長(zhǎng)江口水源地咸潮入侵應(yīng)對(duì)預(yù)案體系

陳祖軍，阮仁良，韓昌來(lái)，沈華中，陳國(guó)光，夏雪瑾

(1.上海勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200335； 2.上海市水務(wù)局，上海 200050；3.長(zhǎng)江防汛抗旱總指揮部，湖北 武漢 430010； 4.上海市供水調(diào)度監(jiān)測(cè)中心，上海 200003；5.上海市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，上海 200233)

大江大河河口區(qū)水源地供水安全一直是區(qū)域城市(鎮(zhèn))政府及社會(huì)各界高度關(guān)注的重大民生保障問(wèn)題[1]。長(zhǎng)江口區(qū)城市(鎮(zhèn))密集，人口眾多，工業(yè)與服務(wù)業(yè)發(fā)達(dá)[2]，在全國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中有著舉足輕重的地位，區(qū)域水源地供水安全保障程度影響深遠(yuǎn)，意義重大。目前，長(zhǎng)江口水源地已有5個(gè)，其中，上海有陳行、寶鋼、青草沙和東風(fēng)西沙4個(gè)水庫(kù)，其原水總供水量占全市比例已超70%；江蘇省有太倉(cāng)瀏河水庫(kù)，為太倉(cāng)市主要水源地。每年枯水期長(zhǎng)江口不同程度的咸潮入侵災(zāi)害時(shí)常影響甚至威脅到區(qū)域供水安全，一直是困擾地方政府的一大隱患和重大民生問(wèn)題。如，陳行水庫(kù)自1994年運(yùn)行以來(lái)歷年咸潮入侵均有發(fā)生，每次影響少則兩三天，多則10余天，尤其2014年2月春節(jié)期間更是發(fā)生了史上最嚴(yán)重的咸潮入侵事件(連續(xù)20余天不能取水，造成上海部分城區(qū)停水)，引起國(guó)家有關(guān)部委和上海市委市府的高度重視，有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)指示要求盡快組織好長(zhǎng)江口咸潮應(yīng)對(duì)工作，以有效協(xié)同機(jī)制與手段共保長(zhǎng)江口水源地未來(lái)供水安全。本文在此背景下開(kāi)展長(zhǎng)江口水源地咸潮應(yīng)對(duì)預(yù)案體系研究。

1 長(zhǎng)江口咸潮入侵及其發(fā)展態(tài)勢(shì)

1.1 咸潮入侵基本特征

我國(guó)東海大陸架高鹽水團(tuán)隨潮汐周期性沿河口上溯，并與長(zhǎng)江入海徑流淡水不斷摻混而形成河口區(qū)咸淡水分布，且其含鹽量自陸向海、自口門(mén)內(nèi)向口門(mén)外不斷升高。該咸潮入侵程度與長(zhǎng)江上游干流下泄徑流量、潮汐、風(fēng)應(yīng)力、河口形態(tài)及水下地形等因素息息相關(guān)，諸因素相互耦合，導(dǎo)致歷年長(zhǎng)江口水情復(fù)雜多變，咸潮隨之也呈各年各異特征[3-9]?？傮w上，長(zhǎng)江口屬中等強(qiáng)度的多級(jí)分汊潮汐河口，其復(fù)雜的分支、港、槽和溝灘分布使水勢(shì)水流及咸水入侵形式與途徑極其復(fù)雜(圖1)，有外海咸水入侵型、咸水倒灌型、淺灘通道(串溝)水體交換型和漫灘歸槽型[5-6]。其中，外海咸水入侵有南槽、北槽、北港和北支4條途徑，且南槽和北槽入侵鹽水上溯至南北槽分流口段匯入南港后，咸水入侵又出現(xiàn)南港、北港和北支3條線(xiàn)路，且尤以北支最為嚴(yán)重(進(jìn)潮量約占長(zhǎng)江口進(jìn)潮量的25%)，在枯季其鹽度甚高，往往繞過(guò)崇頭倒灌入南支，使得南支水域出現(xiàn)鹽度超標(biāo)現(xiàn)象，影響到南支蘇滬兩地水源地供水安全，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致咸潮災(zāi)害發(fā)生。自20世紀(jì)以來(lái)諸多單位及學(xué)者[9-12]開(kāi)展過(guò)長(zhǎng)江口咸潮入侵規(guī)律或機(jī)理研究，取得了不少成果，為長(zhǎng)江口水資源開(kāi)發(fā)利用尤其是蘇滬地區(qū)水源地建設(shè)與安全保障提供了技術(shù)支撐。

