大數(shù)據(jù)結(jié)合治理太湖消除藍(lán)藻暴發(fā)實(shí)踐的思路

(1.無錫市水利局，江蘇 無錫 214031；2.無錫市場上防洪管理處，江蘇 無錫 214031)

太湖自1990年起每年都暴發(fā)藍(lán)藻且越來越嚴(yán)重，直至2007年發(fā)生“5·29”太湖“湖泛型”供水危機(jī)，流域積極治理太湖水生態(tài)環(huán)境取得相當(dāng)成效，水質(zhì)明顯改善。但藍(lán)藻暴發(fā)情況仍然嚴(yán)重，應(yīng)結(jié)合大數(shù)據(jù)平臺加快太湖水生態(tài)環(huán)境治理(以下簡稱太湖治理)，消除藍(lán)藻暴發(fā)。

1 太湖大數(shù)據(jù)

太湖治理大數(shù)據(jù)(以下簡稱太湖大數(shù)據(jù))是大規(guī)模獲取、存儲、管理太湖水生態(tài)環(huán)境的系列數(shù)據(jù)的集合，具有數(shù)據(jù)快速流轉(zhuǎn)和為太湖治理提供分析、決策能力的數(shù)據(jù)庫(平臺)，以加快推進(jìn)太湖治理和提升消除藍(lán)藻暴發(fā)信心直至消除太湖藍(lán)藻暴發(fā)。

1.1 大數(shù)據(jù)資料

大數(shù)據(jù)應(yīng)滿足太湖治理需求的多系列數(shù)據(jù)的要求，主要為太湖流域上中游及湖體的數(shù)據(jù)資料。具體包括以下幾方面。

1.1.1 經(jīng)濟(jì)社會

流域各階段經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展?fàn)顩r，包括人口及密度、GDP、行業(yè)、各類污染物的產(chǎn)生量、處理情況和排放量。

1.1.2 自然地理

流域的面積，流域的地形地貌，湖體形狀。

湖面的降雨、氣溫、天氣、光照、風(fēng)力風(fēng)向等。

歷年各時(shí)段出入湖水量，湖體的水位、水深、風(fēng)浪，水流的方向、流速，水溫等。

1.1.3 湖體水環(huán)境

a.歷年水質(zhì)，包括N、P等有關(guān)指標(biāo)，污染物質(zhì)凈化率。

b.藍(lán)藻及其暴發(fā)的歷史狀況，包括平時(shí)及藍(lán)藻暴發(fā)時(shí)的藻密度、葉綠素a、干物質(zhì)，藍(lán)藻中N、P等含量，每次暴發(fā)面積、年累計(jì)暴發(fā)面積，藍(lán)藻、藻類的種類，藍(lán)藻的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、生境，藍(lán)藻暴發(fā)、藻源性污染負(fù)荷對水質(zhì)的影響。

c.太湖濕地的歷史變遷，包括濕地的位置、面積、植被覆蓋率，濕地植物種類及其生長情況，主要植物干物質(zhì)中N、P和有機(jī)質(zhì)等的含量，凈化水體的能力等。

d.太湖水生動物的歷史變遷，包括種類，密度，產(chǎn)量，N、P等物質(zhì)的含量，凈化水體的能力等。

1.1.4 入湖污染源

a.流域各類點(diǎn)源(包括生活、工業(yè)、污水廠、規(guī)模集中畜禽養(yǎng)殖業(yè))污染、面源(包括種植業(yè)、分散的生活和畜禽養(yǎng)殖、降雨降塵、水產(chǎn)養(yǎng)殖、地面徑流、航行等)污染的歷史狀況和控制狀況。

b.入湖出湖河道的流量、水量和污染物含量，雨水入河排放口、污水入河排污口等資料。

c.直接入湖的地表徑流流量及其污染物濃度等。

1.1.5 生態(tài)環(huán)境治理

a.控制外源情況。

b.調(diào)水入湖出湖的歷史記錄。包括各調(diào)水線路的路徑、流量、水量、時(shí)間以及調(diào)水水質(zhì)。

c.底泥及歷次清淤情況。各年代底泥的沉積厚度和污染狀況，歷次清淤的時(shí)間、地點(diǎn)、數(shù)量，清出淤泥中N、P和有機(jī)質(zhì)等含量，清淤效果。

d.歷年打撈藍(lán)藻情況，包括打撈的位置、時(shí)間、方式、數(shù)量、含水率等，歷年藍(lán)藻的處理或處置、資源化利用情況，藻水分離后余水回流入湖的數(shù)量及其水質(zhì)等。

e.濕地的修復(fù)情況，包括位置、面積、植物和動物的種類及其凈化水體作用。

1.1.6 其他資料

包括治理太湖富營養(yǎng)化和消除藍(lán)藻暴發(fā)技術(shù)，國內(nèi)外湖泊藍(lán)藻暴發(fā)及其治理的現(xiàn)狀、效果及存在問題、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)等。

