极端干旱水文年(2006)中长江河口的盐水入侵

朱建荣, 吴 辉, 李 路, 王 彪

(华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海 200062)

极端干旱水文年(2006)中长江河口的盐水入侵

朱建荣, 吴 辉, 李 路, 王 彪

(华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海 200062)

观测资料表明,由于在2006年夏季中长江流域发生了特大干旱,形成的特低径流量导致长江河口盐水倒灌比常年提前了3个月.北支倒灌盐水在南北支分汊口南支水域,底层盐度大于表层盐度,垂向分层明显,而在南支中上段其他水域,因强烈潮混合作用盐度垂向分布均匀.受北支盐水倒灌和盐量的累积作用,在南北支分汊口崇头盐度最大值出现时间比青龙港潮位最高时间滞后约3 d,倒灌的高盐水团进入南支后受径流作用影响到下游陈行水库的时间约为2 d.

长江河口; 特枯水文; 盐水入侵; 现场观测

Abstract:It wasobserved that the extremely low dischargesof the Changjiang River,caused by a serious drought in the river’s basin in summer 2006,made a strong saltwater sp ring over the North Branch in the Changjiang Estuary occured in that year 3 months earlier than usual.The salinity at surface was higher than the one at bottom in the South Branch near the bifurcation of the South and North branches,vertical stratification wasobvious,w hereas the salinity was vertical homogeneous in the other place of the South Branch due to the strong vertical tidal mixing.Due to the effect of saltwater spilling over from the North Branch into the South Branch and salinity accumulation,the occurred time of themaximum salinity at the Chongtou wasabout 3 days later than that of the highest tidal level at Qinglonggang,and it took about 2 days for the spilling over saltwater to the dow n-stream Chenhang reservoir by the river discharge.

Key words:Changjiang Estuary; extremely drought hydrological year; saltwater intrusion;in-situ observation

0 引 言

2006年夏季,长江流域发生严重的干旱.四川盆地在该年7-8月份最高气温超过40℃的天数超过40 d,为近百年来罕见;重庆寸滩水文站记录的水位也为近百年之最低[1].8月19日8时,宜昌水位仅40.79 m,比历史同期最低年份1994年的41.40 m还低0.61 m.受其影响,荆江太平口、松滋口和藕池口来水量为有记录以来的同期最低水平.安乡河、松滋河(东支)和藕池河相继断流.9月29日下午2时,长江武汉关水位跌至15.98 m,创下1865年有实测记录以来的同期最低值[1].

长江大通站5-12月和1月近45年月平均径流量分别为33 600,40 600,50 800,44 600,40 200,33 500,23 100,14 500和10 900 m3/s[2],在2006年5-12月和2007年1月大通站月平均径流量分别为30 700,38 500,37 300,27 400,19 100,14 600,13 800,13 400和10 500 m3/s(据长江水利委员会网站(http://yu-zhu.vicp.net)上记录的每日大通径流量资料),各月平均径流量比多年月平均径流径流量分别减少8.6%,8.2%,26.6%,38.6%,52.5%,56.4%,40.3%,7.6%和3.4%(见图1),可见2006年8-11月份长江径流量大幅下降,其中9月和10月径流量下降了一半以上.

长江河口盐水入侵主要与径流量和潮汐潮流有关[2-13].在历史上特枯水文年,长江河口经常发生严重的盐水入侵.例如在1978年11月-1979年5月,长江出现长时间的低径流量,致使崇明岛被盐水包围长达3个多月,给工农业生产和居民用水造成了严重的困难[2].2006年夏季长江低径流量会对长江河口盐水入侵产生怎样的影响?针对这个问题,华东师范大学河口海岸学国家重点实验室组织了两次长江河口现场观测,本文将基于实测资料分析该年低径流量下长江河口的盐水入侵.

图1 2006年5-12月和2007年1月长江大通站月平均径流量(右柱,黑色)与多年月平均径流量(左柱,白色)比较Fig.1 Monthly mean discharges of the Changjiang River at Datong station from May to December in 2006 and January in 2007(right colum n,black),comparing those from many years(left column,w hite)

1 现场观测和分析

两次现场观测的时间分别为2006年10月9日的大潮船测走航和11月15日至12月13日的定点观测.

从2006年10-12月的间断观测期间,长江大通径流量逐日变化较为显著,10月1-4日径流量在12 500-14 500 m3/s,10月5-8日径流量在15 000-15 800 m3/s,15日下降至12 600 m3/s,21日上升至16 900 m3/s,此径流量一直保持至11月7日,之后快速下降,11月16日为11 500 m3/s,维持到26日,之后快速上升,12月6日径流量为16 500 m3/s,之后又下降,至12月31日为11 700 m3/s(见图2).

图2 2006年10月1日至12月31日长江大通站径流量逐日变化Fig.2 Daily variation of discharge of the Changjiang River at Datong station from October 1 to December 31 in 2006

1.1 2006年10月9日大潮船测走航观测

2006年10月初,大通径流量仅为13 000 m3/s左右,远低于多年平均值33 500 m3/s.当时估计长江河口会发生严重的盐水入侵,故在10月9日实施了现场观测.由于长江河口南支受外海盐水入侵和北支盐水倒灌的双重作用,为了全面了解盐水入侵的情况,采用走航观测:一条船从北支上游青龙港开始(见图3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,以观测北支盐水倒灌;另一条船从南槽口10 m水深处FH 1站位随涨潮流向西观测至吴淞上游的 FH11站位,以观测外海盐水入侵.采用OBS垂向测剖面,同时取水样测量盐度,校正OBS测量的盐度.

