寒旱区湖泊冰封期水动力学过程与水质污染特征研究

寒旱区湖泊冰封期长，冰层厚，与非冰封期相比对水环境影响的主控因素有很大差别，这是我国北方寒区湖泊不同于南方的典型特征。本项目以内蒙古乌梁素海为研究对象，主要进行寒旱区湖泊水动力学过程与水质污染特征研究，具体进行冰封期与非冰封期湖泊水质现状特征与风险性对比分析；找出不同时期影响流场的主要因素，将风力、蒸发、水生物等因素考虑进非冰封期湖泊水动力学模型中，而重点将水压力等指标考虑进冰封期水动力学模型中，模拟湖泊不同时段的流场形态，并分析对比其变化过程，找出寒旱区湖泊水动力学的特殊性；在低温冰冻条件下，考虑有机物与盐分迁移转化特性，将物理过程与化学过程相耦合，进行有机污染和盐化水质的模拟与预测，并与非冰封期进行对比分析，得出冰封期湖泊有机、盐化污染特征；最后提出寒旱区湖泊有机污染和盐化防治的分时段、分层、分区域治理建议，判断冻融过程及长冰封条件对于湖泊有机污染和盐化防治的利与弊。

该项目获得资助后，严格按照计划实施，在对湖泊结冰过程中气象、水文等要素观测的基础上，采用野外实地监测与模拟试验相结合的方法，对湖泊冰封期水动力学过程与水质污染特征进行研究，目前已经完成各项研究工作。主要成果及结论为：(1)研制了用于现场采集冰芯、水样和沉积物的成套仪器和室内模拟装置。(2)乌梁素海冰封期冰体中重金属含量变化趋势为：表层大，中间小，底层大；冰下水体中重金属含量在底层水中稍大于表层。(3)对冰体中重金属进行室内模拟试验研究，初步确定了不同浓度、不同pH条件下重金属分布和融出规律。(4)通过分析野外观测数据可知：气温对冰下水温的影响不明显，而冰温随着气温的升高也有较明显的升高，且其随着冰层深度的增加温度逐渐升高。(5)通过采集冰生长过程中不同冰厚度不同位置的冰样和水样，分析其污染物的含量，从结晶学理论和热力学理论角度探讨各结冰过程中污染物的迁移机理。(6)针对我国牧区存在的饮水安全隐患及牧区丰富的自然冷能、太阳能和风能的优势条件，提出将结冰过程中污染物的迁移机理应用到牧区饮水中的构想，设计了牧区饮用水的处理流程。