从两张同一视角分别拍摄于2016年和2021年浙江嘉兴南湖的照片可以看出，相隔5年，水质的变化已经清晰可见。今天的南湖水，水草荡漾，碧波清澈。在过去7年多的时间里，南湖水质从之前的Ⅴ类，提升至如今的湖库Ⅲ类水，这样的变化是怎么发生的呢？
初夏时节，在嘉兴不少河道和水荡里，都还在进行着种水草的工作。
中国环境科学研究院湖泊生态环境研究所所长、研究员 姜霞：对于流动性比较大的种子一冲就走了，我们可能会用扦插的方式，对于比较好的水体，我们有一些抛种子的方式也可以种。
今天的嘉兴南湖碧绿清澈，水质的变化就与一棵棵种植到水底扎根生长的水草有关。看到这儿，千万别以为南湖水质变成如今的湖库Ⅲ类水，靠的仅是种水草这么简单。单纯为这些水草提供一个安全的水环境就用了近7年。
嘉兴地处太湖流域下游，杭嘉湖平原的腹心地带；东临大海，南倚钱塘江；京杭大运河也有110多公里过境嘉兴。城中200多条河道，水系纵横，湖泊众多，水域面积占整个城市的12%。9条呈放射状的水系连接着中心位置的南湖。
在嘉兴的水源中，80%是过境水，分别从吴江、湖州和杭州进入。过去很长一段时间，上游来水的水质曾严重影响着嘉兴的水环境。而作为浙北粮仓和纺织印染、制造产业的聚集地，复杂的污染成因让嘉兴的水一度被视作“生态之殇”。
2016年，国家开始“十三五”期间水污染控制与治理科技重大专项，嘉兴的水环境治理是其中一项。包括国家环境科学院在内，十几家科研单位的科学家们一同进驻嘉兴。在浙江“五水共治”的基础上，嘉兴成为全国水生态修复的试点城市。时间推进到2020年。从污染治理到生态修复，嘉兴遇到了瓶颈。
嘉兴市生态环境局局长 施晓松：南湖中心有一个省控断面一直达不到湖库Ⅲ类的标准，有另外几个监测断面，我们在治理过程中看得到希望，就南湖一直看不到希望，因为它是湖库标准，要求更高。
湖库Ⅲ类水的标准意味着南湖不仅要水质达标，还需要具备良好的生态功能。而南湖九水连心，它的生态修复牵一发动全身。浙江清华长三角研究院的生态环境研究所也是嘉兴水生态修复项目的科研团队之一。
浙江清华长三角研究院生态环境研究所所长 刘锐：从生态的角度来讲，想要向第三个阶段迈进，就是生态修复，更好地实现生物多样性的提升，首先有很好的本底，才能去做生态修复，所以控源是最基本的保障，也是最重要的保障，否则生态修复的效果很难维持。
针对潜在的和更加复杂的污染源如何快速判断和管控的问题，刘锐所长的团队有两个创新。一个，他们收集了嘉兴市主要河道近十年的数据，经过详细的整理、分析，形成数据库，总结出不同河道在不同气候条件和外部环境下，水质的变化规律和可能出现的污染特征。一旦某个监测断面出现问题，把实时监测的数据和大数据库进行比对，他们能够快速高效地锁定需要被重点勘查的河道和区域。
而在旁边一间实验室里正在进行的是他们的另一个新尝试：他们为嘉兴可能出现的污染源整理出可供比对的指纹库。不但要摸准河道里水的脾气和性格，他们还有一套为河水采集指纹的手段。
浙江清华长三角研究院生态环境研究所所长 刘锐：指纹信息是水里有很多可以发射荧光的物质，给它一个激发波长，这个物质就会再发射一个波长，形成一个特定的像指纹一样的图谱出来。
把出现问题的水样指纹和指纹库进行比对，就可以快速锁定所有可能的污染源信息。无论是在线监测，还是大数据库的整理和分析，甚至利用荧光图谱采集指纹的方式，还有无人船的声呐技术以及勘测水下排污管网的手段。这些技术中单独的哪一样都不能说是绝对的创新，但科学家们把这一系列手段综合利用在水污染的溯源和精准防控上，却是科技赋能美丽中国建设的全新尝试。这带来的将是管理理念和方式的变革。
