2018年長江口枯季鹽度監(jiān)測與分析

施思 駱政 徐昕

摘要：為服務(wù)長江口周邊地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展，有效應(yīng)對鹽水入侵，依據(jù)2018年枯季在長江口進行的定點鹽度、潮位監(jiān)測資料，對長江口南北支河段鹽度在時空變化上進行了分析。研究結(jié)果表明：①鹽度日變化過程顯示，大潮期間，各測點鹽度變化受潮位變化影響較為明顯;小潮期間，只有靈甸港（二）、連興港2個測點鹽度受潮位變化影響較大。②鹽度月變化過程顯示，各測點半月鹽度變化與大小潮有較為復(fù)雜的關(guān)系，不同測點的鹽度月變化情況差異較大。③北支水體鹽度要遠高于南支水體鹽度;北支的鹽度分布在縱向上由口門向上游呈遞減趨勢;大潮期間，南支4個測點鹽度出現(xiàn)高-低-高的分布;小潮期間，南支水流受到徑流主導，鹽度較低。

關(guān)鍵詞：鹽度監(jiān)測;鹽水入侵;天文大潮;長江口

中圖法分類號：P731.12文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.10.014

文章編號：1006 - 0081（2021）10 - 0075 - 06

0 引 言

河口是內(nèi)河與海洋連接的過渡地帶，該水域處于咸淡水混合區(qū)域，水體鹽度受徑潮流影響會發(fā)生變化，有學者認為鹽水入侵是河口最為明顯的特征[1]。在河口地區(qū)，當內(nèi)河含鹽量超過一定標準，水體變咸即形成咸潮。咸潮入侵會對飲用水源地、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來不利影響，進入20世紀，在氣候變化大背景下，海平面上升使得沿海地區(qū)潮水沿河上溯加強[2]，高海平面期間同時疊加天文大潮、風暴潮增水等，進一步加劇咸潮入侵程度[3]。

目前圍繞河口鹽水入侵展開的研究方法主要包括現(xiàn)場觀測、數(shù)值模擬、統(tǒng)計分析等[4]。喬紅杰等[5]基于長江口北支實測潮位和鹽度資料，分析了北支鹽度分布特征和鹽水倒灌影響區(qū)域及其強度變化趨勢。高敏等[6]通過在長江口北槽河道現(xiàn)場定點觀測數(shù)據(jù)，對鹽水入侵影響水流結(jié)構(gòu)及泥沙運動過程進行了分析，同時對北槽河道鹽淡水混合與懸沙輸運進行了研究。肖莞生等[7]應(yīng)用物質(zhì)輸運機理對珠江三角洲河口區(qū)鹽度凈輸運進行分析，對比了各動力因子對鹽度凈輸運貢獻的大小。許丹等[8]基于平面二維水動力鹽度模型， 對錢塘江河口的水動力及鹽水入侵過程進行了數(shù)值模擬研究。裘誠等[9]通過數(shù)值模擬結(jié)果和觀測資料，分析了長江河口鹽度分布的時空變化規(guī)律，提出長江河口鹽度監(jiān)測站點布局的思路。李文善等[10]基于海洋站潮位觀測數(shù)據(jù)、海平面變化影響調(diào)查信息以及長江口水文站徑流量數(shù)據(jù)等，分析了長江口咸潮入侵的變化特征及其影響因素。Cai等[11]基于數(shù)值模型開展了長江口咸潮入侵研究。朱建榮和鮑道陽[12-14]從不同角度系統(tǒng)分析了近60 a來長江河口河勢變化及其對水動力和鹽水入侵的影響。除此以外，對不同河口地區(qū)鹽度入侵過程及其影響也有學者進行了較為細致的研究分析[15-17]。