1.2 太湖大數(shù)據(jù)的多系列數(shù)學(xué)模型

太湖大數(shù)據(jù)的主要利用形式是太湖治理的數(shù)學(xué)模型(簡稱數(shù)模)。主要包括水量、水質(zhì)的水動力數(shù)模及濕地藍(lán)藻的生物數(shù)模等。

a.水量數(shù)模。根據(jù)太湖流域不同入湖河道概化線路方案計(jì)算分析太湖及各水域出入湖的水量、流速、流向、水位的數(shù)模。

b.水質(zhì)數(shù)模。在水量數(shù)模的基礎(chǔ)上，計(jì)算分析和預(yù)測太湖及各水域各個(gè)階段在不同入湖污染負(fù)荷情況下空間立體水質(zhì)的數(shù)模。水量、水質(zhì)數(shù)模往往密切相連，現(xiàn)較成熟且正在廣泛使用。

c.濕地?cái)?shù)模。在水量、水質(zhì)數(shù)模的基礎(chǔ)上，計(jì)算分析和預(yù)測各水域各類濕地對改善太湖水生態(tài)環(huán)境所起的凈化水體和抑藻除藻作用以及豐富生物多樣性的數(shù)模。

d.藍(lán)藻數(shù)模。在水量、水質(zhì)、濕地?cái)?shù)模的基礎(chǔ)上，計(jì)算分析和預(yù)測各水域立體層面上在各類不同生境條件、時(shí)間段、空間立體范圍內(nèi)的藍(lán)藻生長繁殖及暴發(fā)或消失的數(shù)模。

1.3 數(shù)模需要的系列數(shù)據(jù)資料

需要的數(shù)據(jù)資料一般為長系列數(shù)據(jù)，且須包括近期資料。

a.水量、水質(zhì)數(shù)模資料。包括自然地理、水文水動力、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、湖體水環(huán)境、入湖污染源(外源和內(nèi)源)、污染治理情況、出入湖河道及湖泊的污染負(fù)荷等，其中水質(zhì)包括TN、TP、NH3-N及相關(guān)指標(biāo)。

b.濕地?cái)?shù)模資料。除水量、水質(zhì)資料外，還包括太湖各水域濕地、生物多樣性、各類植物群落和動物種群及有關(guān)資料。

c.藍(lán)藻數(shù)模資料。除水量、水質(zhì)和濕地資料外，還包括藍(lán)藻的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、生境、暴發(fā)和消除暴發(fā)資料。其中生境包括氣候、水文水動力、水體中Fe、Al等元素或微量元素；暴發(fā)包括面積、位置、頻率、密度、葉綠素和生物量等。

2 太湖大數(shù)據(jù)現(xiàn)狀和改進(jìn)建議

2.1 現(xiàn)狀效果

目前已采集上述系列中的諸多數(shù)據(jù)，存于環(huán)境、水利、生物、地理等部門?，F(xiàn)水量、水質(zhì)數(shù)模比較成熟，自20世紀(jì)90年代中期起，數(shù)模結(jié)合太湖的重大水工程、治理實(shí)踐進(jìn)行水量、水質(zhì)分析和預(yù)測，也普遍用于洪澇防治、水生態(tài)環(huán)境規(guī)劃方案和調(diào)水引流方案的制定等。如1996年由無錫市水利局委托河海大學(xué)實(shí)施的“直湖港武進(jìn)港入湖口擋污工程調(diào)控?cái)?shù)模研究”課題[1]，運(yùn)算結(jié)果表明建閘控制能大幅度減少河道入湖污染負(fù)荷及有效改善梅梁湖水質(zhì)，兩個(gè)水閘建成運(yùn)行后的效果也證明了數(shù)模計(jì)算結(jié)果的正確性；2004—2005年由無錫市太湖治理公司、無錫市水利局委托中國水科院、太湖流域管理局、江蘇省水利廳、河海大學(xué)和南京水科院負(fù)責(zé)研究的“改善太湖流域區(qū)域性水環(huán)境的引水調(diào)控技術(shù)研究”數(shù)模研究課題[2]，對流域河網(wǎng)45個(gè)調(diào)水線路方案進(jìn)行分析研究計(jì)算，得出望虞河與梅梁湖泵站聯(lián)合調(diào)水可較好改善梅梁湖水質(zhì)的結(jié)論，與工程運(yùn)行效果基本符合，同時(shí)新溝河調(diào)水能有效改善梅梁湖、竺山湖、太湖水質(zhì)的預(yù)測結(jié)論成為實(shí)施新溝河泄洪調(diào)水工程的理論依據(jù)。

多次太湖大數(shù)據(jù)的數(shù)模試驗(yàn)結(jié)論基本符合重大水工程運(yùn)行和太湖治理取得的效果。太湖水質(zhì)明顯提升：太湖平均水質(zhì)從2006年劣Ⅴ類提升為2017年Ⅳ～Ⅴ類，TN、TP分別削減50%、19%，其中TN實(shí)際改善效果好于數(shù)模結(jié)論，TP則差于數(shù)模結(jié)論。

