東北地理所在寒區(qū)湖泊新污染物全季節(jié)污染模擬與風(fēng)險預(yù)測方面取得進展
隨著對寒區(qū)湖泊研究的不斷深入，污染物在冰封期表現(xiàn)出的特異性行為已引起學(xué)界關(guān)注。然而，目前多數(shù)寒區(qū)湖泊的污染物模擬模型研究仍以非冰封期為主，因此補全污染物在寒區(qū)湖泊的全季節(jié)連續(xù)模擬具有重要意義。東北地理所水環(huán)境健康與模擬學(xué)科組基于前期對抗生素和多環(huán)芳烴兩類污染物在寒區(qū)湖泊全季節(jié)的環(huán)境機理研究，在查干湖創(chuàng)新性的構(gòu)建了全季節(jié)的水動力-新污染物耦合模型，補全了模型的冰封模塊，首次精準刻畫新污染物在寒區(qū)湖泊的全季節(jié)連續(xù)性時空動態(tài)，探究其季節(jié)性驅(qū)動機制并預(yù)測其潛在風(fēng)險。
研究團隊選取了兩種代表性污染物，基于其環(huán)境行為特征，運用Delft 3D軟件平臺，自主研發(fā)冰封模塊和新污染物模塊，構(gòu)建寒區(qū)湖泊全季節(jié)水動力-新污染物耦合模型。基于查干湖實際污染現(xiàn)狀設(shè)計了差異化情景模擬，分別為：外源污染負荷削減；減少內(nèi)源污染釋放；引水調(diào)控方案改變。通過三類措施的情景模擬，探究查干湖污染治理的有效路徑，以及污染物是否存在風(fēng)險躍遷的潛在危害。
圖1 寒區(qū)湖泊全季節(jié)水動力-污染物耦合建模框架
該模型對污染物濃度模擬的 Kling-Gupta 效率（KGE）均超過 0.5。系統(tǒng)模擬與數(shù)據(jù)分析表明：
（1）湖泊引水并非簡單稀釋，經(jīng)“早期擾動、中期異質(zhì)和長期穩(wěn)定”三階段，湖流被重構(gòu)，沉積物減少，最終實現(xiàn)全湖污染物風(fēng)險減半。
（2）底泥清淤能快速削減沉積物中的易釋放污染庫，但效率隨清淤深度增加而遞減。外源削減在秋季輸入高峰效果更顯著。
（3）沉積物有機碳吸附能力穩(wěn)定，可有效緩沖污染物風(fēng)險。但當外源輸入超過其吸附飽和容量（約45倍基線），沉積物將由“匯”轉(zhuǎn)為“源”。
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圖2 引水調(diào)控早期抗生素風(fēng)險指數(shù)的空間分布與基準情況對比
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圖3 引水調(diào)控中期抗生素風(fēng)險指數(shù)的空間分布與基準情況對比
圖4 引水調(diào)控后期抗生素風(fēng)險指數(shù)的空間分布與基準情況對比
圖5 內(nèi)外源削減下湖泊內(nèi)部污染物濃度變化
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圖6 外部負荷倍數(shù)增加下NAP的相對風(fēng)險
本研究是針對寒區(qū)湖泊全季節(jié)水動力-新污染物耦合模型的構(gòu)建與創(chuàng)新性實踐，研究結(jié)果為查干湖等寒區(qū)湖泊的污染控制和工程規(guī)劃提供了科學(xué)支持，同時也為全球季節(jié)性冰封湖泊中新興污染物的污染研究和管理提供了方法學(xué)參考。
相關(guān)研究成果發(fā)表于國際知名期刊Water Research（中國科學(xué)院一區(qū)TOP，IF=12.4），由水環(huán)境健康與模擬學(xué)科組的碩士研究生李杰（第一作者）、張敬杰研究員（通訊作者）以及特別研究助理鞠含俞（通訊作者）等共同完成。研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項目（42471089）、國家自然科學(xué)基金國際(地區(qū))合作與交流項目（4231101419）、吉林省國際科技合作項目（20240402026GH）及吉林省青年人才托舉工程（QT202330）的資助。
論文信息如下：
Jie Li, Peixin Wang, Lili Jiang, Hanyu Ju*, Xuemei Liu, Guangxin Zhang, Erik de Goede, Jingjie Zhang*. Ice-Covered Lakes, Hidden Threats: Seasonal Fate and Risks of Antibiotics and PAHs. Water Research, 2025
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