学以致用 做秦岭水环境的守卫者

简短说明
本文围绕“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛二等奖作品《秦岭北麓水环境调查与对策研究》,讲述了团队成员围绕秦岭水源保护主题开展科学研究、以专业力量投入秦岭水环境保护事业的故事,展现了青年学子勤于思考、善于创新、乐于奉献的宝贵品质。


3年时间、66条河流、260个给断面、9000余组数据、6000余份问卷……对秦岭这座“中央水塔”的研究,他们毫不含糊。他们不仅心系秦岭水环境状况,更愿依托专业特长付诸实践。

2019年秋,由水利与环境学院李培月教授和吴健华副教授牵头指导,水文水资源专业和地下水科学与工程专业的崔兴翰、许琳琳、李涵、冶兆霞、郑磊、毕怡晴、罗琪、杜娅珍等8名学生组成的团队,依托学校优势学科和共青团陕西省委秦岭科考项目,为查清秦岭北麓水环境现状,由点到线,由线及面,开展了秦岭北麓河流、地下水及土壤质量调查。其所报送的作品《秦岭的绿水青山,你我的金山银山——秦岭北麓水环境调查与对策研究》获第十七届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛二等奖。

从零成长  并肩前行

为了能够将所学的专业知识运用到实践中,团队八名同学便自发组队、寻找指导老师,开始了对秦岭北麓地区水环境现状的研究。团队成员里,有六名同学刚上大二,不仅没有野外实践经验,更缺乏系统的专业知识和软件操作方法。为了尽快开展研究,他们从基础专业知识学起,利用课余时间和寒暑假学习了水质评价、水文地球化学等相关知识,并熟练应用了Spss、Arcgis、Matlab等分析软件。崔兴翰说:

“最难学的部分是水文地球化学知识,因为它体系庞杂、涉及面广、专业太强。我们平时主要是通过网课来学习,遇到不懂的问题先在团队中进行讨论交流,解决不了的疑难问题及时向指导老师请教,就这样一点一点地学,一点一点地掌握。”

因为对软件使用不熟悉,项目进度受到了很大影响。为了解决问题,他们采取分工合作的方法,水质分析、指数分析、内容整合,每个人负责一部分,整个团队相互扶持,一起坚定地走下去。郑磊说:“参加科研项目让我学会了如何融入团队,团队的每个成员都有自己的想法,我们要学会聆听其他人的意见,去交流、商量,最终讨论出一个大家都认可的方案。”在研究过程中,成员之间不可避免地会产生矛盾。有一次在做PPT时,两位成员都坚持自己的想法并且无法说服对方,项目一度陷入停滞。最终的解决方案是:二人心平气和地坐下来聊一聊。“毕竟都是为了这个项目变得更好,只要有好的交流方法和交流机会,问题还是很好解决的。”这是崔兴翰的看法。

研究过程中,指导老师与团队成员一起携手并进,帮助团队介绍专家、修改作品,并积极推荐他们的作品。“李培月老师对我们专业科学素养的提升给予了很大的帮助,他经常询问我们的专业成绩及以后的规划,了解我们的考研复习进度,这也坚定了我们继续考研的信心。”崔兴翰说。

创新思路  做到极致

在为期三年的研究过程中,团队始终围绕着“秦岭北麓水环境现状”这一社会焦点问题,研究秦岭水源涵养区经人为扰动流至居民居住区后,还是不是“好水”?在流动过程中,哪些自然活动和人为因素会导致水质变差?众多污染因素中的“幕后主谋”是谁?除了这些基本问题,团队还创造性做出了新角度的研究。指导教师吴健华说:“项目创新性的地方是分析了水环境污染源的影响因素,并且研究范围比较广,基本把秦岭北麓这一带的地下水和地表水都做了研究。”

通过大量文献研究和现状分析,团队发现前人多集中研究流域尺度上的污染类型分区,对于污染源综合评价基础上的地区尺度污染类型分区研究很少。因此,团队决定以秦岭北麓地区的研究为例,对国内地区尺度污染因素的识别与解析进行创新研究,弥补国内研究的缺口。

为了研究水环境污染源的影响因素,团队需要对各污染源地表水污染的贡献率进行定量估算,而定量研究的基础是数据,大量的数据是准确定量研究结果的基础。为了使研究结果更加准确,团队利用三个暑假共计90多天的时间对秦岭北麓地区66条河流,260个给断面的流量、流速和断面形态进行测定,得到了300余组地表水、地下水水样和9000余组水化学数据。在社会调查时,团队走访了3个地级市150余个村庄,共发放6000余份调查问卷。