2.2 存在問題

a.太湖大數(shù)據(jù)的管理沒有一個(gè)主事部門或機(jī)構(gòu)。數(shù)據(jù)分散，未形成合力，不能發(fā)揮更大的作用。

b.缺少有關(guān)大數(shù)據(jù)的采集、使用、管理的相關(guān)法規(guī)。

c.系列數(shù)據(jù)不全或嚴(yán)重缺失。其中水量、水質(zhì)數(shù)模的資料基本尚可，略有缺失；而濕地和藍(lán)藻數(shù)模的資料嚴(yán)重缺失。

d.已有的有些數(shù)據(jù)不協(xié)調(diào)。如環(huán)境、水利部門或各檢測機(jī)構(gòu)之間有些年份的太湖水質(zhì)資料有明顯差異。

e.相當(dāng)部分?jǐn)?shù)據(jù)如太湖水質(zhì)、藍(lán)藻暴發(fā)程度等不能公開共享，影響濕地、藍(lán)藻數(shù)模的設(shè)計(jì)與運(yùn)算。

f.水質(zhì)數(shù)模有待進(jìn)一步完善。由于削減外源的艱巨性和差異性，環(huán)湖河道入湖污染負(fù)荷N、P 2017年較2006年分別削減7%、-5%，致使同期太湖水質(zhì)N降低50%，P則降低不多，而數(shù)模運(yùn)算未及時(shí)考慮到。

g.尚未成功建立藍(lán)藻數(shù)模和濕地?cái)?shù)模。研究者們已建立許多數(shù)模預(yù)測太湖藍(lán)藻水華的暴發(fā)過程，但仍沒有一個(gè)公認(rèn)的可以準(zhǔn)確預(yù)測藍(lán)藻水華暴發(fā)的數(shù)模[3]。

h.領(lǐng)導(dǎo)和研究人員缺乏消除藍(lán)藻暴發(fā)和建立數(shù)模的信心。主要原因是太湖藍(lán)藻仍嚴(yán)重暴發(fā)，2017年暴發(fā)最大面積1403km2，超過發(fā)生供水危機(jī)的2007年979km2的43%；同期藻密度增加，如太湖、梅梁湖年均藻密度分別為11700萬個(gè)細(xì)胞/L、24000萬個(gè)細(xì)胞/L，是2009年2315萬個(gè)細(xì)胞/L、6995萬個(gè)細(xì)胞/L的5.05倍、3.43倍，具有藍(lán)藻長期大規(guī)模暴發(fā)的最基本的種源條件；缺乏統(tǒng)一的太湖大數(shù)據(jù)平臺，缺乏消除藍(lán)藻暴發(fā)有關(guān)技術(shù)、技術(shù)集成及其應(yīng)用理論；政府至今仍未制定太湖消除藍(lán)藻暴發(fā)的目標(biāo)。

2.3 改進(jìn)建議

大數(shù)據(jù)需要系統(tǒng)收集、存儲、整理海量的系列數(shù)據(jù)，進(jìn)行專業(yè)化處理，需要總結(jié)太湖和國內(nèi)外淺水湖泊特別是藍(lán)藻暴發(fā)湖泊治理的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，加快建立濕地、藍(lán)藻數(shù)模，以指導(dǎo)、支持太湖治理消除藍(lán)藻暴發(fā)的決策。

a.建立專門的太湖大數(shù)據(jù)(研究)中心、管理機(jī)構(gòu)，同時(shí)建立相應(yīng)的公益網(wǎng)站。加快推動數(shù)據(jù)資源開放共享，特別是水質(zhì)和藍(lán)藻暴發(fā)的系列數(shù)據(jù)資料(專利除外)。讓百姓知情，調(diào)動群眾積極參與和滿足研究人員的需求，大數(shù)據(jù)中心和公益網(wǎng)站可為公辦、民辦或聯(lián)合辦，也可建立多個(gè)大數(shù)據(jù)中心，發(fā)揮各家之長。

b.建立健全太湖大數(shù)據(jù)的有關(guān)地方法規(guī)。

c.繼續(xù)收集完善前述系列數(shù)據(jù)資料。主要是濕地、藍(lán)藻資料，特別是藍(lán)藻暴發(fā)和消除的有關(guān)生境、種間競爭的資料，同時(shí)積極試驗(yàn)并獲取治理太湖的技術(shù)及其集成資料。

d.積極收集國內(nèi)外淺水湖泊特別是藍(lán)藻暴發(fā)湖泊治理的資料。

e.科學(xué)整理大數(shù)據(jù)和評估其可靠性。

f.正確選用水質(zhì)數(shù)模與太湖實(shí)踐密切結(jié)合，正確選定邊界條件，正確概化河網(wǎng)，正確選擇有關(guān)系列資料。同時(shí)在完善數(shù)模時(shí)充分考慮藍(lán)藻年年暴發(fā)對增加藻源性負(fù)荷特別是對增加內(nèi)源釋放P的影響。

g.加快建立藍(lán)藻、濕地?cái)?shù)模，使數(shù)模從理論到實(shí)踐，與治理富營養(yǎng)化和消除藍(lán)藻暴發(fā)實(shí)踐密切結(jié)合，再從實(shí)踐到理論，建立科學(xué)完美的數(shù)模。

