辽东湾北部海域污染物长期输运机制的ECOMSED模型数值研究及其环境管理启示

针对半封闭海湾陆源污染物扩散机制不清的问题，研究人员采用ECOMSED模型模拟辽东湾北部在风-径流-潮汐耦合作用下的长期输运过程。发现径流主导河口初始扩散，风潮协同调控离岸路径，污染物最终富集于辽河口及中西部海域，揭示该区域环境自净能力薄弱制约污染物外海输出的关键机制，为海岸带污染治理提供科学依据。

　　

辽东湾作为渤海三大海湾之一，平均水深不足20米，却承载着辽河、双台子河等众多河流的陆源污染物输入。近年来，随着沿岸经济快速发展，该区域水质恶化问题日益突出，夏季雨后径流加剧的污染物输入导致河口区生态失衡，甚至被列为中国污染最严重的近海水域之一。尽管卫星遥感和水质指数评估等方法能捕捉短期污染事件，但难以解析风、径流与潮汐多因素协同作用的长期输运机制。这一认知缺口严重制约了半封闭海湾污染治理策略的制定。

为解决这一科学问题，研究人员建立了基于ECOMSED（Estuarine, Coastal, and Ocean Model with Sediments）的三维水动力-水质耦合模型。该模型继承自普林斯顿海洋模型（POM），采用σ坐标垂向分层和有限差分法求解控制方程，并整合拉格朗日粒子追踪模块模拟污染物长期输运。通过设置六组诊断实验，系统量化了径流与不同风向（SSW/NNE）对输运路径的影响。

长期污染物粒子输运特征
模拟结果显示：河口区初始扩散主要受径流控制，辽河口污染物在30天内可迁移至40公里外的海域；而离岸扩散则呈现潮汐往复与风生流的协同调控特征。值得注意的是，污染物最终在辽河口和中西部海域形成稳定富集区，这与大辽河口更强的自净能力形成鲜明对比。

多因子耦合效应诊断
夏季西南风（SSW）驱动下，污染物呈现向东北方向的扇形扩散；冬季北北东风（NNE）则导致污染物沿岸堆积。径流增量实验表明，辽河流量增加10%可使污染物扩散范围扩大15%，但风场变化对输运路径的调控作用比径流强度变化更为显著。

这项研究首次揭示了辽东湾北部污染物"河口富集-风潮调控"的长期输运规律，其建立的ECOMSED-Lagrange耦合模型为半封闭海湾污染预警提供了量化工具。成果不仅解释了该区域环境容量低下的水动力学根源，更指出未来管理需重点关注辽河口及中西部海域的污染截留措施。值得关注的是，作者团队通过国家自然科学基金（项目号52371264/52479061）支持，将持续优化模型在极端气候事件中的预测能力，为渤海综合治理提供技术支撑。