调查期间,团队遇到了不少困难。为了得到完整的地表水和地下水数据,团队连续20多天住在秦岭,顶着烈日穿梭在山间小溪。在野外工作,“在哪里取水”是经常遇到的问题,地下水埋藏浅,团队就用洛阳铲或者钻机去取水,当需要采样的地下水埋藏比较深的话,需要到附近村里看一看哪家有井才能取。到了后来,团队每次出去调查的时候,见到人总要先问一句“老乡,你家里有没有水井”。回想起野外工作的日子,崔兴翰说:“第一次去的前几天还有些新鲜感,后来天气逐渐炎热,大量的采样、渗水实验工作带来了不少压力,每个队员都有一定程度的疲惫与烦躁,但为了科学取样,团队成员不断调整心态,努力适应野外生活,最终圆满完成野外工作。”

通过吉布斯图和氢氧同位素法,他们查明了影响水环境污染源的两个自然因素是水岩作用和蒸发作用。以渭南地区石堤河流域为例,他们通过Spss采用主成分分析,对第一主成分因子进行识别,采用ISOSOURCE模型对地表水污染源进行定量分析,发现污水和粪便对硝酸盐贡献比例逐渐增高,最终断定,影响因素来自上游化肥厂排放和人畜粪便。值得注意的是,这些软件和实验方法都是他们自学而成。

研究新领域、采集成千上万个数据、自学方言、自学研究方法,前进的每一步都不易,但他们乐在其中。他们采集的秦岭北麓地下水和地表水数据是相对比较完整的一次,为以后的研究提供了重要参考。

不忘初心  俯身躬行

有了结论,任务还不算结束,如果不能将结论运用到实践,那么便是纸上谈兵。经过调查发现,部分峪口内仍存在较多工厂,工业废水、废气、废渣未经处理任意排放,无疑会加大水环境的污染风险。沿河村镇也存在生活污水直接排放入河现象,部分河道被建材垃圾堵塞。为了解决这一问题,团队根据各地特征,自发设计了三版与水资源保护有关的手册发放给居民,提高水资源保护意识。但是,仅仅做到这些还不够,“农村不像城市,拥有系统的垃圾处理链,很多地方比较偏僻,生活垃圾没地方扔,村民可能随手挖坑埋掉或者扔到山沟里,这些都可能污染水资源。仅仅提高群众的环保意识是不够的,还需要一定的条件支撑。”吴健华老师介绍道。而在报告的最后一部分,建立管理制度、引进先进技术、追溯污染源等一系列建议也被写了进去,这些都随着报告的完成而统一上报。“在治理水资源这一块,群众的意识和官方的助力一个都不能少。”

“这项研究我们从2019年的暑假开始做,直到2021年才结束,战线还是拖得挺长的。”队员许琳琳回忆道。“参加这项研究,我学到了不少东西,但更多的是对自己专业的认知和心态的转变。水利不像计算机、金融等专业那么热门,但是如果细细去分,也能分出不少门道,可以研究水电、海洋、地下水,这些都与生命之源密不可分。所以,这更需要我们去熟知自己的专业,保护水资源。”作为土生土长的陕西人,许琳琳有着守好家门口这一方水土的决心。

与队员们连续3年的暑假实地勘探相比,吴健华探究秦岭的时间还要再长些。“这些年地方开始重视秦岭的生态保护,相关的研究也一直没停过,我基本上每年都要去一次秦岭。”多年来,秦岭的勘测点被吴健华用脚步丈量了好几遍,秦岭的土地对她来说已经相当熟悉,每当被问起多年重复类似的工作会不会感到厌烦时,吴健华说:“秦岭看起来是一片不大的地方,但是科学问题只要抓住一个很小很小的点,就能研究很久。秦岭这两年去了好多次,但是每次去关注的重点不一样,如果愿意俯下身子去看,去剖析,还是有许多问题值得研究。”科学研究的过程就像观赏瓷器,外行人关注的是颜色、形状,科学工作者更多的会关注花纹、烧制工艺,并在这样的细枝末节中一点一点地探索新的事物,这或许就是能够保持初心的乐趣所在。

面对和合南北、泽被天下的秦岭,队员心系它的水环境现状,更希望依托所学为保护秦岭水环境贡献力量。

(王贝贝  车涛 张浩)