文刚教授团队：水库水源周期性水质问题与近自然修复技术研究进展
摘要
水库水源占全国全部水源的45%以上，然而水库水源地的水质存在的周期性污染问题，给供水水质安全带来了严峻挑战。详细分析了水库水源的周期性水质污染问题，主要包括重复季节性藻类暴发，嗅味及营养盐超标，铁、锰及有机污染负荷增加，以及综合因素导致的水生态失衡。从水动力条件变化形成水库热分层现象、底泥污染物释放、季节性暴雨径流和极端气候及其他因素等方面剖析了水库水源水质污染问题的成因。此外，综述了水库水源近自然修复技术的研究进展，包括水库水源水质自动监测与预测预警、平原河网水库藻类捕获拦截技术、基于生态位调控的产嗅藻原位控制技术、分层水库扬水曝气原位改善技术以及应对暴雨径流污染的排浊蓄清技术等。最后，对未来水库水源水质管理与近自然修复技术的发展进行了展望，以期为未来研究提供参考。
研究背景
我国饮用水水源地包括湖库水源、河流水源和地下水源，其中湖库水源在中国饮用水源中占比最高，是我国饮用水源的主要来源［1］。水库在水资源丰富的东部地区尤其重要，供给了约51%（3.18亿人）人口的饮用水需求［2］。水源水库是水资源调控与供应的核心设施，截至2023年，全国拥有（大小型）水库94877座，其水质直接影响后续供水水质安全［3,4］。同时，水库也承担着蓄积和调节天然水体的功能，确保供水稳定，特别是不同季节下水质水量不均衡时，在实现调节水量波动、保障饮用水及工业、农业用水等方面发挥着重要作用［5⁃7］。然而，近年水库水源水质常出现年复周期性问题，且有逐年加重的趋势［8］。典型问题包括藻类暴发［9］、内源污染［10］、富营养化［11］和氮素污染［12］等，严重影响了水质稳定，增加了水厂的处理难度和制水成本。因此，实现水质污染原位控制是饮用水水质安全保障的前提。
目前，国内外学者针对不同的水库水源问题作了不同深度的研究。主要集中在热分层现象解析，底泥污染物释放机制、年际周期性藻类暴发监测预测和暴雨径流面源污染下的原位控制。水库热分层是由太阳辐射导致的表层加热与水体温度梯度造成的密度差异引起的，通常表层与底层温差可达10~20 ℃，并在风速<2 m/s、深度>5 m的情况下更加显著，且在夏季持续至秋季回旋混合［13］。底泥污染物释放是在低氧［＜2 mg/L］、低pH、高温和水流扰动共同作用下，底泥中氮（N）、磷（P）、氨氮（NH3-N）、重金属等物质释放量显著增加30%~50%，导致水体污染和富营养化加剧［14］。黄廷林等［15］发现黑河金盆水库由于水体热分层现象，阻碍了上下层水体之间的物质交换，在水体和底泥耗氧的双重作用下底层水体溶解氧只有（0.15±0.05） mg/L，导致底部沉积物中N、P、Fe和Mn等污染物大量释放［16］。年际周期性藻类暴发会引发嗅味以及有机物超标等问题，这是由于春季和夏季受N、P、营养物质、温度升高和光照等因素的影响，导致藻类密度在暴发期间增加2~3倍，水质恶化可持续2~4周。北方营养型水库春季与夏季藻华暴发的水温、混合层深度和光利用率阈值分别为>9.4°C、<10.9 m、>0.24和>16.0°C、<11.6 m、>0.16［17］。强降雨或极端天气会产生不同强度的暴雨径流，大量颗粒污染物携带N、P等营养物质，致使短期内污染物浓度迅速升高2~5倍，同时引发底泥再悬浮，加剧水体富营养化，底泥中释放的重金属浓度增加30%~50%，进而加大水质净化的难度与成本［18,19］。因此，如何实现分层优质取水，避免高浊度高污染水源，保障饮用水水质安全已成为关键。除了上述研究外，国内外学者还在以神经网络模型为主的藻类暴发预测预警［20］，扬水曝气技术为核心的原位脱氮技术应用［21］，尤其是低浓度的硝酸盐污染控制［22,23］等方面作了不同程度的研究，为水库水质提升提供了大量数据与案例支撑。
综上所述，现有研究大多仅从单一方面进行讨论，并未有系统论述，且不同类型水库差异性较大，不能一概而论。因此本文从水库的共性问题、成因解读水库水质现状，综述了如何从源头、沿途、入库不同阶段中水库水质自动监测与预测预警、平原河网藻类近自然修复、基于生态位调控的产嗅藻原位控制、扬水曝气控制污染和暴雨径流污染调控5类技术，在现阶段水库水源污染防控与水质提升的研究与应用，以期为未来水库水源水质安全保障提供参考。
01、水源水库的主要问题
1. 年际重复季节性藻类暴发
年际重复季节性藻类水华是水库水质管理中的重大问题，也是大多数水库的共性问题。这一现象指藻类在特定季节内周期性、大规模繁殖并形成藻华，呈现出多年一致的季节性模式，详见图1。可知：藻类暴发多发生在春末至秋初，其规模、密集度和持续时间受水温、光照、营养盐浓度及气候条件变化的影响而波动。藻类暴发可能会导致有机物超标、水体变色和产生异嗅味等问题，不仅损害水库水质和生态健康，还对人类活动和经济发展造成不利影响。
水库中常见的藻华类型主要包括蓝藻、绿藻、硅藻暴发［17］。不同水库由于地理位置、水体特性及人类活动的差异，藻类暴发的具体表现形式和主导藻种存在显著差异。伊利湖的藻华在过去几十年中一直以蓝藻为主，造成了巨大的经济损失［24］。太湖是中国典型的富营养湖泊，主要受反复发生的有害蓝藻水华导致水生态系统受到一定的影响［25］。蓝藻暴发是最为常见且危害较大，代表种类如微囊藻属（Microcystis）、毛囊藻属（Anabaena）和布氏藻属（Dolichospermum），蓝藻不仅具有鲜明的色素特征，呈现蓝绿色至深绿色，在高温和富营养水平下更易繁殖，还能产生多种有毒物质，如微囊藻毒素，它释放的挥发性化合物产生嗅味问题，对水生生物和人类健康构成严重威胁［26,27］。滇池草海发现在草海沉水植物恢复过程中，生态恢复区出现大量的绿藻水华。绿藻暴发则以旋毛藻属（Chlorella）、小球藻属（Scenedesmus）和绿藻属（Cladophora）为代表，虽然通常不产生毒素，但大量绿藻覆盖水体，显著降低水体透明度，阻碍了水下植物的光合作用，导致生态系统失衡。长江河口的沿海地区每年春季到初夏，均会出现硅藻和甲藻的密集水华［28］。硅藻暴发主要由硅藻属（Diatoma）和金丝藻属（Asterionella）组成，虽然不产生毒素，但过量的硅藻沉降会增加水体浊度，改变底泥结构，进而影响底栖生物的生存环境。
