2014年，当全美聚焦密歇根州弗林特市的水危机时，另一场危机正在俄亥俄州托莱多市悄然上演，却鲜少获得同等关注。

伊利湖——托莱多饮用水的水源地——爆发了有害藻华，毒素进入城市供水系统。当年8月2日，居民收到紧急警告，要求不要饮用或使用自来水，这一禁令持续了近三天。

这场危机催生了各界对水质问题的重新聚焦，并促成了智慧伊利湖（Smart Lake Erie）项目的诞生。该项目由非营利组织克利夫兰水联盟（CWA）及多方合作伙伴牵头，与纽约州乔治湖的杰斐逊项目（Jefferson Project）有相似之处。

随着更多城市和水务机构寻求改善饮用水质量、避免重蹈公共卫生危机覆辙，“智慧湖泊”倡议正加速推进。

藻华与盐分侵蚀水质

有害藻华会向水中释放毒素并污染供水，是智慧湖泊技术力图解决的主要问题。藻华通常因藻类失控生长而引发，但美国国家海洋和大气管理局（NOAA）表示，目前尚不清楚多种因素如何共同作用导致有害藻华。

据NOAA，污染、水流变化和气候变化可能均起作用，此外草坪和农业径流带来的磷、氮等营养物质也是诱因。其影响可能极具破坏性。

“这对鱼类栖息地及其他水生动植物而言，每年夏天都是一次巨大的干扰，”CWA智慧伊利湖项目主管Max Herzog在接受Smart Cities Dive采访时表示，“同时，它对区域经济，尤其是旅游业、休闲产业以及房产价值，也产生了显著冲击。”

人力成本同样不容小觑。在海洋保护协会（Ocean Conservancy）制作的一段关于预防五大湖水质危机的视频中，克利夫兰市水质经理Scott Moegling回忆了2006年湖泊藻类进入城市水处理厂和居民管道的情形。当时饮用水呈黄色，系统需要冲洗以清除有害藻类。

外部组织同样对有害藻华影响水质深感忧虑。在2017年8月美国国家科学技术委员会为白宫准备的跨部门报告中，来自多个联邦部门的科学家警告称，这些影响对野生动物和人类的日常生存可能极为严重。

报告写道：“它们还可能对社区的社会健康造成严重影响，导致依赖水产或海鲜捕捞、旅游业的湖滨经济收入损失；破坏生计、社会和文化习俗；或使与水资源利用相关的社区认同感丧失。这些影响迫使我们追问：自来水饮用或沐浴是否安全？能否在海滩游泳？这条鱼能吃吗？宠物是否有风险？这会影响我的生意或工作吗？”

纽约州北部的乔治湖虽未受有害藻华严重困扰，但倡导者等人士表示他们正密切监测相关情况。该湖的主要威胁来自道路除冰盐渗入水体。随着区域新建工程和道路增加，盐径流不断加剧，可能对野生动物产生毒性，并降低水质。

“道路盐是我们面临的最严重的水威胁之一，”乔治湖倡导组织FUND for Lake George执行总监Eric Siy告诉Smart Cities Dive，“它在太长时间内被忽视和忽略，如今正以非常丑陋、隐蔽的方式反噬我们。”

Siy还指出，湖边房屋附近的化粪池系统若维护不当，也可能造成污染。

“道路盐是我们面临的最严重的水威胁之一。它在太长时间内被忽视和忽略，如今正以非常丑陋、隐蔽的方式反噬我们。”

——Eric Siy，FUND for Lake George执行总监

避免饮用水危机的迫切性，已促使俄亥俄州和纽约州的民选官员制定全州性计划。俄亥俄州近期启动H2Ohio项目，在头两年投入1.72亿美元，用于预防有害藻华和磷径流的数据驱动解决方案。

在H2Ohio项目揭幕仪式上，俄亥俄州共和党州长Mike DeWine表示，这项基于科学的计划将保护水质，同时投资帮助农民及其他行业改变习惯。

“简而言之，如果我们一次次陷入水危机，我们的州就无法繁荣，”DeWine说。

纽约州民主党州长Andrew Cuomo则于2018年宣布了针对12个湖泊的有害藻华治理行动计划，作为一项6500万美元保护上州水质计划的一部分。

技术驱动的监测

为应对有害藻华、盐分和化粪池污染等重大问题，伊利湖和乔治湖正转向技术手段，包括部署精密传感器网络来监测水质。

在乔治湖，杰斐逊项目始于2013年，由IBM、FUND for Lake George和伦斯勒理工学院（RPI）合作发起，后者此前已在湖畔的达林淡水研究所开展研究。

