張杰,盧金友(長江科學(xué)院河流研究所,武漢430010)

中、東線一期調(diào)水對長江口水流影響分析

張杰,盧金友
(長江科學(xué)院河流研究所,武漢430010)

以南水北調(diào)中、東線一期工程為例,利用二維水流數(shù)學(xué)模型計算分析了調(diào)水工程對長江口水流的影響。結(jié)果表明:調(diào)水工程實施后,長江口徑流來量減小,漲潮動力略有增強(qiáng),落潮動力略有減弱,潮位、流速、各通道分流比等均發(fā)生一定程度的變化,但總體變化幅度不大,對長江口水動力特性影響較小。

南水北調(diào);長江口;數(shù)學(xué)模型;徑流;潮流

長江口為一典型的受潮汐和河道徑流雙重影響的河口,其水流運(yùn)動特性較為復(fù)雜。南水北調(diào)中線工程從丹江口水庫調(diào)水,規(guī)劃一期年均調(diào)水95億m3(陶岔最大旬調(diào)水流量為420 m3/s);東線工程從長江下游揚(yáng)州河段三江營和六圩附近引水,規(guī)劃一期年均調(diào)水89億m3(最大旬調(diào)水流量為500 m3/s)。調(diào)水工程實施后,將減少或改變長江口入海淡水量及其年內(nèi)分配,從而對長江口來水特性、漲落潮動力、潮位、潮流速、各通道分流比等產(chǎn)生一定的影響。本文采用潮汐河口平面二維水流數(shù)學(xué)模型[1]計算分析的方法,初步分析南水北調(diào)中、東線一期調(diào)水工程實施后長江口水流特性的變化趨勢。

圖1 長江口河勢圖Fig.1 Yangtze River estuary regime

1 長江口河勢和水流特性

長江口地處長江三角洲地區(qū),河段為扇形分汊河型,呈三級分汊(南、北支,南、北港和南、北槽),四口入海的平面格局(圖1)。長江口是一個豐水多沙的三角洲河口,自江陰至河口口門,主要為徑流與潮流的相互作用,河槽分汊多變;自口門向外海,以潮流作用為主,水下三角洲發(fā)育。河段除承擔(dān)長江上游來水外,還主要承擔(dān)太湖流域徑流最大支流黃浦江入流。

長江口多年平均徑流總量為9 051億m3,主要集中在汛期,一般情況下河口的進(jìn)潮流量可達(dá)年平均徑流量的9.1倍。長江口潮汐在口門外為正規(guī)半日潮,口門內(nèi)為非正規(guī)半日淺海潮,潮差由口門往里遞減,北支比南支大,并在永隆沙至青龍港之間有涌潮現(xiàn)象。潮流在口門內(nèi)為往復(fù)流,一般是落潮流速大于漲潮流速;出口門后向旋轉(zhuǎn)流(多順時針方向)過渡。北支河段由于分泄長江徑流量很小(一般在5%以下),已成為漲潮流為主的河段。

2 調(diào)水對河口水流特性的影響分析

選取豐、平、枯3個典型水平年的來水過程,分別進(jìn)行南水北調(diào)中、東線一期調(diào)水工程實施前后長江口河段潮位、流速、潮量等變化的計算分析。

2.1 徑流量變化

以大通站為長江口代表徑流控制站,當(dāng)中線調(diào)水95億m3和東線調(diào)水89億m3時,年均調(diào)水量(調(diào)水方案水文系列年為1956-1997年)僅占長江多年平均入海水量的2.0%左右,對長江口總水量影響較小(見表1)。從年內(nèi)各月調(diào)水量來看,枯水期(12月至3月)稍大一些,約占同期來水量的2.9%～4.4%;汛期(7月至9月)小一些,約占1.4%～1.7%。

2.2 潮位變化

南水北調(diào)中、東線調(diào)水后,入長江口徑流水量減小,使各潮位站的潮位有所降低。一般調(diào)水量越大,潮位降低值越大;越靠近上游,潮位降低越大;調(diào)水后汛期潮差略有減小,枯期潮差略有增大。但總體來講,調(diào)水對長江口河段各潮位站的高、低潮位和潮差影響較小(見表2、表3),一般不超過2 cm。

表1 調(diào)水前后長江口月均徑流量變化表Table 1 Variations of monthly average runoff before and after transferring water at Yangtze River estuary

表2 徐六涇斷面調(diào)水后潮位變化表Table 2 Variations of tidal stage after transferring water at Xuliujing section cm

