中、东线一期调水对长江口水流影响分析

张杰,卢金友(长江科学院河流研究所,武汉430010)

中、东线一期调水对长江口水流影响分析

张杰,卢金友
(长江科学院河流研究所,武汉430010)

以南水北调中、东线一期工程为例,利用二维水流数学模型计算分析了调水工程对长江口水流的影响。结果表明:调水工程实施后,长江口径流来量减小,涨潮动力略有增强,落潮动力略有减弱,潮位、流速、各通道分流比等均发生一定程度的变化,但总体变化幅度不大,对长江口水动力特性影响较小。

南水北调;长江口;数学模型;径流;潮流

长江口为一典型的受潮汐和河道径流双重影响的河口,其水流运动特性较为复杂。南水北调中线工程从丹江口水库调水,规划一期年均调水95亿m3(陶岔最大旬调水流量为420 m3/s);东线工程从长江下游扬州河段三江营和六圩附近引水,规划一期年均调水89亿m3(最大旬调水流量为500 m3/s)。调水工程实施后,将减少或改变长江口入海淡水量及其年内分配,从而对长江口来水特性、涨落潮动力、潮位、潮流速、各通道分流比等产生一定的影响。本文采用潮汐河口平面二维水流数学模型[1]计算分析的方法,初步分析南水北调中、东线一期调水工程实施后长江口水流特性的变化趋势。

图1 长江口河势图Fig.1 Yangtze River estuary regime

1 长江口河势和水流特性

长江口地处长江三角洲地区,河段为扇形分汊河型,呈三级分汊(南、北支,南、北港和南、北槽),四口入海的平面格局(图1)。长江口是一个丰水多沙的三角洲河口,自江阴至河口口门,主要为径流与潮流的相互作用,河槽分汊多变;自口门向外海,以潮流作用为主,水下三角洲发育。河段除承担长江上游来水外,还主要承担太湖流域径流最大支流黄浦江入流。

长江口多年平均径流总量为9 051亿m3,主要集中在汛期,一般情况下河口的进潮流量可达年平均径流量的9.1倍。长江口潮汐在口门外为正规半日潮,口门内为非正规半日浅海潮,潮差由口门往里递减,北支比南支大,并在永隆沙至青龙港之间有涌潮现象。潮流在口门内为往复流,一般是落潮流速大于涨潮流速;出口门后向旋转流(多顺时针方向)过渡。北支河段由于分泄长江径流量很小(一般在5%以下),已成为涨潮流为主的河段。

2 调水对河口水流特性的影响分析

选取丰、平、枯3个典型水平年的来水过程,分别进行南水北调中、东线一期调水工程实施前后长江口河段潮位、流速、潮量等变化的计算分析。

2.1 径流量变化

以大通站为长江口代表径流控制站,当中线调水95亿m3和东线调水89亿m3时,年均调水量(调水方案水文系列年为1956-1997年)仅占长江多年平均入海水量的2.0%左右,对长江口总水量影响较小(见表1)。从年内各月调水量来看,枯水期(12月至3月)稍大一些,约占同期来水量的2.9%～4.4%;汛期(7月至9月)小一些,约占1.4%～1.7%。

2.2 潮位变化

南水北调中、东线调水后,入长江口径流水量减小,使各潮位站的潮位有所降低。一般调水量越大,潮位降低值越大;越靠近上游,潮位降低越大;调水后汛期潮差略有减小,枯期潮差略有增大。但总体来讲,调水对长江口河段各潮位站的高、低潮位和潮差影响较小(见表2、表3),一般不超过2 cm。

表1 调水前后长江口月均径流量变化表Table 1 Variations of monthly average runoff before and after transferring water at Yangtze River estuary

表2 徐六泾断面调水后潮位变化表Table 2 Variations of tidal stage after transferring water at Xuliujing section cm

表3 典型断面调水后月均潮位变化值表Table 3 Variations of monthly average tidal stage of typical cross-sections after transferring water cm