圖1 長(zhǎng)江口水源地分布及咸潮入侵途徑示意圖

1.2 咸潮入侵發(fā)展態(tài)勢(shì)

a. 水源地咸潮入侵影響概況。咸潮入侵亦稱(chēng)為咸水(或鹽水)入侵，是長(zhǎng)江口淡水資源開(kāi)發(fā)利用的最大制約因素[6，9-10]。長(zhǎng)江口咸潮一般發(fā)生在冬春枯水季節(jié)(11—4月)，持續(xù)時(shí)間約6個(gè)月。每逢枯水期，長(zhǎng)江口蘇滬地區(qū)水源地在一定時(shí)段內(nèi)都會(huì)受到咸水入侵的威脅和影響，其持續(xù)時(shí)間一般5～7 d，多則10 d。陳行水庫(kù)自建成后1994—2014年共有125次咸潮入侵(該水庫(kù)最早建庫(kù)，咸潮資料齊全，其統(tǒng)計(jì)詳見(jiàn)表1)，其中，1998年長(zhǎng)江流域大洪水后的1999—2008年間發(fā)生咸潮入侵最大次數(shù)為13次，每年入侵總天數(shù)最高達(dá)近80 d，年平均近54 d；2009—2014年咸潮入侵最大次數(shù)達(dá)12次，每年入侵總天數(shù)最高也在48 d左右，年平均達(dá)29 d[11]。寶鋼水庫(kù)咸潮入侵情況與陳行水庫(kù)接近；瀏河、青草沙、東風(fēng)西沙水庫(kù)建庫(kù)及運(yùn)行時(shí)間短，咸潮入侵情況稍好，但有待進(jìn)一步觀測(cè)。

表1 長(zhǎng)江口陳行水庫(kù)歷年咸潮發(fā)生的次數(shù)及咸潮經(jīng)歷時(shí)間統(tǒng)計(jì)

b. 近年咸潮入侵新特點(diǎn)[12-14]。主要表現(xiàn)為北支咸水倒灌及外海正面襲擊雙重顯著增強(qiáng)的趨勢(shì)，尤以2013—2014年冬春季的咸潮出現(xiàn)歷時(shí)超常規(guī)入侵災(zāi)害，其主因包括上游徑流量減小(月均值僅為11 500 m3/s，較前3年同期值均低)、潮動(dòng)力增強(qiáng)(鹽鋒較一般年份上移超過(guò)30 km)、風(fēng)應(yīng)力作用強(qiáng)勢(shì)(歷經(jīng)14 d偏北大風(fēng)影響)以及河口河勢(shì)河床變化(河口深水航道建設(shè)等)等綜合影響。

2 長(zhǎng)江口水源地咸潮入侵影響因素

影響長(zhǎng)江口水源地咸潮入侵程度的因子眾多，但可歸類(lèi)為自然水情因素和工程工情因素，二者互相作用與影響，導(dǎo)致河口咸情異常復(fù)雜多變。

2.1 潮汐強(qiáng)弱

潮汐強(qiáng)弱是影響河口水域咸潮入侵強(qiáng)弱的關(guān)鍵因素之一[8，14-15]。長(zhǎng)江口受東海潮汐及喇叭形口門(mén)形態(tài)影響，潮汐呈現(xiàn)南北支及南北港等區(qū)域(段)時(shí)空分布不均的獨(dú)特變化特征，尤其東海潮汐強(qiáng)弱直接影響長(zhǎng)江口咸潮強(qiáng)弱。中等強(qiáng)度的非正規(guī)半日潮型潮汐及外寬內(nèi)窄的長(zhǎng)江河口導(dǎo)致其潮流量巨大。研究[15]表明：一般情況下(即上游平均徑流量及口外為平均潮差時(shí))進(jìn)潮量可達(dá)年平均徑流量的9.2倍；若同時(shí)考慮風(fēng)力助推影響，兩個(gè)全潮進(jìn)潮量可達(dá)60億m3左右。長(zhǎng)江口如此巨量潮流裹脅高鹽度潮水入侵至口門(mén)內(nèi)，與上游徑流量的疊加作用必然會(huì)嚴(yán)重影響長(zhǎng)江口區(qū)的鹽度分布狀況(上溯距離、鹽度三維分布及持續(xù)時(shí)長(zhǎng)等)，但一般汛期上游徑流量大于3萬(wàn) m3/s時(shí)，河口區(qū)基本為淡水區(qū)；而枯水期日均流量小于1.5萬(wàn) m3/s時(shí)，咸潮強(qiáng)勁則會(huì)大大增加咸潮入侵風(fēng)險(xiǎn)和入侵程度。