藻类暴发除了与温度光照有关外，其他环境因子也会对其造成影响。温成成等［17］在李家河水库研究发现，藻华暴发的主要藻种也会随着季节性环境因子阈值发生变化，春季以绿藻、硅藻和甲藻为主，而夏季以绿藻、硅藻和蓝藻为主；同时还发现不同季节藻华形态及面积也存在差异。这种多样性和复杂性使得藻华动态更加难以预测和管理。而且在饮用水消毒处理过程中，藻类的繁殖会引发消毒副产物前体物质（DBPFPs）的产生，这些物质在水处理过程中与消毒剂反应生成的副产物，对水质安全造成隐性危害［16］。年际重复季节性藻类暴发作为水库普遍面临的生态问题，其周期性、规模性和多样性特征对水生态系统和人类活动构成了严峻挑战。深入理解藻华暴发的类型及其共性问题，有助于制定更加科学和有效的监测、预警与治理策略，从而保障水资源的可持续利用和生态环境的健康稳定。
2. 嗅味及营养盐超标
水源水库中嗅味和营养盐等超标问题是水质安全管理中的常见问题。嗅味的产生通常是由于水库中产嗅微生物释放一些挥发性有机物引起的。其中代表性的嗅味物质有2-甲基异莰醇（2-MIB）和土臭素（GSM）［29］。2-MIB及GSM在GB 5749—2022《生活饮用水卫生标准》［30］中的限值均为10 ng/L。也有其他类别的嗅味物质如类胡萝卜素衍生物（ carotenoid derivatives）和二甲基硫（ DMS： dimethyl sulfide）。近年来嗅味超标的事件时有发生，例如2020年秋季溧阳市天目湖沙河水库和绍兴市汤浦水库分别存在2-MIB和GSM超标现象［31］。而营养盐超标则主要是上游水体在大气湿沉降中N和P的引入，当上游空气质量较差时，降雨或降雪过程引入含N、P等物质的气溶胶沉降到地面，并在冲刷作用下携带地面大量Fe、Mn等有机污染物进入水体，一部分污染物与水体混合，另一部分大颗粒污染物沉降进入底泥，随着时间的变化加剧水库水体污染［32］。此外，N、P和有机污染物的过量输入也包括农业生产中的大量施肥、工业排放，以及生活污水的排放。例如，化肥的过量施用导致N、P等营养元素的大量流失，通过农田径流进入水体，是株树桥水库的主要污染源［33］。N主要以NH3-N、NO3--N等形式存在，P主要以无机磷和有机磷的形式存在。严重的农业面源污染导致于桥水库发生周期性的藻华，显著影响水库水质［34］。在降水事件中，尤其是暴雨，雨水冲刷农业土地，将施用的化肥、动物粪便、土壤中的N、P等有机污染物带入水体与沉降到水库底泥中，加剧了水体富营养化的风险。
因此，在水库污染治理过程中，嗅味与营养盐超标势必会增加水厂的处理成本与居民的用水安全风险，必须高度重视，通过改善水体混合效率等方式，有效控制嗅味产生和营养盐积累，确保水库水质的长期稳定。
3. 铁、锰及有机污染负荷增加
有机污染负荷增加是水库底泥污染物积累的主要来源之一。随着流域内人类活动强度的持续加剧，水源水库面临的有机污染负荷呈显著上升趋势。传统工业点源污染通过末端治理已得到一定控制，但以农业径流、城市面源及大气沉降为代表的非点源污染逐渐成为有机污染物输入的主要途径。水源水库流域周围植被茂盛，会出现天然有机质含量偏高问题。高有机污染负荷加剧水体耗氧，特别是在热分层期间，底层水体甚至形成缺氧环境。在底层缺氧的还原条件下，原本氧化沉淀的铁、锰发生还原反应，转化成溶解态Fe2+、Mn2+从固相逸出，释放至上覆水体。例如，南宁市水源地天雹水库水体有机质浓度升高，是由于流域内大量种植桉树，加剧底层缺氧，促使铁、锰浓度超标并引发“黑水”事件［35］。此类问题可能导致自来水出现“黄水”“红水”现象，并且会引发输水管网堵塞等次生风险。
城市化进程中面源污染导致有机污染负荷增加的问题不容忽视。其中，与有机污染负荷密切相关的表征指标包括总有机碳（TOC，包含颗粒态与溶解态碳）、高锰酸盐指数（CODMn）及溶解性有机碳（DOC，一般认为<0.45 μm滤膜的可溶组分）等。GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中规定Ⅲ类水体CODMn限值为6 mg/L，而相关研究表明，因陆源有机质的大量输入，大多数沿海河流中CODMn高于Ⅳ类水质限值［36］。流域内土地利用方式的改变（如不透水地表增加等）会显著加剧有机污染物的迁移通量，而水文条件的季节性波动则进一步加剧其输入的不确定性，使得面源污染更加严重。研究表明，强降雨事件通过地表冲刷将大量陆源有机物（如土壤腐殖质等）输入水体，导致韩国Daecheong水库中DOC和COD浓度明显升高［37］。上游水体中营养盐的过量积累，会导致水库水体的富营养化，进而引发藻类水华等生态问题。藻类的暴发不仅降低水体透明度，阻碍水下植物的光合作用，还会消耗大量的溶解氧，造成水体缺氧，进一步加剧铁、锰的释放并影响水生生物的生存。
因此，铁、锰及有机污染物的输入是水库水质问题之一。为应对上述问题，亟需采取源头控制与过程治理相结合的综合管理措施。例如，农业上应推广科学施肥技术，减少过量施肥和不合理使用农药，采取雨水收集与处理措施减少径流污染；城市则应加强雨污分流，建立健全的排水系统，确保污水得到有效处理。针对铁、锰超标，可通过人工混合扬水曝气技术破坏水体热分层，或通过底泥疏浚减少内源释放。此外，水库本身也需要通过生态修复等措施，减缓其对水质的负面影响，保障水质的长期稳定与生态健康。
