第３６卷　第１１期海 洋 学 报Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１１２０１４年１１月ＡＣＴＡＯＣＥＡＮＯＬＯＧＩＣＡＳＩＮＩＣＡＮｏｖｅｍｂｅｒ２０１４

陈泾，朱建荣．长江河口青草沙水库盐水入侵来源［Ｊ］．海洋学报，２０１４，３６（１１）：１３１－１４１，ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３-４１９３．２０１４．１１．０１５ＣｈｅｎＪｉｎｇ，ＺｈｕＪｉａｎｒｏｎｇ．ＳｏｕｒｃｅｓｆｏｒｓａｌｔｗａｔｅｒｉｎｔｒｕｓｉｏｎａｔｔｈｅｗａｔｅｒｉｎｔａｋｅｏｆＱｉｎｇｃａｏｓｈａＲｅｓｅｒｖｏｉｒｉｎｔｈｅＣｈａｎｇｊｉａｎｇＥｓｔｕａｒｙ［Ｊ］．Ａｃ-ｔａＯｃｅａｎｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ），２０１４，３６（１１）：１３１－１４１，ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３-４１９３．２０１４．１１．０１５

长江河口青草沙水库盐水入侵来源

陈泾１，朱建荣１*

（１．华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海２０００６２）

收稿日期：２０１３-０８-３０；修订日期：２０１４-０６-０５。基金项目：国家自然科学基金项目（４１１７６０７１）；上海市科学技术委员会重大项目（１２２３１２０３１０１）；水利部公益性项目（２０１２０１０６８）。作者简介：陈泾（１９８８－），男，福建省龙海市人，从事河口海岸动力学研究。Ｅ-ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｊｉｎｇｆｊｘｍ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ*通信作者：朱建荣，男，教授，从事河口海洋动力学研究。Ｅ-ｍａｉｌ：ｊｒｚｈｕ＠ｓｋｌｅｃ．ｅｃｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ摘要：应用改进的三维数值模式ＥＣＯM-ｓｉ，从模式计算的盐度和流向的变化过程、涨憩和落憩时刻盐

