錢塘江河口倉前段鹽度變化特征及取水保證率分析

王 萱，周炳炳，卜一峰，夏冬梅，李若華

（1.杭州東部資產(chǎn)管理有限公司，浙江 杭州 310018；2.杭州市錢塘區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，浙江 杭州 311228；3.浙江省水利河口研究院(浙江省海洋規(guī)劃設(shè)計研究院)，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

杭州錢塘新區(qū)是浙江省政府2019年設(shè)立的4大新區(qū)之一，由原杭州大江東產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)（下文簡稱大江東片區(qū)）和原杭州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)合并而成。其中大江東片區(qū)位于錢塘江南岸，下轄義蓬、河莊、新灣、臨江、前進(jìn)等5個街道，陸域面積348 km2。因大江東片區(qū)位于蕭山平原末端，河網(wǎng)水質(zhì)欠佳，目前絕大部分水體處于Ⅳ~Ⅴ類，無法滿足工農(nóng)業(yè)及環(huán)境用水水質(zhì)的要求，河網(wǎng)水體可利用率較低，因此擬通過倉前水文站旁一工段閘取錢塘江水進(jìn)行補(bǔ)水（一工段閘位置見圖1），以改善河網(wǎng)水環(huán)境。

錢塘江河口是世界上典型的強(qiáng)潮河口，潮強(qiáng)流急、鹽水入侵強(qiáng)烈，咸水最遠(yuǎn)可上溯至離杭州灣口207.0 km的聞家堰以上（見圖1）[1]。咸水可改變土壤性質(zhì)，影響生物生長[2]，根據(jù)GB 5084—2005《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，若水體氯離子濃度高于0.35 g/L不得用于農(nóng)田灌溉，一工段閘河段位于錢塘江強(qiáng)涌潮河段，易受鹽水入侵是該河段水資源利用最大的制約因素。因此，為支撐一工段閘取水工程的可行性研究，以氯度為指標(biāo)分析錢塘江一工段閘河段的水資源可利用率非常必要。

圖1 錢塘江河口平面形勢及一工段閘位置圖

2 錢塘江河口概況及分析方法

2.1 錢塘江河口概況

錢塘江是浙江省第一大河，流域面積約5.5萬km2，富春江電站以下河段受外海潮汐影響，稱為錢塘江河口。聞家堰—澉浦為錢塘江河口段，長116 km，水動力受徑流和潮汐共同影響，豐水期主要受徑流控制，枯水期主要受潮汐控制，澉浦以下為杭州灣，水動力主要受外海潮汐控制[3]。錢塘江河口徑流由富春江電站控制，多年平均流量為950 m3/s，每年3—7月為豐水期，徑流量占全年的70%，其他月份為枯水期。新安江水庫建成（1960年）運(yùn)行后，洪蓄枯泄，枯水期徑流略有增加。錢塘江河口潮強(qiáng)流急，澉浦站實測最大潮差達(dá)9.00 m以上，潮汐受M2分潮控制，每日兩漲兩落。澉浦上游河段潮波嚴(yán)重變形，一工段閘附近的倉前水文站平均漲潮歷時為1.8 h，平均落潮歷時為10.6 h，平均潮差1.52 m，但最大潮差達(dá)5.27 m。由于年內(nèi)徑流變化，錢塘江河口鹽度也呈現(xiàn)典型的季節(jié)變化，豐水期徑流大則鹽度低，枯水期徑流小則鹽度高，另外受大小潮汛的影響，鹽度還呈現(xiàn)典型的半月變化[4]。

2.2 研究資料

錢塘江一工段閘旁邊為倉前水文站，每天逐潮觀測高、低潮位，并采用滴定法記錄日最大、最小氯度（鹽度=1.805×氯度+0.03 g/L）。1997年錢塘江尖山河段進(jìn)行了治江圍涂，對錢塘江的河勢及鹽水入侵影響較大且具有不可逆轉(zhuǎn)性，故本文選用尖山圍涂完工后2000—2016年的倉前站實測氯度資料進(jìn)行分析。

徑流、潮汐和江道地形是影響錢塘江河口鹽水入侵的主要因素[5]，錢塘江河口的徑流可由富春江電站逐日下泄流量代表。因江道地形變化較大，錢塘江每年4、7、11月份進(jìn)行3次地形測驗，分別代表梅汛前、梅汛后、秋季大潮后的河床地形情況，為反映河床沖淤情況，常采用閘口—鹽官河段吳淞高程7.00 m以下的河床容積代表河床變化。

