長江口北支倒灌對南支水域水質影響初探

唐建華，劉瑋祎，陶 靜，李 璐

（長江勘測規劃設計研究院上海分院，上海 200439）

長江口北支倒灌對南支水域水質影響初探

唐建華，劉瑋祎，陶 靜，李 璐

（長江勘測規劃設計研究院上海分院，上海 200439）

為研究在長江口水環境問題日益突出的情況下，北支倒灌對南支水域水質的影響，以南支上段受北支倒灌直接影響的東風西沙水域為例，采用實測資料分析和數學模型計算結合的手段，就北支倒灌對南支水質的影響進行探討。結果表明：一般情況下，北支水域水質條件劣于南支水域；北支倒灌明顯影響東風西沙水域水質的時間為大潮期；北支倒灌污水進入東風西沙水域后，在可利用的淡水時段，部分項目的水質類別有所降低，北支倒灌對南支水域的水質有一定影響；鑒于北支倒灌的復雜性，需加強北支倒灌期南支水域與北支同步的水質監測。

長江口；北支；倒灌；南支；水質

在長江口“三級分汊、四口入海”格局下，一級分汊的北支進潮量占長江口的25%，但進入北支的流量不到總來流量的5%，由此造成北支徑、潮動力的不對稱性。這種情況在枯季尤為突出，加之受北支涌潮的影響，形成枯季北支倒灌南支的復雜現象。

隨漲潮流上溯的北支水團在崇頭被推出北支上口、倒灌進入南支后，一支經白茆沙北水道下泄，這路水團的一部分沿崇明南岸進入、并明顯影響東風西沙水域，而主體沿北水道主槽下泄，與另一支在高潮期漫過白茆沙進入南水道的水團在七丫口匯合后，繼續下移（圖1）。

圖1 研究區域概圖Fig.1 Sketch map of the research area

以往關于北支倒灌對南支影響的研究多是關于咸潮倒灌［1－5］，對長江口的整治開發等有較好的指導、借鑒作用，也豐富了河口咸潮入侵的理論體系；但關于北支倒灌對南支水質的影響尚較缺乏，尤其是在長江口水環境問題日益突出［6－7］的今天，開展北支倒灌對南支水質影響的研究很有實際意義。為此，本文以受北支倒灌直接影響的南支上段東風西沙水域為對象，就北支倒灌對南支水質的影響進行研究探討。

1 數據資料及研究方法

北支污染主要源于北支上段，尤以青龍港—大新河最嚴重，且青龍港水域有相對豐富的水質資料，所以北支的水質分析基于青龍港的實測資料。

南支東風西沙距北支進口僅10 km，受北支倒灌直接影響，近年來有豐富的水質資料，且該水域也將建設崇明飲用水源地，因此以該水域為研究對象，既有數據支持，也有研究價值。該水域的水質受上游長江來流、北支倒灌、沿岸水閘、船只排污等因素綜合影響，本文僅聚焦于受北支倒灌影響這一因素。為區分該水域有無北支倒灌影響，以氯度為標準，分別研究有倒灌（氯度＞250 mg／L）和無倒灌（氯度＜250 mg／L）情況。

為真實反映研究水域的水質情況，研究資料取自2008—2010年枯季各次大、小潮的水質監測數據；由于北支倒灌主要在枯季，研究時段為11月至次年4月。

本文以CODmn，BOD5，NH3－N，TP，TN 5項為例研究，水質標準按《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）。

鑒于實測資料有限，尤其是缺乏青龍港與東風西沙水域同步的監測資料以及北支倒灌嚴重期的資料。因此，以實測資料分析和模型概化計算為本文的研究手段。

2 分析與討論

2.1 實測水質條件分析

根據2008年以來青龍港、東風西沙水域枯季各次的水質監測資料，經綜合分析，得到青龍港枯季平均和東風西沙枯季有、無北支倒灌時的水質情況，見表1。

表1 青龍港和東風西沙水域枯季水質情況統計Table1 Statistics of water quality of Qinglonggang（QLG）and Dongfengxisha（DFXS）in dry season

根據表1，青龍港水域枯季平均的CODmn及NH3－N為Ⅲ類，BOD5為Ⅰ類，TP，TN為劣Ⅴ類；東風西沙水域無北支倒灌時，枯季平均的CODmn為Ⅱ類，BOD5及NH3－N為Ⅰ類，TP為Ⅲ類，TN為劣Ⅴ類；東風西沙有北支倒灌時，枯季平均的CODmn為Ⅱ類，BOD5為Ⅰ類，NH3－N及TP為Ⅲ類，TN為劣Ⅴ類。

根據圖2青龍港和東風西沙水域有、無北支倒灌時各水質指標的對比可知：各水質指標的濃度基本表現為青龍港最高、東風西沙有北支倒灌時次之、無北支倒灌時最低。

可見，一般情況下，長江口北支水域水質條件劣于南支水域，有北支倒灌時南支的水質條件要劣于無北支倒灌時。從實測資料來看，由于北支水質要劣于南支，所以北支倒灌對南支水域的水質可造成一定影響。

