2021年洪季长江口北槽盐度变化分析

李保 张萌 盛青 唐诗月

摘要：盐水入侵是河口地区普遍存在的自然现象，对水生生物、工业生产和居民生活用水带来不利影响。有效应对盐水入侵，对保护长江河口地区重要的生态环境价值和社会经济价值具有重要意义。整理分析了2021年洪季长江口北槽定点盐度和潮流量等实测资料，分析盐度的沿程、潮周期以及分层系数的变化特性。结果表明：① 盐度的时空分布呈自上游至河口盐度沿程显著增加规律，大潮期涨潮和落潮期平均增加幅度为16.14‰和14.42‰；小潮期涨潮和落潮期平均增加幅度为15.14‰和14.40‰。② 盐度在时间上具有明显的涨落潮变化特征，在涨潮时增大，落潮时减小。③ 北槽中上游盐度分层系数在一个潮周期内随着涨落潮流的变化而不断发生变化，呈现出由小变大再由大变小的周期性规律变化；中下游盐度分层系数变化周期性不明显。

关键词：盐水入侵； 涨落潮； 分层系数； 长江口北槽

中图法分类号：TV148.4

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.07.018

文章编号：1006-0081（2023）07-0106-05

0 引 言

长江河口是中国第一大河口［1-3］。近年来，随着经济、人口的增长以及工业的发展，上海市对淡水资源的需求日益增长［4］。长江河口是上海市主要的淡水水源地，上海市80%的原水均取自于长江河口，但频发的盐水入侵现象一直威胁着上海市淡水资源的获取。长江河口盐水入侵会导致河口水源地水质恶化，对上海市以及江苏省部分沿江地区的生活用水和工农业用水带来严重危害［5-6］。北槽河段作为长江河口主要的通航水道之一，分析和掌握北槽河段冲淤演变过程和床面微地貌特征对于港口和航道的建设、治理和维护具有至关重要的意义，也影响着长江三角洲地区的经济发展［7］。

盐水入侵是一种自然水文现象，普遍存在于河口海岸地区，影响泥沙运动和河口环流，不利于生态环境、工农业生产和人类生活［8］。长江口作为典型的分汊河口，水域除了受到沿河道产生的纵向盐水入侵（南支咸潮直接入侵）威胁，还会受到侧向盐水入侵（北支咸潮倒灌）的影响，同时加上潮汐、潮流、径流和风浪等因素的作用，长江口水域的盐度有着较为复杂的时间和空间变化特征［9］。

一直以来，咸潮入侵是长江口面临的重要水环境问题。由于盐水入侵不同于一般性的水质污染，且盐度波动对河口地区污染物的迁移转起到十分重要的作用，应系统掌握长江口地区盐度波动规律。本文通过分析2021年洪季长江口北槽的定点盐度和潮流量等实测资料，分析长江口北槽河段盐度的沿程、潮周期以及分层系数的变化特性。

1 研究区域概况

长江口是一个巨型的三角洲河口，河段平面似喇叭形状，边滩河槽等地貌演变复杂［10］。自徐六泾往下，长江口被崇明岛分成了南支北支，南支在浏河口以下又被横沙岛和长兴岛分为南港北港，而在九段以下，南港又被分为南槽北槽，从而形成了“三级分汊，四口入海”的地貌格局（圖1）［11-12］。作为长江入海的四大口门之一，北槽是海陆相互作用的关键区域，径流、潮汐动力作用强烈，盐水入侵现象显著，本文选取北槽为研究区域，具体见图1［13］。

2 资料来源及研究方法

选用2021年长江洪季大潮期（8月9～10日）和小潮期（8月16～17日）北槽航道自上游至河口8个测站实测潮流量和盐度监测数据［14］。8个测站从上游至下游依次标记为CS0S、CS9S、CS6S、CSWS、CS3S、CS7S、CS4S及C10S。

本研究中盐度测量分析方法采用盐度计直接测定，并结合硝酸银滴定法进行比测。通过统计8个测站大、小潮期间涨落潮平均盐度，以及涨急、涨憩、落急和落憩特征时刻的平均盐度，分析平均盐度沿程分布变化特征，绘制盐度时间变化图，分析盐度随潮周期变化过程。引入选取分层系数评估盐淡水混合强弱指标，分析不同阶段盐度的垂向分布特征。

3 结果与讨论

3.1 盐度沿程分布特征

分别统计8个测站大、小潮期间涨落潮平均盐度，以及涨急、涨憩、落急和落憩特征时刻的平均盐度，绘制平均盐度沿程分布变化图（见图2）。由图2可知，长江口北槽盐度沿程变化显著，总体表现为越往下游，平均盐度越高。各时刻CS0S等8个测站平均盐度沿程变化明显。

