近60年來(lái)長(zhǎng)江河口河勢(shì)變化及其對(duì)水動(dòng)力和鹽水入侵的影響Ⅲ.鹽水入侵

鮑道陽(yáng)，朱建榮*

(1.華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200062)

近60年來(lái)長(zhǎng)江河口河勢(shì)變化及其對(duì)水動(dòng)力和鹽水入侵的影響Ⅲ.鹽水入侵

鮑道陽(yáng)1，朱建榮1*

(1.華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200062)

本文應(yīng)用本系列論文Ⅱ中建立的長(zhǎng)江河口水動(dòng)力和鹽水入侵三維數(shù)值模式，模擬長(zhǎng)江河口20世紀(jì)50年代、70年代和2012年鹽水入侵，定量分析不同年代河勢(shì)下鹽水入侵狀況和變化程度及其原因。在北支，不同年代鹽水入侵的變化是由分流比和潮差共同作用造成的。50年代北支鹽水入侵較強(qiáng)，70年代大幅下降，中上段出現(xiàn)淡水，2012年鹽水入侵極為嚴(yán)重，整個(gè)北支被高鹽水占據(jù)，上段出現(xiàn)強(qiáng)烈的鹽度鋒面。50年代和2012年，北支鹽水倒灌南支，大潮期間遠(yuǎn)大于小潮期間，2012年遠(yuǎn)強(qiáng)于50年代，70年代沒(méi)有北支鹽水倒灌南支現(xiàn)象。在南支，50年代、70年代南支大部分為鹽度都小于0.45的淡水，在2012年大潮期間由于出現(xiàn)了強(qiáng)烈的北支鹽水倒灌，南支上段出現(xiàn)鹽度大于0.45的鹽水。在南北港，在50年代鹽水入侵最嚴(yán)重；大潮期間，北港凈分流比南港大21.6%，北港鹽度小于南港鹽度，外海鹽水主要通過(guò)南港入侵，出現(xiàn)南港鹽水倒灌進(jìn)入北港的現(xiàn)象。至70年代，南支主流轉(zhuǎn)向南港，南港凈分流比增大，比北港大10.4%，南港鹽度明顯小于北港鹽度；南北港鹽水入侵較弱。在2012年，南支主流再次轉(zhuǎn)向北港，北港分流比比南港大10.4%，南港的鹽水入侵再次強(qiáng)于北港。小潮期間，50年代由于南港分流比相比于大潮時(shí)更小，南港鹽水上溯距離更遠(yuǎn)，上段鹽度比更大；至70年代，北港分流比減少，鹽水入侵減弱；至2012年，由于大潮時(shí)期北支倒灌的鹽水在小潮期間到達(dá)北港，北港凈鹽通量比大潮時(shí)期大。由于潮動(dòng)力減弱，小潮期間各年代垂向鹽度分層更明顯，鹽水入侵變化與大潮期間一致。

長(zhǎng)江河口；河勢(shì)變化；鹽水入侵；鹽通量；數(shù)值模擬

1 引言

決定長(zhǎng)江河口鹽水入侵的主要因子是徑流量和潮汐，徑流量大鹽水入侵弱，潮汐大鹽水入侵強(qiáng)[1—5]，其他還受風(fēng)應(yīng)力[6]、口外陸架環(huán)流[7]、河勢(shì)局地變化[8—10]、海平面上升[11—12]和重大工程[13—16]等影響。長(zhǎng)江河口鹽水入侵的最大的特點(diǎn)表現(xiàn)在南支除了受外海鹽水入侵外，還受上游北支鹽水倒灌的影響。肖成猷和沈煥庭[17]的分析表明北支倒灌是“潮汐抽送”的結(jié)果，其在南支影響范圍在新橋水道下游至南門(mén)，在南支主槽下游至石洞口。張二鳳等[18]對(duì)2004年北支異常強(qiáng)鹽水入侵的觀測(cè)分析表明：河口流量較小、潮差不是太小、加上強(qiáng)偏北風(fēng)，三者疊加是導(dǎo)致強(qiáng)鹽水入侵的主要原因。吳輝和朱建榮[5]采用通量機(jī)制分析方法對(duì)北支倒灌輸運(yùn)進(jìn)行了定量研究，結(jié)果表明：Lagrange輸運(yùn)和潮泵輸運(yùn)是北支鹽水進(jìn)入南支的主要?jiǎng)恿C(jī)制。Wu等[19]利用多組數(shù)值計(jì)算結(jié)果定量地給出了北支倒灌與徑流和潮差的關(guān)系式。朱建榮等[20]數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明：枯季北支鹽分倒灌隨徑流量增加而減小，隨潮汐減弱而減小，隨北風(fēng)風(fēng)應(yīng)力減小而減小。

