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智能技术“把脉”三峡库区生态
时间:2020-10-06 12:17 点击次数:
坐落于汉丰湖下游的高阳平湖的“浮标”———水生态环境原位感官系统。不久前,坐落于重庆开州的汉丰湖步入了600名冬泳者,一场冬泳比赛如火如荼展开。这个因三峡工程而构成的人工湖也沦为风景优美的景区,颇受游客青睐。在科学家眼里,作为三峡库区支流,汉丰湖也是一个条件优良的实验室。

智能技术“把脉”三峡库区生态

日前,《中国科学报》从中科院重庆绿色智能技术研究院(以下全称“中科院重庆研究院”)得知,科研人员顺利研发“三峡库区水生态环境感官系统及平台”,构建了气象、水文、水质等常规参数指标,以及藻毒素、二氧化碳、水质综合毒性等特征污染和生物毒性指标等20多个指标的监测。中科院重庆研究院院长、该系统研发负责人袁家虎认为:“科研人员使用智能技术研制自动测量传感器和大数据分析平台,为三峡库区水生态安全性‘把脉’。”“从地方现实市场需求抵达凝练关键科学问题,后用前沿科学技术解决问题这些问题。”这是袁家虎的逻辑,也是“面向国民经济主战场”的科学贯彻。向环保部门报告“水华”警情2018年8月,重庆市开州区环保部门接到一封有关汉丰湖夏季水华预警的报告。中科院重庆研究院的科研人员在这份报告中写到:“经过现场两个点位数据测量和样品分析,表明此次频发水华为蓝藻水华。”水华生物量浓度、水体总氮浓度等数据以及现场观测照片、藻类显微镜照片皆详尽地记录在报告中。这次“空战”取得了地方政府的“点拜”。“这份报告背后,是高科技的承托。”袁家虎认为。三峡库区蓄水以来,水库次级支流水体富营养化不时再次发生,进而藻类大类交配构成“水华”现象。袁家虎讲解,过去对水质展开监测,大部分是依赖人工收集到实验室展开测试,有数在线监测设备尚能无法构建“水华”预警及动态监控。2014年起,袁家虎率领科研团队在国家水专项课题“三峡库区水生态环境感官系统及平台业务化运营”反对下,自律研发了多种传感器,并在三峡库区水生生态监测浮标上加装,用无线传输的方式获取监测数据。据记者理解,监测指标还包括原位藻毒素、水质综合毒性、藻细胞显微镜观测及水体二氧化碳变化速率等。2017年9月起,科研人员在大宁河、澎溪河高阳平湖、草堂河及香溪河等四条水华易发支流部署在线监测系统,积极开展样板应用于。袁家虎讲解,6次数据核对表明,自动监测系统和传统监测系统各项指标结果数据皆具备明显的相关性,监测数据为决策获取了技术承托。突破多项动态检测技术动态、平稳、可信,是科研人员对该系统监测情况的评价。为构建这一目标,科研人员在动态检测技术上获得了多项突破。例如,在水质综合毒性检测上,有数水质综合毒性检测仪广泛使用的冻干粉在常温下必须每天替换一次,这不适合于野外无人值班。

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为此,科研人员使用低温技术研发出有新型冻干粉试剂盒,替换周期长约10至15天,限于于三峡库区水体现场检测的生物连续培养。在原位藻毒素的液相色谱在线检测方面,科研人员使用大体积进样的环富含技术,利用高效液相色谱分离出来藻毒素。同时,分子印迹膜技术被用作捕捉藻毒素,表面等离子体共振技术用作振幅相干性测量。“多种高科技将藻毒素检测缩提升到0.001mg/L。”袁家虎回应,“目的构建现实市场需求的极高灵敏度。”此外,在原位藻细胞观测方面,科研人员针对现有藻细胞显微镜观测仪无法在线监测的缺失,自律研发了合适水体藻细胞原位检测的显微镜观测仪。

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该观测仪使用暗视场灯光技术提升藻细胞光学的对比度,创建了从自动取样清除、动态测量到显微镜图像自动上传的一套原始的系统。获得超算平台反对取得监测数据后,如何利用数据沦为科研人员注目的焦点。多年来,中科院重庆研究院大数据挖掘及应用于中心研究团队环绕上述监测数据的处置积极开展了一系列基础研究。例如,为提升水环境安全性预警的精确度,科研人员以“粒计算出来”理论为基础,明确提出了两种“多粒度预测模型”,在模拟实验中取得了高精度的预测结果,能被用作三峡库区简单的时间序列水质预测。这项成果公开发表在《化学计量学和智能实验室系统》、《神经计算》等期刊上。2018年1月,“三峡库区水生态环境感官平台”的创建让这些基础研究取得了应用于。这一平台由重庆市超算服务平台反对,由基于300万亿次/秒超级计算机、云计算平台和监控会商室构成。袁家虎讲解,从浮标中提供的大量监测数据传输到这一平台后,利用大数据平台和数据驱动的模型方法,可实现重点样板区域数据管理、可视化和水环境安全性预警。生态环境局不久前,该平台的应用于通过重庆市环保局的组织的专家评估。评估中,专家指出,该平台“提升了水质预测的准确性”,“不利于增进三峡水库水生态管理的科学化、系统化”。此外,科研人员还通过上述监测数据积极开展了基于水库生命特征演进研究,明确提出建构耦合生态过程动态密切相关、数据主动传输、数据分析的三峡库区感官技术与方法体系,为大型水库水环境综合管理获取承托。

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