東北地理所在寒區湖泊新污染物全季節污染模擬與風險預測方面取得進展
隨著對寒區湖泊研究的不斷深入，污染物在冰封期表現出的特異性行為已引起學界關注。然而，目前多數寒區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湖泊的全季節連續模擬具有重要意義。東北地理所水環境健康與模擬學科組基于前期對抗生素和多環芳烴兩類污染物在寒區湖泊全季節的環境機理研究，在查干湖創新性的構建了全季節的水動力-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湖泊的全季節連續性時空動態，探究其季節性驅動機制并預測其潛在風險。
研究團隊選取了兩種代表性污染物，基于其環境行為特征，運用Delft 3D軟件平臺，自主研發冰封模塊和新污染物模塊，構建寒區湖泊全季節水動力-新污染物耦合模型。基于查干湖實際污染現狀設計了差異化情景模擬，分別為：外源污染負荷削減；減少內源污染釋放；引水調控方案改變。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險躍遷的潛在危害。
圖1 寒區湖泊全季節水動力-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。系統模擬與數據分析表明：
（1）湖泊引水并非簡單稀釋，經“早期擾動、中期異質和長期穩定”三階段，湖流被重構，沉積物減少，最終實現全湖污染物風險減半。
（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定，可有效緩沖污染物風險。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”轉為“源”。
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圖2 引水調控早期抗生素風險指數的空間分布與基準情況對比
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圖3 引水調控中期抗生素風險指數的空間分布與基準情況對比
圖4 引水調控后期抗生素風險指數的空間分布與基準情況對比
圖5 內外源削減下湖泊內部污染物濃度變化
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圖6 外部負荷倍數增加下NAP的相對風險
本研究是針對寒區湖泊全季節水動力-新污染物耦合模型的構建與創新性實踐，研究結果為查干湖等寒區湖泊的污染控制和工程規劃提供了科學支持，同時也為全球季節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參考。
相關研究成果發表于國際知名期刊Water Research（中國科學院一區TOP，IF=12.4），由水環境健康與模擬學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基金面上項目（42471089）、國家自然科學基金國際(地區)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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