近年來(lái)由于長(zhǎng)江河口一系列重大工程的開(kāi)展，如青草沙水庫(kù)工程、深水航道工程和橫沙東灘、南匯邊灘圈圍促淤工程等，導(dǎo)致了長(zhǎng)江局地河勢(shì)發(fā)生了重大的變化，從而影響局地水動(dòng)力和鹽水入侵。陳涇和朱建榮[9]的模擬結(jié)果表明：北支新村沙圍墾工程導(dǎo)致新村沙下游鹽水入侵加強(qiáng)，新村沙上游鹽水入侵減弱；工程縮窄了過(guò)水?dāng)嗝?，減弱了北支倒灌。李林江和朱建榮[10]的模擬結(jié)果表明：南匯邊灘圍墾工程導(dǎo)致大潮期間南槽口門(mén)處和工程?hào)|南側(cè)鹽度上升，南槽中上段、北槽和橫沙東灘鹽度下降，北港和崇明東灘鹽度上升；小潮期間，整個(gè)南槽鹽度下降。Zhu等[13]數(shù)值模擬結(jié)果表明：深水航道工程的導(dǎo)堤阻擋了淡水在北風(fēng)作用下向南的輸運(yùn)，導(dǎo)致北港鹽水入侵減弱；工程增加了北槽水深，一方面增加了北槽的分流比，另一方面增加了北槽下段的斜壓環(huán)流，導(dǎo)致工程上段鹽水入侵加劇，下段鹽水入侵減小，南槽鹽水入侵加劇。長(zhǎng)江口的河勢(shì)還受到河道自然演變的影響，如近年來(lái)北港中段的北港北汊發(fā)育迅速[21]。從2003至2009年，該汊道不斷發(fā)育，其下口延伸至北支口門(mén)。這一河勢(shì)變化已對(duì)北港水動(dòng)力和鹽水入侵產(chǎn)生了重要影響[8]。

以往研究長(zhǎng)江河勢(shì)變化對(duì)鹽水入侵的影響，河勢(shì)變化的時(shí)間尺度較短，長(zhǎng)時(shí)間尺度河勢(shì)變化對(duì)鹽水入侵影響的研究還未開(kāi)展。并且，對(duì)長(zhǎng)江河口鹽水入侵的研究極大多數(shù)是在1980年以后，極少有在50年代和70年代河勢(shì)下對(duì)鹽水入侵的研究。北支鹽水倒灌是北支河勢(shì)長(zhǎng)期演變的結(jié)果，導(dǎo)致了長(zhǎng)江河口鹽水入侵獨(dú)特的現(xiàn)象。在本系列論文Ⅰ和Ⅱ中[22—23]，從20世紀(jì)50年代，到70年代，再到2012年，北支逐漸淤淺，上段與南支漸成直角，中下段趨向喇叭口形狀，至現(xiàn)代凈分流比逐漸減小、出現(xiàn)了大潮期間水體倒灌南支的現(xiàn)象。在本系列論文Ⅰ和Ⅱ的基礎(chǔ)上，本文模擬和研究長(zhǎng)江河口50年代、70年代河勢(shì)下鹽水入侵，并與2012年情形下結(jié)果作對(duì)比分析。

2 鹽度平面分布和變化

先對(duì)模式計(jì)算的每一時(shí)刻垂向各層鹽度作平均，再選取大潮和小潮期間6個(gè)完整的潮周期作時(shí)間平均，可得到大潮和小潮期間平均的垂向平均鹽度分布。

2.1 大潮期間

在北支，50年代飲用水標(biāo)準(zhǔn)最高鹽度0.45等值線(紅線)在121.2°E附近(圖1)，北岸鹽度大于南岸鹽度,整個(gè)北支鹽度變化較均勻，在55 km內(nèi)鹽度變化了18，等值線從1到19分布均勻。在70年代(圖2)，鹽度0.45等值線在121.5°E附近，北支上段都是淡水，中下段鹽度變化均勻,在42 km內(nèi)鹽度變化了16，南北岸鹽度橫向差異變大。在2012年(圖3)，鹽度0.45等值線已倒灌到南支，整個(gè)北支被高鹽水占據(jù)，北支上段鹽度變化非常劇烈，在11 km的距離內(nèi)鹽度變化了18，中下段都是高鹽水，鹽度空間變化不大。不同年代北支鹽度的變化是由分流比和潮差雙重作用造成的，大潮期間北支凈分流比在50年代為2.2%，至70年代為6.8%，至2012年為-2.5%，分流比越大，北支鹽水越難以向上入侵，故70年代北支鹽水入侵最弱，而2012年北支分流比為負(fù)，出現(xiàn)鹽水倒灌入南支；另一方面，北支高鹽水來(lái)自于外海，由潮流帶入北支，70年代北支潮差最小，潮動(dòng)力最弱，故70年代北支鹽水上溯最弱。

在南支，50年代該區(qū)域都是鹽度都小于0.45的淡水。在70年代，情況類同50年代，該區(qū)域被淡水占據(jù)。在2012年，由于出現(xiàn)了北支鹽水倒灌的現(xiàn)象，南支上段出現(xiàn)鹽度大于0.45的倒灌鹽水，沿著南支北側(cè)向下游擴(kuò)散，而在南支中下段仍被淡水占據(jù)。