2.2 模型模擬計算及分析

2.2.1 模型的建立

采用Delft3D模型，建立平面二維水流、鹽度及水質數學模型，研究北支倒灌對東風西沙的影響。模型范圍上起大通，外海北至N33.0°、南至N28.0°、東至E124.5°（圖3）；上邊界由大通流量控制，外海邊界采用16個天文分潮的調和常數預報的潮位控制。

圖2 青龍港和東風西沙水域枯季水質條件比較Fig.2 Com parisons of water quality of QLG and DFXS in dry season

圖3 數學模型計算范圍及網格Fig.3 Computational area and horizontal grid of themodel

該模型經多次率定、驗證，有較高的精度。限于篇幅，僅給出2009年2—3月東風西沙水域鹽度的驗證效果（圖4）。由圖4知，模型對鹽度的長歷時模擬效果良好，計算值與實測吻合較好，尤其是模型能較準確地模擬鹽度的峰、谷值變化。

圖4 2009年2—3月東風西沙水域鹽度驗證Fig.4 Comparison between model-com puted and measured values of salinity from February to M arch of 2009

2.2.2 北支污水倒灌規律分析

以NH3－N為例，分析北支污水隨鹽水倒灌的規律。

根據建立的數學模型，采用1978年12月至1979年5月的水文條件，以表1所示青龍港水域枯季平均的水質條件為背景，計算的北支倒灌水團進入東風西沙水域后，該處的污染物濃度增量見圖5所示。

圖5 北支倒灌水團進入東風西沙水域后該處污染物濃度增量及鹽度過程（1979年）Fig.5 Processes of the increment of pollutant and salinity at DFXS after water intrusion from the north branch in 1979

可見，北支污水進入南支后，東風西沙受北支倒灌影響明顯；該處污染物濃度增量在大潮期高、中小潮期低；污染物濃度增量的變化過程和鹽度基本一致。北支污水團和鹽水團倒灌影響東風西沙的過程基本同步；北支倒灌明顯影響東風西沙水域的時間為大潮期。

2.2.3 北支倒灌對東風西沙影響的計算分析

以CODmn，BOD5，NH3－N，TP，TN為例，根據數模，采用1978年12月至1979年5月的水文條件，以表1所示青龍港枯季平均的水質條件為背景，計算北支倒灌水團進入東風西沙水域后，該水域的污染物濃度增量。

據圖5，北支水團倒灌進入南支后，在東風西沙水域濃度增量的高值時段明顯影響該水域水質。但由于污、鹽水團的倒灌基本同步，且從東風西沙飲用水源地的角度來看，在鹽度高于0.45psu的時段內不利用水資源，因此從飲用水源的角度出發，僅對鹽度低于0.45 psu的可取淡水時段內污染物濃度增量的最高值進行統計，以此來反映北支倒灌對東風西沙水域水質的影響，見表2。

（1）以不受北支倒灌影響的水質條件為本底值的分析：

以表1所示的東風西沙水域無北支倒灌影響時的水質條件為本底值，疊加上如表2所示的計算的東風西沙污染物濃度增量后的水質情況，見表3所示。

表2 北支水團倒灌進入東風西沙水域后污染物濃度增量統計Table2 Statistics of the increment of pollutants at DFXS after water intrusion from the north branch

表3 北支倒灌無影響下的本底值加上倒灌增量后的污染物濃度及水質類別Table3 Concentrations and grades of water quality at DFXS added by pollutants increment in the absence of water intrusion from the north branch

可見，考慮北支污水倒灌影響后，5個項目中有2個項目的水質類別有所降低，分別是NH3－N由Ⅰ類降為Ⅱ類、TP由Ⅲ類降為Ⅳ類；其它項目的水質類別基本不變。

（2）以受北支倒灌影響的水質條件為本底值的分析：

考慮到北支倒灌是以半月為周期的一波一波的形式進行的，為進一步反映在最惡劣的情況下，即在東風西沙水域在前一波倒灌影響尚未消除、新一波倒灌繼續影響下，北支連續2次倒灌影響疊加下東風西沙水域的水質情況，以表1所示的東風西沙有北支污水倒灌影響時的水質條件為本底值，疊加上如表2所示的污染物濃度增量后的水質情況見表4所示。可見，考慮到連續2次受北支倒灌的影響后，5個項目中除TP由Ⅲ類降為Ⅳ類外，其它項目的水質類別基本不變。

表4 北支倒灌有影響下的本底值加上倒灌增量后的污染物濃度及水質類別Table4 Concentrations and grades of water quality at DFXS added by pollutants increment in the presence of water intrusion from the north branch

根據表3、表4，考慮北支倒灌影響后，南支東風西沙水域的5項水質指標中，CODmn，BOD5的水質類別不變，仍在Ⅱ類以上，NH3－N，TP均降一個等級，TN始終為劣Ⅴ類。可見，5項水質指標中，NH3－N，TP對北支倒灌最為敏感。

