长江口青草沙水源地原水工程规划研究成果

3.2.1.1 青草沙水域咸潮入侵基本情况

青草沙水源地位于北港上段。多年的现场观测资料表明，在枯季来水较丰年份，青草沙水域受径流控制，全年基本可以取到低于250mg／L的长江水；在枯季来水一般年份，主要受南、北港外海咸潮入侵影响，咸潮一般可上溯到拟建的青草沙取水口附近；但在枯季来水特枯年份，除外海咸潮入侵影响外，北支咸潮倒灌将严重影响青草沙水域，使得青草沙水域连续不宜取水天数大大增加。

综合长江口咸潮入侵路径、氯化物浓度监测资料及青草沙水域独特的地理位置分析表明：影响工程水域氯化物浓度变化的咸潮入侵源主要为北支咸潮倒灌、南港咸潮入侵和北港咸潮入侵。这三个咸潮入侵源，视大通流量的大小，外海潮差的高低，以及风力、风向、河势特征等不同，对该河段中不同区域氯化物浓度分布的影响也各不相同。

研究表明：青草沙水域在枯季来水较枯年一般将多次受咸潮入侵的影响而导致氯化物浓度超标。根据1998年12月—1999年4月、2002年12月—2005年5月共4个年份的咸潮期实测氯化物浓度资料分析，青草沙水域最早发生咸潮入侵时间为2002年12月8日，超标持续时间达86h，超标时间大于12d的咸潮入侵最早发生在12月19日，超标持续时间达16d10h；一年中超标氯化物浓度峰值次数最少为5次，最多达12次，两次超标氯化物浓度峰值之间最小时间间隔为17h，最长间隔时间是48d。2006年青草沙水域咸潮入侵发生时间较往年有所提前，咸潮入侵最早发生在11月上旬，这可能与三峡水库蓄水有关。

图3-12 1998年12月—1999年4月堡镇潮位过程和青草沙水库取水口氯化物浓度过程

1998—1999年枯季是自1980年有实测资料以来，长江口发生最严重咸潮入侵的年份。图3-12为1998年12月—1999年4月堡镇潮位过程和青草沙水库取水口氯化物浓度过程。资料显示，该期间青草沙水域整个咸潮期共出现5次超标氯化物浓度峰值，最早出现超标的时间是1月6日，持续时间达24d12h；紧接着第二个超标开始时间是2月2日，持续时间达9d10h。两个氯化物浓度峰值之间间隔仅75h。第三个超标持续天数最长，达38d（2月20日—3月30日），氯化物浓度峰值达2998mg／L，与前后两个超标时间间隔分别为7d9h和4d3h。5次超标的总时间共计81d10h，占整个咸潮期53.9％，氯化物浓度峰值之间可取水小时数仅占46.1％。从图中可以看出，高盐区一般出现在中、小潮期间，低盐区则出现在大潮期，表明青草沙水域氯化物浓度分布主要受北支咸潮倒灌南支的影响。

3.2.1.2 青草沙水域洪枯季淡水出现概率分析

根据《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）的规定，饮用水水源地氯化物浓度不能超过250mg／L，取250mg／L作为青草沙水域可从长江口取到淡水的上限判断值，即当水体氯化物浓度超过250mg／L时认为遭遇咸潮。

（1）实测资料分析 根据青草沙水域2002年12月—2005年10月实测资料分析，氯化物浓度丰枯季变化较为明显，一般是1月至次年4月氯化物浓度相对较高，淡水出现概率相对较低；其他月份氯化物浓度相对较低，淡水出现概率相对较高，特别是在进入洪季5—10月时，月平均氯化物浓度等于或接近0，淡水出现概率接近100％，见表3-11。

表3-11 青草沙洪枯季淡水出现概率变化

2003年为平水年（大通站年平均流量29397m3／s），青草沙水域3—12月出现淡水概率为98.8％，洪季5—10月达到100％；2004年为偏枯年（大通站年平均流量24998m3／s），青草沙水域全年淡水出现概率为81.6％，洪季5—10月为99.2％。

根据青草沙水域2002年12月—2005年10月实测资料分析，青草沙实测盐度与大通流量存在良好的相关关系。从4月开始，淡水出现的概率呈现上升趋势，7月到达最大，随着枯季到来开始下降。

大通站位于河口上游约640km，考虑到潮汐的影响以及南支和南北港水域对上游径流的传播作用，在计算大通站月平均流量时，扣除当月最后10d的流量，加上前一个月最后10d的流量，然后求其平均值，作为修正后的月平均流量。