在南北港，鹽水入侵來(lái)自外海，口門(mén)附近鹽度鋒面很強(qiáng)。在50年代，鹽水正面入侵最嚴(yán)重，鹽度0.45等值線在吳淞口附近，由于該年代北港分流多,凈分流比為60.8%，故北港鹽度小于南港鹽度，外海鹽水主要通過(guò)南港入侵；北港上段鹽度變化不大，從南北港分汊口至橫沙島約27 km鹽度變化4，下段鹽度變化劇烈，在20 km的距離變化了14，沖淡水向東北方向擴(kuò)展；南港上段在27 km的距離鹽度變化8，下段北側(cè)鹽水向陸輸運(yùn)，下段南側(cè)淡水向海輸運(yùn)。至70年代， 0.45等值線在長(zhǎng)興島中部附近，由于該年代南支主流轉(zhuǎn)向南港，南港分流比增大，北港分流比為44.8%，南港鹽度明顯小于北港鹽度；北港上段都是淡水，下段變化均勻，在26 km內(nèi)變化了10；南港上段都是淡水，下段淡水從南側(cè)入海，鹽度比50年代小很多。在2012年，0.45等值線也在長(zhǎng)興島中部附近，由于南支主流再次轉(zhuǎn)向北港，北港分流比增大，為55.2%，南港的鹽水入侵再次強(qiáng)于北港。北港上段都是淡水，下段淡水向東北方向擴(kuò)展，擴(kuò)展范圍很大，5鹽度等值線擴(kuò)展到了122.0°E。南港上段都是淡水，下段淡水從南北兩側(cè)入海，鹽水從九段沙區(qū)域向陸輸運(yùn)。

2.2 小潮期間

在北支，3個(gè)年代北支鹽水入侵平面分布與大潮期間基本一致。

在南支，50年代南支中上段仍被淡水占據(jù)，在南支下段南側(cè)受到下游正面入侵的影響鹽度大于0.45。在70年代小潮期間和大潮期間一致，南支被淡水占據(jù)。在2012年，由于在小潮前的大潮期間倒灌鹽水進(jìn)入了南支，沿北側(cè)向下輸運(yùn)，故南支北側(cè)鹽度大于0.45，而南側(cè)仍被淡水占據(jù)。

在南北港，50年代鹽度橫向差異比大潮期間更加顯著，南港鹽水上溯距離更大，0.45等值線到達(dá)吳淞口上游11 km處，這是因?yàn)楸备鄯至鞅仍谛〕睍r(shí)比大潮時(shí)更大，為61.2%；北港淡水順著主流方向沿東南方向擴(kuò)展，擴(kuò)展范圍比大潮時(shí)更大；南港上段鹽度比大潮時(shí)大，下段鹽度與大潮相似，鹽水從北側(cè)向陸入侵，淡水從南側(cè)向海擴(kuò)展。至70年代，北港分流比在小潮時(shí)比大潮時(shí)大，為48.9%，使得南北港鹽度差異變??；北港鹽度分布與大潮相似；南港上段鹽度大于大潮期間，0.45等值線比大潮期間向上游移動(dòng)了15 km，南港下段鹽度分布與大潮相似。至2012年，由于大潮時(shí)的北支鹽水倒灌，南支北岸鹽度均大于0.45，南北港鹽度在小潮期間均大于大潮期間；北港淡水向東北擴(kuò)散的趨勢(shì)變??；南港上段0.45等值線比大潮期間上移13 km，下段分布與大潮相似。

圖1 50年代大潮(a)和小潮期間(b)垂向平均鹽度分布Fig.1 Distributions of depth-averaged salinity during spring (a) and neap (b) tides in 1950s

圖2 70年代大潮(a)和小潮期間(b)垂向平均鹽度分布Fig.2 Distributions of depth-averaged salinity during spring (a) and neap (b) tides in 1970s

圖3 2012年大潮(a)和小潮期間(b)垂向平均鹽度分布Fig.3 Distributions of depth-averaged salinity during spring (a) and neap (b) tides in 2012

圖4 大潮期間的單寬鹽通量分布Fig.4 Distributions of the transectional salt flux during spring tide

圖5 縱向斷面sec 1、sec 2、sec 3和南北支、南北港橫斷面分布Fig.5 Positions of longitudinal section sec 1, sec 2, sec 3 and transects across the North and South Branch, the North and South Channel斷面上數(shù)字為離上端的距離。a.50年代；b.70年代；c.2012年The numbers labeled on the sections represent the distance from the start point of section. a.1950s; b.1970s;c.2012

圖6 大潮期間沿北支縱向sec 1鹽度分布Fig.6 Distributions of salinity along North Branch longitudinal sec 1 during spring tide.

