长江口咸潮入侵影响因素分析-成果

咸潮入侵是长江口水源地水资源开发利用的最大制约因素。研究表明，影响长江口咸潮入侵的因素十分复杂，上游径流量、口外潮汐、风应力、混合、口外陆架环流和河势变化等均对咸潮入侵起着不同程度的作用。咸潮入侵源随大通流量的大小、外海潮动力的大小，以及风力、风向、河势特征等不同，对该河段中不同区域含氯度分布的影响也各不相同。径流向海，抵制外海咸潮入侵，径流量越大，咸潮入侵越弱。潮差越大，咸潮入侵越强。冬季在长江口外以偏北风为主，产生向岸的埃克蔓输运，产生水平风生环流，加剧了北支和北港的咸潮入侵，减弱了南港、北槽和南槽的咸潮入侵。混合主要由底部的潮流和表面的风应力产生，混合使盐度垂向趋于均匀，不利于底层盐水楔的形成。长江口外陆架环流主要是台湾暖流和苏北沿岸流，向长江河口带来高盐水，是咸潮入侵的源。河势变化造成岸线和水深的改变，引起流场和分流比的改变，从而影响咸潮入侵。在上述众多因素中，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。

3.1.3.1 长江径流的影响

图3-1 大通站年平均流量过程线

（1）长江径流的基本情况 长江源远流长，流域辽阔，水量丰沛，流域地处季风气候区，降水多集中在夏季，冬季仅有少量雨雪，径流在年内呈季节性变化，年际存在丰、平、枯差别。根据大通站资料统计，多年平均流量为28300m3／s，多年平均年径流量为8972亿m3，最大年径流量为13590亿m3（1954年），而最小年径流量为6760亿m3（1978年），两者之比约为2∶1，径流年际变化情况如图3-1所示。径流量在年内存在明显的季节性变化（图3-2），汛期5—10月占全年的70.8％，其中主汛期（7—9月）占全年的39.5％；枯季11—4月占全年的29.2％，其中12—3月仅占全年的15.7％。11—3月为长江口咸潮入侵最严重期，根据平均月径流量资料频率分析成果，1978年11月—1979年3月，枯水期平均径流量为10500m3／s，是系列中最枯的时段，来水保证率为97.9％；1998年11月—1999年3月，平均径流量为11800m3／s，来水也较枯，其保证率为90％。尽管2006年是历史上汛期来水特枯年份，但该年枯季2006年11月—2007年3月的平均来水量为13400m3／s，相当于保证率为70％。

图3-2 大通站分月径流占年径流量的比例

（2）径流对咸潮入侵的影响 长江口水域氯化物浓度的年内、年际变化与长江径流关系甚为密切。据资料综合分析，大通站流量在10000m3／s以下时，长江口各站的氯化物浓度都普遍较高，如1978、1979、1984、1987、1993年的非汛期；大通站流量在13000m3／s以上，河口氯化物含量普遍较低，如1982、1983、1989年等；当大通站非汛期流量在15000m3／s以上时，吴淞口、高桥基本免遭咸潮侵袭，其余各站盐度也大幅度下降，如1990、1991、1995年。1978年长江流域持续干旱，适逢太湖流域大旱，长江枯季径流量特枯，1979年初大通站最小流量仅4620m3／s（1月31日），长江口咸潮严重入侵，崇明岛被盐水包围近5个月之久。图3-3为长江口（高桥站）氯化物浓度与大通站流量的关系。

图3-3 长江口（高桥站）氯化物浓度与大通站流量的关系

研究成果表明，长江大通站年径流量与吴淞测站的多年氯化物浓度资料之间有良好的相关关系，盐水入侵强度主要与大通站径流量有关。统计资料表明，丰水年（平均流量大于20000m3／s）高桥以上河段氯化物浓度多在100mg／L以下，盐水入侵时间短而少；平水年（15000～20000m3／s，占统计年份47％），盐水入侵以1—3月较严重，但持续时间（连续不可取水天数）不是太长；枯水年长江口盐水入侵强度增加，受咸历时延长，氯化物浓度超标次数及持续时间增加，如1986年11月—1987年4月，高桥大于250mg／L不宜取水总天数达45d，宝钢取水口大于250mg／L不宜取水总天数达35d；1998年冬至1999年春，陈行水库取水口、青草沙水库取水口大于250mg／L连续不宜取水天数分别达25d和38d。