杰斐逊项目在乔治湖部署了超过500个传感器，分布在52个智能传感器平台上，可实时提供水流等各类条件数据。湖中还有配备传感器的漂浮机器人浮标，可下潜至不同深度测量水温、pH值酸度和叶绿素水平。浮标配备完整气象站，可捕捉风速并监测空气状况，以洞察恶劣天气的影响。

IBM研究员兼杰斐逊项目副主任Harry Kolar告诉Smart Cities Dive，部分气象站还建在湖内及周边的岩石露头上。湖的支流中也设有监测站，测量水流、水深、盐度以及流入和流出乔治湖的水化学特征。

这些设备通过人工智能（AI）、机器学习和物联网（IoT）技术相互通信，将数据输入杰斐逊项目的建模系统。

这些投入源于一项为期30年的湖泊水质研究，该研究汇集了包括道路盐径流在内的多种趋势数据。Siy表示，技术驱动的方法代表了乔治湖以往水质监测工作的重大转变，他称过去的做法是“零散的”，更侧重于问题出现后的被动应对。

“我们真正颠覆了现状，并确定我们已经了解过去一代人时间里乔治湖在现状保护方式下发生了什么……我们希望下一代乔治湖变成什么样？”Siy说，“如果我们想改变趋势线，就必须从现状中进化。”

智慧伊利湖项目也有类似经历。它源于CWA及其合作伙伴主办的系列Erie Hack创新挑战赛。在2017年首届比赛中，大量关注点集中在实时水质监测上。

如今，智慧伊利湖利用浮标上的多种传感器监测营养物质和水化学特征，以及湖泊及周边地区的天气。Herzog表示，该倡议下有多个相关项目，包括“智慧公民科学”（Smart Citizen Science），该项目将下一代水质监测设备引入伊利湖地区的志愿者监测计划，并将其数据整合到公共数据平台。

智慧伊利湖计划今年夏天与俄亥俄州自然资源部和咨询公司Limnotech合作，启动首个高频率流域水质传感项目的规模化试点。该项目将重点展示低成本、高频率监测如何在保证质量的前提下收集高分辨率数据。

“要真正实现我们所需的营养物削减，使区域从生态角度得到清理，我们必须能够监测和评估那些旨在减少营养物污染的各类项目的影响，并收集数据以对这些项目进行适应性管理，提高其效率并维持效率，”Herzog说。

成果与机遇

智慧湖泊项目正在产生成果，也为监测乔治湖和伊利湖状况带来机遇。Kolar表示，RPI研究团队已利用乔治湖收集的数据发表同行评审论文，包括关于水化学变化如何影响青蛙的研究。

IBM众多物联网传感器收集的数据，输入到Kolar所称的杰斐逊项目“建模系统”中，该系统利用这些数据预测整个湖泊流域的天气和径流。IBM使用其先进的Deep Thunder软件进行数据计算并做出高分辨率天气预测。

“它增强了科学能力，因为我们能智能地审视数据、分析建模数据，这些数据也经过传感器验证，因此我们能清楚了解模型精度和技能，从而做出非常准确的预测并采取适当应对措施，”Kolar说。

与此同时，公众可以发短信给部分智能浮标，获取天气、水质和水化学信息。杰斐逊项目也通过数字数据仪表板将类似的天气和水质信息公之于众，并将在未来数月持续更新。

Herzog指出，随着有害藻华和盐径流等问题得到解决、水质得到保护，饮用水处理设施承担的修复成本也将随之降低。

“在很多情况下，技术已经存在，关键在于如何正确实施，如何维持这些技术的部署和维护，并以迭代和动态的方式持续管理。”

——Max Herzog，克利夫兰水联盟项目主管

技术含量较低的举措同样能发挥作用。联邦跨部门报告指出，植树造林和湿地恢复有助于解决氮径流等问题、减少水系统中的营养物质，但报告同时强调，利用技术进行监测和数据收集，对于理解特定条件与野生动物影响之间的联系至关重要。

建模在识别有害藻华可能发生的地点和时间方面也至关重要，可使地方官员在藻华过度发展前有机会加以阻止，报告称。

随着地方政府寻求复制乔治湖和伊利湖的经验，Herzog建议采取区域性方法，让所有与湖泊健康相关的政府或实体参与其中。大凤凰城和北德克萨斯地区已在智能气候或交通项目上开展了区域合作，Herzog表示，这种模式同样适用于智慧湖泊。

“在很多情况下，技术已经存在，关键在于如何正确实施，如何维持这些技术的部署和维护，并以迭代和动态的方式持续管理，”他说，“这确实需要所有利益相关方的全面深入合作，并在多个层面获得支持。”

Siy表示，他希望乔治湖和杰斐逊项目能向他人展示可能性，尤其是在问题被揭示之后。

“人们比以往任何时候都更需要灵感，还有什么地方比乔治湖更适合成为他人灵感的源泉呢？”他说。