長江口河段是鹽淡水交混最為劇烈的水域，同時由于河口地區(qū)汊道眾多，各汊道河槽形態(tài)、過水能力與分流量差異較大，導致鹽度入侵方式非常復(fù)雜，長江口河段鹽度變化在時空上也各具特點。同時，由于近年來長江口地區(qū)開展了一系列重大工程，導致了長江口河勢發(fā)生了重大的變化。為服務(wù)長江口周邊地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展，需要解決的關(guān)鍵問題之一就是有效應(yīng)對鹽水入侵。其中，掌握鹽度相關(guān)資料，并探究鹽水入侵的規(guī)律是解決這一問題的重要手段。因此，考慮到長江口地區(qū)鹽水入侵復(fù)雜的時空變化情況以及長江口重大工程的影響，在長江口地區(qū)開展長期鹽度監(jiān)測與分析工作具有重要意義。

本文通過2018年11月15日至12月15日在長江口進行的多站點定點鹽度、潮位監(jiān)測， 收集了監(jiān)測資料，分析了長江口地區(qū)鹽度時空變化趨勢。

1 研究區(qū)域

長江口是一個多級分汊的三角洲河口，自徐六涇以下，河槽呈現(xiàn)三級分汊、四口入海、攔門沙淺灘發(fā)育的地貌格局[4]，見圖1。長江口水域受徑流、潮汐的共同作用，徑流有明顯的洪、枯季變化，汛期流量較大，非汛期較小。長江口屬于中等強度潮汐河口，為不正規(guī)半日潮[10]。在長江口水域，咸潮入侵情況較為復(fù)雜，水體鹽度的時間變化除了潮周期變化外，還體現(xiàn)在大、小潮變化和洪、枯季變化。一般而言，高潮前后鹽度高，低潮前后鹽度低;大潮期鹽度高， 小潮期鹽度低;枯季鹽度高，洪季鹽度低。在空間上，長江口鹽水入侵路徑為南支咸潮直接入侵、北支咸潮倒灌間接入侵和鹽水橫向交換，長江口外海高鹽度海水經(jīng)由河口向上入侵，由于受到各汊道的河床形態(tài)、徑流、潮流、風浪和口外海流等因子的作用，長江口鹽度存在著復(fù)雜的時空變化。

2 監(jiān)測方法及資料來源

2.1 監(jiān)測時段

長江口咸潮入侵季節(jié)變化特征明顯，一般從每年的9～10 月咸潮開始入侵，翌年4～5 月退出三角洲?？紤]到長江口易在11～12月份遭受咸潮入侵，本次監(jiān)測時段為2018年11月15日至12月15日。

2.2 站點布置

根據(jù)實際情況，本次監(jiān)測將鹽度儀安裝在潮位站內(nèi)，一共布設(shè)7個鹽度監(jiān)測站點，具體位置為白茆、楊林、六滧、崇明洲頭、靈甸港、連興港、共青圩7個長期潮位站，見圖1。監(jiān)測站點選址主要基于以下4點原因。

（1）監(jiān)測站點分布范圍較廣，遍布長江口干流、南北支和南北港，有助于監(jiān)測鹽度在長江口空間上的分布。

（2）監(jiān)測站點依托長期潮位站進行監(jiān)測，地址基本固定，有利于監(jiān)測的穩(wěn)定性和保證鹽度數(shù)據(jù)的連續(xù)性和長期性。

（3）7個監(jiān)測站點均由長江水利委員會水文局長江口水文水資源勘測局負責，管理上較為統(tǒng)一，能夠保證對儀器進行長期維護與保養(yǎng)。

（4）由于鹽度受徑流、潮汐等因素影響，潮位站可以在分析鹽度數(shù)據(jù)時提供相應(yīng)的潮位資料。因此，在上述7個長期潮位站設(shè)立鹽度監(jiān)測點具有較大優(yōu)勢，可以為長江口鹽度監(jiān)測、鹽度現(xiàn)狀分析與中長期鹽度預(yù)報提供有力支撐。

2.3 資料來源

2.3.1 潮位資料

2018年11月15日至12月15日各測點逐時潮位數(shù)據(jù)由長江口水文水資源勘測局提供[18]。期間大通水文站平均流量為20 783 m3/s。

2.3.2 鹽度資料

2018年11月15日至12月15日各測點鹽度資料通過溫鹽深測量系統(tǒng)自動監(jiān)測獲得，數(shù)據(jù)成果整理在《2020長江水利委員會水文局水文資料整理成果》中[18]，系統(tǒng)內(nèi)鹽度數(shù)據(jù)按以下步驟計算：