4. 水生态结构失衡
水库生态系统由浮游植物、浮游动物、水生植物和底栖生物等多个生物群落相互依赖组成，共同维持着水体的健康与稳定。然而，随着污染的加剧，水库生态结构的失衡成为水质恶化的关键因素之一。生态结构的失衡通常表现为底栖生物物种数量的过度减少，进而影响水体的自净能力和污染物的降解过程。这是由于底栖生物通常负责分解沉积物中的有机物，若这些生物种群数量减少或生态功能受损，有机物无法有效分解，导致其在水库底部长期积累，为藻类的过度生长创造条件。同时，水生态系统中底栖生物的减少使得污染物在水体内的滞留时间过长，不仅降低了水体的自净能力，还使得水质持续恶化。
藻类暴发后大量消耗O2也阻碍了大气复氧和氧气向下层水体的传递，导致水库表层形成大颗粒凝聚态藻华，进而影响水生植物的光合作用，同时低溶解氧导致底泥有机物厌氧释放，加剧水体污染，导致动植物死亡，形成恶性循环［38］。Hou等［39］对峡谷型三河口水库进行了为期2年的水质监测，通过浮游植物的分类学和功能组学发现水温、热分层指数（RWCS）、混合深度和pH是影响浮游植物群落演替的关键因素，也发现浮游植物的过量生长促进水华形成，使得水库水体中氧气急剧减少，导致水生动物尤其是鱼类的生存环境恶化，从而导致水生态结构失衡。对于昆虫的影响层面，Cai等［40］利用不同浓度蓝藻对苍白双叶摇蚊行为、发育等特征的影响发现，密度较高微囊藻在盐离子（如1.0 g/L Ca2+、Mg2+）环境下具有协同毒性，会抑制苍白双叶摇蚊的发育和掘穴能力，造成其较高的死亡率，尤其是Mg2+，造成了约90%的死亡率。在水库微生物层面，Lv等［41］发现当水库处于热分层状态时三河口水库微生物群落的组成和特点受环境变量的影响较大。其中水温、硝酸盐（NO3--N）和TP是驱动微生物群落变化的主要环境因素。热分层期，硝酸盐和水温对细菌群落影响显著，微生物群落的复杂性较高，但稳定性较低，不利于水生态环境的稳定。当水生态失衡后，随之衍生出的问题是水库水源水质恶化和水质安全隐患，例如嗅味产生后对周围环境造成影响，对居民感官造成不良影响。Wang等［42］结合2-MIB浓度概率分布和投诉阈值分布，提出了一种基于零膨胀对数正态模型的方法来评估2-MIB的投诉风险，经过对5个城市的分析，发现济南和无锡的投诉风险较高，分别为22.3%和19.2%，而上海和珠海的投诉风险较低。根据对数正态分布，得出2-MIB投诉阈值在中国大部分地区<10 ng/L，这为制定水质标准和管理提供新的思路。
水生态结构的失衡不仅直接影响水体的自净能力，还会促进藻类暴发，进一步加剧水体污染，形成恶性循环。为恢复水体生态平衡，必须采取措施加强生态修复，恢复水生态系统中各类生物的正常功能，改善水库的水质和自净能力。
因此，全面理解上述问题之间的相互关系及其综合影响，对于制定科学、系统的水库管理策略、优化水质保护措施以及实现水资源的可持续利用具有重要的理论和实践意义。未来的研究应进一步探讨这些因素的动态交互机制，开发综合治理技术，以有效应对水库生态环境面临的复杂挑战，保障水生态系统的健康与人类社会的可持续发展。
02、水源水库污染原因剖析
水源水库污染给饮用水供给安全保障提出了更加严格的挑战，污染形成机制如图2所示。可知：造成水源水库污染的主要原因包括水库热分层及N、P超标、水动力条件变化形成厌氧环境、季节性暴雨径流、极端气候及其他因素的影响。
1. 水动力条件变化形成热分层现象
水动力条件的变化是引发水库水体热分层现象并导致厌氧环境形成的关键因素，直接决定了水体的自净能力以及污染物的迁移与积累过程。水动力条件通常指水流速度、水流方向、水体溶解氧及水流量等因素的变化，这些因素的变化会导致下层水体厌氧环境的产生。具体的水源水库季节性热分层现象是由水体温度梯度引起的密度分层现象［11］，导致水体呈现出明显的层次结构，在夏季表现得尤为显著［43］。如图2所示，表层水体因受到太阳辐射和风力的双重作用，温度显著升高，形成温度较高且充分混合的上层水层；而底层水体由于热量传递效率低下，温度相对较低，形成稳定的冷水层。介于上层和下层之间的过渡区域被称为温跃层，其温度梯度变化较大，显著限制了上下层水体的垂直混合。为了定量评估热分层强弱，常采用RWCS指数［44］（RWCS<50，指示自然完全混合）、RWCS/H指数（RWCS/H>2.0 m-1指示稳定分层状态［45］）、浮力频率N2（N2<0.50×10-4s-2，指示水体处于混合状态；N2>5.0×10-4 s-2，指示水体处于稳定分层状态［46］）等进行分析。这种热分层结构还会引发包括温跃层溶解氧最小值（MOM）［47］在内的复杂物理、化学和生物过程，对水库水质及生态系统健康产生深远影响。例如，铁、锰和磷等元素的释放及其垂向分布受热分层形成与消亡、水体氧化还原条件变化以及沉积物-水界面物质交换等多种环境因素的综合影响［48,49］；水库水体热分层显著影响细菌群落和浮游植物群落的演替和垂直分布［50,51］。Lv等［41］在对三河口水库的研究中发现，水温、硝酸盐和总磷是驱动微生物群落变化的主要环境因素。在热分层期间，较低的水流速度限制了热量和溶解氧的垂直传输，导致底层水体长期处于低氧或厌氧状态，微生物群落的复杂性较高但稳定性较低；而在机械混合期，水流速度的增加促进了水体的垂直混合，打破了热分层结构，提高了下层水体溶解氧浓度，细菌和真菌群落则更多受P的限制，群落的复杂性和稳定性有所提升，增强了生态交互作用，有助于水库水质的改善［23］。热分层对水库水质的影响主要体现在其对水体复氧过程的阻碍作用上［52］。表层水体由于光合作用活跃，pH值较高和溶解氧浓度较高，能够支持丰富的浮游动植物的生长［53］。然而，底层水体因光照不足和垂直混合受阻，溶解氧含量显著降低，甚至产生厌氧环境。在这种厌氧条件下，底泥中的有机物通过厌氧微生物的分解作用生成硫化氢、甲烷等还原性有害物质。这些物质不仅对水质造成严重污染，也对水生态系统健康产生负面影响。此外，热分层还显著限制了营养盐的垂向混合，导致底层水体中的溶解氧含量较低，为底泥中N、P等营养物质的释放创造有利条件，进一步加剧水体富营养化。过量的营养物质导致藻类生物量的增加，引发藻类暴发，尤其是在水温较高、光照充足的条件下。
