摘要：為了解枯水期特枯流量下長江口咸潮對三大水庫的取水影響，2023年1月開展了枯水期長江口咸潮監(jiān)測?；趯崪y資料，分析了不同區(qū)域不同潮時下的氯化物濃度變化情況。實測結果驗證了長江口三大水庫受咸潮影響的程度各有不同。結果表明：青草沙水庫主要受北港正面入侵影響，此次大潮期與小潮期相比，氯化物濃度最大值相差約150 mg/L，大潮期更易發(fā)生咸潮入侵；陳行水庫主要受北支倒灌影響，但在這一次調查中未受影響；東風西沙水庫則受潮汐和北支倒灌雙重影響。在崇頭和北港區(qū)域，氯化物濃度存在明顯分層現象。此次調查成果可為咸潮預報、水庫優(yōu)化取水調度提供參考依據。

關鍵詞：咸潮入侵； 枯水期； 氯化物； 長江口

中圖法分類號：P731.12

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.09.006

文章編號：1006-0081（2024）09-0036-06

0 引 言

為了支撐上海市經濟的可持續(xù)發(fā)展，確保人民生活及經濟生產對水資源的需求，2010年后位于長江河口的青草沙水庫開始供水。目前，青草沙水庫的供水范圍已經覆蓋楊浦、浦東等區(qū)域，受益人口超過上海人口的一半。同時，位于崇明島的東風西沙水庫、位于寶山區(qū)的陳行水庫，也分別從長江取水，給附近區(qū)域城鎮(zhèn)居民供水。

長江河口區(qū)的水文、沉積等特殊條件，形成了典型的多分汊、多洲灘的地貌系統(tǒng)。長江口每年的入海流量雖然巨大，但年內分配不均，枯季11月至次年4月的半年期間，流量僅占全年的28.3%［1］，在此期間，極易發(fā)生咸潮入侵，對人民的飲用水安全及工農業(yè)用水造成影響，因此三大水庫取水時需準確估算咸潮的發(fā)生時間及持續(xù)時段。按照國家地表水標準，以氯化物濃度250 mg/L為取水上限，超過此限值則不宜取水。

長江口三大水庫庫容不同，抵御長江口咸潮入侵影響的時間也不同。2022年長江汛期以來，長江流域出現類似2006年的大范圍干旱，降雨及上游來水均嚴重偏少，長江發(fā)生流域性嚴重枯水［2］，中下游干流8月出現超100 a一遇枯水，9月平均下泄流量為9 600 m3/s，最小流量6 400 m3/s，已經遠低于枯季特枯流量的標準（枯季特枯流量小于13 616 m3/s）［3］，造成長江口9月開始持續(xù)產生咸潮入侵，嚴重影響了長江口區(qū)域的供水。

通過模型演算可以很大程度預測咸潮發(fā)生的過程，為水庫科學安排取水時間提供依據，但極端氣候變化會強化咸潮影響的時間和范圍，增加模型演算誤差，需要及時采用實測數據進行補充修正［4-7］。因此，在長江口徑流量達到特枯年份標準時，對咸潮影響過程進行現場調查和數據分析，研究咸潮變化規(guī)律，對分析特枯年份的咸潮影響是非常重要的補充手段。本文通過分析2023年1月長江口現場調查資料，研究水源地區(qū)域氯化物濃度變化過程，以期為新形勢下長江口水庫防范咸潮風險提供基礎數據支撐。

1 長江口咸潮成因及變化分析

咸潮是海洋潮汐中的一種特殊現象，通常出現在河口或半封閉的海灣。長江口咸潮主要是由海水強制入侵導致，當海水受潮汐影響進入長江口時，會隨漲潮流將高鹽度水體推入河口區(qū)域，導致該區(qū)域水體鹽度上升，形成咸潮。咸潮的強度及變化過程，主要受長江口徑流量、潮汐因素影響［7］，同時，氣象、海平面變化、逐漸改變的地形以及工程也會造成咸潮的強度及咸水團的移動路徑發(fā)生變化［2，7-10］。