2.3 流速变化

南水北调中、东线调水后,长江口河段落潮动力有所减弱,落潮流速减小,涨潮动力略有增强,涨潮流速增大,但总体表现为由于入河口水量的减小,使平均流速有减小的趋势;南支流速变化要小于北支。由于南水北调中、东线总调水量较小,调水后对长江口河段流速场影响有限,流速变化值一般在3 cm/s内,相对变化率不大于3%(见表4、表5)。

表4 徐六泾断面调水后月均流速变化表Table 4 Variation of monthly average current velocities after transferring water in Xuliujing cross-section cm s/

表5 典型断面调水后最大涨、落潮流速变化值表Table 5 Variation of maximum velocities of rising and falling tide at three typical cross-sections after transferring water cm s/

2.4 涨、落潮量变化

南水北调中、东线调水后,入长江口河段径流水量减小,使得长江口河段落潮量有所减小,涨潮量略有增大,但涨、落潮量变幅较小(见表6)。徐六泾、七丫口、青龙港断面涨潮量增加幅度,汛期一般在1%以内,枯期一般0.5%以内,涨潮量增幅很小;落潮量减小幅度稍大一些,徐六泾、七丫口断面一般在2%以内,而青龙港断面最大减小幅度可达4.5%。

表6 调水后典型断面全日大潮涨、落潮量变化表Table 6 Variations of all-day capacity of rising and falling of spring tide at typical cross-sections after transferring water

2.5 南、北支落潮分流比变化

调水对北支落潮分流比有一定的影响(见表7)。调水后北支分流比减小,汛期一般减小0.01～0.07个百分点,枯期一般减小0.08～0.14个百分点,相对减少率为0.3%～15.7%。调水对其它分流通道(如白茆沙南北水道、南北港、南北槽等)的落潮分流比影响不明显。

表7 调水前后北支落潮分流比对比表Table 7 Comparison of diversion ratio of falling tide before and after transferring water in north branch of Yangtze River estuary

3 结语

(1)南水北调中、东线一期工程实施后,由于调水量有限,长江口潮位、流速、涨落潮动力、各分流通道分流比变化较小,对长江河口水流运动特性影响不大。

(2)根据南水北调总体规划[2],中、东、西三线将逐步实施1 000亿m3的总体调水规模,且随着长江流域社会经济的发展,沿岸地区用水量将进一步增大,以及三峡水库和长江上游水利枢纽的陆续建成运用,将对长江口河段产生更加深远的影响,需继续深入研究。

[1]张杰,张细兵,王宝成.二维水沙和温度及浓度场数学模型与应用[J].长江科学院院报,2006,(3):1-4.

[2]张修真.南水北调——中国可持续发展的支撑工程[M].北京:中国水利水电出版社,1999.

(编辑:曾小汉)

Influence of First Stages of Middle-and Eastern-route South-to-North Water Transfer Projects on Yangtze River Estuary's Flow Character

ZHANG Jie,LU Jin-you
(Yangtze River Scientific Reserch Institute,Wuhan 430010,China)

To take South-to-North Water Transfer Project's middle route and east route for an example,the influences on Yangtze River estuary's flow character after transferring water are analyzed.The results show that the amount of runoff incoming water will decreased,rising tide force increase,falling tide force decrease and tidal stage,current velocities,diversion ratios of every channel correspondingly change after transferring water, but there will be only little variation overall.

South-to-North Water Transfer Project;Yangtze estuary;mathematical model;runoff;tidal current

TV148

A

1001-5485(2009)05-0009-02

2008-06-04;

2008-09-07

科技部科技基础性工作和社会公益研究专项项目(2003DIB3J080)

张杰(1971-),男,江西都昌人,高级工程师,主要从事河流泥沙数模计算分析工作,(电话)027-82829871(电子信箱)tsy liu@163. com。