2. 底泥污染物释放
水库形成的稳定热分层现象严重影响水体中溶解氧的垂向传质，致使底层水体发展成为缺氧或厌氧状态。这种环境显著改变了底泥中化学物质的稳定性，促使Fe、Mn、N、P等营养元素发生还原反应并释放至上覆水体［54］。在厌氧条件下，微生物将沉积物内高氧化态金属物种作为终端电子受体，实现对有机物的厌氧生物降解［55］，使底泥中的有机污染物和重金属等有害物质转化为更易溶解或更具移动性的形态［56］，导致其从沉积态释放至上覆水体［57］。秋末水体垂向混匀，导致高负荷污染物向中上层水体扩散，造成水体全断面污染［58］。这些物质的溶解和迁移不仅直接影响水体的色度和透明度，造成显著的水质污染，还会通过一系列生物化学过程进一步恶化水体环境。例如，秋初季节气温骤降破坏水库分层，大量还原性物质（如Fe（Ⅱ）、Mn（Ⅱ）和硫化物等）在向上迁移过程中被氧化，导致贵州红枫湖水库、百花水库周期性水质恶化问题频发［59⁃61］；底泥在长期厌氧酸性环境下的内源释放是导致山口岩水库坝前水体和台州长潭水库水体Fe、Mn浓度超标的直接原因［62,63］；周村水库［64］和大黑汀水库［65］在厌氧和缺氧环境下，大量污染物（如锰、营养盐等）从底泥中释放，导致水体黑臭和突发性鱼类死亡；底泥中异味物质（如Geosmin、二甲基二硫化物（DMDS）二甲基三硫化物（DMTS）等）的释放是水库异味的主要原因之一，pH值、温度和水力扰动等环境因素显著影响其释放过程及强度［66］。此外，P的释放会加剧水体的富营养化问题，促进浮游植物和藻类的过度繁殖，形成大规模藻华，进而导致水体中的溶解氧含量进一步下降，形成恶性循环［67］。底泥中有机物质的厌氧分解还会导致水体pH值的降低，增加水体的酸性环境。这种pH值变化不仅影响水生生物的生理功能和生态适应能力，还可能促进某些重金属的溶解和迁移，增强其毒性和生物可利用性。底泥释放对水库生态环境、居民健康及经济社会发展带来了多重危害。
3. 季节性暴雨径流
季节性暴雨径流是导致水库水源恶化的一个重要因素，极端降水事件（如暴雨）引发的径流会对水库的水质和水力状态产生显著影响［68⁃70］。尤其在暴雨和雨季期间，降水量集中且迅速汇集到水库中，形成强烈的径流，携带铁、锰、大量腐殖质有机物等，改变水库入流条件，引起突发性水质污染［71］。例如，2017年6月，雨季来临使得高污染负荷径流进入李家河水库，导致水库表层和中层水体TN浓度达全年最大值3.32 mg/L［72］。暴雨径流强烈的冲刷作用会将土地、农业用地和城市区域的污染物带入水库，包括N、P等营养物质，农业施用的化肥和农药，生活污水以及工业废水等［73］。这些污染物迅速汇入水体后，导致水体富营养化，尤其是N、P等营养物质的增加，为藻类的过度生长提供了丰富的养分，容易引发藻类水华。例如，规模化养殖和农业面源污染是龟石水库主要的污染源，径流携带N、P等大量营养物质汇入水体，为2014年夏季大规模蓝藻水华暴发创造有利条件［74］；在东亚夏季季风期间，大量的P随暴雨径流进入水体形成P冲击负荷，由于大型水库具有较强的热分层现象，其中暴雨径流的温度（10~15℃）低于表层温度（20~25℃），温度差的存在使其进入水库温跃层，使得暴雨过后在温跃层累积的P逐渐向表层扩散，为藻类生长创造有利条件，形成“季风水华”［75］。在水库流域开发强度较高的区域，暴雨冲刷会显著增加有机质迁移通量，这与流域土地利用类型密切相关。暴雨径流的冲刷作用还会带来大量悬浮物，形成浊度异重流潜入水库底层，引起外源污染输入［76］并削弱热分层稳定性［77］。悬浮物不仅会增加水体的浑浊度，降低水的透明度，影响水库的光透过性，还会阻碍大气复氧，导致水体的溶解氧含量下降。尤其是在水库发生热分层的情况下，底层水体缺氧的情况更为严重，悬浮物和有机污染物的存在使得底层水的耗氧加剧［78］，进一步影响水体的生态平衡。在金盆水库暴雨期间，暴雨径流携带大量有机污染物进入水体，尽管底层氧气浓度暂时增加并引发水体垂直混合，但外源输入带来的高负荷有机物会迅速消耗O2［79］，DO浓度在10 d内下降了近3.4 mg/L，导致底层水体耗氧速率大幅提高，并最终导致水质恶化［80］。极端天气现象的增多使得暴雨造成的径流污染更加严重，水库的水质管理压力进一步加大，这使得水库水位的急剧波动，水库水位迅速升高，导致水体中的悬浮物、溶解性有机质、沉积物等被扰动和重新分布［22］。此时，原本沉积在水库底部的重金属、营养物质、有机物等污染物会重新混合在不同水层，导致水质急剧恶化，严重影响水库的水源安全和取水过程。
4. 极端气候及其他因素影响