1.1 長江流域徑流量影響

長江流域徑流量是影響長江口咸潮強度的主要因素之一。長江流域的水文條件變化，如豐水、平水和枯水年份的流量變化，尤其是11月至次年4月枯季下泄流量的變化，會直接導致長江口咸潮強度的變化。當長江徑流量較大時，下泄的淡水會沖淡上溯進入河口的海水，降低長江口的水體鹽度，減弱咸潮的強度及水庫不可取水天數。反之，當長江徑流量減少時，通過漲潮流上溯及北支倒灌產生的咸水團會加強咸潮影響，進而影響水庫蓄水［4，7，11］。

1.2 潮汐因素影響

潮汐條件是長江口咸潮強度的重要影響因素之一，這一因素主要受天文及大尺度地形影響。長江口地區(qū)潮汐為非正規(guī)半日潮，完成一個大、中、小潮的變化過程一般在8 d左右。同時，長江口地區(qū)潮差大，通常在2～4 m左右，意味著海水的漲落幅度大，進而對水流的運動和沉積物的懸浮與輸運產生更大的影響。大潮往往會造成咸潮上溯能力增強，而當下泄流量減少，同時遇到大潮潮差加大時，兩者疊加就會加強咸水團的上溯，增大長江口咸水團的控制范圍和影響時長［4，7，12］。

1.3 氣象因素影響

氣象因素也是導致長江口枯水期形成咸潮的重要因素之一。首先，從大尺度來說，溫潤的氣候、豐沛的雨季會保障上游來水充足，形成較大的長江徑流，緩和咸潮的強度和影響。其次，從小尺度來說，臺風、寒潮等極端天氣可能會對長江口咸潮的形成和發(fā)展產生影響，秋冬季的強勁北風會加強長江口咸潮影響［3-7］。

2022年夏季汛期，在長江徑流出現歷史性持續(xù)低量時，咸潮影響已初露端倪，9月4日開始接踵而至的“軒嵐諾”“梅花”“南瑪都”等臺風推動海水入江，加劇了咸潮入侵的強度和持久度，咸潮影響一直上溯到白茆口上游附近，長江低徑流量又未能緩和咸潮的持續(xù)影響，使長江口三大水庫在9月份就已經面臨連續(xù)多日的取水困難。

1.4 長江口地形及工程影響

長江口水下地形的變化也會影響水流的速度和方向。1954 年特大洪水（大通站流量92 600 m3/s）后，隨著北槽的貫通，形成了目前長江口三級分汊四口入海的格局，能下泄百年一遇的特大洪水而不會發(fā)生重大變化，在工程守護下，長江出海口得以穩(wěn)固。同時，局部區(qū)域由于徑流與潮流都很強勁，而組成沙洲的物質抗沖刷性能差，在不斷沖刷和淤積的交替影響下，沙洲始終保持動態(tài)變化，不斷滿足新的平衡需求［9］。

此外，工程影響也會改變長江口分流比。長江口深水航道整治工程之前，1998年4月調查結果顯示，北槽和南槽的分流比約為55∶45，根據模型預測，工程完工后分流比為49∶51。2012年9月長江口綜合調查結果顯示，漲潮潮量分流比，北槽和南槽約為45∶55，使北槽和南槽流量的主從作用發(fā)生了較大的改變［8-9］，對咸潮上溯的路徑產生了影響。從1974～2020年的衛(wèi)星照片分析可知，長江口北支上、中段因人類活動及自然沖淤影響發(fā)生了很大的改變，不斷收縮的河寬減小了北支對南支的倒灌影響，使長江口咸潮發(fā)生的強度逐步降低和影響天數也減少［10］。

1.5 海平面長期影響

海平面的長期變化也會影響到咸潮的發(fā)生。海平面的逐年上升會增強鹽水上溯強度。根據統(tǒng)計，1980～2018年，中國沿海海平面上升速度為3.3 mm/a。按照模型估算，以1999年冬季、2006年秋季和2011年春季的低徑流條件為參考，根據海平面上升速度預測至2100年，長江口的淡水資源將大幅下降，水庫最長不宜取水天數也會有所增加［9，13］。

