南通長江口北支咸潮上溯對水環(huán)境的影響

徐愛蘭，耿建生，張琪

(江蘇省南通環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 南通 226006)

近年來，人類對河口地區(qū)的改造、全球氣候變化引起的河流徑流改變, 均對河口地區(qū)的咸潮造成了一定的影響, 不少河口地區(qū)的咸潮呈頻率增大、加重的趨勢[1]。長江口是我國最大的入海河口，以崇明島為界，分為南、北兩個支流入海，年均徑流量約9 000億m3，總體水質良好。但每年枯水期，特別是在“初一、十五漲大潮”時，受潮汐和長江徑流減少等因素影響，海水會自河口沿河道向上游上溯，致使海水倒灌入河，形成長江咸潮，對沿江地區(qū)的水資源利用和生態(tài)環(huán)境帶來一定影響。長江口咸潮入侵距離因各汊道斷面形態(tài)、徑流分流量和潮汐特性不同而存在較大差異。北支近百年來徑流量逐年減小，潮流作用相應增強，咸潮入侵加劇[2]。

南通市濱江臨海，河網(wǎng)密布，全市水域面積778 km2，河道總長達2.4萬km，屬典型的閘控水系，主要河道基本均為兩端閘控，一端與長江相連，利用潮汐或動力引提自長江取水，另一端為入?？刂崎l，最終匯入南黃海，既可以保持水位，滿足沿線工農(nóng)業(yè)用水需要，也可有效預防咸潮影響。

轄區(qū)內(nèi)啟東和海門兩市屬于最鄰近長江口的地區(qū)，易受長江咸潮影響，啟東市境內(nèi)長江支流基本不引水，境內(nèi)淡水水源均來自北部的通呂運河。長江咸潮對當?shù)氐臐撛陲L險主要體現(xiàn)在飲用水源的安全保障、農(nóng)作物灌溉用水安全等。啟東、海門兩市擁有長江北支約70 km江岸線，離入海口約60 km處設有海門水廠取水口，啟東市頭興港河中部有啟東市應急備用水源地。咸潮上溯過程中，河水鹽度升高、咸界上移，其可能通過滲透作用入侵河岸兩側的地下水，對地下水水質造成影響[3]。現(xiàn)采集不同程度受咸潮影響的河道兩側地下水井水樣，檢測其理化指標，分析咸潮上溯是否對長江下游河道兩側陸地地下水水質造成影響。

1 研究方法

1.1 水源地及其他地表水樣品采集與分析

于2018年1月—2019年12月開展對水源地及長江北支斷面及其支流斷面例行監(jiān)測，分析項目為《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838—2002)表1中規(guī)定的基本項目24項，加測電導率、流向、流量，監(jiān)測頻次為1月1次。主要監(jiān)測斷面為海門水廠飲用水源地取水口、離入?？谧罱拈L江北支啟東港斷面和南北支分叉點上游的團結閘斷面、北支入江支流頭興港河頭興港橋斷面，見圖1。

圖1 長江口北支部分斷面測點

1.2 地下水樣品采集與分析

采樣點的選擇根據(jù)地下水分布和使用的有關背景資料，收集咸潮可上溯到海門、啟東兩市的地下水井監(jiān)測資料。在啟東海門實現(xiàn)區(qū)域供水前，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均抽取第三承壓層地下水作為飲用水源水。25個鄉(xiāng)鎮(zhèn)地下水井分別為：東元深井、呂四水廠深井、永陽村70號、久隆水井管理站、惠豐水井管理站、北新鎮(zhèn)自來水中心管理站、新港水井管理站、民主鎮(zhèn)水井管理站、南陽自來水廠、少直鎮(zhèn)水井管理站、啟東墾牧水廠、近海水井管理站、向陽水井管理站、新安水井管理站、惠萍水井管理站、大興水井管理站、和合水井管理站、寅陽水井管理站、東海水井管理站、通興水井管理站、志良水井管理站、王鮑水井管理站、天汾水井管理站、茅家港水井管理站和秦潭水井管理站。

采樣時間為2009年5—6月(其中呂四深井站、東元水井管理站、永陽水井管理站為例行地下監(jiān)測點位，每年監(jiān)測2次)。水樣檢測指標是礦化度和氯化物含量；礦化度采用重量法測定，氯化物含量采用硝酸銀滴定法測定。