2.2 徑流大小

河口上游徑流大小是影響河口水域咸潮入侵強(qiáng)弱的另一關(guān)鍵因素，兩者相關(guān)性特征已經(jīng)被諸多研究[8，16-18]所證實(shí)。長(zhǎng)江干流徑流量對(duì)長(zhǎng)江口咸水入侵的影響呈現(xiàn)出中、大時(shí)間尺度的豐枯期(年或季)變化特征，且其間小時(shí)間尺度的徑流與潮流相互作用又會(huì)導(dǎo)致河口咸潮入侵的強(qiáng)度和入侵距離的多變性、復(fù)雜性。一般在長(zhǎng)江汛期(每年6—8月)徑流量大，其相對(duì)于長(zhǎng)江口門(mén)外潮汐潮動(dòng)力占優(yōu)，咸潮弱，河口區(qū)則幾乎為淡水所控制；而在非汛期(尤其在枯季冬春11—4月)情況則相反，徑流量小而潮流量占優(yōu)，河口區(qū)沖淡水不斷減少，咸潮入侵時(shí)有發(fā)生。有研究[8，15-16]發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)江大通站流量在不大于1萬(wàn) m3/s或不小于1.5萬(wàn) m3/s時(shí)，長(zhǎng)江口區(qū)咸潮存在嚴(yán)重入侵或基本免遭咸潮侵?jǐn)_的典型或臨界特征，鹽度與枯季月平均流量或某日徑流量持續(xù)時(shí)長(zhǎng)有關(guān)。

2.3 氣候氣象變化

氣候氣象要素(風(fēng)矢、降雨徑流等)變化也是影響河口咸情大小的重要因素[11，19-22]。小尺度氣候氣象主要是河口區(qū)域的季風(fēng)變化導(dǎo)致的風(fēng)應(yīng)力或風(fēng)矢量變化，中尺度氣候氣象可指長(zhǎng)江流域范圍內(nèi)氣候改變導(dǎo)致降雨條件及徑流量變化(中尺度影響可歸于徑流大小影響因素類(lèi))，而大尺度氣候氣象則是指全球氣候變化影響等。

2.3.1 風(fēng)矢量的影響

風(fēng)情對(duì)咸潮入侵的影響可認(rèn)為小時(shí)間尺度的影響，主要表現(xiàn)在不同風(fēng)矢量(即風(fēng)速與風(fēng)向)作用于河口區(qū)潮汐漲、落潮流，從而影響原有潮汐規(guī)律的強(qiáng)弱乃至咸潮入侵程度。風(fēng)矢量與漲落潮流相向?yàn)檎绊?助推助長(zhǎng)作用)，逆向則為負(fù)影響(延緩滯遲作用)。不同風(fēng)矢量可以產(chǎn)生不同的水平環(huán)流，由此對(duì)河口咸潮入侵產(chǎn)生一定的影響。有學(xué)者[19-20]對(duì)枯季北風(fēng)產(chǎn)生的向岸埃克曼(Ekman)輸運(yùn)、偏北風(fēng)產(chǎn)生的北港咸潮入侵加強(qiáng)和南港及以下河段的咸潮入侵有所減弱等進(jìn)行過(guò)一定探索，發(fā)現(xiàn)影響程度從大到小依次為正北風(fēng)、西北風(fēng)、東北風(fēng)，入侵強(qiáng)度呈現(xiàn)隨風(fēng)速增加而產(chǎn)生非線(xiàn)性增大的效果。

2.3.2 海平面上升影響

海平面變化對(duì)長(zhǎng)江口咸水入侵的影響為大尺度氣候變化范疇，主要是通過(guò)外海(尤其黃海及東海區(qū))平均潮位變化導(dǎo)致高鹽水潮汐進(jìn)出河口區(qū)的強(qiáng)弱不同，從而影響該區(qū)的沖淡水分布狀況[8]。近百年來(lái)全球氣候變暖導(dǎo)致海平面一直不斷上升，其中中國(guó)沿海1980—2017年海平面上升速率為3.3 mm/a，高于同期全球平均水平；2017年中國(guó)沿海海平面為1980年以來(lái)的第4高位，高海平面發(fā)展趨勢(shì)必將加劇中國(guó)沿海尤其長(zhǎng)江口咸潮入侵等災(zāi)害[21]。另有研究預(yù)測(cè)[11，22]，海平面上升使長(zhǎng)江口上海地區(qū)的咸潮入侵影響程度呈加劇態(tài)勢(shì)。

2.4 工程工情演變

工程工情演變對(duì)河口咸情程度的影響亦不可小視。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，長(zhǎng)江干流及長(zhǎng)江口成為人類(lèi)活動(dòng)或人為干涉極其頻繁且嚴(yán)重的水域，沿江大中型跨江或河口橋梁、航道及港口、灘涂圈圍、三峽水利樞紐工程和南水北調(diào)工程以及其他各級(jí)各類(lèi)涉水工程的蓬勃發(fā)展，嚴(yán)重影響干流來(lái)水規(guī)律及河口地形地勢(shì)，最終導(dǎo)致河口徑流和潮汐潮流態(tài)勢(shì)發(fā)生巨大變化，且以加劇河口水域咸潮入侵程度的負(fù)面影響為主。不少研究[23-25]表明，三峽水利樞紐工程及南水北調(diào)工程直接改變了長(zhǎng)江的入海徑流量，其季節(jié)性水資源配置已經(jīng)并將持續(xù)改變長(zhǎng)江口咸潮入侵情勢(shì)，尤其對(duì)枯水期的影響更為嚴(yán)重。另外，工程工情管控調(diào)控及流域相關(guān)單位水資源開(kāi)發(fā)利用的組織管理成效也是影響河口咸潮入侵態(tài)勢(shì)的不可或缺的重要因素，也是未來(lái)加強(qiáng)長(zhǎng)江口咸潮應(yīng)對(duì)需要考慮的重要方面。