2 枯水期調查

針對2022年秋冬季長江口持續(xù)發(fā)生的咸潮入侵，為研究長江口咸潮入侵機理，積累基礎數據，驗證及改進咸潮入侵模型精度，從而為城市水源地原水調度提供科學支撐，2023年1月6日（臘月十五）至1月14日（臘月廿三）在長江口開展了咸潮專項調查。自南北支分汊口上游的蘇通大橋至橫沙島東側的北港口范圍內，根據地形變化及潮流特點，布設了11條固定垂線及兩條縱向斷面，對長江口的潮流、鹽度等參數進行覆蓋大、中、小潮的同步持續(xù)監(jiān)測。監(jiān)測位置見圖1。

調查期間采用ADCP監(jiān)測流速流向，按照6點法對定點垂線的鹽度進行分層測量，采用電導率儀現場測定，每小時觀測一次，每次觀測10 min。圖1中BMSB點位于東風西沙水庫取水口，LHK點位于陳行水庫取水口，QCS點位于青草水庫沙取水口，CT點位于崇頭，分別用于分析三大水庫取水口及崇頭北支咸潮倒灌影響。

3 調查分析

本次調查期間，長江口三大水庫未見咸潮影響，但水庫周邊及崇頭、北港口等區(qū)域附近的氯化物濃度變化過程，在不同區(qū)域、不同潮期的表現形式有所不同，仍然說明長江口咸潮存在著北支倒灌及大潮期正面沖擊的疊加影響。

3.1 徑流量影響分析

本次調查期間，雖然長江大通流量保持在9 600～9 700 m3/s左右，處于統(tǒng)計學上的枯水期特枯流量范圍內［3］，和往年相比仍處于偏枯（大通站1月多年平均流量11 900 m3/s）水平，也低于歷史上可能會造成陳行水庫連續(xù)7 d無法取水的11 800 m3/s的臨界流量［14］，但整個調查期內未發(fā)現對水庫取水產生較強影響的咸潮入侵過程，三大水庫附近的氯化物濃度均滿足低于250 mg/L的取水標準。

因此，可以認為長江徑流量對咸潮的影響程度和以往相比可能已有所不同，以往在相似徑流條件下，1～2月份幾乎必然出現的咸潮入侵影響可能隨著某些影響因素的變化而有所變化，其原因還需深入分析。

3.2 水庫取水口附近潮汐影響分析

青草沙水庫（QCS）取水口附近氯化物濃度受潮汐影響較為顯著，隨漲落潮有明顯的變化過程，且大潮時期的變化幅度遠大于小潮時期。大潮期間氯化物濃度最大值為192 mg/L，變化幅度為144 mg/L；小潮期間最大值為46 mg/L，變化幅度僅為23 mg/L，見圖2。說明該區(qū)域的氯化物濃度較易受漲潮流的直接影響，長江口外高濃度咸水較易隨漲潮影響到青草沙水庫。而且，大潮期間水動力強勁，較易將長江口外咸水體推送入北港。

東風西沙上游白茆沙北（BMSB）的氯化物濃度整體在20～50 mg/L之間波動，隨漲落潮有明顯的潮汐變化，但大、小潮期間的變化幅度并沒有表現出有明顯差異?？紤]到該處位置離長江口門較遠，分析其氯化物濃度應主要受來自上游的崇頭和下游的新橋水道水體的交互影響。上下游水體鹽度的差異造成該處水體鹽度隨漲落潮有所變化，但大、小潮的潮汐強度差異已經較難在該處水體有所反映。

陳行水庫（LHK）在本次調查期間氯化物濃度始終保持在30～50 mg/L范圍內波動，且其變化過程沒有表現出明顯的潮汐影響，尤其在中、小潮時氯化物濃度基本在30～35 mg/L的窄幅區(qū)間內波動。這說明陳行水庫附近雖然有潮汐影響，但其上下游水體中的鹽度已基本保持一致。

3.3 北支倒灌影響分析

通過分析崇頭、東風西沙水庫、陳行水庫附近的監(jiān)測點，可以看到北支倒灌的影響自崇頭至陳行水庫呈現逐漸降低的特征。本次調查期間，陳行水庫附近受北支倒灌影響的程度不明顯。