圖7 大潮期間沿南支-北港縱向sec 2鹽度分布Fig.7 Distributions of salinity along South Branch-North Channel longitudinal sec 2 during spring tide

圖8 大潮期間沿南支-南港縱向sec 3鹽度分布Fig.8 Distributions of salinity along South Branch-South Channel longitudinal sec3 during spring tide

圖9 小潮期間沿北支縱向sec 1鹽度分布Fig.9 Distributions of salinity along North Branch longitudinal sec 1 during neap tide

圖10 小潮期間沿南支-北港縱向sec 2鹽度分布Fig.10 Distributions of salinity along South Branch-North Channel longitudinal sec 2 during neap tide

圖11 小潮期間沿南支-南槽縱向sec 3鹽度分布Fig.11 Distributions of salinity along South Branch-South Channel longitudinal sec 3 during neap tide

3 單寬鹽通量分布

給出6個(gè)完整的大潮周期內(nèi)的潮平均單寬鹽通量數(shù)據(jù)(圖4)，分析3個(gè)年代鹽分輸運(yùn)情況。本文僅給出大潮期間的單寬鹽通量分布。

在50年代，北支整體鹽通量方向向陸，上段鹽度倒灌南支；南支受北支倒灌鹽分的影響通量整體向海；至南北港分汊口處，可以明顯看出鹽分從南港向北港輸運(yùn)，這是由于50年代南港分流比很小，且南港主河道沿南側(cè)，故鹽水在Stocks漂流的帶動(dòng)下沿北側(cè)持續(xù)向上輸運(yùn)，至分汊口后與上游下來(lái)的鹽分一同灌入北港，這也是50年代南北港鹽水入侵最嚴(yán)重的原因；口外區(qū)域鹽通量方向朝北，鹽水大量從南港入侵，加之50年代南港分流比很小，也是導(dǎo)致50年代南港鹽水上溯倒灌北港的原因之一。

至70年代，北支分流比變大，北支鹽分向上輸運(yùn)量很小，北支上段和南支鹽通量都趨于0；南支也同樣沒(méi)有鹽分輸運(yùn)；南港分流比增大，使南港的鹽分向上輸運(yùn)距離減小，而北港受外海入侵沒(méi)南港嚴(yán)重，故北港分流比的減小并未導(dǎo)致70年代北港鹽水的入侵加??；口外區(qū)域鹽通量仍然向北。

至2012年，北支鹽通量幾乎全都朝陸，且量值很大；北支倒灌入南支的鹽分沿南支主槽向下輸運(yùn)，至南北港分汊口后分成兩路入海，在北港沿北側(cè)主槽向下輸運(yùn)，在南港沿南側(cè)主槽向下輸運(yùn)；口外區(qū)域鹽通量仍然向北。

4 鹽度縱向剖面分布和變化

給出縱向斷面的鹽度剖面分布可看出鹽水入侵的距離，以及在垂向上的分布。圖5給出了50年代、70 年代和2012年北支、南支-北港、南支-南港縱向斷面分布。北支斷面sec 1從崇頭出發(fā)，遍歷整個(gè)北支直至口外；斷面sec 2從崇頭以南出發(fā)，經(jīng)歷南支北側(cè)河道后轉(zhuǎn)向新橋通道，之后從北港直至口外；斷面sec 3從南北支分汊口南支南側(cè)主槽出發(fā)，經(jīng)歷南支主槽后進(jìn)入南港，之后從南槽入海。

4.1 大潮期間

沿北支斷面sec 1(圖6)，在50年代從北支上段10 km處至口門(mén)60 km處鹽度等值線分布均勻，垂向混合均勻；在口外60 km至90 km的范圍內(nèi)鹽度先減小后增大，表層鹽度低于底層鹽度，這是北港口外表層淡水向東北擴(kuò)散而來(lái)的低鹽水；在90 km至110 km鹽度等值線再次均勻分布、垂向混合均勻。至70年代，中段32 km以上河道出現(xiàn)鹽度低于0.45的淡水，鹽度1的等值線顯著向下游移動(dòng)，移動(dòng)距離為25 km左右，在80 km處以上北支鹽度大幅下降，垂向分布較均勻，鹽水入侵顯著下降；鹽度等值線分布呈“密-疏-密”的變化趨勢(shì)，鹽度大于15的區(qū)域表層鹽度低于底層。至2012年，鹽度等于20的等值線位于離北支上段13 km處，且在以上河段出現(xiàn)強(qiáng)烈的鹽度鋒面；在口門(mén)60 km處鹽度達(dá)到28，往東鹽度下降，表層鹽度垂向變化顯著，低鹽水也是北港向東北輸運(yùn)擴(kuò)散造成的?？傮w上，北支50年代鹽水入侵較強(qiáng)，70年代大幅下降，中上段出現(xiàn)淡水，2012年鹽水入侵極為嚴(yán)重，整個(gè)北支被高鹽水占據(jù)。

