248
地 理 学 报 55卷
了北支倒灌盐水对南支南岸氯度纵向分布的影响①。氯度峰值最高为位于崇明西南角的崇头站,达2682×10-6,其次为宝钢水库取水口、杨林站,吴淞站因受黄浦江径流影响,氯度相对较低,白茆站的氯度来自白茆沙的漫滩咸水,峰值最小。氯度峰值出现的时间,崇头最早,发生在大潮期,白茆推迟1天,杨林比白茆晚1天,宝钢水库的峰值出现在小潮期,崇头的低氯度出现在小潮期,氯度低于100×10-6。
表2 南港—南支下段氯度沿程分布 (Cl/×10-6)
DistributionofchlorinityalongTab.2
theSouthChannel-SouthBranch
时间1986.3.11～121987.3.15～161996.3.7
测 站
杨林6215738
宝钢水库
67182
52
表3 崇明南岸各测站氯度 (Cl/×10-6) DistributionofthechlorinityatstationsTab.3
inthesouthbankofChongmingisland
测站
2#124279
南门400488
堡镇837551
六效1338427
吴淞160291578
高桥261788935
时间1996,3,8(大潮)1996,3,13(小潮)
资料来源:沈焕庭、茅志昌等.青草沙水源地盐水入侵规律研究,1996. 为陈行水库取水口数据。
3.3.2 盐度梯度急剧变化线 从南支—南港盐度纵向分布情况看,存在3条明显的盐度梯
度急剧变化线。一条为九段沙头、横沙岛东滩断面,洪季盐水入侵锋一般到达南、北槽上首、横沙东滩,南港及以上河段氯度在50×10-6以下;另一条为高桥断面,根据大通站多年流量频率分析,当枯季流量频率为25%以下时,外海盐水入侵峰上溯至高桥以下河段,高桥以上水域受径流控制;七丫口断面为第3条分界线,来自北支的盐水主体经白茆沙北水道在七丫口上首汇入南支主槽,从白茆沙体漫滩进入南水道的盐水仅占一小部份,加之南水道落潮流程长于涨潮流程,盐水在本河段滞留时间短,入侵强度弱。七丫口以下河段盐水有来自北支倒灌的过境咸水团及南、北港咸潮上溯3个方面,导致盐水入侵历时加长,强
-6
度增加,氯度大于250×10的天数远多于七丫口以上水域。
4 分汊潮汐河口淡水资源的开发利用
研究分汊潮汐河口咸潮入侵规律,可以有效开发利用河口淡水资源。宝山钢铁总厂座落在吴淞以西约20km的长江口南支南岸,使用的设备要求最高氯度值不能超过200×10-6,平均氯度为50×10-6。宝钢水源理应取用长江水,但宝钢沿长江河段受盐水入侵影响,含氯度时有超标,尤其在枯季,而含氯度过高会造成金属管道和设备腐蚀速率的加快。所以原先水源地选在远离宝钢72.5km的淀山湖,需投资1.56亿元,另需污染治理费1亿元。后来经过探索和论证[3]②,提出了引用长江水的方案。1985年,在宝钢所在的长江岸段,建造了一座总库容为13×106m3的边滩水库,起到了避咸蓄淡的功能。
宝钢利用宝钢河段咸潮入侵规律,当水库前沿水体中氯离子浓度低于200×10时,开
-6
泵进水,当氯离子浓度超过200×10时,则停止进水。
-6
①资料来源:上海勘测设计院。
②沈焕庭,徐彭令.咸水入侵对黄浦江水质的影响.华东师范大学,1981.2期 茅志昌等:长江河口咸潮入侵规律及淡水资源利用
249
总库容为86×105m3的陈行水库也是利用了长江口的咸潮入侵规律、借鉴宝钢水库的经验设计的,陈行水库位于宝钢水库下游,与宝钢水库相邻,工程布置与宝钢水库相似。陈行水库解决了上海部份城区工业和市民的用水需求。
长江河口建造水库需要解决二大问题。一是推算水库所在水域最长连续取不到合格水
-6
的天数(以氯度大于250×10作为不合格水指标),这是确定水库库容的关键数据。二是合理确定江中取水泵房位置及取水泵的取水头距河床距离。而这二个问题的解决取决于对长江口咸潮的时空变化规律的认识程度,以及对长江流域水情变化趋势的预测可靠性。
为确定宝钢水库库容,需要知道在长江大通水文站流量保证率为95%～97%的条件下,宝钢河段连续取不到合格水的天数,但当时浏河口附近只有一些零星资料,只能借用距宝钢水库下游20km的吴淞水厂8年实测氯度数据为依据,推算最长连续不宜取水天数,所得的计算结果偏于安全。
在推算陈行水库连续超标天数时,宝钢水库已有7年的实测值,与吴淞水厂的氯度对比分析后,发现由于这二个测点的地理位置和水文条件的不同,盐度变化规律有一定的差异,特别是氯度潮周日变幅相差很大,吴淞为2.7～9.3,宝钢水库取水口处仅为1.2～2.5,反映了宝钢水库所在水域在潮周日内投机取水机率极小,如1987年在31天不可取水天数内,仅有9个小时的氯度低于250×10-6。而盐度的半月变幅比吴淞大,宝钢河段的盐度主要来自北支倒灌的过境咸水团,北支倒灌咸水发生在大潮期,到达宝钢河段是在小潮期,低盐度出现在大潮期,即在二次盐水入侵锋之间,存在一个低盐期,水库能够取到相对低氯度的长江源水。据此推算得到的陈行水库取水口连续超标天数更符合实际情况。
近几年在青草沙水源地预可行性研究中,结合该水域盐水入侵特点,采用了控制论、频谱分析、数值模拟等数学方法推算取不到合格水的最长连续天数,在实测资料短缺的条件下取得了较好的结果①。
在同一河槽的横断面,长江口氯度分布有如下特点:涨急和涨憩时主槽氯度比岸边高,
[5]
[4]
落急落憩时岸边比主槽高,氯度潮周日变幅主槽大于岸边。由于主槽的涨落潮流强劲,而岸边浅水区流速小,水体置换缓慢,主槽水质明显优于岸边浅水区。氯度的垂向分层现象,一般出现在水深0.4～0.6之间,分层现象小潮期比大潮期明显。
重大水利工程的设计都涉及到保证率问题,避咸蓄淡水库的库容应依据氯度保证率设计,但通常获取水口处的氯度资料系列短缺,不能满足直接计算的要求。从实测资料分析可知,长江口氯度值大小与长江大通站的流量丰枯有明显的负相关。无论在确定宝钢水库,还是陈行水库库容时,研究者都采用大通流量的保证率近似代表氯度的保证率。
参考文献(References)
[1] MaoZhichang,ShenHuanting.Studyontypeofsaltwaterintrusionfortidalbranchingestuaries——acasestudyontheChangjiang
estuary[J].JournalofEastChinaNormalUniversity,1995(3):77～85.(InChinese)[茅志昌,沈焕庭.潮汐分汊河口盐水入侵类型探讨——以长江河口为例[J].华东师范大学学报,1995(3):77～85.]