東風西沙水庫取水口附近氯化物濃度除了受潮汐影響外，同時也表現出受北支倒灌影響的特征，具體表現在大小潮期間氯化物濃度的變化過程有著明顯差異，雖然變化幅度接近，但大潮與中小潮的變化過程卻有所不同。從氯化物濃度和潮流變化過程線可以看到，大潮時氯化物濃度會隨著落潮逐步降低，但中小潮時，潮水由漲轉落后，氯化物濃度仍然會逐步上升，待落潮4～5 h后才逐步下降，驗證了其氯化物濃度除了來自于下游的漲潮流外，還來自于上游的北支倒灌的疊加影響，見圖3～5。

同期青草沙水庫的氯化物濃度沒有表現出明顯的受北支倒灌影響特征。而以往同樣較易受北支倒灌影響的陳行水庫，在整個調查期間的氯化物濃度雖然有小幅波動，但沒有明顯的變化特征。這可能是由于本次調查期間北支倒灌的影響并沒有強烈到能夠影響到陳行水庫。

位于南北支分岔處的崇頭水庫受北支倒灌影響尤為明顯，大潮時崇頭的氯化物濃度基本沒有變化（30～50 mg/L），僅隨落潮有小幅上升，但中、小潮時隨落潮有明顯的大幅上升過程，且小潮分層單點最高達到741 mg/L，振幅達到700 mg/L（圖6）。從小潮氯化物濃度上升的時間點來看，崇頭的氯化物濃度是在落潮期間快速上升，漲潮后快速下降，也說明了其高鹽度水體來自于北支倒灌鹽水（圖7）。上述變化過程和崇頭下游的東風西沙氯化物濃度變化過程非常相似，可以確定在中小潮時，落潮開始后，從崇頭流經的高濃度咸水團會擴散至東風西沙水庫附近。

3.4 咸潮 “分層”特征

從實測數據可以看到，高濃度咸水團在行進過程中，會存在明顯的“分層”特征。在崇頭、北港等區(qū)域表現尤為明顯，形似“咸舌”。隨著氯化物濃度上升，分層現象較為明顯，底層最大、中層次之、表層最低。隨著潮流混合，分層現象逐漸消除，上下層氯化物濃度趨于一致（圖8），說明高濃度咸水團行進時會產生明顯的“鍥形”形態(tài)。青草沙水庫在漲落潮不同階段也有類似現象（圖9），這種現象對取水口選擇合適的取水時間和取水位置提出了較高的要求，即使在落潮一定時間后，表層氯化物濃度降到250 mg/L時，中、下層水體的氯化物濃度也仍然可能超過較多。因此，需待下層水體氯化物濃度也降到250 mg/L時才能開閘引水。

4 結論與展望

本次在枯季開展的調查，對新形勢下水源地附近的氯化物濃度變化過程有了一定的了解，建議通過加強實時監(jiān)測及預報等多種方式，提高上海市水源地抵御咸潮影響的能力。

（1） 本次調查期間，三大水庫附近均未發(fā)生咸潮影響，表明即使在長江口枯季特枯流量下，咸潮影響也有可能較弱，不一定會對長江口三大水庫取水造成影響。

（2） 長江口南支，尤其是東風西沙水庫附近仍然受北支倒灌影響，在中潮及小潮期尤為明顯，但陳行水庫在本次調查期間基本沒有受到咸潮影響。說明北支倒灌影響雖然仍然會影響到長江口南支，但其影響程度比以往同期已有所降低。

（3） 青草沙水庫附近氯化物濃度主要受潮汐影響，其值在落潮一定時間后才逐漸下降，且存在明顯的分層現象。水庫應根據實測數據，待下層水體氯化物濃度也降到250 mg/L時才能開閘引水。

本次調查范圍集中在南北支分汊口、南支、北港等傳統(tǒng)咸潮影響水域，對北支、南港、北槽、南槽等區(qū)域缺少關注，難以對北支咸水團形成過程、南槽漲潮影響進行分析判斷及驗證。期待后續(xù)的調查過程中，加強對長江口全流域的過程性監(jiān)測，摸清變化過程，提高咸潮預測能力。同時，建議通過建立咸潮入侵數字孿生系統(tǒng)預測咸潮發(fā)展過程、加強流域機構協(xié)調調水、加速上海各原水廠并網供水、拓展原水取水渠道、通過工程減少北支倒灌影響等多種方式，提高上海市水源地抵御強咸潮影響的能力，增強城市韌性。

致 謝

感謝長江口水文水資源勘測局張志林教授級高工，上海市海洋監(jiān)測預報中心裘誠高工的技術指導！

參考文獻：

［1］ 裘誠，顧圣華，李琪.長江河口鹽度監(jiān)測布局研究［J］.華東師范大學學報（自然科學版），2015（4）：7-16.