3 數(shù)模結(jié)合太湖治理實(shí)踐消除藍(lán)藻暴發(fā)思路

3.1 太湖治理目標(biāo)為“二消除”

“二消除”為消除富營養(yǎng)化、消除藍(lán)藻暴發(fā)[4]。只有建立消除太湖藍(lán)藻暴發(fā)的目標(biāo)，才能提升各級領(lǐng)導(dǎo)和研究人員消除太湖藍(lán)藻暴發(fā)的信心。

3.2 以水動力數(shù)模分析水質(zhì)改善趨勢及其最終目標(biāo)

3.2.1 計(jì)算各階段水質(zhì)

根據(jù)太湖現(xiàn)狀Ⅳ～Ⅴ類水質(zhì)(其中竺山湖、西部宜興沿岸的TN為劣Ⅴ類)，濕地、底泥和藍(lán)藻的實(shí)況，人口和經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)發(fā)展情況，可能削減的外源內(nèi)源數(shù)量，根據(jù)以往系列數(shù)據(jù)資料，以水量、水質(zhì)數(shù)模計(jì)算2030年、2040年、2049年各水域TN、TP能夠分別達(dá)到的數(shù)值。同時(shí)以此計(jì)算各階段各水域環(huán)境容量、水體凈化率、入湖污染物應(yīng)削減量，并分配各水域、陸域予以實(shí)施。在此數(shù)模運(yùn)算中應(yīng)考慮適度增加入湖水量，以增加環(huán)境容量、水體自凈能力和帶走更多藍(lán)藻?？赏ㄟ^望虞河、新溝河、新孟河等通道增加“引江濟(jì)太”水量，使太湖的年入湖水量由目前的105～110億m3增加到120～130億m3。

3.2.2 確定可能達(dá)到的最優(yōu)水質(zhì)目標(biāo)

根據(jù)現(xiàn)有太湖和國內(nèi)外大中型淺水湖泊治理的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，利用上述數(shù)模計(jì)算太湖各水域水質(zhì)可能達(dá)到的最優(yōu)TN、TP值。估計(jì)2049年東部、西部水域的最好水質(zhì)目標(biāo)可能分別是Ⅱ類、Ⅲ類。

3.3 建立完善濕地?cái)?shù)模及其目標(biāo)

相當(dāng)規(guī)模濕地可以凈化水體和抑藻除藻，而無藍(lán)藻暴發(fā)或已消除藍(lán)藻暴發(fā)水域可保持藍(lán)藻不暴發(fā)狀態(tài)。修復(fù)以蘆葦為主的濕地，達(dá)到太湖20世紀(jì)五六十年代植被覆蓋率25%～30%。主要為西部沿岸水域修復(fù)蘆葦濕地、湖灣中間水域修復(fù)濕地及西部大堤陸域側(cè)退田還湖等。

數(shù)模與修復(fù)濕地實(shí)踐相結(jié)合。收集修復(fù)濕地實(shí)踐過程中的各類植物、動物在不同密度和規(guī)模情況下一年四季各時(shí)間段凈化水體和抑藻除藻的作用，以此初步建立濕地?cái)?shù)模，以數(shù)模指導(dǎo)濕地修復(fù)工程，以濕地工程驗(yàn)證、完善數(shù)模，如此循環(huán)建立科學(xué)的濕地?cái)?shù)模。

3.4 藍(lán)藻數(shù)模

藍(lán)藻數(shù)模是計(jì)算分析藍(lán)藻生長繁殖及暴發(fā)趨勢或消除暴發(fā)的數(shù)模的簡稱。藍(lán)藻數(shù)?？煞譃閮深悾?/p>

a.全太湖建立統(tǒng)一計(jì)算的一次性消除藍(lán)藻暴發(fā)的數(shù)模，此類數(shù)模建立相當(dāng)困難?？煞謨刹剑旱谝徊绞怯?jì)算藍(lán)藻生長繁殖、生物量在時(shí)間和空間上的分布，即以水量、水質(zhì)數(shù)模計(jì)算各階段所得的N、P等指標(biāo)(也含其他元素)為基礎(chǔ)和根據(jù)藍(lán)藻的特性及生境，進(jìn)行全太湖統(tǒng)一分析、計(jì)算各階段藍(lán)藻的生長繁殖、暴發(fā)在時(shí)間和空間位置的趨勢的數(shù)模；第二步是在第一步基礎(chǔ)上計(jì)算消除藍(lán)藻暴發(fā)時(shí)應(yīng)該控制湖泊的N、P及有關(guān)生境指標(biāo)的數(shù)模。其中第二步可在理論上計(jì)算出消除藍(lán)藻暴發(fā)時(shí)相應(yīng)的N、P值，但實(shí)際上僅依靠治理富營養(yǎng)化難以使全太湖達(dá)到國內(nèi)外專家一般認(rèn)為消除藍(lán)藻暴發(fā)的 TN 0.1～0.2mg/L、TP 0～0.02mg/L的水質(zhì)目標(biāo)，即實(shí)際上無法做到全太湖僅依靠消除富營養(yǎng)化統(tǒng)一消除藍(lán)藻暴發(fā)。

