随着水质型缺水问题日益严重,河口型水库成为附近港口城市的重要水源。然而近年来,人们在河口区域频繁检测出有机污染物。这些污染物由日常生活或农业耕作等人类活动产生,通常检出浓度较低且难以去除,对水生生物可能具有毒性效应。河口型水库中痕量有机污染物,还可随饮用水进入人体内产生内分泌失调和致癌等风险,需要引起人们重视。河口型水库不同于一般内源地水库,首先,河口环境受上游面源污染和污水排放的影响;其次,当河口流量降低时会发生海水倒灌等特殊现象。同时,不同类型的河口环境中,痕量污染物赋存特征也各不相同。因此,深入研究河口型水库中痕量污染物的浓度变化和迁移转化规律十分重要,其结论有助于人们针对性地进行污染物监测和管理,避免污染物对河口生态和人体健康造成危害。本研究在中国-新加坡E2S2合作项目支持下,选取尺度和复杂性呈明显差异的长江河口青草沙水库和新加坡入海口Marina水库,对比研究其痕量有机污染物的检出结果,分析污染物的浓度水平及变化规律。并使用Delft3D系列软件,重点针对青草沙水库,构建耦合水动力和水质过程的污染物模型,研究大尺度流域下痕量有机物的迁移转化规律。论文主要研究工作及成果如下:(1)在青草沙水库表层水体和沉积物中,选取14种代表性PPCPs或农药进行长达一年的检测,结果表明PPCPs和农药检出浓度水平低,在水相和沉积相中分别低于100 ng L-1和10 ng dryg-1。将长江河口和Marina海湾两个水库中PPCPs进行异同分析,结果表明常用的PPCPs如咖啡因、避蚊胺、双酚A在两个水库水相中均被频繁检出,浓度相对较高。同时,两个水库内双酚A的模拟结果也表明相同的污染物在不同环境下迁移转化过程相似。但是,由于两个水域尺度(流域及水库有效面积等)的显著差异,导致污染物整体检出浓度水平有明显差异,常用的PPCPs在Marina水库中的检出浓度高于青草沙水库约一个数量级。在两个水库沉积物中,检出浓度较高的污染物不仅使用量大,而且自身正辛醇水分配系数高,如戊唑醇和双酚A。(2)在青草沙水库水相中,PPCPs夏季检出浓度高而秋季检出浓度低,农药在春、冬两季检出浓度高;尽管水环境变量可影响PPCPs生物降解过程,但污染负荷水质指标与污染物的相关性分析表明,PPCPs的浓度主要受使用量和污水治理效率的影响。因此,在夏季由于降雨导致污水处理效率降低和PPCPs使用量增高,水中PPCPs检出浓度高。PPCPs和农药因为主要来源不同与污染负荷水质指标呈现不同相关性,经济活动指标则通常与污染物的使用量有关。在青草沙水库沉积物中,PPCPs的浓度变化主要受水库外源量的影响,而农药受沉积物中总有机碳含量的影响。(3)分别通过生态和人体健康风险系数的计算,评价污染物在青草沙水库中的生态风险和饮用水中的人体健康风险程度。研究结果表明,在青草沙水库中,对鱼类有显著毒性效应的咖啡因、双酚A、雌酮和西玛津对水生生态具有较高风险,多数除草剂和杀虫剂则具有中等风险,其他除真菌剂和PPCPs风险更低。饮用水中污染物的风险系数显示其对人体健康风险均较低。其中,促长啉对水库生态的风险很低,但在饮用水中对人体健康的风险反而高于其他污染物,需要进行长期监测研究。(4)使用Delft3D-FLOW模块建立长达一年的三维(3D)非稳定流青草沙水动力模型,并根据课题组2011年和2014年实际观测数据进行校准和验证。根据模型评价指数可知,已建立的模型可以较为准确地描述出青草沙水库的水动力、温度和盐度的变化过程,为后期污染物的水动力输运、污染物的吸附、降解等迁移转化过程提供基础水环境数据。(5)使用Delft3D-WAQ模块建立污染物的3D水动力和水质耦合模型,并根据2014年实际观测数据进行校准。校准后的青草沙中污染物3D水动力和水质耦合模型能够较为准确地模拟污染物在水库内的动态变化。其模拟结果显示,水动力输运和降解过程分别是污染物在水库中主要的迁移和转化途径,以降雨为主的大气沉降是半挥发性污染物如阿特拉津的另一重要迁移途径。校准后的模型能够进行阿特拉津不同污染程度的情境模拟分析,从而了解进入水库时,水中阿特拉津的限制浓度(63 ng L-1),为水库实际运行管理提供重要数据支持。