3 長(zhǎng)江口水源地咸潮災(zāi)害應(yīng)對(duì)措施

基于長(zhǎng)江口水源地咸潮入侵影響因素的分析，可從調(diào)控長(zhǎng)江干流或長(zhǎng)江口自然水情因素、工程工情因素等入手，通過(guò)工程技術(shù)與非工程管理舉措，減輕長(zhǎng)江口水源地咸潮災(zāi)害影響程度。其中，工程技術(shù)舉措包括監(jiān)測(cè)監(jiān)控、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、預(yù)案預(yù)警等手段；非工程管理舉措包括責(zé)權(quán)利相關(guān)方(主客體)職責(zé)明晰、組織管理模式(體制機(jī)制)等。

3.1 工程技術(shù)舉措

3.1.1 監(jiān)測(cè)監(jiān)控

應(yīng)對(duì)長(zhǎng)江口咸潮，必須全面開(kāi)展和加強(qiáng)對(duì)長(zhǎng)江干支流水文水情與水資源調(diào)控工情，長(zhǎng)江口區(qū)及口門(mén)外潮汐及咸潮咸情、區(qū)域氣候氣象風(fēng)情等關(guān)鍵要素的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控，為后期預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)各要素變化趨勢(shì)提供模型模擬的基礎(chǔ)校驗(yàn)支撐數(shù)據(jù)，盡早研判或預(yù)判其發(fā)展態(tài)勢(shì)和咸潮入侵程度等。監(jiān)測(cè)監(jiān)控工作須完善相關(guān)監(jiān)測(cè)監(jiān)控設(shè)備設(shè)施，優(yōu)化布局，實(shí)現(xiàn)各要素情勢(shì)的有效監(jiān)控與信息平臺(tái)實(shí)時(shí)化、智能化、智慧化。

3.1.2 預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)

基于長(zhǎng)江口咸潮影響要素的當(dāng)前或近期的動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)，采用經(jīng)校驗(yàn)的各影響要素預(yù)測(cè)模型，開(kāi)展對(duì)應(yīng)要素發(fā)展態(tài)勢(shì)的預(yù)測(cè)與預(yù)報(bào)，為長(zhǎng)江口咸潮應(yīng)對(duì)預(yù)警的形勢(shì)判別及應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案行動(dòng)等級(jí)提供決策依據(jù)。須加強(qiáng)對(duì)長(zhǎng)江干支流及河口水域的水文水情與水資源調(diào)控工情、長(zhǎng)江口及其鄰近水(海)域的氣象風(fēng)情、長(zhǎng)江口及其鄰近水(海)域的咸潮咸情等要素的預(yù)測(cè)與預(yù)報(bào)。

3.1.3 預(yù)警預(yù)案

a. 預(yù)警要素設(shè)定。預(yù)警要素包括預(yù)警等級(jí)設(shè)定及預(yù)警指標(biāo)選取。首先，基于歷史咸潮災(zāi)害影響案例及影響程度，設(shè)定一定預(yù)警等級(jí)(一般取4級(jí))以及對(duì)應(yīng)的應(yīng)對(duì)響應(yīng)行動(dòng)預(yù)案。其次，根據(jù)代表性或典型性指標(biāo)來(lái)分析決策與確定預(yù)警等級(jí)，保證該預(yù)警指標(biāo)及其等級(jí)判別依據(jù)盡可能簡(jiǎn)潔、方便、高效。如長(zhǎng)江口咸潮災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)可選擇長(zhǎng)江干流來(lái)水量、長(zhǎng)江口某些代表性或典型性站點(diǎn)咸潮指標(biāo)、長(zhǎng)江口水源地取水口咸潮持續(xù)時(shí)間等。

b. 應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)預(yù)案。根據(jù)人為可控或可減(延)緩咸潮災(zāi)害程度的對(duì)策措施，應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)分外部應(yīng)對(duì)和內(nèi)部應(yīng)對(duì)兩方面。外部應(yīng)對(duì)：加強(qiáng)長(zhǎng)江干流流量調(diào)控、增加枯水期上游來(lái)水量，是應(yīng)對(duì)長(zhǎng)江口水源地咸潮災(zāi)害最直接、最有效、最便捷、最可靠的方式。長(zhǎng)江干流及其支流上的引排水閘、泵站及水電站等水利工程設(shè)施是調(diào)控長(zhǎng)江口徑流量(來(lái)水量)的重要控制工程，通過(guò)一定的組織協(xié)調(diào)程序，按照一定的技術(shù)調(diào)控手段與步驟，即可達(dá)到長(zhǎng)江口上游來(lái)水量有效調(diào)控的目的。內(nèi)部應(yīng)對(duì)：主要是加強(qiáng)長(zhǎng)江口咸潮災(zāi)害所影響地區(qū)(即蘇滬兩地城市(鎮(zhèn)))的水資源配置或保障設(shè)施的進(jìn)一步優(yōu)化增能、智能化調(diào)控、節(jié)水型社會(huì)建設(shè)、省(市)際聯(lián)動(dòng)調(diào)水等舉措，來(lái)減輕或延緩災(zāi)害的危害面和危害程度，以保障與滿(mǎn)足區(qū)域生產(chǎn)、生活、生態(tài)用水需要。