2.3 氯度標(biāo)準(zhǔn)及分析方法

大江東片區(qū)從錢塘江引水的目的是改善河網(wǎng)水質(zhì)，主要用于農(nóng)業(yè)灌溉和水體景觀，由于景觀用水對水體氯度標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定，故參照GB 5084—2005《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，按氯離子濃度≤0.35 g/L控制。本文主要根據(jù)氯度控制標(biāo)準(zhǔn)及倉前站2000—2016年逐日氯度資料，分析錢塘江倉前河段可引水情況。

因倉前站日內(nèi)鹽度波動較大，根據(jù)日氯度最大值、最小值資料，可將取水天數(shù)細(xì)分為全天可取水和半天可取水，即日最大氯度小于0.35 g/L表示可全天取水，日最大氯度大于0.35 g/L但日最小氯度小于0.35 g/L表示可半天取水，日最小氯度大于0.35 g/L則表示全天不可取水，可取水天數(shù)=全天可取水天數(shù)+半天可取水天數(shù)。

3 倉前河段氯度時間變化特征

3.1 年際變化特征

統(tǒng)計倉前站年平均氯度、徑流量、潮差及閘口—鹽官河段年平均河床容積，倉前站氯度年際變化及與徑流量、潮差、河床容積的關(guān)系見圖2~4。由圖2~4可見，倉前站氯度年際變化很大，最大為0.85 g/L，而最小僅0.16 g/L，同時徑流量、潮差及河床容積年際變化也很大。因徑流與咸潮方向相反，對鹽水入侵有強(qiáng)烈壓制作用?？傮w來說，豐水年份氯度較低，如2010—2016年，枯水年份氯度較高，如2003—2006年。另外，徑流量大時河床沖刷嚴(yán)重，導(dǎo)致潮差增大，可增強(qiáng)咸潮上溯能力，而徑流量小時，河床淤積，潮差減小，咸潮上溯能力減弱，由此可見，徑流對鹽水入侵有雙重作用[6]。并且倉前站氯度與徑流的相關(guān)性最強(qiáng)，即從年際變化角度來說，徑流是倉前站氯度最大的影響因素。

圖2 倉前站年均氯度與年均徑流量圖

圖3 倉前站年均氯度與年均潮差圖

圖4 倉前站年均氯度與年均河床容積圖

3.2 季節(jié)變化

根據(jù)統(tǒng)計資料，倉前站多年月平均、日最大氯度與徑流、潮差、河床容積的關(guān)系見圖5~7。由圖5~7可見，因徑流和潮汐的季節(jié)性變化，倉前站氯度年內(nèi)波動巨大，月平均日最大氯度最大達(dá)1.01 g/L，而最小僅0.14 g/L。3—7月為豐水期，徑流較大，且潮汐相對較弱，氯度較低；8—11月徑流大幅減小，平均不足豐水期的1/2，且河床經(jīng)過豐水期的強(qiáng)烈沖刷，7月份河床容積較4月份大幅增加，同時潮差明顯增大，導(dǎo)致氯度較高；12月—次年2月徑流量小，但河床經(jīng)過秋季4個月的回淤，容積大幅減小，潮流上溯能力減弱，潮差明顯減小，氯度較低。

圖5 倉前站多年月均日最大氯度與月均徑流量圖

圖6 倉前站多年月均日最大氯度與月均潮差圖

圖7 倉前站多年月均日最大氯度與河床容積圖

3.3 月內(nèi)及日內(nèi)變化

根據(jù)2016年8月份統(tǒng)計資料，日最大氯度與日最大潮差關(guān)系見圖8。由圖8可見，氯度月內(nèi)變幅較大，最大氯度達(dá)1.08 g/L，而最小僅0.04 g/L，其變化特征與潮汐變化一致，月內(nèi)呈現(xiàn)兩高兩低的變化特征，大潮汛期氯度高，小潮汛期低。

圖8 倉前站日最大氯度與日最大潮差月內(nèi)變化圖

倉前站氯度與潮位日內(nèi)變化特征見圖9。由圖9可見，隨著潮位的升高，氯度逐漸增大，高平之后潮位逐漸降低，氯度隨后也逐漸降低，在漲潮前的低平階段氯度達(dá)到最大，并且氯度的變化滯后于潮位1.0~2.0 h。

