长江口北支平面改善方案对咸潮倒灌的控制效果

长江口北支平面改善方案对咸潮倒灌的控制效果贾雅兰;施勇;陈黎明;卓鹏【摘要】To analyze the salinity intrusion controlling effect by three proposed enclosing schemes for Guyuansha sandbar at off-shore of North branch in Changjiang estuary, based on the two-dimensional EFDC flow-salinity model, the variations of the flow field,the salinity field and the salinity in important water sources area of South and North branches are simulated before and after the project implement. The results show that:① tidal flow at Lianxinggang sand bar in the north branch decrease after the project completion,and the total inflow tide is the lowest for P1(the sand bar enclosed);② the flow filed changes smallest for P1 and the flow velocities in the inside deep channel of the guiding levee increase significantly for P2(integration of Lianxinggang sand bar and north bank)and P3(integration of Lianxinggang sand bar and south bank;③ for P3,high density salinity water in the North branch flows upward mostly while the salinity of water source in South branch decreases, going down by 32.16%, 27.9%,and 13.38% respectively for Chenxingreservoir,Qingcaosha reservoir and Dongfengxisha reservoir;④the salinity flux in the North branch is close to the present condition for P2 and it deceases mostly for P3;⑤ the general varia tion of salinity in South branch is less evidently than that of the North branch. The tidal dynamic of the North branch will become weaker for all three schemes,and the weakening effects are more evident for larger flow but limited in a certain degree,soother co-action of engineering measures for controlling salinity intrusion are needed.%为了分析长江口北支外顾园沙3种不同围圈方案对咸潮倒灌的控制效果,基于EFDC二维水盐模型,模拟出方案实施前后南北支流场、盐度场分布以及重要水源地盐度变化.结果表明:① 工程后北支口连兴港处潮流量减小,且单独圈围方案(方案一)进潮总量最小;② 方案一流场变化最小,并北岸方案(方案二)、并南岸方案(方案三)导堤内侧深槽流速明显增大;③ 方案三北支高盐水上溯范围最大,而南支水源地盐度下降,陈行水库、青草沙水库、东风西沙盐度值分别下降32.16%,27.90%和13.38%;④ 方案二北支盐度通量与现状最接近,方案三盐度通量减幅最大;⑤ 南支盐度的整体变幅明显小于北支.3种方案下北支口潮动力有所减弱,且潮流量越大减弱效果越明显,但该削弱作用很有限,故对北支咸潮倒灌控制效果并不显著,还需结合其他工程措施.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2018(049)006【总页数】7页(P1-7)【关键词】咸潮倒灌;二维水盐模型;北支平面改善方案;控制工程;南北支盐度;长江口【作者】贾雅兰;施勇;陈黎明;卓鹏【作者单位】南京水利科学研究院,江苏南京210029;河海大学水文水资源学院,江苏南京210098;南京水利科学研究院,江苏南京210029;南京水利科学研究院,江苏南京210029;南京水利科学研究院,江苏南京210029【正文语种】中文【中图分类】T长江水量充沛，水体自净能力强，但由于长江口水源地受外海盐水的正面入侵以及北支倒灌盐水的双重影响，其淡水资源的开发利用受到严重制约。

20世纪末以来，随着北支河势的变化以及分流比的进一步减少，盐水入侵的强度及频率日益增加[1]，2014年2月3～25日，长江口水源地遭遇历史上持续时间最长的咸潮入侵，陈行水库和青草沙水库取水口连续23 d出现氯化物超标，200万人口的用水受到影响。

长江口北支沿岸海门和启东西部，十多年前还能从北支引到淡水，近年来北支全年为咸水所控制，根本无法引到淡水。

因此，综合分析长江口盐水入侵及咸潮倒灌的影响、设置合理的工程与非工程措施，既是为长江口淡水资源的利用提供依据，也为长江口区域社会经济的可持续发展提供保障。

长江河口枯季盐水入侵的最大特征就是北支向南支的盐水倒灌[2]。

倒灌的盐水主要以咸水团形式随南支落潮流下泄，而随涨潮流上溯的甚少，盐水进入南支之后，随涨落潮流上下震荡，并在径流的作用下向海输运[3]。

倒灌强度主要与潮汐和径流量有关，当潮差较大径流量较小时，北支盐水倒灌强度较强[4]。

影响长江口北支向南支咸潮倒灌的因素多且复杂，因此在研究南支及南北港各种盐水入侵源交织作用时，仅利用现有的现场资料还难以把握这一复杂规律，利用数值模型工具可望得到比较深入的研究结果[5]。