3.2 非工程管理舉措

3.2.1 責(zé)權(quán)利相關(guān)方(主客體)職責(zé)

明確長(zhǎng)江流域水資源開(kāi)發(fā)、利用、保護(hù)與管理等的責(zé)權(quán)利相關(guān)方，長(zhǎng)江口水源地咸潮災(zāi)害應(yīng)對(duì)的組織管理體系包含組織實(shí)施方、流域或區(qū)域組織協(xié)調(diào)方(如長(zhǎng)江、太湖流域有關(guān)水患災(zāi)害防御組織協(xié)調(diào)部門(mén))、流域或區(qū)域水資源監(jiān)控調(diào)控技術(shù)支持方(如長(zhǎng)江、太湖流域及沿線(xiàn)地方水文水利部門(mén))、水利水電建管運(yùn)營(yíng)方(如三峽集團(tuán)、國(guó)家電網(wǎng)公司等)、區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)利用方(如蘇滬等省市水利水務(wù)部門(mén))等主客體對(duì)象，并明確長(zhǎng)江口咸潮應(yīng)對(duì)各責(zé)權(quán)利相關(guān)方對(duì)應(yīng)的職責(zé)。

3.2.2 組織管理模式

當(dāng)枯水期長(zhǎng)江干流來(lái)水量減少、長(zhǎng)江口咸潮入侵形勢(shì)緊迫時(shí)，組織協(xié)調(diào)好長(zhǎng)江上中下游各水利水電建管運(yùn)營(yíng)及水資源開(kāi)發(fā)利用單位的關(guān)系，形成統(tǒng)一指令，實(shí)施全流域水情調(diào)度與調(diào)控，增加長(zhǎng)江干流下泄流量，達(dá)到“沖咸保淡”的目的和效果，這就需要強(qiáng)有力的組織管理體制和機(jī)制，必須明確各相關(guān)單位服從長(zhǎng)江口咸潮應(yīng)對(duì)期的組織體系的管理，建立一套應(yīng)對(duì)咸潮災(zāi)害的應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)預(yù)案或方案，制定各級(jí)預(yù)警和應(yīng)急響應(yīng)期的應(yīng)對(duì)措施與行動(dòng)方案，各主客體遵守各自對(duì)應(yīng)的統(tǒng)一調(diào)度與調(diào)控指令，保障預(yù)案順利實(shí)施。

4 長(zhǎng)江口水源地咸潮應(yīng)對(duì)預(yù)案體系框架

長(zhǎng)江口咸潮影響因素復(fù)雜面廣，涉及的領(lǐng)域包括行政、技術(shù)、工程、行業(yè)或社會(huì)組織等。長(zhǎng)江口水源地咸潮應(yīng)對(duì)體系包含組織(審批監(jiān)督與組織實(shí)施)體系、監(jiān)測(cè)體系、預(yù)報(bào)體系、預(yù)警體系、應(yīng)急響應(yīng)體系、保障體系等。

