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“水大夫”张列宇: 靠AI找出污水河的“病因”

来源:科技日报2021-11-01 09:56

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  张列宇 受访者供图

  在中国环境科学研究院的主楼前,伫立着一块大石头,上书红色大字“绿水青山就是金山银山”。

  中国环境科学研究院研究员张列宇每次到办公室工作,都会经过这块大石头。

  这块石头提醒他思考读博以来就萦绕心中的问题——如何用科研技术“还人民绿水青山”。

  臭水沟、污水河……这些是张列宇从业12年最常去的地方,他说自己是个“水大夫”,专门诊治“生病”的河湖,已成功“治愈”的80余条黑臭河道就是“已经出院的病人”。

  近期,张列宇参与研发的国内首个人工智能流域监管系统成功上线。这个系统可实时监测四川成都双流区白河96平方公里流域,能实现水质断面超标溯源、预测和智能决策三大功能。

  研发人工智能流域监管系统

  “利用大数据、人工智能、区块链、物联网等先进技术,打造一个智能流域监管系统。”张列宇说,由他负责的首个人工智能流域监管系统示范项目,前不久落户于成都双流区白河流域。

  白河,古称色水,是四川盆地区域一条历史悠久的河流。

  白河曾有一段污水横流、花木难生的“黑历史”。经过治理,如今的它碧波荡漾,引来白鹭纷飞。

  如何守住白河流域的治理成果、让清水绿岸、鱼翔浅底的美景定格?这成为张列宇团队不断思考的课题。

  张列宇作为示范项目总负责人,设计研发出应用大数据、人工智能技术的白河流域监管系统。

  这套系统能够利用较少的传感器对96平方公里流域进行覆盖,在半小时内追溯到超标指标的排放源头;能对流域可能发生的溢流和污染物扩散情况,做出准确度超85%的精准预测;还可根据污染源动态解析和仿真预测结果,与系统承载的571种关键技术知识图谱进行智能匹配,为流域治理科学决策提供辅助和依据。

  在张列宇看来,这个系统除了支撑人力管理、提高流域治理的精准度和科学性,还在培育环保产业、扩大环保服务范围方面具有很大潜力。

  谈到智慧系统,张列宇滔滔不绝。“完成流域监管系统建设后,我们还打算做大气环境监管的智慧系统。”他说。

  心中的曹杨环浜成不竭动力

  张列宇是个土生土长的内蒙古汉子,却机缘巧合同“水”结下不解之缘。

  张列宇笑言,因为家乡水流少,他年少时就打算去南方,“去个河湖多的地方上大学”,没想到就来到了“千湖之省”湖北。他本科在武汉理工大学就读环境工程专业,后来在中国科学院水生生物研究所攻读博士学位。

  读博时,一次治理臭水沟的经历,让张列宇下定决心——“为人民守护绿水青山”。

  17年前,位于上海市普陀区的环形水道曹杨环浜是一条有名的臭水沟:河水发黑、蓝藻肆意繁殖,周围市民深受其苦。

  张列宇和导师为了治理这条河流,吃在河边、睡在河畔,做了无数实践调研和净化实验,最终找到曹杨环浜水体黑臭的污染源并进行了针对性截污。他们用了不到1年时间,便治好了这条河。

  后来,张列宇因治理上海其他地区的河道,机缘巧合路过曹杨环浜。没承想,他竟被一位陌生的上海老太太和老大爷给认出来了。他们热情地对他说:“小伙子,谢谢你治好这条河!”

  张列宇和导师的治水行动,竟都被附近的居民默默看在眼里。

  如今,曹杨环浜从远近闻名的臭水沟变成人们休闲娱乐的乐园,河边垂钓、健身的人络绎不绝。看到这一切,张列宇由衷感到满足。

  “那真是改变我科研生涯和专业认知的事情。”张列宇说,“干1万件事不如老百姓点1个赞。”

  从此,张列宇无论是做科研还是搞成果应用,都会从老百姓的角度出发,思考如何让他们尽可能生活在更好的生态环境之中。

  萦绕心中的曹杨环浜,成了他“治水”的不竭动力。

  走南访北进行水污染溯源研究

  2019年,张列宇及其团队成员因“沉水植被的定向调控”项目获得了北京市科学技术进步一等奖。“获奖倒在其次,项目成果提升了首都的水质,让我深感欣慰。”张列宇说。

  北京市是特大缺水型城市,缺乏自然水体,近87%的河流水体需要用再生水进行补水。

  然而,再生水氮、磷等元素含量较高,容易造成藻类暴发。一旦蓝藻铺满水面,水底的沉水植被就见不到光了。

  沉水植被是位于水层下面营固生存的大型水生植物,对缓解水体富营养化有积极作用,能有效抑制“水质杀手”——蓝藻的生长。可见不到光,沉水植被就没法正常萌发生长。随之,失去“对手”的蓝藻就会疯长,最终导致水体陷入不断恶化的循环中。

  张列宇和团队成员观察到沉水植被与蓝藻的“相克”关系,设法调控沉水植被,使其比蓝藻更早萌发、生长速度更快,努力将水体导向自然生态下的良性循环。

  最终,该项目研究成果有效改善了北京市水体的水环境。

  “大自然中,许多生物都是相生相克的关系,首先我们得发现这个规律,然后在此基础上做应用。只有找准‘病因’,才能更好地解决问题,我们就像‘中医’,从更宏观的角度调控水体,使其走向良性循环。”张列宇说。

  近年来,张列宇走南访北,借助先进技术精细化分析河流水体的污染问题,专注于水污染溯源研究。“在这一块我们做了些探索,比如用DNA和同位素等技术做污染源的溯源判定工作。”他说。

  如果不受疫情影响,张列宇一年会有一半的时间都在外出差。“要想治好水,得当一个‘临床医生’,到水污染现场去调查。”他说。

  张列宇对自己的学生也多次强调:“必须深入一线实地调研,才能出成果。”他要求学生必须到野外进行考察,自己也跑遍了全国大大小小的河流湖泊。

  张列宇最北曾经到过零下四十摄氏度的呼伦湖,湖上的冰一凿开,湖里的鱼捞上来扑腾了几秒便被冻住了。

  “出野外做调研,辛苦是肯定的。水体污染治理要求实践与理论结合,只有实践调研过,才能精准地找到水体污染的‘病因’,进而解决问题,甚至发现新问题。”张列宇说。

  如今,张列宇有了一个新身份——粤港澳大湾区环境创新研究中心负责人、研究员。

  借助这一平台,张列宇决心“啃”成果转化这块“硬骨头”。

  “目前我国很多技术已达到国际领先水平,可是转化率却不高。这是因为企业了解和掌握的技术较少,而科学家则比较关心技术的先进性,有时忽略了技术如何能够服务于市场的问题。”张列宇说,他所带领的团队正致力于将更多技术和商业模式结合起来,搭建企业和科学家之间的“模式”桥梁。

  出野外做调研,辛苦是肯定的。水体污染治理要求实践与理论结合,只有实践调研过,才能精准地找到水体污染的“病因”,进而解决问题,甚至发现新问题。

  中国环境科学研究院研究员 张列宇

  记者 孙 瑜

[ 责编:涂子怡 ]
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