每逢佳节,各地水利风景区热闹非凡。水质优良的江河湖库滋润一方天地,孕育出沿岸盛景,为各地百姓提供了假期的亲水好去处。河湖生态环境复苏与水质持续向好的背后,有一群默默无闻的水利科研工作者。他们不舍昼夜，不分寒暑,努力揭示水利科学背后的本质规律,探寻水循环及其伴生过程的机理机制,为提升水安全保障能力提供坚实的理论研究。他们的新春假期是如何度过的?带着问题,记者走进了依托中国水利水电科学研究院的流域水循环模拟与调控国家重点实验室,探访国家重点实验室别样风采。

收获一份特殊的“礼物”

“无论是春节假期还是工作日,安全是科研工作者必须坚守的底线。”2月14日,国家重点实验室新污染物研究团队的高博与家人短暂团聚后，又回到了熟悉的实验室。

一大早,他检查了水环境实验室内的水、电、气及排风,并对大型仪器运行情况进行日常检查。高博带领记者走进了微纳米塑料分析实验室，“这套设备是原子力显微镜-红外光谱仪,可以用来测定水环境中纳米和微米尺度的塑料颗粒,是目前微纳米塑料研究领域最先进的分析仪器。”高博悉心检查仪器运行状态。

微塑料是什么?当前开展微塑料研究的迫切性在哪里?高博带领记者走到显微红外光谱仪前，“我用实验结果告诉你答案。

当含有微塑料样本的滤膜放置在仪器上，许多颗粒密密麻麻地呈现于屏幕之中,经过人工镜检以及红外光谱识别后,其中的一部分颗粒被定性为微塑料颗粒。

“微塑料是一种新污染物,是指尺寸小于5毫米的塑料碎属或颗粒,它广泛存在于地表水中,被称为‘水环境中的PM2.5(细颗粒物)’。”高博介绍,微塑料污染已成为当前紧迫的世界性生态环境重要议题和研究热点,是全球环境与生态科学研究领域的三大科学问题之一。

我国地表水微塑料污染研究起步较晚,存在检测方法不统一、数据对比性不强等问题,其分析测定标准体系的完善还有很长的路要走。

令人欣慰的是,就在2月7日,由高博牵头编制的两项地表水微塑料测定团体标准顺利发布施行。“回想起标准编制的三年半时光,研究团队克服重重困难,临近除夕正式发布,这标志着我国地表水中微塑料测定有了方法依据。”言语中,高博难掩激动。

“这个消息就是给研究团队最好的‘新春礼物’,让我们在这个假期更有干劲。”说罢,高博与团队成员对微塑料“粒径-丰度”校正模型构建过程中遇到的问题进行了深入讨论,该模型的建立可以为下一步摸清我国地表水微塑料赋存现状和风险评估做好技术支撑。

华灯初上,高博研究团队的讨论还在继续,这就是水利基础科研工作者一天工作的缩影。

绽放在实验室的别样“烟花”

如果说高博团队的工作像是在解析水中微塑料等无生命物质的“输移密码”,那么曾利团队就是在探索水中有生命物质的“星辰大海”。

曾利和他的学生是国家重点实验室流域水沙调控与江河治理研究方向的成员,目前主要聚焦于微生物聚集的水动力机理与模拟研究。

2月17日一早,曾利和学生丁升就开始了藻细胞迁移轨迹的观测实验，

曾利指着具有国际领先水平的定制显微PIV(粒子图像测速)介绍说:“通过这台仪器,我们不仅能观察到藻细胞的个体运动,记录下水体中藻细胞迁移轨迹,而且能同步测量水体的运动。”

水华暴发受水质、光照、水动力等多因素影响。中度富营养化水体中，水华暴发所需的基本生物量比较充足,水动力聚集则成为引发水华暴发风险的重要因素。然而，水动力如何影响藻类等微生物的聚集尚不清楚，一直是水华防治研究领域的“硬骨头”。带着啃下这块“硬骨头”的想法,团队决定追本溯源,开展微生物聚集的水动力机理与模拟基础研究。

由于是全新的研究方向,国际上还缺乏完整的研究范式,挑战接踵而至。从定制实验器材、设计实验方法、测试方案再到分析数据,一切都从零起步。

一头扎进去近8年后,团队一步步接近答案。2018年,从无到有,提出了复杂三维流动中考虑生物趋向性与随机性的微生物聚集的半解析半数值计算方法,并成功应用于三峡库区香溪河支流水华暴发的研究;2021年开始,从有到优,发现了典型流动(圆柱绕流、浮射流等)中微生物聚集的新规律,建立了考虑藻细胞游动行为变化的近壁区微生物聚集模拟方法。

凭借一系列出色研究,曾利团队获得国际同行广泛关注,研究成果得到了国际理论与应用力学联合会负责人高度评价,相关论文成为所在领域的重要文献。

既当专家又当“工匠”,锚定国家需求是团队快速成长的关键。

水华治理一直是一项长期的、艰巨的任务。曾利和他的学生们时常面临很多挑战,“站在国家和行业发展需要的角度看问题”是他作判断的重要依据。

“近几年,我们围绕南水北调和三峡库区水生态保护治理持续开展研究,探索藻类和水动力耦合下的水华暴发规律,为未来可能出现的水质风险进行预报预警研究,按照国家战略需要和行业发展要求下好‘先手棋’为‘国之重器’保驾护航。”曾利说。

话音刚落,正在一旁操作电脑的学生兴奋地叫来“师父”曾利,记录藻细胞迁移轨迹的彩色曲线数以百计，交相辉映、层叠错落,就像是新年烟花般,在电脑屏幕中灿烂“绽放”。国家重点实验室内洋溢着收获的喜悦，“礼物”“烟花”别样红,科研之花也正在实验室中渐次绽放……