2 咸潮對生態(tài)環(huán)境的影響

2.1 咸潮對供水的影響

文獻[4-5]表明，20世紀70年代以來，長江口咸潮入侵對上海市自來水源水水質帶來不良影響，從而殃及水廠產(chǎn)水質量而不利于生產(chǎn)和市民健康。南通市海洋環(huán)境監(jiān)測預報中心曾對咸潮的影響做過監(jiān)測，咸潮入侵影響一般從海岸線向內(nèi)推進20 km，但在長江口北支沿線往往要往上游追溯到50 km之外的海門青龍港甚至更遠。2008年10月、2014年12月2次咸潮影響較為嚴重，啟東、海門2地受其影響，長江水中ρ(氯化物)最高>3 000 mg/L，持續(xù)時間達15 d，創(chuàng)歷史最高。2015和2016年枯水期也監(jiān)測到2次咸潮，時間基本都在11月份—次年4月份，農(nóng)歷大汛期間每月三十到初七，十五到廿二之間，每次歷時6 d左右。

啟東市頭興港應急水源地和海門水廠2018年以來氯化物逐月監(jiān)測結果見圖2。

圖2 啟東頭興港應急水源地和海門水廠水源逐月氯化物監(jiān)測結果

由圖2可見，啟東頭興港應急水源地出現(xiàn)了9次超標，海門水廠尚未出現(xiàn)氯化物濃度超標現(xiàn)象。為解決長江咸潮帶來的供水短缺問題，避免出現(xiàn)生產(chǎn)和生活用水緊張，南通市委、市政府及早謀劃， 2010年基本完成區(qū)域供水工程，啟東市居民用水來自于為南通市區(qū)域供水工程-洪港水廠，原啟東頭興港飲用水源地變更為應急備用水源地；并將南通洪港水廠的供水管道與海門的供水總管相銜接，實施雙重供水保障，海門市的城鄉(xiāng)居民既可使用海門長江水廠供水，必要時也可使用洪港水廠供水。同時海門水廠為避免咸潮影響，將長江引水至蓄水匡河供海門水廠取用，蓄水匡河有效庫容100萬m3。實施長江飲用水源地匡河調(diào)蓄池保護方案，蓄水匡河南側為長江堤岸，已實行全封閉管理和監(jiān)控。既是海門長江水廠在用水源，也具備應急備用水源功能，一次進水，可以確保海門城區(qū)10 d安全供水，有效避免了咸潮對海門供水的影響。長期監(jiān)測結果表明海門飲用水源地水質穩(wěn)定為Ⅱ～Ⅲ類，水質達標率為100%。從2018年海門水廠溶解氧和高錳酸鹽指數(shù)的變化情況看，全年溶解氧的變化幅度不大，枯水期高錳酸鹽指數(shù)略偏低，咸潮對水體中有機物濃度的稀釋作用并不顯著。

2.2 咸潮對于地表水質的影響

據(jù)2018年和2019年全年逐月監(jiān)測結果可知，長江北支距離入海口最近的啟東港和南北支分叉點上游的團結閘2斷面水質穩(wěn)定為Ⅱ～Ⅲ類。基于現(xiàn)有的評價體系，即評價《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838—2002)表1中24項除水溫、總氮和糞大腸菌群之外的21項，咸潮入侵對2斷面水質評價結果無明顯影響。劉明清等[6]研究認為鹽度的存在導致水體中氨氮的降解出現(xiàn)一定程度的延遲，在長江口北支尚無明顯體現(xiàn)。2018年啟東港和團結閘斷面電導率變化趨勢見圖3。由圖3可見，2018年入?？诘膯|港斷面電導率明顯較高，且波動幅度較大，最高值達1 660 ms/m，水體中鹽分含量較高；而團結閘斷面全年電導率指標為30～50 ms/m小幅變化，這與水文部門監(jiān)測的咸潮上溯范圍尚未達到距離入海口80 km以外的團結閘的結果基本一致。長江咸潮對長江水電導率監(jiān)測指標的影響顯著，但對基于目前評價體系的水質類別無明顯影響。需要關注的是，由于電導率異常升高，ρ(氯化物)急劇增加，嚴重干擾了水體中化學需氧量的測定。

圖3 2018年啟東港和團結閘斷面電導率變化趨勢

北支沿線支流ρ(氯化物)偏高現(xiàn)象普遍。以頭興港河為例，從2003年以來的監(jiān)測歷史資料來看，存在水中氯化物超標的年份占50%，主要受年降水量及上游輸水量變化等因素影響，水中ρ(氯化物)波動較大，2003年以來歷史最小值31.7 mg/L，最大值達1 143 mg/L。2003—2018年平均值為234 mg/L，ρ(氯化物)較高月份主要集中在每年的11月—次年6月，也即在本地區(qū)所處流域地表水枯水期和平水期時水中氯化物偏高，沿海感潮河網(wǎng)地區(qū)地表水水質含鹽量偏高的自然特征明顯。根據(jù)《農(nóng)田灌溉水質標準》(GB 5084—2005)，農(nóng)田灌溉水的ρ(氯化物)≤350 mg/L，該區(qū)域咸潮上溯嚴重時支流水質已不能滿足農(nóng)田灌溉需求。

