(1)长江口咸潮入侵受径流量、潮汐、地形、风应力、科里奥利力和口外陆架环流等的综合作用,具有显著的时空变化。其中上游淡水径流量和口外潮汐是长江口咸潮入侵最主要的影响因素。长江口南支水域氯化物浓度呈现两头高中间低的马鞍形平面分布形态。南港、北港上段上游水域(石洞口以上河段)的氯化物浓度主要受北支倒灌下移的盐水团影响,越向上游,氯化物浓度越高。而下游水域(外高桥以下河段)的氯化物浓度则主要受外海咸潮入侵的直接影响,越向外海,氯化物浓度越高。青草沙水域位于长江口南支氯化物浓度马鞍形平面分布的低谷区,是建设长江口避咸蓄淡水库的理想库址。
(2)实测可取淡水概率分析结果表明,在丰水年和平水年,青草沙水域全年出现淡水概率接近100%。在类似2004年的偏枯年,青草沙水域全年淡水出现概率为81.6%,洪季5—10月为99.2%。未来即使重现1978—1979年特枯年,青草沙水域洪季5—10月也有充足的淡水,各月淡水出现概率为44.4%~100%;而对于枯季11—12月和1—4月,其淡水出现概率均低于45%,最小月份为2月,淡水百分比为0。
(3)青草沙水库设计采用系列较长的长江大通站枯季径流量(11月至次年3月)的统计频率作为枯水流量保证率。考虑到上海为国际型特大城市,青草沙水库枯水流量保证率取为≥97%。1978年11月至1979年3月枯水期平均径流量为10500m3/s,是系列中最枯的时段,来水保证率约为97.9%,因此选取1978—1979年枯水期为特枯年份代表典型年型。
(4)鉴于工程水域缺乏代表典型年1978—1979年的实测氯化物浓度资料,因此采用实测资料相关分析和数学模型计算分析的技术手段,研究代表典型年最长不宜取水天数与代表典型年的氯化物浓度过程。青草沙水域的氯化物浓度既受南北港咸潮入侵的影响,同时也受北支咸潮倒灌的影响。青草沙水域氯化物浓度纵向变化较大,梯度明显,故取水口位置在工程布置许可的条件下适当上移较为有利。1978—1979代表典型年枯季,水库水域受多次咸潮入侵影响而导致水体氯化物浓度超标。其中最长不宜取水时间出现在1978年12月18日至1979年2月24日,在长达约68d时间内,青草沙水库取水口水域氯化物浓度均高于饮用水标准而不宜取水。
(5)南北港分流口的新浏河沙、中央沙、扁担沙的三沙互动分合对南北港分汊口河段的河势演变产生重大影响,分流口显示出“周期性的冲淤进退与上提下移”的摆动规律。根据河势演变分析、数学模型和物理模型综合研究成果,复演和预测了各特定水文条件下中央沙和青草沙水域水库工程实施后的流场和河势变化情况,通过不同区域、不同断面和不同代表点上各特征量的定量统计和对比分析表明:目前南北港分流口形态良好,青草沙水域河势较为稳定,但南北港分流口河势已向不稳定发展过渡,处于“周期性的冲淤进退与上提下移”中的“冲”与“下移”临界点,而且发展势头在加快。因此当前是建库和南北港分流口整治的较好时机,否则自然河势将继续向不利方向发展。实施青草沙水库工程对长江口地区防洪排涝、南北港分流口河势、南北港河势、长江口深水航道、北港长江大桥主通航孔及长兴岛南岸重大工程无明显不利影响。工程固定了新桥通道的下边界,阻止了中央沙头的后退,为南北港分流口整治工程的实施创造了有利条件。根据综合分析,青草沙水库工程坝线布置方案在河势稳定性方面可行。
(6)根据工程水域河势、地形、水文、咸潮入侵与水质等多种因素的综合分析,青草沙水库取水口位置设在水库西北端的新桥通道中部南侧。根据防治水库藻类过度繁殖库内水体合理停留时间的研究成果,同时考虑青草沙水库输水闸井位置选择等因素,在水库靠外江侧围堤下游端设置另一个排水闸,与上游引水闸联合调度,一引一排,保证库内水体合理停留时间满足防治水库藻类过度繁殖增的要求。(www.xing528.com)
(7)库内水力停留时间是控制青草沙水库藻类水华的关键控制因子。采用了藻类生长模型分析研究防止藻类过渡繁殖的水库合理停留时间。研究表明:为满足非咸潮期(每年5—9月)防治青草沙水库发生水体富营养化的要求,水库的平均水力停留时间不宜多于20d。
(8)青草沙水库库型优化和疏浚引流是必要的,是防止藻类过渡繁殖和水体富营养化的措施之一。在正常调度运行条件下,非咸潮期水库库区局部区域将出现明显的缓流区,缓流区水体同整个水库的混合稀释程度较小,水流滞留明显,利于藻类生长并于此富集,叶绿素a浓度明显高于其他水域,缓流水域达到富营养化水平。实施疏浚引流优化方案后,水库原有滞留区基本消失,夏季叶绿素a均值高于16ug/L的面积仅为0.9km2,全库区整体可以控制在中营养化水平。
(9)足量、节能、保持入库水质,是青草沙水库蓄水、排水运行调度模式及构造物选型布置考虑的控制目标。在充分研究长江口潮汐、咸潮入侵规律和库内水流运动特征及入库水质演替过程的基础上,研究提出了泵、闸联合运行,上、下游水闸联合调度方案,并将取水口设于上游水库上游端,在下游段南、北两岸分别设置输水口、排水闸,可以有效地改善青草沙水库库内水质。同时,研究提出的取水方式首次摆脱了以往避咸蓄淡水库单一仅靠泵站取水的模式,充分利用潮汐动力,分时利用水闸取水、抢水,大大减少了水库的运行能耗,节能效益十分显著。
(10)针对长江口水生生态系统特征,开展修复型物种筛选培育,实施了水生生态增殖放流,共放流包括种群恢复渔民增收、濒危物种补充和生态修复3大类20个品种的苗种超过2亿尾(只)。构建了青草沙水库邻近水域生态修复信息技术社会服务平台,从而实现了长江口生态环境、重要渔业种质资源、生态修复措施及效果等的实时、动态监测和信息共享。
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