朱建榮, 吳 輝, 李 路, 王 彪

(華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點實驗室,上海 200062)

極端干旱水文年(2006)中長江河口的鹽水入侵

朱建榮, 吳 輝, 李 路, 王 彪

(華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點實驗室,上海 200062)

觀測資料表明,由于在2006年夏季中長江流域發(fā)生了特大干旱,形成的特低徑流量導(dǎo)致長江河口鹽水倒灌比常年提前了3個月.北支倒灌鹽水在南北支分汊口南支水域,底層鹽度大于表層鹽度,垂向分層明顯,而在南支中上段其他水域,因強烈潮混合作用鹽度垂向分布均勻.受北支鹽水倒灌和鹽量的累積作用,在南北支分汊口崇頭鹽度最大值出現(xiàn)時間比青龍港潮位最高時間滯后約3 d,倒灌的高鹽水團進入南支后受徑流作用影響到下游陳行水庫的時間約為2 d.

長江河口; 特枯水文; 鹽水入侵; 現(xiàn)場觀測

Abstract:It wasobserved that the extremely low dischargesof the Changjiang River,caused by a serious drought in the river’s basin in summer 2006,made a strong saltwater sp ring over the North Branch in the Changjiang Estuary occured in that year 3 months earlier than usual.The salinity at surface was higher than the one at bottom in the South Branch near the bifurcation of the South and North branches,vertical stratification wasobvious,w hereas the salinity was vertical homogeneous in the other place of the South Branch due to the strong vertical tidal mixing.Due to the effect of saltwater spilling over from the North Branch into the South Branch and salinity accumulation,the occurred time of themaximum salinity at the Chongtou wasabout 3 days later than that of the highest tidal level at Qinglonggang,and it took about 2 days for the spilling over saltwater to the dow n-stream Chenhang reservoir by the river discharge.

Key words:Changjiang Estuary; extremely drought hydrological year; saltwater intrusion;in-situ observation

0 引 言

2006年夏季,長江流域發(fā)生嚴重的干旱.四川盆地在該年7-8月份最高氣溫超過40℃的天數(shù)超過40 d,為近百年來罕見;重慶寸灘水文站記錄的水位也為近百年之最低[1].8月19日8時,宜昌水位僅40.79 m,比歷史同期最低年份1994年的41.40 m還低0.61 m.受其影響,荊江太平口、松滋口和藕池口來水量為有記錄以來的同期最低水平.安鄉(xiāng)河、松滋河(東支)和藕池河相繼斷流.9月29日下午2時,長江武漢關(guān)水位跌至15.98 m,創(chuàng)下1865年有實測記錄以來的同期最低值[1].

長江大通站5-12月和1月近45年月平均徑流量分別為33 600,40 600,50 800,44 600,40 200,33 500,23 100,14 500和10 900 m3/s[2],在2006年5-12月和2007年1月大通站月平均徑流量分別為30 700,38 500,37 300,27 400,19 100,14 600,13 800,13 400和10 500 m3/s(據(jù)長江水利委員會網(wǎng)站(http://yu-zhu.vicp.net)上記錄的每日大通徑流量資料),各月平均徑流量比多年月平均徑流徑流量分別減少8.6%,8.2%,26.6%,38.6%,52.5%,56.4%,40.3%,7.6%和3.4%(見圖1),可見2006年8-11月份長江徑流量大幅下降,其中9月和10月徑流量下降了一半以上.

長江河口鹽水入侵主要與徑流量和潮汐潮流有關(guān)[2-13].在歷史上特枯水文年,長江河口經(jīng)常發(fā)生嚴重的鹽水入侵.例如在1978年11月-1979年5月,長江出現(xiàn)長時間的低徑流量,致使崇明島被鹽水包圍長達3個多月,給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民用水造成了嚴重的困難[2].2006年夏季長江低徑流量會對長江河口鹽水入侵產(chǎn)生怎樣的影響?針對這個問題,華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點實驗室組織了兩次長江河口現(xiàn)場觀測,本文將基于實測資料分析該年低徑流量下長江河口的鹽水入侵.