4.1 組織體系

根據(jù)預(yù)案相關(guān)架構(gòu)和實(shí)施管理要求， 長(zhǎng)江口水源地咸潮應(yīng)對(duì)預(yù)案的組織體系擬由批準(zhǔn)及監(jiān)督機(jī)構(gòu)、組織實(shí)施機(jī)構(gòu)、配合實(shí)施部門(mén)和單位組成(圖2)。批準(zhǔn)及監(jiān)督機(jī)構(gòu)為預(yù)案的管理與監(jiān)督部門(mén)?；谖覈?guó)水患防災(zāi)減災(zāi)的管理體制，本預(yù)案的管理與監(jiān)督部門(mén)為國(guó)家防汛抗旱總指揮部(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“國(guó)家防總”)，由其負(fù)責(zé)預(yù)案的審批、管理和監(jiān)督。組織實(shí)施機(jī)構(gòu)為預(yù)案的具體組織落實(shí)與實(shí)施的部門(mén)。經(jīng)責(zé)權(quán)利相關(guān)分析，該部門(mén)為長(zhǎng)江防汛抗旱總指揮部(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“長(zhǎng)江防總”)和蘇滬兩省(直轄市)防汛抗旱指揮部(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“蘇滬防指”)，由兩單位按照各自的流域或行政區(qū)職能分別組織預(yù)案的實(shí)施。配合實(shí)施部門(mén)和單位主要為預(yù)案落實(shí)與實(shí)施關(guān)系比較密切或影響較大的其他部門(mén)或單位。經(jīng)對(duì)流域涉水事水權(quán)相關(guān)單位屬性與特性分析，其他部門(mén)或單位包括：①區(qū)域流域管理機(jī)構(gòu)，即太湖流域管理局，其根據(jù)黃浦江上游水源切換需要，及時(shí)調(diào)控太浦河泵閘的供水流量，按照調(diào)度要求調(diào)控引江濟(jì)太工程的引水流量；②長(zhǎng)江干流四川以下至安徽共7省(直轄市)防汛抗旱指揮部門(mén)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“防指”)，其中長(zhǎng)江下游的江蘇、安徽等省防指按照調(diào)度指令負(fù)責(zé)調(diào)控本轄區(qū)沿江引調(diào)工程的引水流量及轄區(qū)內(nèi)應(yīng)急調(diào)度的監(jiān)督檢查與突發(fā)事件的應(yīng)對(duì)工作，其他長(zhǎng)江中上游省(直轄市)防指則主要是按照調(diào)度指令做好水庫(kù)調(diào)度等工作；③電力調(diào)度單位、發(fā)電公司及引調(diào)水工程管理單位，主要有長(zhǎng)江上中游(含三峽)大中型國(guó)家與地方電網(wǎng)或水電開(kāi)發(fā)公司、長(zhǎng)江下游南水北調(diào)東線(xiàn)及引江濟(jì)巢(太)等引調(diào)水工程管理單位，其中，前者按照調(diào)度指令控制水庫(kù)下泄流量并合理安排電力生產(chǎn)和電網(wǎng)調(diào)度，后者按照調(diào)度指令調(diào)控沿江相關(guān)引調(diào)水工程的引水流量。

圖2 長(zhǎng)江口水源地咸潮應(yīng)對(duì)工作預(yù)案組織體系

4.2 監(jiān)測(cè)體系

a. 水文監(jiān)測(cè)?；趯?duì)長(zhǎng)江中下游干支流來(lái)水水情控制的需要，水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要布設(shè)于三峽至長(zhǎng)江口的干流主要節(jié)點(diǎn)以及洞庭湖、鄱陽(yáng)湖水系和清江、漢江、滁河、青弋江、水陽(yáng)江等一級(jí)支流主要控制站25座。

b. 引調(diào)水監(jiān)測(cè)。經(jīng)綜合研究，可主要對(duì)長(zhǎng)江大通以下沿江設(shè)計(jì)引調(diào)水流量大于或等于50 m3/s的引調(diào)水工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。主要調(diào)水工程包括南水北調(diào)東線(xiàn)、引江濟(jì)巢、泰州引江河、引江濟(jì)太4座調(diào)水工程。主要沿江引水工程包括安徽省的裕溪閘、烏江抽水站2座和江蘇省的南通節(jié)制閘、秦淮新河水利樞紐、諫壁抽水站等8座引水泵閘工程。

c. 咸潮監(jiān)測(cè)?；陂L(zhǎng)江口現(xiàn)有咸潮26個(gè)監(jiān)控點(diǎn)相關(guān)性比較，現(xiàn)階段可納入預(yù)案中實(shí)施長(zhǎng)江口咸潮監(jiān)測(cè)的站點(diǎn)確定為崇頭、陳行水庫(kù)取水口、青草沙水庫(kù)取水口3個(gè)站點(diǎn)。

4.3 預(yù)報(bào)體系

a. 長(zhǎng)江干流來(lái)水量預(yù)報(bào)。大通站和徐六涇站是長(zhǎng)江下游來(lái)水流量管控的兩個(gè)重要節(jié)點(diǎn)。兩站來(lái)水流量預(yù)報(bào)應(yīng)根據(jù)有關(guān)水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范要求[25]編制兩站短(1～5 d)、中(6～20 d)、長(zhǎng)(21～30 d)期水文預(yù)報(bào)方案。

b. 長(zhǎng)江口咸潮預(yù)報(bào)。根據(jù)崇頭鹽度變化情況并結(jié)合長(zhǎng)江口潮汐規(guī)律，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)北支咸潮入侵對(duì)長(zhǎng)江口5大水庫(kù)取水口(瀏河、寶鋼、陳行、青草沙、東風(fēng)西沙水庫(kù))的起始影響時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、影響強(qiáng)度等。