b.太湖分水域消除藍(lán)藻暴發(fā)及建立相應(yīng)數(shù)模。即在各水域的水量、水質(zhì)和濕地?cái)?shù)模的基礎(chǔ)上，與各水域治理實(shí)踐相結(jié)合，建立分水域的藍(lán)藻數(shù)模，數(shù)模與治理實(shí)踐相互協(xié)調(diào)、不斷驗(yàn)證完善，直至消除藍(lán)藻暴發(fā)和建立完整的數(shù)模。

3.5 分水域消除藍(lán)藻暴發(fā)及其數(shù)模

要徹底治理太湖消除藍(lán)藻暴發(fā)，首先應(yīng)建立消除藍(lán)藻暴發(fā)的信心和建立至少在2050年之前消除藍(lán)藻暴發(fā)的目標(biāo)；認(rèn)識到太湖這樣的淺水湖泊僅依靠治理富營養(yǎng)化不能消除藍(lán)藻暴發(fā)，應(yīng)確立消除富營養(yǎng)化與削減藍(lán)藻數(shù)量相結(jié)合才能消除藍(lán)藻暴發(fā)的觀點(diǎn)；改變以往僅打撈水面藍(lán)藻的習(xí)慣思路，應(yīng)明確只有深度徹底全面打撈清除水面、水中、水底的藍(lán)藻才能消除藍(lán)藻暴發(fā)[5]。盡快設(shè)計(jì)出分水域消除太湖藍(lán)藻暴發(fā)的數(shù)模，同時(shí)為“三湖”的巢湖和滇池消除藍(lán)藻暴發(fā)做出貢獻(xiàn)。

3.5.1 分水域

若把太湖作為統(tǒng)一的一整片水域建立藍(lán)藻數(shù)模，則目前無法通過計(jì)算一次性得出能消除藍(lán)藻暴發(fā)的結(jié)論。所以可將太湖分成若干片相對封閉又具有一定水力聯(lián)系的水域，分別建立各水域數(shù)模。太湖分水域時(shí)須在兩個(gè)水域的邊界處建設(shè)適宜的圍隔、隔斷系統(tǒng)。

3.5.2 分水域消除藍(lán)藻暴發(fā)和建立數(shù)模的思路

首先各水域應(yīng)盡量采用控制外源、削減內(nèi)源、調(diào)水、清淤和生態(tài)修復(fù)等措施，使水質(zhì)盡量達(dá)到最佳狀態(tài)(Ⅲ～Ⅴ類或更好)，降低或消除富營養(yǎng)化程度，創(chuàng)造不利于藍(lán)藻生長繁殖的生境，加劇生物與藍(lán)藻的種間競爭，抑制藍(lán)藻生長繁殖速度；然后以此思路分水域消除藍(lán)藻暴發(fā)及建立相應(yīng)數(shù)模。

總體上把太湖分為梅梁湖、貢湖、竺山湖、西部宜興沿岸水域、湖心水域西部、南部湖州沿岸水域、蠡湖、東太湖、北部蘇州沿岸水域、東部嘉興沿岸水域、湖心水域東部等11個(gè)水域建立數(shù)模。其中前5個(gè)為藍(lán)藻暴發(fā)嚴(yán)重水域，第6個(gè)為藍(lán)藻暴發(fā)較輕水域，后5個(gè)為藍(lán)藻基本不暴發(fā)或偶爾輕度暴發(fā)水域。所以前6個(gè)水域應(yīng)消除富營養(yǎng)化和藍(lán)藻暴發(fā)及建立相應(yīng)數(shù)模，后5個(gè)主要消除富營養(yǎng)化、預(yù)防藍(lán)藻暴發(fā)和建立相應(yīng)數(shù)模。

分水域治理順序：先湖灣、再沿岸、后湖心；先上游、后下游。

分水域消除富營養(yǎng)化和藍(lán)藻暴發(fā)順序：先梅梁湖、貢湖、竺山湖；后為西部宜興沿岸水域、南部湖州沿岸水域；最后湖心水域西部。

分水域消除富營養(yǎng)化和預(yù)防藍(lán)藻暴發(fā)順序：先蠡湖、東太湖；后為北部蘇州沿岸水域；東部嘉興沿岸水域；最后為湖心水域東部。

若有必要，每個(gè)水域又可分為若干個(gè)小水域，其面積根據(jù)實(shí)情確定。

3.5.3 除藻主要技術(shù)