极端气候及其他因素对水源水库水质安全的影响多方面且复杂，其中包括暴雨、高温、干旱等。首先，暴雨引发的径流是水库污染的主要来源之一。暴雨过后，上游周边土地表层的农业化肥、农药、土壤颗粒及其他外源性污染物因强降雨被迅速带入水体，形成暴雨径流进入水库，显著增加水库的污染负荷。暴雨径流所携带的污染物通常富含营养盐类，这些物质的输入进一步加剧了水库的富营养化风险。特别是在暴雨后，水库水质容易发生急剧恶化，藻类往往会因大量营养物质的输入而迅速繁殖，形成“水华”现象，进而影响水质和生态系统的健康。高爱平等［81］研究发现，在暴雨径流的影响下，颗粒粒径较小的悬浮物会携带更多的污染物，污染物浓度升高，TN、TP、SS和CODMn浓度增加，表明径流量与污染物浓度直接相关。其次，极端高温天气也会影响水库水质，高温使得水体发生热分层现象，表层水温升高，底层水温较低，这种温差导致水体形成明显的分层结构。Yang等［82］发现铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）和惠氏微囊藻（Microcystis wesenbergii）是常见淡水水体的有害藻华，特别是在暴雨径流后形成的复杂富营养环境中能快速上升，并在水面形成表层浮渣，不仅影响水质，还会对生态系统造成负面影响。随着水体分层现象的加剧，底层水体中的溶解氧逐渐消耗，底泥中的有害物质（如N、P、重金属等）在无氧环境下释放到水中，进一步污染水质，这些有害物质还会在水库底部长期积累，对水质长期产生不利影响。再者，干旱和持续的高温天气导致水库水位下降，水量减少，新的水源补充后会改变水库环境，促使藻类群落演替和生态位分配，增加水生态结构失衡的风险［83］。水生态结构失衡会削弱水库自我净化的能力，降低水体的生态修复潜力，进一步加剧水污染问题。另外，水库水质安全与水生态平衡还受土地利用变化、水库综合管理、生物入侵和人类季节性活动的影响。因此，极端天气事件等复杂因素的影响，通过破坏水源水库的水动力条件、增强污染物输入、改变生态结构等多个途径，显著破坏了水源水库的水生态平衡，为水资源管理和水质治理带来了严峻挑战。
03、水源水库近自然修复技术综述
1. 水库水质自动监测与预测预警
水库水质自动监测与预测预警系统是通过集成多种监测技术和数据分析方法，实现对水体质量的实时监测、动态预测和预警的综合性技术体系。该系统的开发思路主要基于对水质变化的持续监测，通过传感器、自动化仪器和无线通信技术获取水质数据，再结合大数据分析和机器学习算法进行数据处理与预测，最终形成一套能够实时反馈水质状态并预警潜在风险的系统。当前，国内外普遍应用的水质监测技术主要分为原位监测与遥感监测两类。如图3a所示，原位监测通过在水库中布设多类型传感器，基于光学、电化学及电导率等实时采集水温、pH值、浊度、DO、NH3-N、TP等关键水质指标，能够在极端气候事件发生时快速响应，反映水质的变化，并及时发出预警信号，从而促使采取必要的污染控制措施，有效降低水源水质污染的风险。已有研究表明，结合多传感器融合技术的实时原位监测，在应对极端气候条件下水质动态变化方面具有显著优势：Wang等［84］在天目湖布设的陆基高光谱遥感水质仪架设在水体上方5 m内，克服了遥感监测受大气透明度影响大、影像间隔时间长等问题，实现了连续的断面水质监测；Grishin 等［85］使用安装在船上的拉曼激光器，根据俄罗斯高尔基水库叶绿素荧光的定量来监测藻华。此外，与卫星搭载的无源遥感系统相比，无人机搭载的有源系统设备简单且具有成本优势，并且适合在复杂气候条件下应用。然而，如何提高传感器数据的准确性和系统的维护管理效率，仍是当前技术面临的重要挑战。
遥感监测技术近年来在水源水库及河湖的污染监测中得到了广泛应用。如图3b所示，中国科学院南京地理与湖泊研究所朱广伟团队［12,86］从主要流域典型水库水源的水质污染机制出发，研发了蓝藻水华监测预警体系和水生态风险防控技术。遥感为水库水源水质监测和时空监测提供了有效工具，利用多种遥感平台，例如地面、卫星、无人机等设备，安装相应的光学电子传感器，通过分析影像中的光谱数据获取广泛区域的水质数据信息。例如叶绿素-a（Chl-a）、藻蓝蛋白（PC）、总悬浮物（TSM）等关键参数［87］，通过反演实现水质动态变化的长期监控，以经济高效的方式进行数据采集和实时监测。吕翔宇等［88］通过遥感技术研究了多因素协同作用对湖库水华的诱发机制，同时通过遥感监测与地面传感器数据结合的方式，为水质实时预警与预测提供了更加全面的技术保障。Wang等［84］提出了一种多源遥感卫星跟踪水体动态污染的方法，显著提高了全球湖库污染物扩张监测的精度和准确性，与无法提供实时监控系统的现场采样和原位分析相比，遥感方法能够提供关于水质污染的实时更新。而在目前遥感实时监测技术的基础上，数据分析和模型预测技术的结合为水质监测和预测预警提供了更为深入的分析方法。机器学习、神经网络等智能算法被广泛应用于水质数据的深度挖掘与分析［89］。上述模型能够结合气象数据、流域特征和水文条件等多种因素，预测未来水质的变化趋势，并为管理者制定科学合理的水资源管理策略提供支持。尚旭东等［90］提出了一种基于双向长短期记忆（BiLSTM）神经网络组合的水质预测模型框架，有效提升了黄河流域水库水源水质风险的预警精度。为了降低成本和快速检测区域水质质量，Haakonsso等［91］将建模与原位数据和遥感方法相结合，远程检测到的湖库污染面积信息与原位检测条件有效结合，快速且具有成本效益。Ai等［92］优化了随机森林模型来预测伊利湖中的短期污染水平，测试集准确率高达89.6%，并通过提供短期水华警报帮助湖库管理者对污染问题实现快速管控应对。
此外，Kang等［93］研究发现结合细菌数据和环境因子的模型，在预测性能上显著优于仅使用环境因子的模型，可以提高有害藻华预测系统预测的准确性。数据科学与人工智能算法的应用不仅显著提高了水质波动的预测能力，也为水库管理者提供了更加精准和及时的决策支持。
2. 平原河网藻类近自然修复技术
平原河网地区河沟纵横，经济发达，水量丰富但缺乏优质饮用水源，一直存在平原河网向水库外源污染输入、内源释放造成藻华暴发频繁、影响水源水质等问题。藻类近自然修复技术通过模拟和恢复水体自然生态过程，利用生物修复和生态工程手段，针对平原河网区域的富营养化和藻类暴发问题，提供了一种可持续的水质治理方案。该技术通过引入水生植物、微生物和特定藻类、构建生态浮岛，利用植物吸收营养物质、微生物竞争和抑制作用，以及沉积物改良等生态过程，控制藻类的过度生长并恢复水体的自净能力。其主要优势在于低成本、生态友好和可持续性，能够有效减少水体中的N、P等营养物质，预防藻类暴发，实现生态调控和确保水质安全。