圖1 2006年5-12月和2007年1月長江大通站月平均徑流量(右柱,黑色)與多年月平均徑流量(左柱,白色)比較Fig.1 Monthly mean discharges of the Changjiang River at Datong station from May to December in 2006 and January in 2007(right colum n,black),comparing those from many years(left column,w hite)

1 現(xiàn)場觀測和分析

兩次現(xiàn)場觀測的時間分別為2006年10月9日的大潮船測走航和11月15日至12月13日的定點觀測.

從2006年10-12月的間斷觀測期間,長江大通徑流量逐日變化較為顯著,10月1-4日徑流量在12 500-14 500 m3/s,10月5-8日徑流量在15 000-15 800 m3/s,15日下降至12 600 m3/s,21日上升至16 900 m3/s,此徑流量一直保持至11月7日,之后快速下降,11月16日為11 500 m3/s,維持到26日,之后快速上升,12月6日徑流量為16 500 m3/s,之后又下降,至12月31日為11 700 m3/s(見圖2).

圖2 2006年10月1日至12月31日長江大通站徑流量逐日變化Fig.2 Daily variation of discharge of the Changjiang River at Datong station from October 1 to December 31 in 2006

1.1 2006年10月9日大潮船測走航觀測

2006年10月初,大通徑流量僅為13 000 m3/s左右,遠低于多年平均值33 500 m3/s.當(dāng)時估計長江河口會發(fā)生嚴重的鹽水入侵,故在10月9日實施了現(xiàn)場觀測.由于長江河口南支受外海鹽水入侵和北支鹽水倒灌的雙重作用,為了全面了解鹽水入侵的情況,采用走航觀測:一條船從北支上游青龍港開始(見圖3中BZ站位),隨漲潮流觀測至崇頭ZH8站位,再隨落潮流觀測至陳行水庫外側(cè) ZH16站位,以觀測北支鹽水倒灌;另一條船從南槽口10 m水深處FH 1站位隨漲潮流向西觀測至吳淞上游的 FH11站位,以觀測外海鹽水入侵.采用OBS垂向測剖面,同時取水樣測量鹽度,校正OBS測量的鹽度.

觀測結(jié)果表明,長江河口在大潮期(農(nóng)歷八月十八)發(fā)生了嚴重的鹽水入侵(見圖4),北支向南支倒灌的鹽水在南支分叉口崇頭底層鹽度達21,表層鹽度達到17,鹽水倒灌十分嚴重.北支倒灌鹽水在南北支分汊口南支水域,底層鹽度大于表層鹽度,垂向分層明顯,南支中上段其它水域因強烈潮混合作用垂向分布均勻.南槽外海的鹽水入侵也較嚴重,在白龍港鹽度達到了6.在陳行水庫取水口外側(cè),鹽度達到1.3,超過鹽度取水標(biāo)準(zhǔn)0.5.淡水僅出現(xiàn)在吳淞一帶較小的范圍內(nèi).一般在常年的10月,很少發(fā)生較強的鹽水入侵.2006年10月發(fā)生如此強的北支鹽水倒灌很少見,造成的原因是當(dāng)時長江徑流量僅約13 000 m3/s,即是長江流域的嚴重干旱導(dǎo)致的低徑流量引起了鹽水入侵的大幅提前.

1.2 2006年11月15日至12月13日的定點觀測

為能得到較長時間序列的鹽度資料,在崇頭和陳行水庫外側(cè)各放置一臺OBS(見圖3),自動連續(xù)觀測表層鹽度,觀測時間間隔為2 min,從2006年11月15日至12月13日,共29 d.

從鹽度變化的過程看,在崇頭前一個鹽度最大值出現(xiàn)在11月23-24日(農(nóng)歷十月初三-初四),達到2.4;后一個鹽度最大值出現(xiàn)在12月8日(農(nóng)歷十月十八),達到1.4(見圖5).可見,盡管觀測到的是表層鹽度,但北支鹽水倒灌十分明顯,尤其是11月23-24日的倒灌.12月8日鹽水倒灌相對較弱的原因,可能與前期徑流量升高有關(guān)(見圖2).從圖6可見,觀測期間青龍港最高潮位出現(xiàn)在農(nóng)歷九月三十至十月初一,以及農(nóng)歷十月十四至十五,后者高潮位比前者略大.上述崇頭鹽度最大值分別出現(xiàn)在初三-初四和十八,為大潮后期,比青龍港最高潮位滯后了約3 d,原因在于倒灌鹽量的累積作用.