沿南支-北港斷面sec 2(圖7)，在50年代鹽度0.45等值線底層在堡鎮(zhèn)附近50 km處，表層在58 km處，在橫沙島北側(cè)80 km以東的北港存在強(qiáng)烈的鹽度鋒面，表層鹽度小于底層。至70年代，各鹽度等值線均比50年代向河口下游移動(dòng)，鹽度3以下等值線移動(dòng)了約9 km左右，鹽度3以上等值線移動(dòng)了約5 km左右。至2012年，各鹽度等值線比70年代更向外移動(dòng)，移動(dòng)距離約為5 km左右；在0至20 km南支上段出現(xiàn)鹽度大于0.45的區(qū)域，這是受北支倒灌的鹽水影響導(dǎo)致的?？傮w上，沿南支-北港縱斷面70年代相比于50年代鹽水入侵減弱，2012年相比于70年代北港鹽水入侵減弱，但南支因北支鹽水倒灌加劇而增強(qiáng)。

沿南支-南港斷面sec 3(圖8)，在50年代鹽度0.45等值線底層在48 km處，表層在吳淞口附近53 km處，在80 km以東攔門(mén)沙的鹽度大于5，在口門(mén)區(qū)域鹽度鋒面強(qiáng)烈。至70年代，鹽度0.45等值線在80 km處，比50年代向外移動(dòng)27 km，其他鹽度等值線均向外移動(dòng)，垂向混合比較均勻。相對(duì)于50年代北港分流從60.8%減少至44.8%，但鹽水入侵減弱，原因在于50年代南港鹽水倒灌進(jìn)入北港，導(dǎo)致北港鹽水入侵加劇。至2012年，鹽度0.45等值線表層在78 km處，底層在70 km處，比70年代向河口上游移動(dòng)了10 km，其他鹽度等值線均向陸移動(dòng)，南槽攔門(mén)沙區(qū)域鹽度出現(xiàn)顯著的分層，底層鹽度遠(yuǎn)大于表層鹽度?？傮w上，沿南支-南港縱斷面70年代相比于50年代鹽水入侵減弱，2012年相比于70年代南港鹽水入侵增強(qiáng)。

4.2 小潮期間

沿北支斷面sec 1(圖9)，在50年代在13 km上游為淡水，下游各個(gè)等值線較大潮稍向外移動(dòng)，距離約為4 km，說(shuō)明由于潮動(dòng)力的減弱小潮期間北支鹽水入侵比大潮期間減弱；在北支中上段至中下段的20～50 km范圍內(nèi)，鹽度鋒面強(qiáng)烈；由于小潮期間北港入海低鹽水往東南方向擴(kuò)展，并未向北支口門(mén)區(qū)域擴(kuò)展，故北支口門(mén)區(qū)域并未如大潮期間出現(xiàn)較低鹽水。至70年代，較大潮時(shí)鹽度15以下等值線向下游移動(dòng)，15以上等值線向上游移動(dòng)，在北支下段至口外50～110 km長(zhǎng)距離范圍內(nèi)鹽度鋒面極為強(qiáng)烈，在口門(mén)處出現(xiàn)鹽水楔現(xiàn)象；相比于50年代，北支鹽水入侵明顯減弱。至2012年，低鹽水區(qū)域等值線較大潮略向外移動(dòng)，北支上段出現(xiàn)強(qiáng)烈的鹽度鋒面；相比于70年代，鹽水入侵顯著加劇。

沿南支-北港斷面sec 2(圖10)，由于小潮期間潮動(dòng)力較弱，沿該斷面中下段產(chǎn)生強(qiáng)鹽水楔，底層鹽度遠(yuǎn)大于表層鹽度。在50年代，0.45等值線在底層位于堡鎮(zhèn)附近52 km處，在表層位于橫沙小港北側(cè)70 km處，表底層距離相差18 km，其他鹽度等值線表底層距離都相差30 km左右，垂向分層顯著，垂向鹽度表底相差10左右；50 km以上為鹽度低于0.45的淡水。至70年代，相對(duì)于50年代北港分流從61.2%減少至48.9%，但鹽水入侵減弱，鹽水楔強(qiáng)度減弱，原因同樣在于50年代南港鹽水倒灌進(jìn)入北港。至2012年，受北支鹽水倒灌的影響，在南支中上段北側(cè)10至48 km范圍內(nèi)出現(xiàn)大片鹽度高于0.45的區(qū)域；僅在長(zhǎng)興島北側(cè)的48～55 km范圍內(nèi)出現(xiàn)淡水；北港口門(mén)處垂向分層顯著，在攔門(mén)沙區(qū)域90～110 km內(nèi)等值線幾乎平行于水平面，表底鹽度相差17；相比于70年代北港鹽水入侵減弱，南支因北支鹽水倒灌加強(qiáng)鹽水入侵加劇。

