1.7.3　寒冷地区水质预警预测研究进展

河流封冻是寒冷地区一种常见的自然现象。在中国，北纬30°以北的地区以及青藏高原区每年冬季都有可能出现封冻现象，纬度越高封冻的可能性越大，封冻期也越长，特别是在东北地区，河流的封冻期甚至长达5个月左右。河流封冻会给人类的生产生活造成诸多不利影响，如河流航运功能丧失，冰塞或冰坝造成冰凌洪水，水工建筑物冻胀破坏等。事实上，由于冰盖的影响，封冻河流的水质特征、混合能力、输移扩散特性等均发生了较大的改变。

目前国外一些学者对冰封河道的溶解氧变化规律进行了研究。Chambers等采用一维稳态水质模型对加拿大北河流域纸浆厂和城市排污在冰封时期对流域水生生物的影响进行了研究，详细分析了不同温度下冰下溶解氧在河流不同空间位置的变化情况，在研究的过程中没有使用水动力学模型对水流情况进行模拟。Prowse等分析总结了寒冷地区冰封对水体中侵蚀和沉淀过程的影响，以及对溶解氧变化过程的影响。研究中并没有构建水质模型和水动力模型对河流的水质产生的具体影响进行分析，仅总结了前人的研究成果，同时比较和讨论了河流冰封对生物条件产生的影响。Neto等通过人工曝气技术增加污水中的氧气含量对河流水质产生的影响，来研究冰封和非冰封情况下纸浆厂污水排放时，河流中溶解氧的变化情况。研究中利用了水动力模型和水质模型分析了人工曝气对河流水质在河流横向二维空间上的变化情况。该研究对于分析冰封期和非冰封期条件下，污水处理厂排污水体中的溶解氧变化具有重要参考价值。Martin等利用CE-QUAL-W2模型研究了加拿大北河流域亚大巴斯卡河冬季的溶解氧变化情况，分析中结合了水动力模型和水质模型，采用了二维模型进行分析，并且率定了水动力、气温、N-N、硝酸盐和亚硝酸盐、磷酸盐和浮游藻类植物等相关参数。

在国内，通过水动力-水质模型对冰封期水体水质进行模拟的研究成果非常少。孙少晨等根据流域特点建立了松花江干流非冰封期及冰封期水动力-水质耦合一维模型。首先利用多年实测水文、水质资料，构建了非冰封期数值模型，模型中涉及的纵向扩散系数、污染物衰减系数等重要参数采用实地监测和模型率定相结合的方法来确定，并利用监测结果分析了Fischer、Elder两种纵向扩散系数经验公式在松花江的适用性。在此基础上，根据冰封期水力要素及水文监测特点，对模型进行改进，建立了适合该地区的冰封期水动力-水质模型。王志刚根据冰封河流的阻力特征和水流特性建立了适用于冰封河流的一维水流-水质模型，用于揭示牡丹江城市江段冰封期的水质特征和混合特性，并在此分析基础上研究了点源污染减排、排污口布置、背景浓度控制及上游来水流量调节等情景措施对牡丹江城市江段水质的影响。

相对于欧美等发达国家，我国在对北方寒冷地区河流冰封期和非冰封期水动力与水质过程对比研究，以及构建适用的水动力-水质模型方面仍需要加强。冰封期与非冰封期河道的水动力过程与污染物迁移转化过程有哪些差异，造成这些差异的原因是什么，主要的影响因素或指标有哪些，这些问题都非常值得研究。因此，对中国北方寒冷地区河流（湖、库）水质，特别是冰封期水质进行模拟就显得特别有意义。通过构建符合我国北方寒冷地区季节性冰封水体的水动力-水质模型，可以更好地为这些地区的水环境管理与治理服务。