（1） 大潮期间，涨潮期平均最大盐度值为16.67‰，为CS10S；最小盐度值为0.53‰，为CS9S，从上游至下游，涨潮期沿程平均盐度有增加趋势，最大增幅为16.14‰。落潮期平均最大盐度值为14.99‰，为CS10S；最小盐度值为0.57‰，为CS0S，从上游至下游，落潮期沿程平均盐度仍然呈现增加趋势，最大增幅为14.42‰。涨急时刻最大盐度值为18.74‰，为CS10S；最小盐度值为0.37‰，为CS9S。涨憩时刻最大盐度值为17.94‰，为CS10S；最小盐度值为1.57‰，为CS0S。落急时刻最大盐度值为14.02‰，为CS10S；最小盐度值为0.25‰，为CS0S。落憩时刻最大盐度值为14.18‰，为CS10S；最小盐度值为0.14‰，为CS9S。涨急、涨憩、落急和落憩4个特征时刻，从上游至下游，沿程盐度呈现增加趋势。

（2） 小潮期间，涨潮期平均最大盐度值为15.28‰，为CS10S；最小盐度值为0.14‰，为CS0S，从上游至下游，涨潮期沿程平均盐度有增加趋势，最大增幅为15.14‰。落潮期平均最大盐度值为14.53‰，为CS10S；最小盐度值为0.13‰，为CS0S，从上游至下游，落潮期沿程平均盐度仍然呈现增加趋势，最大增幅为14.40‰。涨急时刻最大盐度值为13.49‰，为CS4S；最小盐度值为0.09‰，为CS9S。涨憩时刻最大盐度值为16.50‰，为CS10S；最小盐度值为0.25‰，为CS0S。落急时刻最大盐度值为13.15‰，为CS10S；最小盐度值为0.08‰，为CS0S。落憩时刻最大盐度值为13.00‰，为CS10S；最小盐度值为0.08‰，为CS0S。涨急、涨憩、落急和落憩4个特征时刻，从上游至下游，沿程盐度呈现增加趋势。

3.2 盐度潮周期变化特征

长江口内潮汐为非正规半日潮，北槽河段一个完整潮汐周期一般在26～30 h。为了能完整体现盐度在一个潮周期内（包括两个完整的涨落潮过程）的变化规律，盐度水样采集历时30 h，涵盖了一个完整的潮汐周期。图3为北槽8个测点盐度随潮周期变化过程。

（1） 大潮涨潮期间，前半潮涨潮期8个测站的平均盐度由3.22‰增至7.55‰；后半潮涨潮期8个测站的平均盐度由2.70‰增至10.55‰。大潮落潮期间，前半潮落潮期8个测站的平均盐度由8.65‰降至2.78‰；后半潮落潮期8个测站的平均盐度由10.23‰降至3.20‰。

（2） 小潮涨潮期间，前半潮涨潮期8个测站的平均盐度由3.91‰增至6.16‰；后半潮涨潮期8个测站的平均盐度由3.73‰增至6.01‰。小潮落潮期间，前半潮落潮期8个测站的平均盐度由6.80‰降至3.94‰；后半潮落潮期8个测站的平均盐度由6.85‰降至3.76‰。

8个测站的盐度在时间上具有明显的涨落潮变化特征，盐度在涨潮时呈增大趋势，落潮时呈减小趋势。由于盐度是涨潮流从口外输移进来，涨潮阶段盐度较落潮时高。

3.3 盐度分层变化特征

盐淡水混合会使水体产生层化，为了分析不同阶段盐度的垂向分布特征，引入分层系数用于评估盐淡水混合强弱指标。分层系数N定义为测点底层与表层之间的盐度差与测点垂线平均盐度的比值，是反映水体垂向混合程度的重要参数。

N=ABS［（Ss-Sb）/S］

式中：Ss为底层盐度，Sb为表层盐度，Symbol`A@S为垂线平均盐度。根据Hansen和Rattray的划分，当N>1时，水体处于弱混合状态，水体层化明显，为高度分层型；当N<0.01时，水体处于充分混合状态或强混合状态；当0.01≤N≤1时，水体处于部分混合状态或缓混合状态［15-18］。

图4分别展示了8个测站大小潮期间的盐度分层系数变化。从图4可以看出，北槽盐淡水的混合强度在一个潮周期内随着涨落潮流的变化而不断变化，一般情况下呈现出由弱变强再由强变弱的周期性规律变化。

大潮涨潮期间，前半潮涨潮期8个测站的平均分层系数由0.95增至1.56；后半潮涨潮期8个测站的平均分层系数由0.87增至1.60。大潮落潮期間，前半潮落潮期8个测站的平均分层系数由1.51降至0.73；后半潮落潮期8个测站的平均分层系数由1.35降至0.54。小潮涨潮期间，前半潮涨潮期8个测站的平均分层系数由0.91增至1.84；后半潮涨潮期8个测站的平均分层系数由1.28增至1.69。小潮落潮期间，前半潮落潮期8个测站的平均平分层系数由2.30降至1.15；后半潮落潮期8个测站的平均分层系数由2.25降至1.13。