[2] HanNaibin,LuZhongyi.StudyontheprocessesandregulationsofnorthbranchintheChangjiangestuary[J].RenminChangjiang,
1984(3):40～45.(InChinese)[韩乃斌,卢中一.长江口北支演变及治理的探讨[J].人民长江,1984(3):40～45.]
[3] ShenHuanting,MaoZhichang,GuGuozhuanetal.TheeffectofSouth-to-Northwatertransferonsaltwaterintrusioninthe
①沈焕庭,茅志昌,袁震东等.青草沙水源地盐水入侵规律研究.华东师大,1996.250
地 理 学 报 55卷
:Long-distancewatertransfer:aChinesecasestudyandinternationalexperiences[C].PublishedfortheChangjiangestuary[A].In
UnitedNationsUniversity,1983.351～359.
[4] HanNaibin.AnalysisofthechlorinityofSouthBranchchanneloftheChangjiangestuary[J].JournalofNanjingHydraulicResearch
Institute,1983(1):74～81.(InChinese)[韩乃斌.长江口南支河段氯度变化分析[J].水利水运科学研究,1983(1):74～81.][5] ShenHuanting,YuanZhendong,ZhengYongbingetal.Predictionofhowmanydaysitshouldnotbedrawnwaterconstantlyfrom
～216.(inChinese)[沈焕庭,袁震东,郑永冰等.连续不YangtzeRiver[J].Mathematicsinpracticeandtheory,1997,27(3):211宜取水天数的预测[J].数学的实践与认识,1997,27(3):211～216.]
ThePatternofSaltwaterIntrudingintotheChangjiang
EstuaryandtheUtilizationofFreshwaterResources
112
MAOZhi-chang,SHENHuan-ting,XUPeng-ling
(1.StateKeyLaboratoryofEstuarineandCoastalResearch,InstituteofEstuarineand
CoastalResearch,EastChinaNormalUniversity,Shanghai 200062;
2.ShanghaiWaterWorksCorporation,Shanghai 200002)
:ThegeomorphicfeaturesoftheChangjiangestuaryarecharacterizedbytheAbstract
multi-orderbranching.Thesaltwaterintrusionhasthefollowingfourdistinctforms:directintrusionfromtheoutersea;saltwaterexchangebyshoalpassages;saltwaterdownstreamfromotherwaterways;saltwaterintrusionbytidalflooding.TemportalchangesinthesalinityoftheChangjiangestuaryhavedaily,semimonthly,seasonalandyearlyvariation.ThereexiststhesharpthreedemarcationlinesofsalinitygradientalongtheSouthBranch-SouthChannel.
TwomainproblemshadtobesolvedbeforebuildingreservoirsofavoidesaltwaterandstorefreshwaterintheChangjiangestuary.Oneistocalculatethelongestdurationthat
-6
thechlorinityexceeds250×10inthewaterresourcesarea,whichisthecriterionvaluefordeterminingthestoragecapacityofreservoirs.Mathematicalmethodsincludingthecybernetics,thefrequecncyspectedanalysisandmathematicalmodellingareadoptedheretogetmorecorrecttimeswhenthechlorinityexceeds250×10-6.Andtheotheristodeterminereasonablysiteofthepumpingstationandtheheightofwaterintakeofwaterpumpsfromtheriverbed.TheaboveproblemscanbesolvedafterunderstandingthepatternoftemporalandspatialvariationofthesaltwaterintrusionintheChangjiangestuary.
TheaboveconclusionshaveplayedanimportantroleinformingthereservoirschemeoftheBaoshanlronandSteelPlant,andsuppliedbasicdataforselectionofthepostionandstoragecapacityfortheChenhangreservoir.Keywords:
Tidalbranchingestuaries;Patternofsalinityvarywithtimeandspace;Utilizationoffreshwaterresources;Reservoirsofavoidesaltwaterandstorefreshwater;ChangjiangEstuary