中国科学院水生生物研究所肖邦定团队［94］从源头上通过对多个水源上游生态湿地的原位观测，结合潜水丁坝、工字坝和“植物床-沟壕”等方式实现藻类捕获。潜水丁坝采用物理拦截和生物捕食等方式进行藻类拦截，在2~3级的向岸风作用下，大量团聚态藻华会富集于岸边区（叶绿素a 浓度高达200~300 mg/L），所截获的藻类生物量可达60 g/L。工字坝同样采用相同的原理，在巢湖河口区双向往复流的作用下，使背水面的工字坝区藻类细胞密度较大幅度降低，平均降低66.5%。沈利清等［95］研究发现“植物床-沟壕”具有良好的降藻效果，在石臼漾水源湿地中根孔净化区出水叶绿素浓度较源水整体下降了27.0%。同时，当源水叶绿素a浓度为10 µg/L，经3 h湿地过滤，根孔净化区对藻类的消减作用接近50%。该团队也研创了水库滨岸带的物理-生态修复技术，最终构建出水源上游藻类拦截捕获的技术框架。平原河网藻类拦截技术及原理如图4所示。由图4a、b可知：水源生态湿地能够很好地对抗外河源水的高藻密度冲击负荷，当外河源水藻类每增殖100万cells/L，湿地可实现4.9×105~5.9×105 cells/L的藻类降低量。并在此技术基础上进行了改进，采用“植物床-沟壕-潜水丁坝”联用技术体系，这种结构特有的“拦门”属性和芦苇等植被具有降低水流水力糙度的功能，从而使得藻类易进不易出，进一步提高了藻类拦截捕获效率，同时也加强了氨氮与磷酸盐的去除，为水厂供水降低藻类污染风险。
沿程主要通过库内藻类生物量削减与生态调控技术实现抑藻，这是在表流人工湿地基础上，在垂直水流方向开挖深度约1 m的沟渠，沿沟渠水深方向形成沉水植物、浮叶植物、漂浮植物生长空间，利用湿地沟渠-水生植物群落组合形成抑藻体系，其中水生植物以茭草芦苇挺水植物为主，随着自然生长逐渐形成多样化的水生植物群落，有效抑制了库内浮游藻类生长。基于上述技术的开发与完善，Zhang等［96］开发了藻类垂直剖面监测系统和利用LISST原位高分辨率监测水体藻类生物量及迁移动态的方法，构建了以蓝藻水华风险预测与防控技术为主的水质监测系统，并建立了多维度多浮标监测系统，通过区域水华蓝藻“拦截-捕获-处置技术”有效地阻止了治理区域内蓝藻水华的扩散和生长，显著降低了水体富营养化和蓝藻暴发风险。如图4c所示，试验通过对浪河入丹江口库区的监测与多层拦网技术发现，试验区断面下游1500 m至监测断面之间，综合性拦截治理措施对蓝藻消减率高达89%，同时多层拦截措施有效控制了考核断面区域内蓝藻的增长，使叶绿素浓度降低78%，藻类生物量降低43%。由图4d、e可知：处理前后主要是通过限制风力对藻类的流动实现动态拦截。整个处理系统从监测系统的建立到拦截措施的实施，现已初步形成了“源头控制、沿程削减和末端保障”的水源水库藻类防控近自然修复技术体系。
3. 基于生态位调控的产嗅藻原位控制
基于生态位调控的产嗅藻原位控制是指通过改善水库生态系统中环境结构、生态群落结构、内部物质传输转移等措施，实现水质净化能力提升、污染物去除和物质累积改善的一种水质生态调控技术。产嗅藻的生长控制手段在水源水库中非常有限，通常无法使用化学药品等，因此揭示产嗅藻的生态位特征，并基于生态位进行调控十分关键。产嗅藻产嗅原理如图5a所示。可知：产嗅藻在低光照条件下能够更好地生长，尤其是在水体较深或透明度低的情况下，光照强度直接影响其MIB的生产效率［97］。目前常用的技术有鱼类调控抑藻技术和藻类生长抑制技术［98］。鱼类调控抑藻技术如图5b所示，通过调整水库中不同营养级鱼类的结构与比例，控制藻类过度繁殖。如杨姣姣等［99］研究发现，洱海红山湾中鲢、鳙对浮游植物的优势种类——微囊藻和隐藻有明显的削减效果，鲢、鳙的日摄食量分别为25.0%和18.2%，滤食率结果也表明鲢对浮游植物的摄食率高于鳙，而鳙对浮游动物的滤食率高于鲢。但此类方法存在较大分歧，面临浮游动物比例失衡、浮游动物人为捕捞致水华风险陡增等风险，鱼类调控技术应注重食物链结构的改善及后续变化，避免因盲目投放及后续不当行为所引发新的生态问题。
其次是藻类生长抑制技术，如对微囊藻通过加压破坏伪空泡使其下沉，降低环境危害。中国科学院生态环境研究中心于建伟团队［97，99-105］调查了典型水源水库产嗅藻的种类及生长规律，研发了基于产嗅藻生态位特征的抑藻控嗅技术及设备。为了准确识别不同产嗅藻，Cao等［99］通过单细胞融合基因技术建立了MIB产嗅藻的精准识别，相继利用该技术开展了长江流域典型水源水库的产嗅藻种识别，包括丹江口水库、巢湖、太湖、青草沙水库、金泽水库、梁辉水库及伏龙山水库等，其中太湖的MIB产嗅藻为假鱼腥藻、拟浮丝藻及聚球藻，伏龙山水库为假鱼腥藻及拟浮丝藻，其余水库均为假鱼腥藻。其次需探明主要产嗅藻的生态特征及生态响应影响因子，建立相关产嗅藻的预警模型和方法。Wang等［57］利用金属传感器研发了便携式电子鼻，为水源中嗅味物质2-MIB、GSM、β-环柠檬醛、β-紫罗兰酮等T&O化合物的检测提供了快速检测和预警技术支持，同时避免了人工检测相关的不确定度和不稳定性。调节受污水体的营养物质、光照、温度、pH值以及生物群落结构，抑制产嗅藻的生长繁殖，实现水质自我调节与生态平衡恢复，其原理在于通过干预生态因子，优化物种间的相互作用，限制产嗅藻的生态位扩展，从而减少其在水体中的优势地位。Su等［100］发现Planktothrix sp.主要分布在水库的浅水区域，尤其是靠近底部的区域。水体透明度较高的区域（如浅水区）更易提供足够的光照和营养条件，显著促进了Planktothrix sp.的生长。Ju等［101］也发现了Planktothricoides raciborskii的生长特性，该藻类在ρ（TN）=800 μg/L，ρ（TP）=10 μg/L的低营养条件下能够良好生长，并在温度为30°C和光照54 μmol photons/（m2⋅s）条件下生长最佳，且MIB的生产量相较于其他条件显著增加。基于此，Su等［101］通过长期数据监测识别MIB产生者，并建立基于回归分析的风险评估模型，可实现7~10 d的嗅味预警预测MIB发生的概率，为水库水质管理提供了新的思路。