实测资料关系显示（图3-13），大通站月平均流量大于30000m3／s时，青草沙月平均盐度接近或等于0；月平均流量小于20000m3／s时，平均盐度增加较快。

月出现淡水的概率或者月出现淡水百分比，与大通月平均流量之间呈对数关系（图3-14）。基于安全考虑，分析每月出现淡水的最小百分比。

图3-13 青草沙月平均盐度与大通站流量关系

图3-14 淡水百分比与大通流量关系

青草沙每月出现淡水百分比最小值公式为：

R最小＝0.7201ln Q大通－6.3986(www.xing528.com)

式中，Q大通小于7200m3／s时，R最小等于0。

根据2003—2005年全部实测资料分析，仅有4个月出现淡水的百分比等于最小值公式的推算值，据此根据最小值公式推算的月出现淡水百分比是安全的。

按最小值公式计算，当大通站月平均流量为7400m3／s时，青草沙水域月出现淡水时间为1.7％。进一步设定大通站月平均流量小于7400m3／s时取不到淡水，由此推算各月可取淡水的概率。

（2）未来20年出现特枯年淡水百分比预测 工程区域遭遇类似1978—1979年的特枯典型年，上游三峡工程遭遇枯水年，三峡工程对大通站流量变化影响见表3-12；东线南水北调的调水流量特枯年枯季为400m3／s，其他月份为800m3／s；沿江净引水流量944m3／s（特枯年），据此分析未来20年出现特枯年淡水百分比。

表3-12 三峡水库建成后大通站流量变化表（特枯年）

注：“＋”表示增加，“－”表示减少。

经计算，青草沙未来20年，即使重现1978—1979年的特枯水文典型年，青草沙水域洪季5—10月也有充足的淡水，各月淡水出现概率分布在44.4％～100％。各月淡水百分比见表3-13。

表3-13 未来20年出现特枯年淡水百分比

3.2.1.3 青草沙水域咸潮入侵盐度分层情况

根据2004年12月底至2005年1月初的观测资料分析表明，在南支中段，盐度随时间变幅较小，垂向混合较为均匀。华东师范大学河口海岸学国家重点实验室以1978—1979年作为特枯水文年，考虑三峡工程、南水北调和大通以下沿江抽水影响，对青草沙水库工程前后水库取水口的盐度变化的分析表明：青草沙水库工程前后基本一致，取水口盐度垂向混合较为均匀。

2006年2月、3月，华东师范大学河口海岸学国家重点实验室开展了青草沙水库取水口氯化物浓度分层测验及分析工作，测验及分析表明：测验期间青草沙水库上游泵闸水域氯化物浓度垂向分布均匀，与20世纪90年代同区域观测结果相近；拟建水库下游水闸附近大汛期，氯化物浓度垂向虽存在间歇性的分层现象，但表层氯化物浓度严重超标，大汛过后，氯化物浓度垂向分布又趋于均匀（表3-14）。

表3-14 青草沙水域实测（2006年2月28日—3月5日）垂向氯化物浓度值 （mg／L）

注：h为水深。

华东师范大学河口海岸学国家重点实验室于2006年10月8日—9日再次开展了长江口现场盐度监测，监测由两条船同时进行，一条从北支上游青龙港开始（见图3-15中BZ站位），随涨潮流观测至崇头ZH8站位，再随落潮流观测至陈行水库外侧ZH16站位。另一条船从南槽口10m水深处FH1站位随涨潮流向西观测至吴淞上游的FH11站位。同时，还在崇明岛南岸从堡镇向西至崇头取水样分析盐度。观测资料分析表明：在长江河口南支，盐度在垂向发生明显变化的在崇头和口门外侧，前者受北支高盐水的倒灌，底层盐度显著大于表层，三维结构明显；后者受外海盐水入侵，底层盐度大于表层盐度。在南支的大多数区域，包括陈行和青草沙水库，因受潮流的强烈混合，垂向盐度分布均匀（图3-16）。

图3-15 2006年10月9日长江河口走航观测测站图

图3-16 从北支青龙港至南槽口门盐度的纵向分布

综合三维盐度场数值模拟成果和多次实测垂向盐度分布资料的分析成果，在陈行水库和青草沙水库水域因受径流和潮流的相互作用，混合强烈，垂向盐度分布较为均匀，分层取水的可能性不大。