在分水域消除藍(lán)藻暴發(fā)及建立相應(yīng)的藍(lán)藻數(shù)模時(shí)，只有合理地使用除藻技術(shù)及技術(shù)集成，才能有效消除各水域藍(lán)藻暴發(fā)和建立適宜的相應(yīng)數(shù)模。

a.改性黏土除藻[6]和天然礦物質(zhì)凈化劑除藻[7]，使藍(lán)藻沉于水底并進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

b.高壓除藻(包括固定和移動兩類)[8]，以推流曝氣等方法抑藻除藻。

c.混凝氣浮法除藻，使水面、水中、水底的藍(lán)藻均浮于水面，再打撈收集、處理，一年四季可實(shí)施。

d.金剛石碳納米電子技術(shù)除藻[9]，裝置加電壓后釋放電子，在陽光下產(chǎn)生光電效應(yīng)、光催化作用，破壞藍(lán)藻的細(xì)胞壁和細(xì)胞內(nèi)部物質(zhì)，消除水面、水中、水底的藍(lán)藻，一年四季可實(shí)施。

e.生物種間競爭除藻，相當(dāng)多植物在吸取氮磷的同時(shí)可產(chǎn)生化感物質(zhì)抑藻除藻，如沉水植物、紫根水葫蘆、蘆葦濕地除藻；利用鰱鱅魚和貝類或其他動物濾食藍(lán)藻[10]。

f.鎖磷劑除藻，降低磷濃度，甚至降至小于0.01mg/L，抑藻除藻。

g.安全高效復(fù)合微生物[11-12]及其制劑或化感物質(zhì)制劑除藻抑藻[13]，具有相當(dāng)潛力，需解決目前太湖禁用微生物及其制劑或禁用生化制劑的問題。

h.常規(guī)技術(shù)除藻，包括治理富營養(yǎng)化、調(diào)水、清淤、打撈水面藍(lán)藻，減慢藍(lán)藻生長繁殖速度。

i.綜合除藻，在適當(dāng)水域，以一種或數(shù)種除藻技術(shù)為主，配合其他技術(shù)進(jìn)行分片除藻，盡快消除較大范圍藍(lán)藻暴發(fā)。

3.6 與各水域?qū)嵺`治理相結(jié)合建立藍(lán)藻數(shù)模

在各水域消除藍(lán)藻暴發(fā)的過程中，加快創(chuàng)新，與水量數(shù)模、水質(zhì)數(shù)模、濕地?cái)?shù)模相結(jié)合，并收集、確定各類除藻技術(shù)在各時(shí)間段的抑藻除藻能力、效率、效益及最終效果，以此為基礎(chǔ)，初步建立藍(lán)藻數(shù)模，以數(shù)模指導(dǎo)治理實(shí)踐，以實(shí)踐驗(yàn)證完善數(shù)模，同時(shí)驗(yàn)證各水域消除藍(lán)藻暴發(fā)的綜合除藻技術(shù)和系列數(shù)據(jù)的可靠性。然后在分水域消除藍(lán)藻暴發(fā)并保持無藍(lán)藻暴發(fā)數(shù)年后，把各片連成整片無藍(lán)藻暴發(fā)水域，其后在匯聚各水域建立的藍(lán)藻數(shù)模的基礎(chǔ)上，建立全太湖消除藍(lán)藻暴發(fā)的數(shù)模。

4 大數(shù)據(jù)模型應(yīng)用消除梅梁湖藍(lán)藻暴發(fā)

梅梁湖為太湖北部的大型湖灣，面積124km2，現(xiàn)年年藍(lán)藻嚴(yán)重暴發(fā)，水質(zhì)Ⅴ類[14]。以梅梁湖為例進(jìn)行消除富營養(yǎng)化和藍(lán)藻暴發(fā)試驗(yàn)，結(jié)合治理實(shí)踐建立梅梁湖藍(lán)藻數(shù)模試點(diǎn)。

4.1 選擇梅梁湖試驗(yàn)的原因

自然地理?xiàng)l件好，可建成相對封閉水域；其與太湖連接的邊界口門較狹，僅6.5km；有良好的治理基礎(chǔ)條件，已有多套打撈藍(lán)藻設(shè)備和已建多個(gè)藻水分離站；有獨(dú)立的調(diào)水泵站；控制污染效果好，陸域污染源進(jìn)入水體很少；有一套完整的治理管理體系和經(jīng)驗(yàn)；為無錫市統(tǒng)一決策管理；是全國著名風(fēng)景區(qū)，影響非常大，全國游客、百姓極其關(guān)心消除梅梁湖藍(lán)藻暴發(fā)情況。

4.2 分水域消除藍(lán)藻暴發(fā)治理措施

4.2.1 口門處設(shè)置鋼絲石籠壩

與太湖湖心水域交界處設(shè)置鋼絲石籠壩，其作用為阻擋太湖湖心水域藍(lán)藻漂進(jìn)梅梁湖；擋風(fēng)浪；透水，允許石籠壩兩側(cè)的水體可進(jìn)行一定程度的交換。

