水库是大气温室气体（GHG）的重要排放源，在一定程度上抵消了陆地生态系统的碳汇效应。然而，由于水库GHG通量在时间和空间上的高度不均一性，其排放估算仍存在较大不确定性。传统的方法主要依赖于实地测量和经验公式，但这些方法往往存在分辨率低、难以全面反映水库碳排放的时空变化等问题。因此，建立一个高分辨率、动态模拟水库GHG排放的模型，对于提高估算准确性至关重要。
基于以上背景，天津大学地科院晏智锋课题组硕士生时巍巍基于环境流体动力学模型（EFDC），构建并嵌入了一个碳温室气体（C-GHG，包括CO2和CH4）模块，用于模拟水库中CO2和CH4的时空变化。该模型全面考虑了控制CO2和CH4生成、迁移及排放的关键物理和生物地球化学过程。本研究以中国西南地区的典型水库为案例，对CO2和CH4排放动态及增温潜势进行了模拟。
图1 模型开发涉及的CO2、CH4过程
结果表明，该模型能够较好地再现水库全年不同测点的CO2和CH4动态变化，并成功刻画了其时空分布特征。研究发现，水库的支流区域，特别是浅水区，是C-GHG排放的热点。水库在秋冬季节表现为CO₂排放源，而在春夏季节则可能成为CO2的汇；相比之下，CH4在全年均保持净排放状态。在100年时间尺度上，CH4的全球变暖潜力（GWP）占水库总GWP的81.5%，其中CH4气泡释放（ebullition）贡献了66.5%的CH4排放量。总体而言，本研究开发的模型为定量评估水库C-GHG的时空动态提供了一种可行工具，并强调了支流区域CH₄气泡释放的关键作用。这一发现表明，当前全球对水库GHG排放的估算可能存在低估的风险。
图2 各季节CO2排放的空间分布
图3 各季节CH4排放的空间分布
相关研究成果以论文“Estimating CO2 and CH4 fluxes from reservoirs: Model development and site-level study”发表在Journal of Hydrology。天津大学地球系统科学学院2024届硕士毕业生时巍巍为该论文第一作者，晏智锋教授为通讯作者。该成果得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目和单位的资助。
图4 全年及各月份GWP贡献占比
论文信息：Weiwei Shi, Wenxin Wu, Hongxiang Fan*, Qingqing Sun, Xueqi Niu, Shilu Wang, Si-liang Li, Shengkang Liang, Zhifeng Yan*. Estimating CO2 and CH4 fluxes from reservoirs: Model development and site-level study. Journal of Hydrology, 2025: 132794. 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.132794