（1）計算現(xiàn)場水樣測得的電導率與鹽度為35%，水溫為15℃，壓強為0 kPa 時的標準海水電導率的比值R為

[R=CCs]? ? ? ? （1）

式中：C為現(xiàn)場測得的電導率，mS/cm;Cs為標準海水的電導率，mS/cm。

（2）計算標準海水溫度在T時與其在15℃時的電導率比值[rT] 為

[rT=C0+C1T+C2T2+C3T3+C4T4] （2）

式中：T為海水溫度，℃;C0 = 0.676 609 7;C1 = 2.005 64 × 10-2;C2 = 1.104 259 × 10-4;C3 = -6.969 8 ×10-7;C4 = 1.003 1 × 10-9。

（3）計算現(xiàn)場測得的電導率與同一樣品在相同溫度和p=0 條件下的電導率比值Rp為

[Rp=1+（A1+A2p+A3p2）p1+B1T+B2T2+（B3+B4T）R] （3）

式中：p為現(xiàn)場測得的壓強，kPa; A1 = 2.070×10-6;A2 = -6.370×1012;A3 = 3.989×10-18;B1 = 3.426×10-2;B2 = 4.464×10-4;B3 = 4.215×10-1;B4 = -3.107×10-3。

如果沒有進行壓強測量，并且傳感器安裝水深較淺（水深<10 m），Rp取值1。

（4）經(jīng)壓力、溫度修正后的電導率比值RT 為

[RT=RRp·rT]? ? （4）

（5）計算鹽度S為

[S=i=05aiRi2T+i=05biRi2T（T-15）/[1+K（T-15）]]

（5）

式中：a0 = 0.008 0;a1 = -0.169 2;a2 = 25.385 1;a3 = 14.094 1;a4 = -7.026 1;a5 = 2.708 1;K = 0.016 2;b0 = 0.000 5;b1 = -0.005 6;b2 = -0.006 6;b3 = -0.037 5;b4 = 0.063 6;b5 = -0.014 4。

2.3.3 監(jiān)測方法

水溫、鹽度項目的監(jiān)測采用SBE 37-SM 型溫鹽深測量系統(tǒng)進行自動化監(jiān)測。SBE 37-SM 型溫鹽深測量系統(tǒng)（CTD）安裝在測井內(nèi)，進行實時監(jiān)測，每10 min采集一次數(shù)據(jù)。采集后依據(jù)長江口水文水資源勘測局相關(guān)技術(shù)規(guī)定進行數(shù)據(jù)整編。

2.3.4? ?質(zhì)量控制

為確保測量的準確度，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。需要進行儀器比測、儀器檢查、儀器校準、數(shù)據(jù)處理等工作內(nèi)容。

（1）定期對儀器進行比測，比測的周期為每月一次。比測內(nèi)容包括溫度比測與鹽度比測兩部分，比測精度不夠時，應(yīng)及時檢查儀器，必要時更換儀器傳感器。

（2）定期檢查儀器。每月對傳感器進行一次清洗，避免殘留鹽粒和污物。

（3）按照JJG763-2002《溫鹽深測量儀》的要求送有資質(zhì)的單位進行檢定。如傳感器不能以規(guī)定的精度運行，儀器應(yīng)返回儀器公司校準。

（4）當溫度或鹽度比測符合測量準確度要求時，則采用儀器的測量數(shù)據(jù)。當溫度或鹽度比測不符合測量準確度要求時，應(yīng)分析產(chǎn)生誤差的原因，如果確認是由于儀器出廠太久（2 a以上）而產(chǎn)生的偏移，則應(yīng)對數(shù)據(jù)進行修訂，修訂值按儀器讀數(shù)值線性插補。

3 鹽度變化特征

3.1 鹽度日變化

長江口內(nèi)潮汐為非正規(guī)半日潮，長江口河段一個完整潮周期一般在26～30 h，潮位有兩高兩低的變化，考慮到鹽度變化一般相對于潮位變化有滯后性，為了能完整體現(xiàn)鹽度在一個潮周期內(nèi)的變化規(guī)律，本節(jié)大小潮潮位及鹽度數(shù)據(jù)歷時均為48 h。