4.2.2 沿岸建設(shè)濕地消除藍(lán)藻暴發(fā)

沿岸水域建設(shè)濕地作用：凈化水體、抑藻除藻、豐富生物多樣性，直至消除藍(lán)藻暴發(fā)?；謴?fù)濕地達(dá)到藍(lán)藻暴發(fā)以前規(guī)模、植被覆蓋率達(dá)到25%～30%。

a.建設(shè)濕地范圍為沿岸1.0～1.5km寬的水域，及湖灣中間的部分水域。

b.濕地外圍建設(shè)鋼絲石籠壩或固定式圍隔(根據(jù)實(shí)際需要和可能決定)，其作用與口門處的鋼絲石籠壩相似，可阻擋梅梁湖中心水域的藍(lán)藻漂進(jìn)濕地。在梅梁湖東岸可利用2005年設(shè)置的2km距離的擋風(fēng)浪的鋼筋混凝土排樁，不需要再設(shè)置鋼絲石籠壩。

c.濕地的鋼絲石籠壩或固定式圍隔的內(nèi)側(cè)種植150～200m寬的蘆葦帶，阻擋風(fēng)浪，凈化水體和抑藻除藻。蘆葦濕地的基底應(yīng)抬高至冬季基本無水，使冬季能基本消除殘存的藍(lán)藻和使蘆葦在春季能順利種植或發(fā)芽生長。其中抬高蘆葦濕地基底的部分回填土可利用太湖清淤土方。

d.濕地的蘆葦帶與湖岸之間 800～1300m寬的范圍種植以沉水植物為主的植物，凈化水體和在一定程度抑制藍(lán)藻生長。首先要提高透明度，可采用改性黏土、鎖磷劑、混凝氣浮法除藻或采用金剛石碳納米電子技術(shù)除藻，提高透明度，即可種植沉水植物。

4.2.3 分片清除中間水域藍(lán)藻

a.在梅梁湖兩側(cè)沿岸濕地之間的中心水域設(shè)置3～4道東西方向的圍隔，每兩道圍隔間形成相對封閉水域，每道圍隔均采用雙圍隔布置，繼而在每個(gè)相對封閉水域采用適宜的技術(shù)集成措施清除水面、水體和水底的藍(lán)藻，直至藍(lán)藻密度降低至藍(lán)藻不暴發(fā)水平。

b.在形成的相對封閉水域中，若有必要可根據(jù)實(shí)情再分成5～10塊小水域，此小水域用可移動的單圍隔隔開，然后逐塊小水域用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)或技術(shù)集成清除水面、水體和水底的藍(lán)藻。

4.2.4 濕地和除藻兩者相互作用分析

a.梅梁湖兩側(cè)沿岸濕地凈化水體及抑藻除藻的作用可透過鋼絲石籠透水壩等設(shè)施傳遞給梅梁湖中心水域。

b.中心水域逐步把藍(lán)藻清除干凈后，藍(lán)藻不再進(jìn)入兩側(cè)沿岸水域濕地，如此相互影響，數(shù)年后使中心水域全部持續(xù)保持Ⅲ類水[15]、消除藍(lán)藻暴發(fā)，則可建成太湖及全國中型淺水湖泊消除藍(lán)藻暴發(fā)的典范。

4.2.5 數(shù)模的建立

根據(jù)梅梁湖上述消除藍(lán)藻暴發(fā)的綜合技術(shù)集成過程和治理過程的思路，初步建立分水域消除藍(lán)藻暴發(fā)數(shù)模。然后在分片治理梅梁湖、消除藍(lán)藻暴發(fā)過程中，分水域驗(yàn)證數(shù)模，包括驗(yàn)證各類除藻技術(shù)的作用、實(shí)施次數(shù)、時(shí)間和效率、最終效果等，并修改完善數(shù)模。如此循環(huán)驗(yàn)證、完善數(shù)模，直至梅梁湖全部水域消除藍(lán)藻暴發(fā)及建立科學(xué)完整的數(shù)模。

5 其他水域

5.1 貢湖

貢湖為太湖北部的大型湖灣，面積147km2，現(xiàn)年年藍(lán)藻輕度暴發(fā)，水質(zhì)為Ⅳ～Ⅴ類[14]。主要治理措施基本類似梅梁湖，不同之處：其口門較寬，有11km；有利條件為望虞河“引江濟(jì)太”直接進(jìn)入貢湖，根據(jù)換水次數(shù)較多的水體，其主水流通過水域基本不會發(fā)生藍(lán)藻暴發(fā)的經(jīng)驗(yàn)[6]，可消除其相當(dāng)部分水域的藍(lán)藻暴發(fā)；貢湖為無錫與蘇州共同管理，內(nèi)有兩市的水源地，應(yīng)采用更為安全的治理技術(shù)，以確保水源地全年全面達(dá)到Ⅲ類水[15]，不發(fā)生“湖泛”現(xiàn)象，保證供水安全。與治理實(shí)踐相結(jié)合建立藍(lán)藻數(shù)模。