观测结果表明,长江河口在大潮期(农历八月十八)发生了严重的盐水入侵(见图4),北支向南支倒灌的盐水在南支分叉口崇头底层盐度达21,表层盐度达到17,盐水倒灌十分严重.北支倒灌盐水在南北支分汊口南支水域,底层盐度大于表层盐度,垂向分层明显,南支中上段其它水域因强烈潮混合作用垂向分布均匀.南槽外海的盐水入侵也较严重,在白龙港盐度达到了6.在陈行水库取水口外侧,盐度达到1.3,超过盐度取水标准0.5.淡水仅出现在吴淞一带较小的范围内.一般在常年的10月,很少发生较强的盐水入侵.2006年10月发生如此强的北支盐水倒灌很少见,造成的原因是当时长江径流量仅约13 000 m3/s,即是长江流域的严重干旱导致的低径流量引起了盐水入侵的大幅提前.

1.2 2006年11月15日至12月13日的定点观测

为能得到较长时间序列的盐度资料,在崇头和陈行水库外侧各放置一台OBS(见图3),自动连续观测表层盐度,观测时间间隔为2 min,从2006年11月15日至12月13日,共29 d.

从盐度变化的过程看,在崇头前一个盐度最大值出现在11月23-24日(农历十月初三-初四),达到2.4;后一个盐度最大值出现在12月8日(农历十月十八),达到1.4(见图5).可见,尽管观测到的是表层盐度,但北支盐水倒灌十分明显,尤其是11月23-24日的倒灌.12月8日盐水倒灌相对较弱的原因,可能与前期径流量升高有关(见图2).从图6可见,观测期间青龙港最高潮位出现在农历九月三十至十月初一,以及农历十月十四至十五,后者高潮位比前者略大.上述崇头盐度最大值分别出现在初三-初四和十八,为大潮后期,比青龙港最高潮位滞后了约3 d,原因在于倒灌盐量的累积作用.

图3 长江河口上2006年10月9日走航观测(圆点)和2006年11月15日至12月13日定点观测(三角形)的站位Fig.3 The coursemeasured siteson October 9 in 2006(dots)and ancho red sites from November 15 to December 12 in 2006(triangles)in the Changjiang Estuary

图4 从北支青龙港至南槽口门的盐度纵向分布Fig.4 Longitudinal distribution of salinity from Qinglonggang to the mouth of the South Passage

在陈行水库,前一个盐度最大值出现在11月25-26日,达到2.0;后一个盐度最大值出现在12月10日,达到1.3.可见,陈行水库受北支盐水倒灌影响明显,从崇头处的倒灌高盐水,随涨潮流和落潮流上下振荡,受径流作用下移.从两站盐度最大值出现的时间比较,可知崇头高盐水下移至陈行水库大约需要2 d时间.这个时间差对于陈行水库的调度是很重要的:只要监测到崇头盐水倒灌严重,那么还有大约2 d的时间作应急准备.船只定点观测一般仅26 h左右,无法得出上述北支高盐水进入南支后到达陈行水库的时间.按照水务部分规定,当盐度超过0.5,江水就不能作为水源供居民饮用.观测期间长江径流量均超过12 000 m3/s,所对应的上述两次盐水入侵,陈行水库的最长不宜取水时间分别达到4 d和3 d.

图5 2006年11月15日至12月13日崇头(上)和陈行水库(下)浮筒定点观测表层盐度随时间变化Fig.5 Temporal variation of surface salinity observed on the buoys near Chongtou(upper)and Chenhang reservoir(lower)from November 15 to December 13 in 2006

图6 2006年11月15日至12月14日青龙港潮位过程线(资料取自潮汐表)Fig.6 Temporal variation of tide levels at Qinglonggang from November 15 to December 14 in 2006

2 结 论

2006年夏季,长江流域发生特大干旱,径流量大幅下降,7-11月各月平均径流量比相应多年月平均径流量分别下降了26.6%,38.6%,52.5%,56.4%和40.3%.

2006年10月9日,观测到长江河口在大潮期发生严重的盐水入侵.北支向南支倒灌的盐水在南支分叉口崇头底层盐度达21,表层盐度达到17,盐水倒灌十分严重,陈行水库盐度超标.长江河口发生较强的盐水入侵,一般在12月至来年的3月.而据上海原水股份有限公司介绍,2006年9月长江河口就出现较严重的盐水入侵,影响陈行水库的取水.因此,2006年夏季特枯水文年使得长江河口盐水入侵比常年提前了3个月.北支倒灌盐水在南北支分汊口南支水域,底层盐度大于表层盐度,垂向分层明显,南支中上段其它水域因强烈潮混合作用垂向分布均匀.

2006年11月15日至12月13日的定点观测表明,受北支盐水倒灌作用和盐量的累积,南北支分汊口崇头盐度最大值出现时间比青龙港最高潮位滞后了约3 d,倒灌的高盐水团在南支受径流作用下移到下游陈行水库的时间约为2 d.

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Saltwater intrusion in the Changjiang Estuary in the extremely drought hydrological year 2006

ZHU Jian-rong, WU Hui, L ILu, WANGBiao

(State Key Laboratory of Estuarine and Coastal Research,East China Normal University,Shanghai 200062,China)

P731.2

A

1000-5641(2010)04-0001-06

2009-08

国家自然科学基金(40976056);上海市科委重点项目(08231200102);国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07421-001)

朱建荣,男,教授,博士生导师,从事河口海洋学研究.E-mail:jrzhu@sklec.ecnu.edu.cn.