肖成猷[5]等利用垂向平均二维模型模拟了北支盐水倒灌过程，发现上游径流与半月内的最大盐度之间存在良好的指数关系，可借此确定倒灌发生的上游径流条件；罗小峰[6]等利用长江口平面二维水流盐度数学模型模拟了4种水文组合条件下径流和潮流对盐水入侵的影响；宋泽坤等[7-8]利用MIKE21-FM构建了长江口-杭州湾二维垂向平均潮流数学模型，对北支大规模围垦前后的潮流场进行了模拟分析；路川藤等[9]应用ADI法建立数学模型，分析长江口不同径流量对潮波传播的影响；顾杰等[10]运用Delft-SWAN建立了长江口波浪场数值模型，分析台风风浪对长江口航道波高及通航的影响；吴继伟[11]等利用二维水流数学模型模拟出北支中束窄方案为控制咸潮倒灌的推荐工程方案。

本文依据长江口综合整治开发规划，针对北支口外顾园沙拟建3种圈围方案，采用EFDC (The Environmental Fluid Dynamics Code)建立了二维水盐模型，模型范围上起江阴，下至东经123°(水下三角洲前沿、长江口冲淡水前缘)，北至如东遥望港(北纬32°11′，长江口沙北移边界)，南至舟山群岛(北纬29°53′)，模拟不同平面改善方案实施后南北支流场、盐度场的分布变化，计算北支进口进潮量及盐通量的变化，分析北支主要站点及南支重要水源地的盐度变化规律，评价拟建方案对咸潮倒灌控制的效果。

2012年江苏海门市对新村沙南水道进行了封堵，加筑新村沙海堤，围垦工程明显缩窄了北支河道，改变了河势[12]。

随着新村沙综合整治工程的实施，长江口北支中上段河宽缩窄到1.5～3.0 km，平面形态基本成型；北支中下段河道逐渐放宽，连兴港河宽约11 km。

本文依据长江口综合整治开发规划，以北支中下段中缩窄方案为基础，设置3种针对北支口外顾园沙的圈围方案。

顾园沙位于长江口北支口外，根据2012年12月实测地形图，-2 m等高线距连兴港外围堤最近距离约3.1 km，距崇明岛现状围堤约8.9 km。

沙体为高潮时出露、低潮时淹没在水下的暗沙，-2 m等高线以上面积约42.4 km2。

沙体南北两侧各有一深槽，其中南侧深槽与北支中下段主槽走向基本一致。

南侧深槽下段水域河底高程-12～-13 m，上段水域河底高程-7～-8 m。

沙体头部以上河床高程-7～-9 m；北侧深槽位于连兴港口外边滩和顾园沙之间，偏东北向，深槽水域河底高程-10～-12 m，-10 m等高线基本贯通。

方案设置如下：①方案一，顾园沙圈围方案。

考虑顾园沙南北两侧水深较深，顾园沙单独圈围成岛，圈围线基本沿-2 m等高线布置，长度约 25.2 km，圈围面积约38.1 km2。

②方案二，顾园沙并北岸方案。

基于顾园沙圈围方案，在顾园沙北侧深槽修建阻水坝，阻断北侧水流，阻水坝轴线沿顾园沙头部与连兴港外堤线的连线，长度约 7.4 km，坝顶高程6.0 m；在崇明岛北缘沿中缩窄方案下游修建导堤，导堤长约16.8 km，堤顶高程约6.0 m。

③方案三，顾园沙并南岸方案。

基于顾园沙圈围方案，在顾园沙南侧深槽修建阻水坝，阻断南侧水流，阻水坝轴线走向与北岸岸线尽量保持一致，长度约16.2 km，坝顶高程6.0 m；北岸连兴港外修建长约6.0 km、堤顶高程约6.0 m的导堤(见图1)。

(1) 潮流边界。

模型外海开边界的控制潮位由东中国海大模型计算提供，上游边界采用大通以下至河口一维模型计算出的江阴流量控制；杭州湾钱塘江的径流采用常值1 000.0 m3/s。

(2) 盐度边界。

取江阴上游边界处的盐度为0，外海边界盐度从南到北按30‰～35‰线性插值，北边界盐度由西向东按25‰～35‰线性插值，南边界盐度取30‰。

(3) 风场。

模型率定验证所使用的历史风场数据由欧洲中期天气预报中心提供，该数据按月份提供下载，空间分辨率达到0.125°×0.125°，时间分辨率为3～6 h，能够满足模型需求。

(4) 初设条件。

采用冷启动方式，流速和水位的初始场设为零；盐度初始场采用实测盐度结合《渤海、黄海、东海海洋图集》月平均的数字化资料线性插值，再通过模型计算30 d以上的盐度场作为初始盐度场。