從圖2～5可以看出，各測點在大潮期間鹽度變化受潮位變化影響較為明顯，其中靈甸港（二）、連興港、六滧和共青圩4個測點鹽度變化與潮位變化基本同步但有所滯后，一個完整潮周期內(nèi)呈現(xiàn)兩漲兩落的變化。靈甸港（二）測點鹽度峰值出現(xiàn)在高潮位后約2～4 h，鹽度最小值出現(xiàn)在低潮位后約1～2 h;連興港測點沒有明顯鹽度峰值，在長時間內(nèi)保持一個較高的鹽度，鹽度最小值出現(xiàn)在低潮位后1～2 h;六滧測點與共青圩測點鹽度峰值出現(xiàn)在高潮位后1～3 h，潮位較低時，兩測點鹽度值均處于0.6‰以下，沒有明顯的鹽度最小值。

在小潮期間，靈甸港（二）測點鹽度變化與潮位變化基本同步且有所滯后，鹽度峰值出現(xiàn)在高潮位后3～5 h，鹽度最小值出現(xiàn)在低潮位后2 h左右;連興港測點鹽度變化過程線鋸齒狀較為明顯，鹽度變化與潮位變化在趨勢上基本保持一致且滯后，但是鹽度峰值與最小值與高低潮位關(guān)系不明顯;其余5站由于小潮期間鹽度較小，鹽度在0.14‰～0.23‰之間浮動，變化幅度較小且與潮位變化沒有密切關(guān)系。

從表1可以看出，六滧、共青圩測點受大小潮影響較大，大潮期間兩測點鹽度值較高且鹽度變化與潮位變化較為同步;小潮期間，這兩測點鹽度較小，基本穩(wěn)定在0.17‰～0.18‰。除此以外，表1也顯示出大潮期間各站鹽度基本均大于小潮期間鹽度，這主要是由于大潮進潮量大，海水與淡水混合后，使各測點大潮鹽度相對小潮鹽度處于一個更高的水平，同時大潮潮差大，使得大潮期間鹽度極差大于小潮期間鹽度。

3.2 鹽度月變化

長江口河段在一個月中出現(xiàn)兩次大潮和兩次小潮，各測點半月鹽度變化與大小潮有較為復(fù)雜的關(guān)系，不同測點的鹽度月變化情況差異較大。

從圖6可以看出，崇明洲頭、楊林、白茆3個測點整月鹽度變化幅度較小，且鹽度含量較低，一般處于0.14‰～0.23‰之間，受大小潮影響較小。但是從圖6白茆和崇明洲頭測點鹽度過程線方框處可以看出，第二次大潮期間（12月7～12日）北支有少量鹽水倒灌進南支，體現(xiàn)在大潮期間鹽度有小幅度的上升。第一次大潮期間（11月24～28日）鹽度幾乎沒有漲幅，這主要是受上游徑流變化影響，第二次大潮期間上游來水量小于第一次大潮期間來水量。

靈甸港（二）與連興港測點鹽度月變化過程較為強烈，受大小潮影響較大，主要體現(xiàn)在，大潮期間鹽度明顯高于小潮期間鹽度，且變化幅度較為明顯。但兩測點之間鹽度變化又有所不同，靈甸港（二）測點可以明顯看到兩高兩低的鹽度變化，但是連興港測點在一個月中只有兩高一低的鹽度變化，這主要是由于連興港在靈甸港（二）測點下游，海水上溯至北支口后，向下退去需要一段時間，導致連興港測點的鹽度變化周期相比靈甸港（二）更長。

六滧、共青圩測點特征較為明顯，兩測點鹽度變化有較強的同步性，即大潮期間兩測點有明顯的鹽度增長過程，小潮期間兩測點鹽度保持在較低水平。造成這樣現(xiàn)象的原因主要是兩測點大潮期間鹽度主要來自外海，導致兩測點鹽度較大;小潮期間，由于測驗時段兩測點主要受徑流控制，且北支倒灌量極少，因此，六滧、共青圩兩各測點處鹽度較低。

