水葫芦生长繁殖能力极强，在我国无自然天敌，在华南湿热气候条件下，一旦逸为野生就会难以控制，泛滥成灾。水葫芦灾害对水利、航运、渔业、水生态环境等都造成严重影响，是国际公认的十大入侵恶性生物之一，每年给我国造成近百亿元的经济损失。本项目针对水葫芦灾害在我国南方频发且难以根治的问题，面向广州军区75200部队潼湖生产基地、广东省东江流域管理局、惠州市水利局等多个单位提出的水葫芦灾害防治技术研究需求，结合多个科研项目，自选课题开展水葫芦的水力致灾机理、精准监测与资源化利用关键技术问题研究，旨在构建一套由致灾机理指导治理方法、由遥感监测构建流域系统治理策略、由资源化利用技术解决水葫芦减污降碳处置的环环相扣、系统综合的灾害治理技术体系，攻克水葫芦灾害治理国际性难题。

    本项目采用静态及动态控养实验的方法，分析获得了不同浓度污水、水葫芦覆盖率、动水、曝气条件下，水葫芦生长特性及其与水质的相关影响规律，指导水葫芦最佳打捞时间应为生长7~10天左右；采用RNG双方程湍流模型、多孔介质域建立了水葫芦覆盖水槽二维两相流场数值模型，结合全覆盖和半覆盖物理模型实验，揭示了水葫芦覆盖区的流速分布、水位壅高、糙率、紊动强度、雷诺应力等水力学要素变化以及对行洪能力影响的定量化规律，为水葫芦灾害区域行洪安全保障提供了科学论证依据；引入云计算遥感监测手段，建立了水葫芦覆盖光学及微波遥感识别模型，实现了流域尺度哨兵、Landsat系列卫星等数据准实时计算，水葫芦遥感识别准确度优于78%，在南方多云雨地区可达到季度监测频率。依据遥感水葫芦时空分布信息，建立了流域协同治理策略，解决了水葫芦信息掌握不清的难题；制备了具备高比表面积、高孔隙率及丰富官能团等特性的水葫芦生物碳，并对其进行深度改性；研发了水葫芦生物碳基质的生态浮岛、净化槽，屋顶绿化工程和人工湿地工程的污染治理技术，具有成本低、材料绿色无污染的优势，实现了水葫芦和面源污染两大问题的治理和修复；针对工业污泥等固废难处理处置问题，开发了水葫芦生物质-污泥共热解装置和方法，同步实现了减污-降碳产业化技术及模式；针对有机废水毒性大、难降解等问题，开发了三维水葫芦生物碳基零价纳米铁电极非均相电芬顿系统、碳包覆四氧化三钴改性的水葫芦生物碳为非均相催化剂的高级氧化体系，实现了持久性有机污染物的高效、彻底的降解；针对强氧化性和高毒性的重金属Cr(VI)和As(VI)，开发了“夹心式”结构的纳米零价铁改性水葫芦生物碳还原吸附剂，实现了重金属的快速固化；在环境中污染物往往是复合存在的，而微塑料由于丰度高、比表面积大等特性，可以吸附重金属及持久性有机污染物等其他物质形成微塑料复合污染物，开发了水葫芦生物碳膜耦合微生物膜体系，实现微塑料复合污染物的同步去除效益。

    项目成果经3位中国工程院院士专家委员鉴定，达到国际先进水平。成果的创新点为：1、阐明了水葫芦的环境水力学灾害机理，提出了水葫芦最佳打捞时机，建立了水葫芦覆盖对河道行洪能力影响的定量评估模型，为水葫芦治理及行洪安全保障提供了科技支撑。2、建立了水葫芦灾害光学和微波遥感识别模型，基于Google Earth Engine云计算平台，实现了流域尺度水葫芦覆盖多源卫星遥感快速精准动态监测。3、制备了高性能的水葫芦生物碳、多种改性生物碳材料、生物碳电极，并应用于重金属、持久性有机污染物及微塑料污染治理；研发了锂离子电池负极水葫芦生物碳技术、水葫芦-污泥共热解生物碳技术，实现了水葫芦高效资源化利用和同步减污降碳。

    项目成果应用于水葫芦灾害监测与治理领域，研究成果已在潼湖、东江和流溪河等流域等开展水葫芦监测与防治应用，历经多年跟踪研究及治理，水葫芦覆盖面积逐年减少，水葫芦灾害得到有效控制，全面改善了水生态环境，预防了水葫芦泛滥对河道行洪危险，节约了打捞巡查经费，治理成效显著，为河湖长制工作提供了科学支撑。水葫芦生物碳在浸出毒性方面安全可靠，其资源化利用系列技术已在博仕燊环保科技（广州）有限公司、东莞市盛源环保科技有限公司、东莞市新源环保工程有限公司、广州三原色环保科技有限公司、广东华工碧水环境技术有限公司投入产业化运行，合计产生了新增销售额3630万元，新增利润1220万元的直接经济效益。同时达到了兴利除害、减污降碳的应用效果，产生了巨大的社会经济及环境生态效益。本研究成果发表学术论文26篇，其中SCI论文8篇，博士硕士学位论文9篇；获得国家发明专利5项，实用新型专利7项。

    我国南方普遍存在水葫芦灾害，且水葫芦治理是一项长期复杂的系统工程项目，该技术成果及其成功实践经验可为管理部门监测及治理水葫芦灾害提供可参考、可复制的科学理论和技术体系，具有广泛的推广应用价值。