圖3 長江河口上2006年10月9日走航觀測(圓點)和2006年11月15日至12月13日定點觀測(三角形)的站位Fig.3 The coursemeasured siteson October 9 in 2006(dots)and ancho red sites from November 15 to December 12 in 2006(triangles)in the Changjiang Estuary

圖4 從北支青龍港至南槽口門的鹽度縱向分布Fig.4 Longitudinal distribution of salinity from Qinglonggang to the mouth of the South Passage

在陳行水庫,前一個鹽度最大值出現(xiàn)在11月25-26日,達到2.0;后一個鹽度最大值出現(xiàn)在12月10日,達到1.3.可見,陳行水庫受北支鹽水倒灌影響明顯,從崇頭處的倒灌高鹽水,隨漲潮流和落潮流上下振蕩,受徑流作用下移.從兩站鹽度最大值出現(xiàn)的時間比較,可知崇頭高鹽水下移至陳行水庫大約需要2 d時間.這個時間差對于陳行水庫的調(diào)度是很重要的:只要監(jiān)測到崇頭鹽水倒灌嚴重,那么還有大約2 d的時間作應(yīng)急準(zhǔn)備.船只定點觀測一般僅26 h左右,無法得出上述北支高鹽水進入南支后到達陳行水庫的時間.按照水務(wù)部分規(guī)定,當(dāng)鹽度超過0.5,江水就不能作為水源供居民飲用.觀測期間長江徑流量均超過12 000 m3/s,所對應(yīng)的上述兩次鹽水入侵,陳行水庫的最長不宜取水時間分別達到4 d和3 d.

圖5 2006年11月15日至12月13日崇頭(上)和陳行水庫(下)浮筒定點觀測表層鹽度隨時間變化Fig.5 Temporal variation of surface salinity observed on the buoys near Chongtou(upper)and Chenhang reservoir(lower)from November 15 to December 13 in 2006

圖6 2006年11月15日至12月14日青龍港潮位過程線(資料取自潮汐表)Fig.6 Temporal variation of tide levels at Qinglonggang from November 15 to December 14 in 2006

2 結(jié) 論

2006年夏季,長江流域發(fā)生特大干旱,徑流量大幅下降,7-11月各月平均徑流量比相應(yīng)多年月平均徑流量分別下降了26.6%,38.6%,52.5%,56.4%和40.3%.

2006年10月9日,觀測到長江河口在大潮期發(fā)生嚴重的鹽水入侵.北支向南支倒灌的鹽水在南支分叉口崇頭底層鹽度達21,表層鹽度達到17,鹽水倒灌十分嚴重,陳行水庫鹽度超標(biāo).長江河口發(fā)生較強的鹽水入侵,一般在12月至來年的3月.而據(jù)上海原水股份有限公司介紹,2006年9月長江河口就出現(xiàn)較嚴重的鹽水入侵,影響陳行水庫的取水.因此,2006年夏季特枯水文年使得長江河口鹽水入侵比常年提前了3個月.北支倒灌鹽水在南北支分汊口南支水域,底層鹽度大于表層鹽度,垂向分層明顯,南支中上段其它水域因強烈潮混合作用垂向分布均勻.

2006年11月15日至12月13日的定點觀測表明,受北支鹽水倒灌作用和鹽量的累積,南北支分汊口崇頭鹽度最大值出現(xiàn)時間比青龍港最高潮位滯后了約3 d,倒灌的高鹽水團在南支受徑流作用下移到下游陳行水庫的時間約為2 d.

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Saltwater intrusion in the Changjiang Estuary in the extremely drought hydrological year 2006

ZHU Jian-rong, WU Hui, L ILu, WANGBiao

(State Key Laboratory of Estuarine and Coastal Research,East China Normal University,Shanghai 200062,China)

P731.2

A

1000-5641(2010)04-0001-06

2009-08

國家自然科學(xué)基金(40976056);上海市科委重點項目(08231200102);國家水體污染控制與治理科技重大專項(2008ZX07421-001)

朱建榮,男,教授,博士生導(dǎo)師,從事河口海洋學(xué)研究.E-mail:jrzhu@sklec.ecnu.edu.cn.