产嗅藻原位控制原理如图5c所示。可知：其原理是通过调整水体的水位、流速和水层结构，改变水体的物理化学条件，抑制产嗅藻的生长。例如，密云水库先采用水位调节方法来干预水体热分层和富营养化状况，降低藻类暴发的机会［51］；其次通过调节水流的动力作用（如水动力调浊技术），利用流体动力学的原理，破坏藻类栖息的稳定环境，提高水体的溶解氧水平，抑制厌氧条件下产嗅藻的繁殖；最后通过沉积物再悬浮技术控制水体的光透过率，改变藻类对光照的利用条件，限制其光合作用，达到抑制藻类生长的目的。Fang等［103］提出了基于光调控的原位抑藻控嗅技术原理，通过局部沉积物重新悬浮来控制有害蓝藻的生长。该方法通过降低水体的水下光照强度，促进沉积物中颗粒物的沉降来抑制蓝藻水华的形成，并在相关水库开展了技术应用效果评估和验证，其中南江水库与长溪水库验证发现该技术可将产嗅藻（假鱼腥藻）密度降低约70%，伏龙山水库MIB浓度从250 ng/L降低至嗅阈值（10 ng/L）以下。Lu等［104］结合上述技术建立了金泽水库来水嗅味监测预警模型和青草沙水库产嗅藻暴发预测模型，确定太浦河-太浦闸下为预警断面，建立了预警模型实现金泽取水口ρ(2-MIB)的预警预报，通过流域流量调度实现取水口ρ(2-MIB)≤500 ng/L的控制目标，同时库区内维持2.5~3.0 m高水位运行，利用粉末活性炭良好的吸附特性［105］，特别是短期藻类激增的情况下，确定金泽水库输水MIB的限值为200 ng/L，高于200 ng/L时投加粉末活性炭，以保障水厂出水MIB低于10 ng/L。针对水库外源输入嗅味问题开展了以“水质嗅味监测-预警预报-综合调控”为核心的调控技术方案和应用示范，为后续示范工程的应用实施奠定了基础，开发了基于提浊调光控藻技术原理的移动式调光抑藻设备，在多个水源水库验证了其藻类和嗅味调控效果。整体技术利用生物竞争、优化水体营养平衡等方式进行原位控制，是一种有效的生态修复手段。
4. 扬水曝气控制污染技术
当水库受到外部污染物输入时，水体的热分层现象会加剧污染物的滞留和沉积，进而影响水库的自净能力。因此，分层水库原位控制的关键在于合理利用水体的分层特性，通过对水层的精细化管理，减少污染物的扩散和积累，提升水库水质的恢复力。分层水库原位控制是一种基于水库水体分层现象，主要通过优化水层管理和生态修复，提升水体自净能力并减少污染物积累的有效防控措施。目前常见的原位控制技术主要包括鱼类生态捕食技术［106］、化学药剂沉积物覆盖技术［107］、物理疏浚技术［108］和混合充氧技术［109］。由于水源水库对水质和水生态安全要求更高且需持续不间断供水，因此化学药剂和物理疏浚使用受限。
国内外分层型水源水库通常采用混合增氧对水库水源水质进行原位改善。美国采用的等温层充氧技术对底部水体进行充氧，实现内源污染的原位控制，然而该技术对控制水体上层藻类暴发及嗅味收效甚微［106］；欧洲采用的扬水曝气技术能通过破坏水体分层实现充氧，然而该技术在运行前期不具备向底层水体充氧功能、容易引发底部污染物的全层扩散［107］。不同类型的扬水曝气机如图6所示。西安建筑科技大学黄廷林团队［110］研发的扬水曝气技术能够弥补上述缺陷，已在国内多座水源水库的工程试验中展示出较好效果［111,112］，后续又围绕黄河、长江流域水库水质污染特征，进行了系统开发升级与改造。该技术通过调整上层水和底层水的混合和交换，可以有效抑制底层污染物的释放，避免其向上层水体转移，从而减少水库水质恶化的风险。以李家河水库为代表，扬水曝气技术通过结合人工混合与诱导自然混合的策略保证了水库水质，水体从“中度富营养化”改善为“轻度富营养化”状态［113］，主要诱导和优化温度和氧气浓度变化改善水质，其中水库表层和底层的鞭毛藻细胞密度，最高减少了97.8%和96.8%［114］，该技术表明诱导混合在维持水库水质良好状态方面发挥了重要作用。
基于此技术的开发和应用也在不断地进行更新迭代。史昕欣等［115］提出了一种基于原位电解产氢的反硝化脱氮技术，采用电解水析氢作为电子供体，实现了对真实水库水中硝酸盐的高效去除。电极组在电压8 V条件下，NO3--N去除率达99.5%，脱氮速率为0.29 mg/(L·d)，去除率显著高于仅为26.8%的无电解对照组。Guo等［116］在扬水曝气系统内加入铁碳材料（Fe/C）及磁铁矿（Fe3O4），分析联用对NO3--N的去除效果，Fe/C和磁铁矿的联用系统中，NO-N和TN的去除率分别为95.6%和88.6%，明显优于其他系统。通过间歇性曝气的操作，可以有效促进Fe（Ⅱ）/Fe（Ⅲ）循环，提高反硝化效率。而在另一项对比实验中发现，Fe/C为40%的系统在N去除方面表现较好，TN去除率可达到75.3%，NO3--N去除率为95.7%［117］。同样在此基础上利用化学与生物耦合的方式，加载铁还原好氧反硝化细菌群落于活性炭（AS）载体上，并与海绵铁（SZVI）结合，构建反硝化系统（ABS），通过间歇性曝气系统（ABSI）进一步提高N去除率。ABSI系统的TN去除率达到92.1%，显著优于AS系统的75.0%和ABS系统的86.1%；该系统的NO-N去除率高达93.5%~99.7%。此外，对低C/N条件下金盆水库中好氧反硝化微生物群落进行分析，揭示了好氧反硝化NO3--N的去除机制，以及EPS作为电子供体和碳源的双重作用和N去除之间的关系。