［2］ 程濟生.氣候變暖對上海長江口水源地的影響［J］.城市公用事業(yè)，2009，23（6）：17-18，50.

［3］ 徐宇程，朱首賢，張文靜，等.長江大通站徑流量的豐平枯水年劃分探討［J］.長江科學院院報，2018，35（6）：19-23.

［4］ 何俊杰，劉富強.枯季三峽庫區(qū)泄流對緩解長江口鹽水入侵的數值模擬研究［J］.綠色科技，2017（22）：43-48，52.

［5］ 樂勤，關許為，劉小梅，等.青草沙水庫取水口選址與取水方式研究［J］.給水排水，2009，45（2）：46-51.

［6］ 高華斌，唐兵.應對長江口咸潮入侵的臨界流量經驗模型研究［J］.長江科學院院報，2020，37（4）：25-29.

［7］ 華東師范大學.長江口咸潮入侵特征的變化和機理研究［R］.上海：華東師范大學，2011.

［8］ 欒華龍，柯科騰，葛建忠，等.長江口規(guī)劃工程影響下的咸潮入侵數值模擬［J］.海洋科學進展，2018，36（4）：525-539.

［9］ 裘誠，朱建榮.低徑流量條件下海平面上升對長江口淡水資源的影響［J］.氣候變化研究進展，2015（4）：246-255.

［10］" 顧靖華，朱建榮，裘誠，等.長江河口鹽水入侵長期演變分析［J］.華東師范大學學報（自然科學版），2021（6）：174-186.

［11］ 喬紅杰，劉大偉，聞為東，等.2022年長江口北支咸水倒灌傳播特征分析［J］.人民長江，2023，54（2）：56-62.

［12］ 李保，張萌，盛青，等.2021年洪季長江口北槽鹽度變化分析［J］.水利水電快報，2023，44（7）：106-110，121.

［13］ 自然資源部.2018年中國海平面公報［R］.北京：自然資源部，2019.

［14］ 陳慶江，徐建益，朱建榮，等.長江口水源地咸潮控制臨界流量確定及保障措施［J］.人民長江，2011，42（18）：68-72.

（編輯：李 慧）

Impact analysis of saltwater intrusion on chloride of water source of Changjiang River Estuary during dry season

PAN Yujia1，BI Junfang2

（1.Shanghai Marine Environmental Monitoring and Forecasting Center，Shanghai 200106，China； 2.Yangtze River Estuary Survey Bureau of Hydrology and Water Resource，Changjiang Water Resources Commission，Shanghai 200136，China）

Abstract：

In order to understand the impact of the saltwater intrusion in the Changjiang River Estuary on the water intake of the three major reservoirs under the condition of extremely low flow during the dry season，the monitoring of saltwater intrusion in Changjiang River Estuary was carried out in January 2023.Based on the actual measurement data，we analyzed the changes of chloride in different regions under different tides.The monitoring also verified that the three major Changjiang River reservoirs in Shanghai were affected by saltwater intrusion to different degrees with different sources.The Qingcaosha Reservoir was mainly affected by the frontal intrusion of Beigang，and the maximum chloride concentration difference between the high tide period was about 150 mg/L compared with the low tide period，and the saltwater intrusion was more likely to occur during the high tide period.Chenhang Reservoir was mainly affected by the backflow of the North Branch，but not affected in this investigation.Dongfengxisha Reservoir was affected by the effects of tidal and North Branch backflow.In addition，there was a stratification phenomenon in the chloride concentration in Chongtou and Beigang areas.The monitoring results can provide a reference for saltwater intrusion forecast and optimization of water intake operation.

Key words：

saltwater intrusion； dry period； chloride； Changjiang River Estuary