5.2 竺山湖

竺山湖為太湖西北部的湖灣，面積58km2，現(xiàn)年年藍(lán)藻嚴(yán)重暴發(fā)，藻密度很高，水質(zhì)為劣Ⅴ類，常發(fā)生小規(guī)?！昂骸盵14]。主要治理措施基本類似梅梁湖。其不同之處：需要嚴(yán)格控源截污，嚴(yán)格控制入湖河道武進(jìn)港污染，嚴(yán)格控制底泥污染；加快新溝河、新孟河“引江濟(jì)太”調(diào)水通道建設(shè)，建成后持續(xù)調(diào)水入湖10億～15億m3，換水超過15次/年，調(diào)水的主水流經(jīng)過的相當(dāng)部分水域能基本消除藍(lán)藻暴發(fā)[6]；修復(fù)占竺山湖面積50%以上的沿岸蘆葦濕地。使其消除富營養(yǎng)化、達(dá)到Ⅲ類水[15]，徹底消除“湖泛”和藍(lán)藻暴發(fā)。同時(shí)，與此治理實(shí)踐相結(jié)合，建立和完善消除竺山湖藍(lán)藻暴發(fā)的數(shù)模。

5.3 西部宜興沿岸水域

西部宜興沿岸水域年年藍(lán)藻嚴(yán)重暴發(fā)，藻密度高，水質(zhì)為劣Ⅴ類[14]。主要治理措施：因?yàn)樘嫌蔚拇蟛糠秩牒拥肋M(jìn)入此區(qū)域，須全面嚴(yán)格控制各類點(diǎn)源、面源的污染，特別是加大污水處理力度和提高污水處理標(biāo)準(zhǔn)，大幅度減少污水廠污染負(fù)荷；修復(fù)沿岸1.0～1.5km寬的蘆葦濕地；拆除部分環(huán)湖大堤以恢復(fù)原來的蘆葦濕地，并可將此濕地作為凈化河道污水的入湖河道前置庫；配合金剛石碳納米電子技術(shù)除藻、高壓除藻技術(shù)等措施進(jìn)行除藻。消除富營養(yǎng)化、達(dá)到水功能區(qū)目標(biāo)Ⅲ類水[5]，消除藍(lán)藻暴發(fā)。與治理實(shí)踐相結(jié)合建立藍(lán)藻數(shù)模。

5.4 南部湖州沿岸水域

南部湖州沿岸水域，現(xiàn)年年藍(lán)藻輕度暴發(fā)，水質(zhì)為Ⅳ～Ⅴ類[14]。治理富營養(yǎng)化和消除藍(lán)藻暴發(fā)措施基本同西部宜興沿岸水域。

5.5 其他水域

其他水域包括太湖湖心水域和其他沿岸水域。水質(zhì)為Ⅳ類[14]，其中大部分水域基本無藍(lán)藻暴發(fā)。治理措施：在前述水域基本完成治理任務(wù)及總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，使水質(zhì)改善提升至東部Ⅱ類、西部Ⅲ類，采取相應(yīng)的恢復(fù)生態(tài)、增加濕地面積等綜合技術(shù)集成措施治理、消除富營養(yǎng)化，保持藍(lán)藻不暴發(fā)。其中，湖心西部水域現(xiàn)尚有藍(lán)藻輕度暴發(fā)，屆時(shí)水質(zhì)已較好，藍(lán)藻暴發(fā)程度會大幅度減輕，若必要仍需采取相應(yīng)的分水域消除藍(lán)藻暴發(fā)的集成技術(shù)消除藍(lán)藻暴發(fā)。同時(shí)，與治理實(shí)踐相結(jié)合，建立相應(yīng)的藍(lán)藻數(shù)模。

6 結(jié) 論

目前難以建立統(tǒng)一的治理太湖消除藍(lán)藻暴發(fā)的數(shù)模，應(yīng)該結(jié)合分水域治理太湖消除藍(lán)藻暴發(fā)實(shí)踐，建立分水域消除藍(lán)藻暴發(fā)數(shù)模，其后將分水域數(shù)模匯聚成全太湖消除藍(lán)藻暴發(fā)數(shù)模，是建立治理太湖數(shù)模的最佳思路。只要有決心和信心，創(chuàng)新治太方略，確立正確科學(xué)的目標(biāo)，定能實(shí)現(xiàn)分水域消除太湖藍(lán)藻暴發(fā)和建立相應(yīng)的藍(lán)藻數(shù)模的目標(biāo)。通過大數(shù)據(jù)、數(shù)模與太湖治理實(shí)踐密切結(jié)合，數(shù)模指導(dǎo)、支持治理實(shí)踐，實(shí)踐驗(yàn)證、完善數(shù)模，使太湖在習(xí)總書記提出的長江大保護(hù)中首先成為長江流域消除藍(lán)藻暴發(fā)的生態(tài)文明的美麗湖泊。