8个测站的分层系数在时间上具有明显的涨落潮的变化特征，不论大潮或是小潮，涨潮时分层系数呈增大趋势，落潮时分层系数呈减小趋势。涨潮初期，水体呈部分混合状态；涨潮末期，水体呈弱混合状态，层化现象明显。落潮初期，水体呈弱混合或层化状态；落潮末期，水体呈部分混合状态。

小潮期间，CS3S、CS7S、CS4S及CS10S测站分层系数几乎全部大于1。这表明，小潮期这4个测站的水体几乎全部处于弱混合或高度分层状态，北槽中下游水体大部分时间均呈高度分层状态。总的看来，4个测站大潮期盐度分层系数小于小潮期分层系数。

由图5可知，除CS0S测站外，其余7个测站小潮盐度平均分层系数均大于大潮期，这表明，小潮期北槽水体盐度分层现象较大潮期较强，而且，河道内盐淡水混合状态存在显著的大小潮差异，潮流流速的大小潮变化是导致这种差异的主要原因。

4 结 论

（1） 基于盐度沿程变化分析，北槽河段CS0S等8个测站平均盐度沿程变化明显，总体趋势为越往下游、越靠近入海口，盐度越高。

（2） 基于盐度随潮周期变化分析，由于盐度是涨潮流从口外输移进来的，北槽河段盐度在时间上具有明显的涨落潮变化特征，盐度在涨潮时增大，落潮时减小。

（3） 从盐淡水的混合强度变化特征来看，北槽中上游盐度分层系数在一个潮周期内随着涨落潮流的变化呈现出由小变大再由大变小的周期性规律变化。北槽下游盐度分层系数随涨落潮流的变化规律性不如中上游河段周期性明显，北槽下游水体大部分时间均呈高度分层状态。

参考文献：

［1］ 高敏，李占海，张国安，等.长江河口北槽近期盐淡水混合与悬沙输运研究［J］.人民长江，2017，48（14）：12-18.

［2］ 应铭，季岚，周海.长江口北槽 12.5 m 深水航道回淤的物理过程［J］.水运工程，2017（11）：77－85.

［3］ KLEINHANS M G.Phase diagrams of bed states in steady，un-steady，oscillatory and mixed flows［M］.Amsterdam：Aqua Publications，2005：1-16.

［4］ 李九发，时伟荣，沈焕庭.长江河口最大浑浊带的泥沙特性和输移规律［J］.地理研究，1994，13（1）：51－59.

［5］ 李为华，李九发，程和琴，等.近期长江河口沙波发育规律研究［J］.泥沙研究，2009（6）：45－51.

［6］ 乔红杰，卜东平，张志林，等.长江口北支枯季盐水倒灌变化趋势分析［J］.人民长江，2018，49（增2）：17-20.

［7］ 肖莞生，陈子燊.珠江河口区枯季咸潮入侵与盐度输运机理分析［J］.水文，2010，30（3）：10-14，21.

［8］ 许丹，孙志林，祝丽丽，等.钱塘江河口盐度数值模拟［J］.海洋与湖沼，2013，44（4）：829-836.

［9］ 裘诚，顾圣华，李琪.长江河口盐度监测布局研究［J］.华东师范大学学报（自然科学版），2015（4）：7-16.

［10］ 李保，张昀哲，唐敏炯.长江口近十年水质时空演变趋势分析［J］.人民长江，2018，49（18）：33-37.

［11］ 张昀哲，李保.长江口徐六泾断面近10年水质变化分析［J］.水利水电快报，2019，40（10）：49-53.

［12］ 施思，骆政，徐昕.2018年长江口枯季盐度监测与分析［J］.水利水电快报，2021，42（10）：75-80.

［13］ 张丽芬，杨作升，张凡，等.长江河口南槽纵向余环流：径流、潮汐和地形耦合机制［J］.中国科学：地球科学，2022，52（2）：256-269.

［14］ 长江水利委员会水文局长江口水文水资源勘测局.2021年度长江口航道养护洪季固定垂线水文泥沙测验成果报告［R］.上海：长江水利委员会水文局长江口水文水资源勘测局，2021.

［15］ HANSEN D V，RATTRAY M.Gravitational circulation in straits and estuaries［J］.Journal of Marine Research，1965，23：104-122.

［16］ 林益帆，戴志军，李为华，等.长江口南北槽分流口洪季水沙变化过程研究［J］.海洋学报，2015，37 （3）：114－125.

［17］ 左书华，李松喆，韩志远，等.长江口北槽河槽地形变化及深水航道回淤特征分析［J］.水道港口，2015，36 （1）：1－7.

［18］ 赵捷，何青，虞志英，等.长江口北槽深水航道回淤泥沙来源分析［J］.泥沙研究，2014（5）：18－24.

（编辑：李 慧）