半封闭河口淡水调控下的水体滞留时间分布机制及其对水生态健康的影响

这篇研究通过水动力模型和拉格朗日粒子追踪（Lagrangian particle tracking）技术，揭示了淡水引流工程（如Bonnet Carré Spillway, BCS）与支流流量（低/中/高）对庞恰特雷恩湖（Lake Pontchartrain Estuary, LPE）水体滞留时间（E50/E75/E90）的协同调控机制，提出空间异质性暴露时间框架（exposure time metrics），为预测有害藻华（HABs）高风险区提供新视角。

　　

淡水引流与河口动力学的交互效应

研究聚焦美国路易斯安那州庞恰特雷恩湖（LPE），该半封闭河口通过Bonnet Carré Spillway（BCS）与密西西比河间歇连通。利用Delft3D Flexible Mesh（D3DFM）水动力模型耦合dorado粒子追踪工具，量化了引流工程开启/关闭状态下，支流流量对水体暴露时间（exposure time）的调控作用。结果显示：引流开启时，高支流流量使E₉₀缩短51%，形成直接通往潮汐通道的水文短路（hydrological short-circuiting）；而低流量下，水平混合增强，在北部湖岸形成大面积滞留区（>140天）。

空间异质性暴露时间的生态启示

通过系统级（system-wide）和局域级（localized）暴露时间双指标，揭示了水体滞留的空间分异规律。引流关闭时，支流流量影响微弱，E₅₀稳定在240-265天；而引流开启后，低流量导致北部湖岸E₉₀达45天，远超高流量工况的22天。营养盐输送分析显示，高支流流量促使引流源水体（diversion-sourced water）沿西部湖岸分离，形成低混合死水区，与历史有害藻华（HABs）事件空间分布高度吻合。

有害藻华风险区的机械解析

研究首次将暴露时间异质性与藻华事件直接关联：北部湖岸因弱潮汐动力和引流-支流交互作用，成为微囊藻（Microcystis）等毒素藻类的潜在热点。局域暴露时间超过10天的区域，与1997-2019年BCS开启后的叶绿素a高值区重叠。水文短路效应虽加速整体 flushing，但可能加剧西部湖岸的营养盐局域富集，这一发现为靶向治理（如精准曝气或生态浮岛部署）提供了理论依据。

管理启示与模型局限性

成果支撑了路易斯安那州50年海岸总体规划（Coastal Master Plan）中11项引流工程的生态风险评估。需注意模型未纳入温度、光照等藻类生长关键因子，未来可耦合生态模型（如EFDC）提升预测精度。研究者建议在引流操作中动态调控支流流量，以平衡防洪需求与生态健康，尤其需关注春季高流量期对水文短路的放大效应。