沿南支-南港斷面sec 3(圖11)，在50年代鹽度0.45等值線底層在瀏河下游的35 km處，表層在吳淞口50 km處，均比大潮期間向陸移動(dòng)，中段鹽度分層明顯，等值線表底距離相差30 km左右，垂向表底鹽度相差7左右。至70年代，鹽度0.45等值線底層在外高橋61 km處，表層在79 km處，比大潮期間向陸移動(dòng)，中段垂向表底鹽度相差7；相比于50年代，鹽水入侵大幅減弱。至2012年，鹽度0.45等值線底層在58 km處，表層在81 km處，南槽等值線平行于水平面，垂向表底鹽度相差11；相比于70年代，鹽水入侵加重。

5 分汊口橫斷面鹽通量

給出圖5中4個(gè)橫向斷面的鹽通量，分析南北支、南北港分汊口的鹽度輸運(yùn)情況，正值表示向海，負(fù)值表示向陸。

5.1 南北支

大潮期間(表1)，在50年代，漲潮鹽通量北支為-6.35 kg/s，南支為-0.47 kg/s，落潮鹽通量北支為3.33 kg/s，南支為0.99 kg/s，可見(jiàn)漲潮和落潮鹽分輸運(yùn)在北支上游較大，而在南支上游較小；凈鹽通量北支為-0.42 kg/s，南支為0.39 kg/s，兩者量值相當(dāng)，表明北支鹽分存在倒灌，倒灌鹽水通過(guò)南支往下游輸運(yùn)。至70年代，北支鹽分并未輸運(yùn)到南北支上游，所以鹽通量均為0。至2012年，各鹽通量均大幅增加，漲潮鹽通量北支為-36.85 kg/s，南支為-27.88 kg/s，落潮鹽通量北支為10.31 kg/s，南支為29.22 kg/s；凈鹽通量北支為-5.91 kg/s，南支為5.99 kg/s，兩者幾乎相等，表明南支上游的鹽通量是由北支鹽分倒灌產(chǎn)生的。

小潮期間(表2)，在50年代，漲潮鹽通量北支為-1.84 kg/s，南支為-0.05 kg/s，落潮鹽通量北支為1.36 kg/s，南支為0.13 kg/s，凈鹽通量北支為-0.07 kg/s，南支為0.06 kg/s。至70年代，鹽通量仍都為0。至2012年，漲潮鹽通量北支為-15.46 kg/s，南支為-6.87 kg/s，落潮鹽通量北支為7.42 kg/s，南支為8.28 kg/s，凈鹽通量北支為-1.67 kg/s，南支為1.70 kg/s。小潮期間，南北支鹽通量的變化規(guī)律與大潮期間相同，因?yàn)槌眲?dòng)力弱，各通量量值比大潮期間小。

表1 大潮期間南北支漲潮、落潮和凈鹽通量(kg/s)

表2 小潮期間南北支漲潮鹽通量、落潮鹽通量和凈鹽通量(kg/s)

5.2 南北港

大潮期間(表3)，在50年代，漲潮鹽通量北港為-84.78 kg/s，南港為-145.50 kg/s，落潮鹽通量北港為58.04 kg/s，南港為105.88 kg/s，漲落潮期間南港輸送了大量鹽分，這是由于南港分流比小，導(dǎo)致鹽水入侵嚴(yán)重所致；凈鹽通量北港為1.39 kg/s，南港為-0.08 kg/s，南港凈通量為負(fù)，表明在潮平均后南港鹽分向上游輸運(yùn)，與上文單寬鹽通量分析得出的在50年代存在南港向北港輸運(yùn)鹽水的結(jié)論相一致。至70年代，漲潮鹽通量北港為-29.72 kg/s，南港為-0.69 kg/s，落潮鹽通量北港為19.36 kg/s，南港為0.49 kg/s；凈鹽通量北港為-0.17 kg/s，南港為0.01 kg/s，該年代南北港鹽度正面入侵較弱，南、北港鹽通量比50年代小很多，北港凈鹽通量為負(fù)，表明北港鹽分在大潮期間向上輸運(yùn)，但從單寬鹽通量的分布來(lái)看，向上輸運(yùn)的鹽分并未影響到南港。至2012年，漲潮鹽通量北港為-20.35 kg/s，南港為-10.55 kg/s，落潮鹽通量北港為16.69 kg/s，南港為10.10 kg/s，凈鹽通量北港為1.59 kg/s，南港為1.12 kg/s；由于該年代南北港分流比較為平均，南北港凈鹽通量的量值也相當(dāng)。

