长江口盐水入侵研究综述

长江口盐水入侵研究综述

刘均卫1,2，童朝锋1,2

1. 河海大学交通与海洋学院，南京（210098）

2. 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京（210098）

E-mail：liuweiwei_lw@

摘要：简述河口盐水入侵早期的研究状况；回顾早期至近年来国内外发展起来的水流盐度数学模型；并详细介绍了近阶段长江口地区盐水入侵研究成果及水流盐度数值模拟研究成果；目前河口盐水入侵研究已比较成熟，但是在我国长江口地区，由于地形、水动力条件以及人类兴修水利工程的影响，盐水入侵特征和规律还不能准确把握，这方面的工作还有待完善；最后，还提出了长江口盐水入侵可能进一步研究的方向。

关键词：长江口；盐水入侵；水流盐度；数值模拟

1长江口概况

长江口河口段自江阴至口门长约200公里，径流与潮流相互消长，河槽分汊多变。长江口自徐六泾以下经过三次分汊，共形成四个入海通道。崇明岛将长江口分为南支和北支；长兴岛和横沙岛又将南支分为南港和北港；南港又进一步被九段沙分为南槽和北槽，形成三级分汊，四口入海的形式，如图1所示。

图1 长江河口形势图

Figure 1 Figure of river regime of yangtze estuary

长江河口为径流与潮流相互消长非常明显的多级分汊沙岛型中等潮汐河口。90km 宽向东、黄海敞开的口门接纳外海巨大的潮量,虽然长江水量丰沛,但是在枯水期,长江口的盐水入侵经常造成黄浦江下游河段和长江口徐六径以下河段氯化物等溶解盐类剧增,给上海人民的生活和工农业生产带来严重影响。长江口属于部分混合型河口，盐水侵入时与淡水的相互混合使水体密度发生变化，由此产生密度流，方向始终指向上游，产生密度斜压效应，使得涨潮流速加大，而落潮流速减小。由于表层盐度小于底层，表层与底层的流速变化不一致，导致大范围的垂向环流。河口盐水入侵的盐水界(盐度为0.5‰) 枯水期南港在五号沟附近,北港在六滧港附近,崇明岛及南港马家港以下水域直接受外海盐水入侵上溯影响。北支的水、沙倒灌严重影响了南支河段的水质,北支倒灌的盐水团影响范围分别到达南、北港的吴淞口及堡镇港,严重影响了南支的水质和水源地的建设[1]。

2国内外早期盐水入侵研究

盐水入侵研究的方法有现场观测、物理模型和数学模型等。国外对河口盐水入侵的研究，最早始于20世纪30年代，美国的水道试验站(WES)和荷兰Delft水工试验所在这方面做了很多的工作，大都是基于观测资料分析以及试验研究。在50年代，不少学者对盐水楔入侵长度进行了大量的研究工作，其中包括Schonfeld,J.C.(1953) [2]年基于盐水楔理论导出了盐水入侵长度的解析解。Pritchard(1952,1954) [3] [4]、Bowden(1959,1963,1966) [5] [6] [7]、Hansen(1965) [8]等人先后对盐水入侵范围、盐淡水混合和水体盐度分布及其对水流、泥沙运动的影响等进行了研究；之后Hansen(1966)、Simmons(1969) [9]、Bowden(1967) 等人从不同的角度对河口盐水入侵类型进行了分类，如1969年Simmons(1969) [9]提出以一个潮周期内注入河口的径流量与潮流量之比定义为混合系数M，以此来区分盐淡水混合的类型；Officer,C.B. (1975) [10]又在他的基础上进一步将河口分为弱混合型、缓混合型和强混合型，此法也适用于中国河口分类。Hansen和Rattray (1966) [11]根据河口实际资料用底层与表层之间的盐度差与垂线平均盐度之比值定义为分层系数。Bowden(1967) [12]和Pritchard(1967) [13]从河口环流的形式差异出发将河口盐淡水混合分为盐水楔（高度分层）型、两层水流（中等分层）型和垂直均匀型。之后大量学者以现场实验或者数学模型为手段在理论上作了较为深入地研究，探讨了垂向混合、水平平流、正压和斜压效应等对盐水入侵的动力作用。

由于历史的原因，国内河口盐水入侵的系统研究从20世纪80年代初才开始展开；且早期研究主要是基于实测资料分析盐水入侵规律。易家豪[58]最早于1964年指出长江口在水平上和垂直方向都存在盐度梯度。朱留正（1980）[33]指出长江口的盐淡水混合属于缓混合型，其水流特征反映了盐水入侵对河口的影响，并构成了复杂的环流形态。韩乃斌（1980）[56][57]指出长江口盐水入侵在很大程度上受到上游径流量和河口进潮量比的影响，并根据多年现场氯度逐时同步遥测资料，分别对长江口北支倒灌和南支河段水质进行了分析；徐君亮等（1981）[15]对伶仃洋的盐水入侵及盐水楔的活动规律进行了探讨；应铁甫（1983）[16]分析了伶仃洋咸淡水的混合特征；严镜海(1986) [14]详细阐述了盐水楔的形成和扩散机理，并对盐水楔异重流的形成条件作了研究。沈焕庭（1985，1988）[17] [18]和田向平（1986）[19]分别探讨了长江河口和珠江河口伶仃洋的河口净环流、最大浑浊带的成因和活动规律以及对河口泥沙淤积的影响。金元欢、孙志林（1992）[55]在分析中国众多河口实测盐度分布资料的基础上，首次归纳了中国河口盐淡水混合的基本特征，并根据不同类型河口对典型的河口盐淡水混合特征进行阐述。

3 长江河口盐水入侵研究状况

3.1 长江口盐水入侵研究主要成果

近阶段长江口盐水入侵的研究，至目前为止已经取得许多成果，比如：盐水入侵长度、盐水入侵锋和盐淡水混合类型的研究；盐水入侵的时空变化、北支盐水倒灌规律及对南支的影响研究以及对长江口盐水入侵的影响因素、重大工程（包括长江口深水航道整治工程、南水北调工程、三峡工程等）对盐水入侵的影响分析，此外还对盐水入侵的预测进行了深入的探讨。宋志尧、茅丽华等[58]在总结长江口盐水入侵研究现状的基础上，指出流域大量蓄引提供水工程、北支入流条件恶化、湖泊和河槽调蓄能力减弱等是导致长江口盐水入侵加剧的主要原因。钱春林（1995）[59]对盐水入侵长度进行估算，指出河口盐水入侵长度取决于河口的径流量潮汐，同时与河口形态、河床阻力、口外盐度及波浪有关。茅志昌等[60][61]根据长江口多年的实测资料，计算分析各入海通道内盐水入侵锋的伸退区及其特征，指出确定盐度锋迁