咸潮不利于污染物質的排除, 在潮水的推動作用下, 污染物在河道來回震蕩，可能產(chǎn)生嚴重的二次污染，甚至產(chǎn)生多次重復污染[7]。為防范咸潮對本地水環(huán)境的影響，南通市長江沿線各主要內(nèi)河均閘控，漲潮特別是咸潮期間普遍關閉閘門，同時沿海各河道閘口都只向外排不引進。但也正由于這些閘控影響，內(nèi)河水流動性差，生態(tài)流量不足，水體自凈能力下降，一定程度上影響地表水水質。2018年6月和2019年1月，南通市分別建成九圩港河提水泵站和焦港河提水泵站，引水流量分別為150和60 m3/s，大大提升了河道生態(tài)流量和水動力，近期地表水斷面水質得到明顯改善。

2.3 咸潮對地下水的影響

地下水礦化度和氯化物監(jiān)測結果見表1，其代表河口上游不同咸水入侵地帶的 25個采樣點分析結果。由表1可見，序號18，19，25采樣點與出?？诘木嚯x及與受咸河道的距離與地下水 Cl-分布有一定的對應關系，表明各采樣點水井中水體咸度不同程度受到咸潮上溯的影響。

表1 地下水礦化度和氯化物監(jiān)測結果 mg/L

①距離長江出?？谳^近；②靠近啟東北部沿海。

目前大多數(shù)監(jiān)測井已停止使用，啟東市尚在開展例行監(jiān)測的地下水點位有呂四深井站、東元水井管理站、永陽水井管理站。根據(jù)原南通市環(huán)境監(jiān)測中心站例行監(jiān)測數(shù)據(jù)，自2017—2019年，呂四深井站氯化物和礦化度分別為94和360 mg/L，東元水井管理站分別為9和262 mg/L，永陽水井管理站分別為107和363 mg/L，3個測點從近2年2個指標監(jiān)測結果看暫為無入侵水。永陽水井管理站ρ(氯化物)下降轉為無入侵水，其余各測點指標變化幅度<15%，說明該地區(qū)地下水受海水入侵程度與2009年相比沒有明顯增加。

根據(jù)2007年國家海洋局組織的海水入侵監(jiān)測工作采用的地下水分級方法，見表2[8]，將采集的地下水樣品水質進行分級。

表2 海水入侵化學觀測指標與入侵程度等級劃分

由表1可見，各采樣點井水礦化度均值為124～963 mg/L，其中：寅陽鎮(zhèn)水井采樣點最高，秦潭水井次之；氯化物為 25.5～605 mg/L，其值高低分布特點和礦化度分布基本一致。對照表2，24%采樣點的地下水水質ρ(氯化物)已達Ⅱ級，屬輕度入侵水，采樣區(qū)域已屬于海水輕度入侵范圍；其余采樣點的地下水水質屬于 I 級，尚屬于淡水，采樣區(qū)域仍可歸于無海水入侵范圍。礦化度監(jiān)測結果尚屬于淡水范圍。

3 結論

(1)長江口北支咸潮上溯對北支水環(huán)境影響主要在于入侵時水體中電導率和氯化物值急劇升高，一定程度上影響了北支啟東和海門水源地的供水功能，部分水源地取消定位通過區(qū)域供水解決供水問題，部分水源地取水口采取引入水庫蓄水保護的方案。

(2)現(xiàn)有水質評價體系不能反映出水體受咸潮的影響程度，咸潮對現(xiàn)有水質評價體系下的水質類別影響尚不明顯。從監(jiān)測方法角度，由于咸潮上溯影響，水體中電導率異常升高，氯化物值急劇增加，嚴重干擾了水體中化學需氧量的測定。

(3)由于受堤圍和水閘控制，咸潮期間入江閘門普遍關閉，造成內(nèi)河水流動性差，生態(tài)流量不足，水體自凈能力較差，導致間接的水環(huán)境影響，主要集中在入海主河道。

(4)部分區(qū)域咸潮上溯嚴重時氯化物值升高，水質已不能滿足農(nóng)田灌溉需求。

(5)北支沿線啟東市24%的地下水采樣點氯化物濃度已屬輕度入侵水，采樣區(qū)域已屬于海水輕度入侵范疇。