3.1.3.2 潮汐强度的影响

潮汐是天体引力引起海面的升降运动，呈有规律的周期性变化，日内两涨两落，一日周期24h50min，同时半月周期变化较明显，农历初一和十五为大潮，初八和二十三为小潮。此外，潮汐还有一月周期（29.5d）、一年周期及19.61年的长周期变化。但潮汐在月际之间、年际之间变化不明显。

长江口为中等强度的潮汐河口，口外为正规半日潮，外海潮波进入长江口后，因水深变浅及径流作用的加大，潮波逐渐发生变形，浅水分潮明显增大，发展为非正规半日浅海潮，每天二涨二落，日潮不等现象较为明显。在一个太阴日（即24h50min）内，有两次高潮和两次低潮，两个高潮和两个低潮各不相等。长江口地处中纬度，潮汐日不等现象较明显，主要表现为高潮不等，从春分到秋分，一般夜潮大于日潮；从秋分到翌年春分，日潮大于夜潮。

潮流进入长江口以后受河岸的约束和长江径流的顶托，而演变为每天两次的周期性涨落往复水流。由于水位和流速均随时间变化，属于不恒定流。潮流在进入河口之前，潮位和流速的时间过程基本保持一致，即涨潮流最大流速出现在高潮附近，落潮流最大流速出现在低潮附近，进入河口后，相应的水位和流速随时间变化不再同步，存在相位差，一般分为四个阶段：涨潮落潮流、涨潮涨潮流、落潮涨潮流、落潮落潮流。(www.xing528.com)

潮波变形程度越向上游越大，导致潮位、潮差和潮时沿程发生变化，潮位越往上游越高，潮波越往上游越小，潮时自河口向上游涨潮历时缩短，落潮历时延长。长江口沿程各站的潮差及历时充分体现了这一特征，见表3-4。

表3-4 长江口潮汐要素特征值

北支河段潮波变形较大，多年平均潮差大于南支。年最高潮位一般发生在8—10月，最低潮位出现在12—2月。北支河段潮差较大，一般下游潮差大于上游潮差，历史最高潮位均出现在1997年8月18日—19日，其时11号台风引起的台风浪和风暴潮影响长江口地区。北支各潮位站中，青龙港站一个显著特点是涨潮历时短，瞬时潮差大。据青龙港、三条港实测资料统计，潮汐特征值见表3-5。

表3-5 青龙港站、三条港站潮位特征值表（城建吴淞）

（续表）

北支是典型的喇叭形河口，下段口门处河宽达13～16km，而上段河宽仅2.5km左右，导致口外传入的潮波发生强烈变形，潮汐运动具有如下特点：

（1）自下向上，涨潮流历时与落潮流历时的差值不断增大。一般越向上游，涨潮历时越短，而落潮历时延长。

（2）大、中潮期涨潮流速一般大于落潮流速。

（3）由于北支的潮波变形远较南支激烈，南、北支的潮波特性相差大。尤其在大、中潮期，北支的高潮位高于南支高潮位，低潮位低于南支低潮位。同时，北支的涨潮历时小于南支，而落潮历时大于南支，因此在高中潮位附近北支潮流流向南支，而在低平潮位附近南支水流流向北支。

长江河口的进潮量巨大，在上游径流接近多年平均流量、口外潮差近于多年平均潮差的情况下，河口最大进潮流量达266000m3／s，为年平均流量的9倍。潮汐强度与咸潮入侵的关系是显然的，潮差越大，咸潮入侵越强。实测资料和数值模拟计算分析结果表明，非汛期大潮北支咸潮严重倒灌南支是导致南支上段水域含氯度大幅升高的主要因素，并且对南支河段含氯度分布有十分重要影响。吴淞以上水域的含氯度分布主要受北支咸潮倒灌的控制；吴淞以下南北港水域的含氯度分布则受北支咸潮倒灌和南支口外咸潮入侵的共同控制。