4.4 預(yù)警體系

參考上海市及國(guó)家有關(guān)水源地水質(zhì)災(zāi)害事故應(yīng)急預(yù)案，結(jié)合目前長(zhǎng)江口水庫(kù)冬季運(yùn)行模式，長(zhǎng)江口咸潮災(zāi)害預(yù)警等級(jí)由低至高可劃分Ⅳ級(jí)(藍(lán)色)、Ⅲ級(jí)(黃色)、Ⅱ級(jí)(橙色)、Ⅰ級(jí)(紅色)4級(jí)。經(jīng)分析多年枯水期長(zhǎng)江口咸潮監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與長(zhǎng)江干流大通流量之間響應(yīng)關(guān)系，確定大通流量、崇頭鹽度和水源地水庫(kù)咸潮入侵影響時(shí)間共3個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。①大通流量。經(jīng)對(duì)1979—2013年大通實(shí)測(cè)日徑流量進(jìn)行P-Ⅲ適線(xiàn)分析，并綜合多年來(lái)上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)及水務(wù)部門(mén)對(duì)大通流量與長(zhǎng)江口水源地咸潮災(zāi)害的響應(yīng)關(guān)系研究成果[10-12]、陳行水庫(kù)有效庫(kù)容(或調(diào)蓄能力)和上海市供水調(diào)度管理相關(guān)實(shí)施方案，確定以6 d、8 d、10 d、12 d調(diào)蓄時(shí)間為等級(jí)，劃分長(zhǎng)江大通流量響應(yīng)咸潮災(zāi)害預(yù)警的對(duì)應(yīng)Ⅳ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅰ級(jí)指標(biāo)，由此形成長(zhǎng)江口咸潮應(yīng)對(duì)大通流量預(yù)警指標(biāo)體系方案，見(jiàn)表2。表2中，方案1的大通流量分月預(yù)警指標(biāo)，其中，考慮到長(zhǎng)江干流枯水期徑流的傳播時(shí)間，核定預(yù)警條件時(shí)可取大通流量滿(mǎn)足各等級(jí)對(duì)應(yīng)流量下持續(xù)6 d為同步條件。另為了預(yù)案實(shí)施與管理工作的方便，經(jīng)綜合研究分析可簡(jiǎn)化表2中的分月大通流量預(yù)警指標(biāo)而形成枯水期(12—3月)平均流量預(yù)警指標(biāo)為推薦方案2，即對(duì)應(yīng)于Ⅳ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅰ級(jí)大通流量預(yù)警指標(biāo)分別為1.5萬(wàn) m3/s、1.3萬(wàn) m3/s、1.2萬(wàn) m3/s、1.0萬(wàn) m3/s，持續(xù)時(shí)間同為6 d。②長(zhǎng)江口崇頭鹽度。上海市城投部門(mén)對(duì)崇頭氯化物監(jiān)測(cè)點(diǎn)多年積累數(shù)據(jù)分析及運(yùn)行管理實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，當(dāng)崇頭ρ(Cl-)≥500 mg/L并持續(xù)一段時(shí)間后(一般24 h中累計(jì)超過(guò)8 h)，在陳行水庫(kù)取水口往往會(huì)有咸潮發(fā)生，若致較為嚴(yán)重的咸潮發(fā)生(如陳行水庫(kù)連續(xù)6 d以上不可取水)，ρ(Cl-)≥500 mg/L的持續(xù)時(shí)間3 d內(nèi)須達(dá)到50 h以上。經(jīng)深入研究2006年以來(lái)歷次(統(tǒng)計(jì)樣本共58次)陳行水庫(kù)咸潮影響時(shí)期在崇頭監(jiān)測(cè)點(diǎn)的不同咸潮持續(xù)影響時(shí)間的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，且為與下文水源地取水口咸潮入侵安全時(shí)間(最長(zhǎng)不可取水天數(shù))預(yù)警指標(biāo)相對(duì)應(yīng)，經(jīng)綜合頻率分析后推薦設(shè)定崇頭Cl-指標(biāo)4級(jí)預(yù)警取值見(jiàn)表2。

表2 長(zhǎng)江口水源地咸潮應(yīng)對(duì)預(yù)警指標(biāo)組合一覽

考慮到陳行水庫(kù)和青草沙水庫(kù)應(yīng)對(duì)咸潮災(zāi)害、保障安全供水的實(shí)際能力與實(shí)踐，經(jīng)綜合比較分析，筆者提出兩大水庫(kù)各自預(yù)警咸潮入侵影響時(shí)間：陳行水庫(kù)大于或等于6 d或青草沙水庫(kù)大于或等于12 d，作為Ⅳ級(jí)預(yù)警以上條件；另外其他預(yù)警等級(jí)為，陳行水庫(kù)取8 d、10 d和12 d，或者青草沙水庫(kù)取16 d、30 d和68 d，即分別對(duì)應(yīng)于Ⅲ級(jí)、Ⅱ級(jí)和Ⅰ級(jí)預(yù)警條件。長(zhǎng)江口咸潮影響因素眾多，經(jīng)檢驗(yàn)，單一預(yù)警指標(biāo)很難判定咸潮災(zāi)害發(fā)生是否符合實(shí)際情況。結(jié)合上海市水務(wù)局及長(zhǎng)江口水源地供水運(yùn)行和管理部門(mén)多年來(lái)的實(shí)際運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)綜合比較分析前述三大指標(biāo)在研判長(zhǎng)江口咸潮入侵影響的權(quán)重關(guān)系，設(shè)定長(zhǎng)江口咸潮應(yīng)對(duì)預(yù)警條件為上述指標(biāo)三者之二各自符合對(duì)應(yīng)單一條件預(yù)警等級(jí)時(shí)，即可發(fā)布對(duì)應(yīng)等級(jí)的長(zhǎng)江口咸潮災(zāi)害預(yù)警[12]。經(jīng)比較方案1和方案2兩種指標(biāo)咸潮災(zāi)害發(fā)生組合頻率分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)結(jié)論接近。經(jīng)流域防總協(xié)調(diào)指導(dǎo)，也為了今后長(zhǎng)江口咸潮應(yīng)對(duì)工作簡(jiǎn)便，推薦方案2的枯季月平均大通流量指標(biāo)為近期預(yù)案預(yù)警指標(biāo)，遠(yuǎn)期結(jié)合預(yù)案實(shí)施情況可調(diào)整為方案1的分月大通流量預(yù)警指標(biāo)方案。