3 結 論

（1）一般情況下，長江口北支水質條件要劣于南支；有北支倒灌時南支東風西沙水域的水質條件要劣于無北支倒灌時；北支倒灌對南支水域的水質造成一定影響。

（2）北支污、鹽水團倒灌影響東風西沙的過程基本同步；北支倒灌明顯影響東風西沙水域的時間為大潮期。

（3）在可利用的淡水時段，考慮北支倒灌影響后，東風西沙水域部分項目的水質類別有所降低，北支倒灌影響對東風西沙水域水質有所影響。CODmn，BOD5，NH3－N，TP，TN中，NH3－N，TP對北支倒灌最敏感。

（4）本研究可為長江口水源地的規劃設計提供一定參考。鑒于北支倒灌及南支水質變化的復雜性，今后需加強北支倒灌期南支水域與北支同步的水質監測。

［1］ 茅志昌，沈煥庭，肖成猷.長江口北支鹽水倒灌南支對青草沙水源地的影響［J］.海洋與湖沼，2001，32（1）：58－66.（MAO Zhi-chang，SHEN Huan-ting，XIAO Cheng-you.Saltwater Intrusion Patterns in the Qingcaosha Area of Changjiang River Estuary［J］.Oceanologia et Lumnologia Sinica，2001，32（1）：58-66.（in Chinese））

［2］ 賀松林，丁平興，孔亞珍.長江口南支河段枯季鹽度變異與北支咸水倒灌［J］.自然科學進展，2006，16（5）：584－589.（HE Song-lin，DING Ping-xing，KONG Yazhen.Salinity Variations of the South Branch of Changjiang River Estuary in Dry Season and Salt Water Intrusion from North Branch［J］.Advances in Natural Science，2006，16（5）：584－589.（in Chinese））

［3］ WU H，ZHU JR，CHEN B R，et al.Quantitative Relationship of Runoff and Ride to Saltwater Spilling over from the North Branch in the Changjiang Estuary：A Numerical Study［J］.Estuarine，Coastal and Shelf Science，2006，69：25－132.

［4］ 戴志軍，李為華，李九發，等.特枯水文年長江河口汛期鹽水入侵觀測分析［J］.水科學進展，2008，19（6）：835－840.（DAIZhi-jun，LIWei-hua，LI Jiu-fa，et al.Analysis of the Saltwater Intrusion in the Changjiang Estuary During the Flood Season in Extreme Drought Year［J］.Advances in Water Science，2008，19（6）：835－840.（in Chinese））

［5］ ZHANGE F，SAVENIJE，H H G.，WU H，etal.Analytical Solution for Salt Intrusion in the Yangtze Estuary，China［J］.Estuarine，Coastal and Shelf Science，2011，91：492－501.

［6］ 李伯昌，施慧燕.長江口河段水環境現狀分析［J］.水資源保護，2005，21（1）：39－44.（LI Bo-chang，SHI Hui-yan.Analysis on the Present Situation ofWater Environment in the Changjiang Estuary［J］.Water Resources Protection，2005，21（1）：39－44.（in Chinese））

［7］ 柴 超，俞志明，宋秀賢，等.長江口水域富營養化特性的探索性數據分析［J］.環境科學，2007，28（1）：53－58.（CHAI Chao，YU Zhi-ming，SONG Xiu-xian，et al.Exploratory Data Analysis to the Study of Eutrophication in the Yangtze River Estuary，China［J］.Acta Environmental Science，2007，28（1）：53－58.（in Chinese） ）

（編輯：王 慰）

Influence of W ater Intrusion from the North Branch of Changjiang Estuary on the W ater Quality of South Branch

TANG Jian-hua，LIUWei-yi，TAO Jing，LILu
（Shanghai Branch，Changjiang Institute of Survey，Planning，Design and Research，Shanghai 200439，China）

To investigate the influence of water intrusion from the north branch on the water quality of the south branch of Changjiang estuary，characteristics of water intrusion from the north branch was studied on the basis of the statistics ofmeasured water quality data and numericalmodel.Results indicated that：water quality of the north branch wasworse than thatof the south branch in general；the influence ofwater intrusion from the north branch on the water quality of the south branch was very obvious during spring tide；water quality of the south branchmay become worse after water intrusion from the north branch.It’s concluded thatwater intrusion from the north branch has a negative influence on the water quality of the south branch.Due to the complexity ofwater intrusion from the north branch，water quality in both the branches needs to bemonitored synchronously during the water intrusion.

Changjiang estuary；north branch；water intrusion；south branch；water quality

TV213；X820

A

1001－5485（2012）09－0014－04

10.3969／j.issn.1001－5485.2012.09.004

2011－07－28；

2011－10－10

長江水利委員會長江勘測規劃設計研究院科研與技術創新資助項目（CX200829；CX200830）。

唐建華（1981－），男，湖北廣水人，工程師，碩士，主要從事河口海岸水資源、水動力方面的工作，（電話）13795200667（電子信箱）jianhuatang2004＠126.com。