水资源短缺已成为制约社会与经济发展的“瓶颈”,随着城市化和工业化的迅猛发展,人类将大量废弃物以各种方式持续不断地排入地表水环境,给地表水资源带来巨大负荷并引发了严重的环境污染问题,这引起社会的广泛关注。大量学者对此进行了许多研究,然而大多数研究都是针对地表水非冰封期开展的,关于冰封期水体的研究相对较少,现有的研究也主要关注于自然结冰过程中有机污染物和营养元素的迁移规律,对结冰过程中金属元素的迁移规律和机理的研究还少见报道,然而金属物质难以被微生物分解,极易在生物体内富集被生物代谢转化为毒性更强的金属-有机化合物。为此本研究以铁、锰、钙、镁为目标物质,通过室内模拟实验,探究了目标物质在水体结冰和融冰过程中的迁移和释放规律;研究了不同影响因素(结冰厚度、冻结温度、初始浓度和初始pH)对铁、锰、钙、镁在冻融过程中迁移和释放规律的影响,得出以下结论:(1)在各组模拟结冰单因素影响实验中,结冰前后铁、锰、钙、镁离子浓度都呈现出:C冰体铁,钙>镁;(2)分配系数K(冰体中目标物质的平均浓度与冰下水体中目标物质平均浓度的比值)随结冰厚度(4 cm、8 cm、12 cm、16 cm、20 cm)、冻结温度(-5℃、-10℃、-15℃、-20℃、-25℃)、初始浓度(五个浓度梯度)和初始pH(5.5、6.5、7.5、8.5、9.5)的升高而降低,即在实验条件范围内冰厚越大、冻结温度越高、较高的初始浓度和初始pH条件下,铁、锰、钙、镁向冰下水体迁移的能力更强;(3)室温等体积融冰实验表明,冰体融化时铁、锰、钙、镁从冰体中释放的规律基本是一致的,即大量的金属物质在冰体融化初期大量快速释放出来,中后期少量均匀释放;结冰厚度、冻结温度、初始浓度、初始pH对铁、锰、钙、镁在冰体融化过程中整体的释放规律影响不大;通过数据对比发现,冰体融化初期(0%-25%)物质释放能力铁>锰,融化中后期(50%-100%)物质释放能力锰>铁,冰体融化初期(0%-25%)钙、镁释放能力无明显差异,融化中后期(50%-100%)物质释放能力镁略大于钙。由于铁和锰化学性质类似在自然水体中往往同时存在,铁的氧化还原电位低于锰更容易被氧化,因此融冰期冰下水体中铁浓度较高时不利于锰的去除,对水处理工艺提出了更高的要求。