3.3 鹽度沿程變化

此次鹽度監(jiān)測期間，由于北支受漲潮流影響較大，鹽水入侵較為嚴重，因此北支水體鹽度要遠高于南支水體鹽度，見圖7。從表2可以看出，連興港測點鹽度在21.64‰～35.74‰之間，靈甸港（二）測點在0.70‰～3.61‰之間，崇明洲頭測點鹽度在0.18‰左右，北支的鹽度分布在縱向上由口門向上游呈遞減趨勢。

由表2可知，大潮期間，南支4個測點鹽度出現(xiàn)高-低-高的分布，即上游白茆測點鹽度略高于其下游的楊林測點，楊林測點鹽度低于六滧、共青圩兩個測點。這種分布是由于白茆測點受到白茆沙漫灘鹽度的影響，同時大潮期間發(fā)生少量北支倒灌，提高了白茆鹽度;白茆向下由于有區(qū)間徑流的匯入，在楊林測點出現(xiàn)鹽度下降的現(xiàn)象;六滧、共青圩測點在大潮期間受外海鹽水影響，共青圩測點相比六滧測點更靠近長江口門，因此共青圩測點要高于六滧測點，兩測點大潮期間日平均鹽度分別為0.44‰和1.26‰。小潮期間，南支水流受到徑流主導，4個測點鹽度均較小，在沿程分布上沒有明顯特點。

4 結(jié) 論

本文主要依據(jù)2018年11月15日至12月15日在長江口進行的多站點定點鹽度、潮位觀測資料，分析和闡述了該時段長江口鹽度入侵的時空變化特征和影響因素。分析結(jié)果表明：

（1）從鹽度日變化過程來看，大潮期間各測點鹽度均大于小潮期間鹽度。大潮期間，各測點鹽度變化受潮位變化影響較為明顯，其中靈甸港（二）、連興港、六滧和共青圩4個測點鹽度變化與潮位變化基本同步但有所滯后，一個完整潮周期內(nèi)呈現(xiàn)兩漲兩落的變化;小潮期間，只有靈甸港（二）、連興港兩測點鹽度隨潮位變化。

（2）從鹽度月變化過程來看，長江口河段在一個月中出現(xiàn)兩次大潮和兩次小潮，各測點半月鹽度變化與大小潮有較為復(fù)雜的關(guān)系，不同測點的鹽度月變化情況差異較大。

（3）北支水體鹽度要遠高于南支水體鹽度。北支的鹽度分布在縱向上由口門向上游呈遞減趨勢。大潮期間，南支4個測點鹽度在空間上會出現(xiàn)高-低-高的特殊分布，這主要是由于白茆測點受到白茆沙漫灘鹽度的影響，同時大潮期間發(fā)生少量北支倒灌。

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（編輯：李 晗）

Monitoring and analysis of salinity in Yangtze River Estuary in 2018 dry season

SHI Si，LUO Zheng，XU Xin

（Changjiang River Estuary Bureau of Hydrological and Water Resources Survey，Bureau of Hydrology， Changjiang Water Resources Commission，Shanghai 200136，China）

Abstract：In order to serve the economic and social development of the surrounding areas of the Yangtze River Estuary and effectively respond to saltwater intrusion，? this paper analyzes the temporal and spatial variation of salinity in the South and North branches of the Yangtze River Estuary according to monitored stationary data of salinity and tidal level. The findings show that：① during spring tide， the daily variation of salinity at each measuring point is obviously affected by the change of tide level; during neap tide， only Lingdian port （2） and Lianxing port are greatly affected by the change of tide level. ② For the monthly variation process of salinity ， there is a complex relationship between the semimonthly salinity variation and spring and neap tides， and the monthly variation of salinity at different stations is quite different. ③The salinity of the North Branch is much higher than that of the South Branch; the salinity distribution of the North Branch shows a decreasing trend from the entrance to the upstream; during spring tide， the salinity of the four measuring points in the South Branch appears a high-low-high distribution; during neap tide， the flow of the South Branch is dominated by runoff and the salinity is relatively low.

Key words：salinity monitoring;saltwater intrusion;? astronomicalspring tide;Yangtze River Estuary