小潮期間(表4)，在50年代，漲潮鹽通量北港為-36.55 kg/s，南港為-189.11 kg/s，落潮鹽通量北港為26.44 kg/s，南港為132.47 kg/s，凈鹽通量北港為0.97 kg/s，南港為-8.81 kg/s；北港通量比大潮時(shí)減小，而南港通量比大潮時(shí)增加，這是因?yàn)?0年代南港小潮鹽水入侵距離比大潮時(shí)遠(yuǎn)，導(dǎo)致鹽通量增加，而北港上段鹽度較大潮略有減小，鹽通量也相應(yīng)減小。至70年代，漲潮鹽通量北港為-12.57 kg/s，南港為-6.85 kg/s，落潮鹽通量北港為9.32 kg/s，南港為5.47 kg/s，凈鹽通量北港為0.03 kg/s，南港為0.11 kg/s；同樣呈現(xiàn)小潮時(shí)北港鹽通量小于大潮時(shí)，南港鹽通量大于大潮時(shí)的現(xiàn)象。至2012年，漲潮鹽通量北港為-15.56 kg/s，南港為-15.19 kg/s，落潮鹽通量北港為16.92 kg/s，南港為16.32 kg/s，凈鹽通量北港為3.16 kg/s，南港為1.92 kg/s；南港鹽通量仍然大于大潮時(shí)期，但北港落潮鹽通量和大潮時(shí)期相當(dāng)，北港凈鹽通量比大潮時(shí)期大，這是由于大潮時(shí)期北支倒灌的鹽水在小潮期間到達(dá)北港導(dǎo)致的。

表3 大潮期間南北港漲潮鹽通量、落潮鹽通量和凈鹽通量(kg/s)

表4 小潮期間南北港漲潮鹽通量、落潮鹽通量和凈鹽通量(kg/s)

6 結(jié)論

本文應(yīng)用本系列論文Ⅱ中建立的長(zhǎng)江河口水動(dòng)力和鹽水入侵三維數(shù)值模式，模擬長(zhǎng)江河口50年代、70年代和2012年鹽水入侵，從大潮和小潮期間鹽度和單寬鹽通量的平面分布、沿北支、南支-北港和南支-南港鹽度縱向剖面分布、分汊口橫斷面鹽通量定量分析不同年代河勢(shì)下鹽水入侵狀況和變化程度及其原因。

在北支，不同年代鹽水入侵的變化是由分流比和潮差雙重作用造成的。大潮期間，北支上端漲潮鹽通量和凈鹽通量在50年代分別為-6.35 kg/s、-0.42 kg/s，70年代分別為0，2012年分別為-36.85 kg/s、 -5.91 kg/s。小潮期間，北支上端漲潮鹽通量和凈鹽通量在50年代分別為-1.84 kg/s、-0.07 kg/s，70年代分別為0，2012年分別為-15.46 kg/s、-1.67 kg/s。50年代和2012年，北支鹽水倒灌南支，大潮期間遠(yuǎn)大于小潮期間，2012年遠(yuǎn)強(qiáng)于50年代，70年代沒(méi)有北支鹽水倒灌南支現(xiàn)象。北支50年代鹽水入侵較強(qiáng)，70年代大幅下降，中上段出現(xiàn)淡水，2012年鹽水入侵極為嚴(yán)重，整個(gè)北支被高鹽水占據(jù)，上段出現(xiàn)強(qiáng)烈的鹽度鋒面。北支口門(mén)處大潮期間出現(xiàn)低鹽水，是由北港低鹽水輸運(yùn)擴(kuò)散所致，小潮期間消失。

在南支，由于50年代北支鹽水倒灌較弱、70年代無(wú)北支鹽水倒灌，故50、70年代南支均為鹽度都小于0.45的淡水；在2012年，大潮期間由于出現(xiàn)了強(qiáng)烈的北支鹽水倒灌，南支上段出現(xiàn)鹽度大于0.45的鹽水，沿著南支北側(cè)向下游擴(kuò)散，鹽度入侵加劇，而在南支中下段仍被淡水占據(jù)。

在南北港，大潮期間，在50年代鹽水正面入侵最嚴(yán)重，北港凈分流比為60.8%，北港鹽度小于南港鹽度，外海鹽水主要通過(guò)南港入侵，出現(xiàn)南港鹽水倒灌進(jìn)入北港的現(xiàn)象；凈鹽通量北港為1.39 kg/s，南港為-0.08 kg/s，南港凈通量為負(fù)，表明在潮平均后南港鹽分向上游輸運(yùn)。至70年代，南支主流轉(zhuǎn)向南港，南港分流比增大，北港分流比為44.8%，南港鹽度明顯小于北港鹽度；南港下段淡水鹽度比50年代小很多；凈鹽通量北港為-0.17 kg/s，南港為0.01 kg/s，南北港鹽水正面入侵較弱。在2012年，由于南支主流再次轉(zhuǎn)向北港，北港分流比增大為55.2%，南港的鹽水入侵再次強(qiáng)于北港。70年代相比于50年代，北港和南港鹽水入侵均減弱；2012年相比于70年代，北港鹽水入侵減弱，南港鹽水入侵增強(qiáng)；凈鹽通量北港為1.59 kg/s，南港為1.12 kg/s；北港凈鹽通量大于南港。小潮期間，50年代由于南港分流比相比于大潮時(shí)更小，南港鹽水上溯距離更遠(yuǎn)，上段鹽度比更大；凈鹽通量北港為0.97 kg/s，南港為-8.81 kg/s。70年代相比于50年代，北港分流比減少，鹽水入侵減弱，原因同樣在于50年代南港鹽水倒灌進(jìn)入北港；凈鹽通量北港為0.03 kg/s，南港為0.11 kg/s。2012年相比于70年代，北港鹽水入侵減弱，南港鹽水入侵加重；凈鹽通量北港為3.16 kg/s，南港為1.92 kg/s，北港凈鹽通量比大潮時(shí)期大，原因在于大潮時(shí)期北支倒灌的鹽水在小潮期間到達(dá)北港導(dǎo)致的。

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Zhu Jianrong, Bao Daoyang. The effects of river regime changes in the Changjiang Estuary on hydrodynamics and salinity intrusion in the past 60 years Ⅱ. Hydrodynamics[J]. Haiyang Xuebao, 2017,39(2):1-15.