圖9 倉前站氯度與潮位日內(nèi)變化圖

3.4 氯度隨涌潮的變化

圖10為2007年10月倉前站大潮汛涌潮期間氯度隨潮位變化過程線圖。由圖10可見，在涌潮到達(dá)前，氯度較低；涌潮過后，氯度快速升高，氯度在涌潮過后約2.0 h達(dá)到最大值，之后緩慢降低。

圖10 倉前站氯度隨涌潮變化圖

4 水資源可利用率分析

4.1 年可取水天數(shù)分析

以氯度0.35 g/L為控制指標(biāo)，統(tǒng)計倉前站2000—2016年逐年可取水天數(shù)（見圖11）。統(tǒng)計結(jié)果表明，多年平均可取水天數(shù)為296 d，占全年81%，其中全天可取水天數(shù)268 d，占全年73%，遠(yuǎn)大于半天可取水天數(shù)。2003年可取水天數(shù)最少，僅227 d，占全年62%，因2003年為徑流由豐轉(zhuǎn)枯的第1年，氯度相對較高；2008年可取水天數(shù)最多，達(dá)339 d ，占全年93%，因該年在連續(xù)枯水年份中徑流有所增加，使得該年氯度相對較低。

圖11 2000—2016年逐年可取水天數(shù)圖

對應(yīng)不同保證率，年可取水天數(shù)統(tǒng)計結(jié)果見表1。由表1可見，保證率為50%時，可取水天數(shù)為297 d，占全年的81%，其中全天可取水天數(shù)為272 d，半天可取水天數(shù)為25 d。保證率為80%時，可取水天數(shù)為237 d，占全年的65%，其中全天可取水天數(shù)為225 d，半天可取水天數(shù)為12 d 。

表1 不同保證率下年可取水天數(shù)統(tǒng)計表 d

4.2 月可取水天數(shù)分析

根據(jù)統(tǒng)計，多年月平均可取水天數(shù)見表2。由表2可見，年內(nèi)上半年可取水天數(shù)明顯大于下半年可取水天數(shù)，而下半年尤以9—11月可取水條件最差，可取水天數(shù)分別為19，17，20 d。

表2 多年月平均可取水天數(shù)統(tǒng)計表 d

4.3 典型年可取水天數(shù)分析

為進(jìn)一步指導(dǎo)取水調(diào)度，選用2016年、2005年、2000年分別代表豐、平、枯水年，分析典型年份的可取水天數(shù)及年內(nèi)分布。典型年各月全天可取水天數(shù)統(tǒng)計見表3和圖12。由表3及圖12可見，豐水年僅在8、9、12月可取水條件較差，全天可取水天數(shù)達(dá)302 d；平水年在7—11月可取水條件較差，全天可取水天數(shù)為272 d；枯水年一半以上的月份可取水條件較差，僅3、4、6、11、12月等5個月取水條件較好，全天可取水天數(shù)為204 d。

表3 典型年各月全天可取水天數(shù)統(tǒng)計表 d

圖12 典型年各月全天可取水天數(shù)圖

5 結(jié) 論

（1）倉前河段年際、年內(nèi)氯度差異較大，其變化主要由徑流的變化所致。因潮汐大小變化，月內(nèi)、日內(nèi)的鹽度變化也很大。年內(nèi)以下半年鹽水入侵強(qiáng)烈，月內(nèi)以大潮汛期鹽水入侵最強(qiáng)，日內(nèi)在漲潮高平后氯度最高，落潮低平后氯度最低。

（2）2000—2016年的統(tǒng)計結(jié)果表明，年均氯度最大為0.85 g/L，而最小僅0.16 g/L；月均日最大氯度最大為1.01 g/L，而最小僅0.14 g/L。

（3）以GB 5084—2005《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的氯度≤0.35 g/L為控制依據(jù)，保證率為50%的年份可取水天數(shù)達(dá)297 d（其中全天可取水272 d，半天可取水25 d），占全年的81%；保證率為80%的年份可取水天數(shù)為237 d（其中全天可取水225 d，半天可取水12 d），占全年的65%。其中，3—6月取水條件最好，1、2、7、12月次之，8—11月較差，10月最差。