水位低，水位高的時候就把閘打開，就往這兒引，水位低就降下來，水位就存下來。
嘉興作為內(nèi)澇城市，有一個相對完整的防洪系統(tǒng)。54個閘壩和5大樞紐正好把主城區(qū)圍在中間。來自同濟大學的科研團隊十分巧妙地利用了已有的防洪工程，通過人為手段制造一些水位差，水的流動性有了，也為有選擇性地把流經(jīng)嘉興客水中的優(yōu)質(zhì)水補充到市區(qū)水網(wǎng)創(chuàng)造了條件。簡單說，就是把好水留下，不好的排出去。
王榮昌教授用他們制作的基于大數(shù)據(jù)的水動力模型，展示了不同方案下，嘉興整個城市水網(wǎng)在相應時間內(nèi)的調(diào)水、換水場景。而南湖作為水網(wǎng)中心點，也是用這樣的方式實現(xiàn)了水體的調(diào)度和轉(zhuǎn)換。
同濟大學環(huán)境科學與工程學院副教授 王榮昌：我們真正的挑戰(zhàn)不是水動力模擬，這個是相對比較成熟的。我們的模擬是把水質(zhì)的指標也加進去，讓南湖慢慢變成一個透明的系統(tǒng)，這個透明指的是對整個水質(zhì)的特性、生物的特性、生態(tài)的特性，都有數(shù)據(jù)的監(jiān)測和支撐。
數(shù)智化正是南湖水生態(tài)修復科技賦能典型的特征之一。水質(zhì)條件具備了，中國環(huán)科院的湖泊生態(tài)研究所要解決最后的難題。
中國環(huán)境科學研究院湖泊生態(tài)環(huán)境研究所所長、研究員 姜霞：它的底泥像流狀的，很稀。行船以后就擾起來了，植物扎不了根。在流態(tài)泥的情況下，有機質(zhì)又比較高，我如何進行植物修復。
他們用了一個看似簡單，卻非常智慧的做法。在南湖特定區(qū)域，優(yōu)先選擇能夠進行水生態(tài)修復的水體，再利用一些水底和水面的工程作為輔助措施降低擾動，在減少人為干預的同時，提升水體透明度。
中國環(huán)境科學研究院湖泊生態(tài)環(huán)境研究所所長、研究員 姜霞：這樣能夠快速進行植被植物的扎根和擴繁。
南湖就是這樣，從邊緣向湖心，一點點清澈起來。現(xiàn)在，南湖里的水生植物已經(jīng)從人工種植的三種恢復到了十多種，底棲動物的種類也達到了十種以上。這里的水下森林已經(jīng)是一個豐富多彩的生態(tài)系統(tǒng)了。而南湖的成功經(jīng)驗也正在輻射整個長三角地區(qū)生態(tài)一體化進程。在嘉善縣，生態(tài)修復后的祥符蕩成為長三角地區(qū)的科創(chuàng)綠谷；在平湖，水生態(tài)修復正在助力這里美麗鄉(xiāng)村的建設(shè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
秀水泱泱，紅船依舊。這就是整個南湖生態(tài)蝶變的過程。
有了健康的生態(tài)環(huán)境，南湖的水質(zhì)已經(jīng)可以穩(wěn)定保持在湖庫Ⅲ類水的標準。加強科技支撐，是健全美麗中國建設(shè)保障體系的重要內(nèi)容。科技賦能美麗中國建設(shè)，南湖只是一個縮影。我們看到，監(jiān)測是手段、模型是手段、生態(tài)措施是手段，而科研工作者們將這些手段有機地合成了一個技術(shù)體系，這也為跨區(qū)域、跨領(lǐng)域的生態(tài)環(huán)境治理提供了有益借鑒。高水平保護，高質(zhì)量發(fā)展，這是科技賦能美麗中國建設(shè)的意義所在。