总体而言，分层水库原位控制通过科学分析水体分层特性，调控水体的氧化还原状态和污染物的迁移过程，不仅能有效减缓水库水源污染，还能结合生态修复措施，提升水库生态系统的恢复力和自净能力。随着技术的进步和应用的深化，分层水库原位控制有望在水库污染防治中发挥越来越重要的作用。
5. 暴雨径流污染调控
暴雨径流下的污染调控可以通过预测预警、入水库前预调控和进水库内原位调控，保证水源水库在暴雨径流下造成饮用水质量安全隐患。上游建立生态缓冲区、植被拦截带等措施，可减少暴雨径流带来的污染负荷，从源头上降低水库的污染压力，而当进入水库后，需要依靠扬水曝气技术进行诱导潜流，避免中、上层水体污染影响水库取水。黄康哲等［119］通过在三河口水库设置多个监测断面，监测了汛期多场典型暴雨径流的水质变化，包括水温、浊度、溶解氧、TN、TP、TFe等理化指标，发现暴雨径流使得水库的温跃层和等温层水质污染严重，尤其是TN、TP和TFe的浓度急剧上升，且这些污染物浓度的下降速度较慢，可能在短期内无法恢复。如图7a所示，暴雨径流产生时发现净雨中N类物质主要以NH3-N为主，穿透雨中的NO3--N含量会显著上升，最高达到净雨的13倍，而溪水中的NO3--N含量显著升高，最高可达穿透雨的8.67倍。
西安建筑科技大学黄廷林［70,78,81］、文刚［47］团队通过对暴雨径流污染和入库潜流的长期监测发现，当雨水形成地表径流后又会携带大量的泥沙与地表污染物进入水库，破坏水库状态极易形成MOM，可利用人工混合系统，打破水体的热分层现象，避免暴雨径流造成的水层污染物浓度积累。人工混合能够促使暴雨径流通过水库底层流动，从而减少表层水体的污染负荷。Zhang等［120］对李家河水库2023年3次暴雨事件数据进行高频监测，包括降水量、径流量、N、P浓度等，发现在“暴雨B”情况下，通过滞后分析得出ρ(TN)、ρ(TP)的浓度分别达到4.21， 2.43 mg/L，NH3-N和TP主要通过地表径流传播，而TN和NO3--N则主要通过地下径流传播；利用扬水曝气机系统进行调控，通过改善水库底层水温，促使暴雨径流形成潜流，减少了高污染负荷水体对水质的影响，尤其在“暴雨A”和“暴雨C”中表现突出。Shou等［22］通过监测金盆水库的暴雨径流发现，在汛期水库水质急剧恶化的情况下，通过及时排放高浊度水体、采取高位取水口等措施，可以有效减轻水库水质的恶化，提升水质安全性。
暴雨径流污染是水库水源污染的重要来源之一，因其带有大量农业面源污染、城市污水和工业废水等污染物，暴雨期间会急剧增加水体污染负荷，直接影响水库水质。暴雨径流入库演进原理见图7b。表层流主要以春季入库径流，其特点是含沙量小，密度低；层间流主要在暴雨径流时出现，含沙量高，密度较大；底层潜流，主要发生在特大暴雨径流时，含沙量大，密度大。根据以上特征，发现在暴雨径流出现时诱导形成底层潜流可避免水体上、中层污染，因此可利用扬水曝气系统进行水库水体的混合，从而形成底层潜流。如图7c、d所示：使用扬水曝气技术改善形成潜流后，水库水体水质分层明显，采用泄洪洞快速排出径流携带的高浊水，排浊蓄清，中、上层的水质更好，使用高位取水口，可实现优质取水［121］。尽管上述技术具有低成本、生态友好和较强适用性的优势，但其实施过程需根据水域特征、环境条件进行科学设计和精准管理。未来，随着技术的不断优化与发展，这些方法将在水体治理和生态修复中发挥更加重要的作用。
04、结论与展望
水源水库对人类社会、水生态环境发展具有至关重要的作用。随着人类社会的发展，全球变暖、极端气候、富营养化等问题显著影响着水库水源的水质安全。水库水源周期性水质问题成因复杂，影响因素较多，影响着人类的用水安全和生态安全，已成为国内外学者广泛关注的水质问题之一。保障水库水源水质安全，亟需解决暴雨径流污染、水库热分层、底泥污染释放、季节性藻类暴发等一系列因素所导致的潜在问题。因此，采取可持续修复技术并在污染暴发前制定预测预警手段是未来研究者们需探索的治理方法。本文综述了针对水库水源水质问题所采取的一系列近自然修复技术。藻类近自然技术控制、水库分层近自然技术控制等技术实践证明，近自然修复技术在水质改善中表现出良好的适应性和生态兼容性。在水体修复的同时，水质自动监测与预测预警系统在水库管理中具有重要的科学价值。监测预警系统能够提高对水质变化的响应速度，在前期控制风险，避免污染发生和进一步扩大，在推动水库生态环境可持续发展的过程中发挥着日益重要的作用。
较为复杂的水库水源水质问题往往受季节、气候、生物、水动力等多重因素影响。近自然修复技术尚存在一定的局限性，为应对复杂多变的水质问题，未来的研究需更加注重以下4方面：1）技术优化与创新。深化对各类环境因子间内在联系的剖析，构建综合性的评价指标体系，开发更为先进且针对性强的技术方法，同时准确评估各项治理措施的实际成效，确保技术的有效性和可持续性；此外，协同传感器技术、深度学习和机器学习等大数据算法，实现多源数据智能采集、实时分析处理、未知风险预测预警、构建综合性平台水质管控平台及智能决策。2）气候变化应对。在全球变暖背景下，须充分解析气温升高、降水模式改变等因素对水源水库水资源管理的影响。制定吻合地域性特点的管理方案，加强对极端天气事件（如暴雨径流）及其引发次生灾害的防控力度。3）流域综合治理。需多部门协调加强全流域范围内的生态保护与修复工作，恢复河流两岸植被带、建设生态缓冲区等，减少面源污染输入对水库的影响。4）跨学科合作与水资源保护科普。鼓励不同领域的专家学者积极参与到水资源保护事业当中，专注于技术层面研究的同时，还需重视参与水资源保护科普工作，推动可持续发展理念深入人心。未来，水资源管理应对复杂多变的环境挑战是研究的热点问题，有利于人类社会与生态文明和谐健康发展，实现人与自然和谐共生。