生态环境部科技与财务司科技处处长 於俊杰：随着科技手段的升级、仪器装备设备的升级，还有治理理念的更新，现在我们更多是从原来的末端走向了过程、走向了前端、走向了预警，还有更超前的一些未知事件的提前研判，这会带来很多颠覆性的变化，对我们将来的管理模式会产生很多颠覆性变化。
在嘉兴南湖的生态修复过程中，精准溯源、控源的问题解决了，可怎么让这些水草能存活下去，科研团队还面临着另一个挑战。
中国环境科学研究院湖泊生态环境研究所所长、研究员 姜霞：我们当时也在考虑如何把客水里面污染比较重的，直接快速流经城市或者通过大包围排出去，我们把相对好的一些区域的水用来作为先期的水，提供水生植被生长的良好环境，但是它的水动力条件实在太差了。
嘉兴地处平原河网，整个城市水域从上游到下游横跨100多公里，但水位落差不足一米。再加上海洋的潮汐对城市水体的顶托作用，嘉兴的水流动性极差。
同济大学环境科学与工程学院副教授 王荣昌：这是我们的一个难点，也是智慧的地方。平原河网地区的水位调控靠有限的水位差，有点赶潮的那种河网水系，有时候水位高，有时候水位低，水位高的时候就把闸打开，就往这儿引，水位低就降下来，水位就存下来。
嘉兴作为内涝城市，有一个相对完整的防洪系统。54个闸坝和5大枢纽正好把主城区围在中间。来自同济大学的科研团队十分巧妙地利用了已有的防洪工程，通过人为手段制造一些水位差，水的流动性有了，也为有选择性地把流经嘉兴客水中的优质水补充到市区水网创造了条件。简单说，就是把好水留下，不好的排出去。
王荣昌教授用他们制作的基于大数据的水动力模型，展示了不同方案下，嘉兴整个城市水网在相应时间内的调水、换水场景。而南湖作为水网中心点，也是用这样的方式实现了水体的调度和转换。
同济大学环境科学与工程学院副教授 王荣昌：我们真正的挑战不是水动力模拟，这个是相对比较成熟的。我们的模拟是把水质的指标也加进去，让南湖慢慢变成一个透明的系统，这个透明指的是对整个水质的特性、生物的特性、生态的特性，都有数据的监测和支撑。
数智化正是南湖水生态修复科技赋能典型的特征之一。水质条件具备了，中国环科院的湖泊生态研究所要解决最后的难题。
中国环境科学研究院湖泊生态环境研究所所长、研究员 姜霞：它的底泥像流状的，很稀。行船以后就扰起来了，植物扎不了根。在流态泥的情况下，有机质又比较高，我如何进行植物修复。
他们用了一个看似简单，却非常智慧的做法。在南湖特定区域，优先选择能够进行水生态修复的水体，再利用一些水底和水面的工程作为辅助措施降低扰动，在减少人为干预的同时，提升水体透明度。
中国环境科学研究院湖泊生态环境研究所所长、研究员 姜霞：这样能够快速进行植被植物的扎根和扩繁。
南湖就是这样，从边缘向湖心，一点点清澈起来。现在，南湖里的水生植物已经从人工种植的三种恢复到了十多种，底栖动物的种类也达到了十种以上。这里的水下森林已经是一个丰富多彩的生态系统了。而南湖的成功经验也正在辐射整个长三角地区生态一体化进程。在嘉善县，生态修复后的祥符荡成为长三角地区的科创绿谷；在平湖，水生态修复正在助力这里美丽乡村的建设和产业发展。
秀水泱泱，红船依旧。这就是整个南湖生态蝶变的过程。
有了健康的生态环境，南湖的水质已经可以稳定保持在湖库Ⅲ类水的标准。加强科技支撑，是健全美丽中国建设保障体系的重要内容。科技赋能美丽中国建设，南湖只是一个缩影。我们看到，监测是手段、模型是手段、生态措施是手段，而科研工作者们将这些手段有机地合成了一个技术体系，这也为跨区域、跨领域的生态环境治理提供了有益借鉴。高水平保护，高质量发展，这是科技赋能美丽中国建设的意义所在。