4.5 應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)體系

Ⅳ級(jí)應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)以蘇滬兩地內(nèi)部響應(yīng)應(yīng)對(duì)，保障青草沙水庫(kù)和陳行水庫(kù)原水系統(tǒng)不減量供應(yīng)。Ⅲ級(jí)應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)仍以蘇滬兩地內(nèi)部響應(yīng)應(yīng)對(duì)，還包括節(jié)水措施，陳行水庫(kù)原水系統(tǒng)部分減量供應(yīng)等。Ⅱ級(jí)應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)主要措施為長(zhǎng)江防總開(kāi)展沿江引調(diào)水工程的流量控制，做好主要水庫(kù)的水量應(yīng)急調(diào)度；太湖流域管理局視水源切換、黃浦江上游水源地水質(zhì)及太湖水位、水質(zhì)等情況，加大太浦河泵閘下泄流量；蘇滬兩地進(jìn)一步加大長(zhǎng)江口水域水庫(kù)鏈(青草沙水庫(kù)、陳行水庫(kù)、寶鋼水庫(kù)和瀏河水庫(kù))的聯(lián)動(dòng)及加強(qiáng)節(jié)水措施等工作，陳行水庫(kù)原水系統(tǒng)部分減量供應(yīng)。Ⅰ級(jí)應(yīng)急響應(yīng)行動(dòng)主要措施為長(zhǎng)江防總在控制沿江引調(diào)水工程流量的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步做好三峽水庫(kù)等主要水庫(kù)的水量應(yīng)急調(diào)度；太湖流域管理局繼續(xù)加大太浦河泵閘下泄流量，進(jìn)一步增加黃浦江上游水源地供水量；上海市實(shí)施青草沙水庫(kù)原水與黃浦江上游原水部分應(yīng)急切換，陳行水庫(kù)原水系統(tǒng)進(jìn)一步減量供應(yīng)，繼續(xù)強(qiáng)化節(jié)水措施及啟用部分戰(zhàn)備或應(yīng)急深井等。

4.6 保障體系

完善的保障體系將有助于順利、高效地實(shí)施咸潮應(yīng)對(duì)預(yù)案。長(zhǎng)江口咸潮應(yīng)對(duì)預(yù)案保障體系包括完善與加強(qiáng)技術(shù)保障、監(jiān)督檢查、資金保障、宣傳培訓(xùn)保障、人才或人力資源保障、制度保障等。

5 結(jié) 語(yǔ)

基于對(duì)長(zhǎng)江口咸潮入侵及其發(fā)展態(tài)勢(shì)、水源地咸潮入侵影響因素及其災(zāi)害應(yīng)對(duì)措施等的深入分析，研究并構(gòu)建了長(zhǎng)江口水源地咸潮應(yīng)對(duì)預(yù)案的框架體系及相關(guān)要素或指標(biāo)，進(jìn)而對(duì)預(yù)案組織與職責(zé)、監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、預(yù)警、應(yīng)急響應(yīng)、保障等體系進(jìn)行了細(xì)化設(shè)計(jì)。但受當(dāng)前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的技術(shù)手段、水平以及實(shí)測(cè)與檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的限制，對(duì)長(zhǎng)江流域水情與長(zhǎng)江口咸情的中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)的精度和可靠性還存在不少難點(diǎn)或瓶頸問(wèn)題，有待不斷深入探索與實(shí)踐校驗(yàn)。雖然長(zhǎng)江入海口徐六涇站入海水量與長(zhǎng)江口咸潮相關(guān)性最為密切，但鑒于當(dāng)前河口流量分析技術(shù)與條件限制尚不能及時(shí)掌握與獲取，有待未來(lái)潮流量分析手段更加先進(jìn)與可靠后予以應(yīng)用到咸潮災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)中。長(zhǎng)江口河勢(shì)及咸潮入侵態(tài)勢(shì)復(fù)雜易變，尤其海平面上升對(duì)河口形態(tài)及潮汐潮型會(huì)形成持續(xù)影響，因此長(zhǎng)江口咸潮入侵規(guī)律與機(jī)理研究仍需不斷跟進(jìn)。