度等值线和淡水区域的变化，分析在一般动力条件下青草沙水库取水口盐水入侵来源。计算结果表

明，小潮后中潮、大潮、大潮后中潮和小潮期间北支倒灌占青草沙水库取水口表层盐水入侵比例分别

为６９．５％、８９．３％、９８．５％和９９．５％，占底层盐水入侵比例分别为３４．９％、８８．９％、９８．５％和９９．５％。

除了小潮后中潮期间底层盐水入侵来源主要来自下游外海（占６５．１％），青草沙水库取水口表层和底

层盐水入侵来源主要来自北支盐水倒灌，尤其是大潮后中潮和小潮期间几乎全部来自北支盐水倒灌。

关键词：青草沙水库；盐水入侵；来源；数值计算

中图分类号：Ｐ７３１．１２文献标志码：Ａ文章编号：０２５３-４１９３（２０１４）１１-０１３１-１１

1　引言

长江河口地区，经济发达，人口密集，需要大量优

质原水。２０１０年前上海的用水主要取自黄浦江，水

量不足，水质较差，为典型的水质性缺水城市。长江

河口水量充沛，水质优良，要从根本上解决上海的用

水难题，必须从长江河口取水。为了解决用水难题，

上海市在长江口建成了大型河口江心水库———青草

沙水库。青草沙水库位于南北港分汊口附近、长兴岛

西北侧（见图１），水域面积达到６６．１５ｋｍ２，于２０１０年建成并开始向上海供水，承担了上海市约５０％的

原水供应，规划供水规模为７．１９×１０６ｍ３／ｄ，受益人

口超过１０００万人［１］。青草沙水库的兴建，大大缓解

了上海供水紧张的局面，为上海城市发展和工农业生

产提供有利的保障。但从长江河口取水面临的主要

问题是枯季盐水入侵，如果取水口盐度大于饮用水标准０．４５（实用盐度单位，按国际惯例单位一般不标注）

就不能取水。

长江河口枯季经常面临盐水入侵，最大的特点是

南支除受外海盐水入侵外，还受上游北支盐水倒灌的

入侵［２］。已有的大量观测和研究表明，潮汐和径流量

是影响盐水入侵的主要原因，另外还受风应力［３—４］、

口外陆架环流［５］和河势变化［２］等影响。以往对长江

河口盐水入侵来源的研究，沈焕庭等［２］指出潮汐河口

外海盐水入侵导致的盐度周日变化一般规律是盐度

最高、最低值分别出现在涨憩、落憩附近，且周日变幅

大。长江口南支、南北港受北支盐水倒灌后，改变了

盐度周日变化规律，具体反映为盐度周日变幅小，周

日的盐度峰值和谷值出现在落憩和涨憩附近。茅志

昌等［６］通过分析现场观测资料，指出青草沙水源地的

盐水源自外海盐水入侵和北支盐水倒灌，其中以受北

支倒灌盐水团过境作用为主。顾玉亮等［７］根据观测资料分析，指出影响南支水源地的盐水来源有两个，

即北支盐水倒灌和南北港外海盐水入侵。乐勤等［１］

根据多年监测数据指出，影响青草沙水库水域氯化物

变化的咸潮入侵源有３个，即北支咸潮倒灌、南港咸

潮入侵和北港咸潮入侵，其中最主要的入侵因素是北

支咸潮倒灌。以往对长江河口盐水入侵的研究，主要

针对陈行水库盐水入侵来源。陈行水库于１９９２年建

成启用，运营时间较早，对其研究较多。青草沙水库于２０１０年建成启用，运营时间较晚，对盐水入侵来源

研究相对较少。开展青草沙水库盐水入侵来源的研

究，定量给出不同潮型下北港外海盐水入侵和上游北

支盐水倒灌在水库取水口盐水来源的百分比，可为水

库避咸蓄淡提供科技依据。

本文应用长江河口盐水入侵三维数值模式，在模

式验证的基础上，开展青草沙水库盐水入侵来源的研

究。

图１　长江河口形势图和测站位置Ｆｉｇ．１　MａｐｏｆｔｈｅＣｈａｎｇｊｉａｎｇＥｓｔｕａｒｙａｎｄｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｔａｔｉｏｎｓ三角形为堡镇水文站、圆点为船测站Ｂ和Ｃ，正方形为浮筒测站Ａ、Ｄ和水库取水口ＴｈｅｔｒｉａｎｇｌｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓＢａｏｚｈｅｎｈｙｄｒｏｍｅｔｒｉｃｓｔａｔｉｏｎ，ｂｌａｃｋｄｏｔｓｒｅｐｒｅｓｅｎｔｂｏａｔｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓｔａｔｉｏｎｓＢａｎｄＣ，ａｎｄｔｈｅｓｑｕａｒｅｓｒｅｐｒｅｓｅｎｔｂｕｏｙｓｔａｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｗａｔｅｒｉｎｔａｋｅｓｉｔｅｏｆｔｈｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒ

２　三维数值模式的设置和验证

２·1　模式设置

本文应用改进的三维数值模式ＥＣＯM-ｓｉ［８—１０］，

该模式长期应用于长江河口地区水动力过程和盐水

入侵等方面的研究，并取得诸多成果［３，１１—１４］。

模式采用水平曲线非正交网格，范围包括整个

长江河口、杭州湾和邻近海区，上游边界设在长江枯

季潮区界大通，外海开边界东边到１２４．５°Ｅ附近，北

边到３３°Ｎ附近，南边到２８°Ｎ附近（见图２）。对长

江河口区域，包括南北支分汊口和深水航道工程区

域的网格进行局部加密，并且较好地拟合了岸线和

导堤。口内网格分辨率为１００～５００ｍ不等，口外

网格较疏，分辨率最大为１０ｋｍ左右。垂向采用σ坐标均匀分为１０层，时间步长取６０ｓ。长江河口区

域浅滩较多，模式运用干湿判别法实现潮滩移动边

界的模拟，临界水深取０．２ｍ。模式地形采用２０１０年岸线及水深资料。外海开边界由潮位驱动，考虑

１６个分潮（M２，Ｓ２，Ｎ２，Ｋ２，Ｋ１，Ｏ１，Ｐ１，Ｑ１，MＵ２，

ＮＵ２，Ｔ２，Ｌ２，２Ｎ２，Ｊ１，M１，ＯＯ１），由各分潮调和常数

合成得到。分潮调和常数由全球潮汐数值模式

ＮＡＯＴＩＤＥ计算的结果得到（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｚ．

ｎａｏ．ａｃ．ｊｐ／）。初始水位和流速取零。关于初始盐

度场，从大通到徐六泾６２０ｋｍ的河道，均为淡水，

盐度为０，从徐六泾到口门由枯季各月多次实测资

料插值得到，在长江口外由《渤海黄海东海海洋图集

（水文）》各月分布图数字化得到［１５］，考虑海表面风

应力的作用。２３１海洋学报　３６卷

图２　模式计算区域和网格（ａ），南北支分汊口及其附近水域网格（ｂ），口门深水航道及其邻近水域网格（ｃ）Ｆｉｇ．２　Ｄｏｍａｉｎａｎｄｍｅｓｈｆｏｒｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌ（ａ），ｅｎｌａｒｇｅｄｖｉｅｗｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｍｅｓｈａｒｏｕｎｄｔｈｅｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＮｏｒｔｈＢｒａｎｃｈａｎｄｔｈｅＳｏｕｔｈＢｒａｎｃｈ（ｂ），ａｎｄｔｈｅＤｅｅｐWａｔｅｒｗａｙＰｒｏｊｅｃｔ（ｃ）

２·２　模式验证

改进的ＥＣＯM-ｓｉ模式已在长江河口进行了大量

的验证，模式计算的水位、流速、流向和盐度与实测资料吻合良好［３，１０，１４］。本文采用２０１１年１２月２４日至

２０１２年１月１３日长江口观测资料对模式作进一步验

证，测站的分布图见图１。模式从２０１１年１１月１日起算，径流量采用大通水文站每日的实测值，风场采

用ＱＳＣＡＴ／ＮＣＥＰ提供的时间分辨率为６ｈ、空间分

辨率为０．５°×０．５°的数值产品。图３和图４分别为船测站点Ｂ和Ｃ表底层流速、

流向和盐度观测值和模拟计算值随时间变化，测点Ｂ位于南北支分汊口附近，测点Ｃ位于北港北汊口。测

点Ｂ实测最大流速表层约为１．４ｍ／ｓ，底层约为１ｍ／

ｓ，因底摩擦作用表层流速大于底层流速，模式计算流速大于实测值。落潮流历时大于涨潮流历时，流向同

实测流向一致。观测表层盐度小于底层盐度，计算盐

度与观测盐度较为接近。测点Ｃ模式计算流速、流向和盐度与实测值吻合良好，涨憩时刻盐度达到最大，

落憩时刻盐度达到最小，表明盐水入侵源自下游外海。同样，落潮流历时大于涨潮流历时，底层盐度大

于表层盐度。

图５为浮筒和水文站观测和模式计算表层盐度随时间变化。浮筒测点Ａ位于北支口，盐度在２５～３０之间波动，模式计算值略高于实测值。浮筒测点Ｄ位于北港拦门沙区域，该处存在盐度锋面，盐度随时间变化大，模式计算值略大于实测值。浮筒测点青草

沙水库取水口在大部分时间盐度低于饮用水标准

０．４５，在２０１２年１月６－１０日出现大的波动和峰值，

模式很好地模拟出了这个过程。在堡镇水文站，在

２０１１年１２月２４至２０１２年１月４日期间，盐度在０．４上下变化，波动很小。在１月５－１３日之间盐度出现

大的波动和峰值，实测盐度最大值达到９．０，同样模式很好地再现了这个过程。

从上面的验证结果可以看出模式计算的流速、流

向和盐度同实测资料吻合良好，可以较好地模拟长江河口水动力和盐水入侵过程。

２·3　数值试验

本文研究青草沙水库盐水入侵来源，影响水库取水口盐水入侵的因素有径流量、潮汐和风应力等。先

设计一个径流量和风况为冬季１－２月一般状况的控制数值试验，模拟长江河口和水库取水口盐水入侵状

况。数值模式计算时段为盐水入侵严重的１－２月，

模式从１月１日开始运行，至２月底结束，输出２月的计算结果作分析和比较。径流量取大通１９５０年以

来１月和２月平均值，分别为１．１１×１０４ｍ３／ｓ和１．２×１０４ｍ３／ｓ。风场取ＮＣＥＰ多年半月平均风场，外海

开边界考虑１６个主要分潮。为了解在不同动力条件下青草沙水库盐水入侵

状况和来源，设计在北支上段封堵的数值试验，将没

有北支盐水倒灌情况下计算结果与控制试验结果比３３１１１期　陈泾等：长江河口青草沙水库盐水入侵来源