The effects of river regime changes in the Changjiang Estuary on hydrodynamics and salinity intrusion in the past 60 yearsⅢ.Saltwater intrusion

Bao Daoyang1, Zhu Jianrong1

(1.StateKeyLaboratoryofEstuarineandCoastalResearch,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China)

The 3D numerical model of the Changjiang Estuary built in the series paper Ⅱ was used to simulate the saltwater intrusion in 1950s, 1970s and 2012, and the changes of saltwater intrusion under different river regimes and their reasons were analyzed quantitatively in this paper. In the North Branch, the saltwater intrusion were controlled by the water diversion ratio and tidal range. In 1950s and 2012, saltwater spilled over from the North Branch to the South Branch and the magnitude was greater during spring tide than during neap tide, and was greater in 2012 than in 1950s. This phenomenon didn’t appear in 1970s. In 1950s, saltwater intrusion was severe in the North Branch. In 1970s, it decreased greatly, and a large amount of fresh water appeared in the upper and middle reaches. In 2012, the saltwater intrusion was very severe and the whole North Branch was occupied by saltwater, sharp salinity front appeared in the upper reaches. In the South Branch, fresh water occupied the most area in 1950s and 1970s, and in 2012 saltwater with salinity greater than 0.45 appeared in the upper reaches because saltwater spilled over from the North Branch. In the North and South Channel, saltwater intrusion in the 1950s was the most severe. During the spring tide, the net water diversion ratio in the North Channel was higher than that that in the South Channel by 21.6%, which caused the salinity in the North Channel was lower than that in the South Channel, resulting in the saltwater from the open sea intruded mainly through the South Channel, and returned over from the South Channel to the North Channel. In 1970s, the mainstream of the South Branch turned to the South Channel, which caused the net water diversion ratio in the South Channel increased, and became higher than that in the North Channel by 10.4%, causing the salinity in the South Channel was lower than that in the North Channel; the saltwater intrusion was weakest in the South and North Channel. In 2012, the mainstream of the South Branch turned to the North Channel again and the net water diversion ratio in the North Channel was higher than that in the South Channel by 10.4%, resulting in the saltwater intrusion in the South Channel greater than that in the North Channel. Comparing with the situation in 1950s, the saltwater intrusion in 1970s was lower in the North and South Channel. Comparing with the situation in 1970s, the saltwater intrusion in 2012 was lower in the North Channel and was higher in the South Channel. During the neap tide, the net water diversion in the South Channel was lower than that that during the spring tide in 1950s, causing the saltwater intruded more farer and the salinity in the upper reaches was higher; in 1970s, the salinity intrusion in the North Channel decreased because of the reduction of the net water diversion ratio; in 2012, the saltwater that spilled over from the North Branch in the spring tide arrived the North Channel, which caused the salt flux in the neap tide being greater than that in the spring tide. The salinity was more stratified in vertical because of the lower tidal dynamics in the three periods, and the changes of saltwater intrusion was almost same as that during the spring tide.

Changjiang Estuary; river regime change; saltwater intrusion; salt flux; numerical simulation

10.3969/j.issn.0253-4193.2017.04.001

2016-03-04；

2016-05-07。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41476077)；上海市科委重點(diǎn)項(xiàng)目(14231200402)。

鮑道陽(yáng)(1991—)，男，上海市人，從事河口海岸動(dòng)力學(xué)研究。E-mail:bdy1991@hotmail.com

*通信作者：朱建榮(1964—)，男，浙江省海寧市人，研究員，從事河口海岸動(dòng)力學(xué)研究。E-mail:jrzhu@sklec.ecnu.edu.cn

P731.23

A

0253-4193(2017)04-0001-15

鮑道陽(yáng)，朱建榮. 近60年來(lái)長(zhǎng)江河口河勢(shì)變化及其對(duì)水動(dòng)力和鹽水入侵的影響Ⅲ. 鹽水入侵[J].海洋學(xué)報(bào)，2017，39(4)：1—15,

Bao Daoyang, Zhu Jianrong. The effects of river regime changes in the Changjiang Estuary on hydrodynamics and salinity intrusion in the past 60 years Ⅲ. Saltwater intrusion[J]. Haiyang Xuebao，2017，39(4)：1—15, doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2017.04.001