表3 典型斷面調(diào)水后月均潮位變化值表Table 3 Variations of monthly average tidal stage of typical cross-sections after transferring water cm

2.3 流速變化

南水北調(diào)中、東線調(diào)水后,長江口河段落潮動力有所減弱,落潮流速減小,漲潮動力略有增強(qiáng),漲潮流速增大,但總體表現(xiàn)為由于入河口水量的減小,使平均流速有減小的趨勢;南支流速變化要小于北支。由于南水北調(diào)中、東線總調(diào)水量較小,調(diào)水后對長江口河段流速場影響有限,流速變化值一般在3 cm/s內(nèi),相對變化率不大于3%(見表4、表5)。

表4 徐六涇斷面調(diào)水后月均流速變化表Table 4 Variation of monthly average current velocities after transferring water in Xuliujing cross-section cm s/

表5 典型斷面調(diào)水后最大漲、落潮流速變化值表Table 5 Variation of maximum velocities of rising and falling tide at three typical cross-sections after transferring water cm s/

2.4 漲、落潮量變化

南水北調(diào)中、東線調(diào)水后,入長江口河段徑流水量減小,使得長江口河段落潮量有所減小,漲潮量略有增大,但漲、落潮量變幅較小(見表6)。徐六涇、七丫口、青龍港斷面漲潮量增加幅度,汛期一般在1%以內(nèi),枯期一般0.5%以內(nèi),漲潮量增幅很小;落潮量減小幅度稍大一些,徐六涇、七丫口斷面一般在2%以內(nèi),而青龍港斷面最大減小幅度可達(dá)4.5%。

表6 調(diào)水后典型斷面全日大潮漲、落潮量變化表Table 6 Variations of all-day capacity of rising and falling of spring tide at typical cross-sections after transferring water

2.5 南、北支落潮分流比變化

調(diào)水對北支落潮分流比有一定的影響(見表7)。調(diào)水后北支分流比減小,汛期一般減小0.01～0.07個百分點,枯期一般減小0.08～0.14個百分點,相對減少率為0.3%～15.7%。調(diào)水對其它分流通道(如白茆沙南北水道、南北港、南北槽等)的落潮分流比影響不明顯。

表7 調(diào)水前后北支落潮分流比對比表Table 7 Comparison of diversion ratio of falling tide before and after transferring water in north branch of Yangtze River estuary

3 結(jié)語

(1)南水北調(diào)中、東線一期工程實施后,由于調(diào)水量有限,長江口潮位、流速、漲落潮動力、各分流通道分流比變化較小,對長江河口水流運(yùn)動特性影響不大。

(2)根據(jù)南水北調(diào)總體規(guī)劃[2],中、東、西三線將逐步實施1 000億m3的總體調(diào)水規(guī)模,且隨著長江流域社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,沿岸地區(qū)用水量將進(jìn)一步增大,以及三峽水庫和長江上游水利樞紐的陸續(xù)建成運(yùn)用,將對長江口河段產(chǎn)生更加深遠(yuǎn)的影響,需繼續(xù)深入研究。

[1]張杰,張細(xì)兵,王寶成.二維水沙和溫度及濃度場數(shù)學(xué)模型與應(yīng)用[J].長江科學(xué)院院報,2006,(3):1-4.

[2]張修真.南水北調(diào)——中國可持續(xù)發(fā)展的支撐工程[M].北京:中國水利水電出版社,1999.

(編輯:曾小漢)

Influence of First Stages of Middle-and Eastern-route South-to-North Water Transfer Projects on Yangtze River Estuary's Flow Character

ZHANG Jie,LU Jin-you
(Yangtze River Scientific Reserch Institute,Wuhan 430010,China)

To take South-to-North Water Transfer Project's middle route and east route for an example,the influences on Yangtze River estuary's flow character after transferring water are analyzed.The results show that the amount of runoff incoming water will decreased,rising tide force increase,falling tide force decrease and tidal stage,current velocities,diversion ratios of every channel correspondingly change after transferring water, but there will be only little variation overall.

South-to-North Water Transfer Project;Yangtze estuary;mathematical model;runoff;tidal current

TV148

A

1001-5485(2009)05-0009-02

2008-06-04;

2008-09-07

科技部科技基礎(chǔ)性工作和社會公益研究專項項目(2003DIB3J080)

張杰(1971-),男,江西都昌人,高級工程師,主要從事河流泥沙數(shù)模計算分析工作,(電話)027-82829871(電子信箱)tsy liu@163. com。