Analysis of the characteristics of the Qingcaosha Reservoir direct saltwater intrusion from the open sea in the Changjiang Estuary
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摘要: 利用青草沙上游取水口和下游排水口大量实测盐度资料, 统计分析了2010年冬季以来的10个咸潮年度中青草沙水域受到外海正面盐水入侵的特点. 分析结果表明, 近10年来青草沙水域外海正面盐水入侵与径流量、潮汐和风况等密切相关. 水库上游闸口共发生16次正面盐水入侵, 时间为9月到次年3月; 下游闸口共发生41次正面盐水入侵, 时间为9月到次年5月. 上游和下游闸口正面盐水入侵, 主要出现在每年的12月、1月和2月, 且一般容易发生在大通流量18 000 m3/s以下、持续偏北或西北风影响下的小潮或小潮后的中潮. 正面盐水入侵来临前几天, 偏北或西北风的强度和持续时间对正面盐水入侵起着重要的作用.Abstract: Qingcaosha Reservoir is the main water source for Shanghai, providing approximately 55% of its high-quality raw water needs, and effectively guarantees the safety of water supply for Shanghai. The waters near the Qingcaosha Reservoir experience saltwater spillover from the North Branch into the South Branch; the nearby waters, moreover, suffer from direct saltwater intrusion from the open sea. In this study, a large number of measured salinity data in the upstream and downstream sluice was used to statistically analyze the characteristics of direct saltwater intrusion near the Qingcaosha Reservoir waters in recent decades. The analysis results show that direct saltwater intrusion neat the Qingcaosha Reservoir waters in recent decades was closely related to the river discharge, tide, and wind. There were a total of 16 instances of direct saltwater intrusion at the upstream sluice that occurred from September to March of the following year; likewise, there were a total of 41 instances of direct saltwater intrusion at the downstream sluice that occurred from September to May of the following year. The direct saltwater intrusions at the upstream and downstream sluices appeared primarily in December, January, and February of each year. We found that saltwater intrusions occurred most commonly when the river discharge was less than 18 000 m3/s during neap tide and middle tide (after neap tide) accompanied by persistent northerly or northwesterly winds. We found that the strength and duration of the northerly or northwesterly winds in the days preceding saltwater intrusion had an important role on direct saltwater intrusion.
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Key words:
- Changjiang Estuary /
- Qingcaosha Reservoir /
- saltwater intrusion /
- river discharge /
- tidal type /
- wind
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图 1 长江口盐度实时监测系统主要站点
Fig. 1 Locations of the primary stations used for real–time monitoring of saltwater intrusion at the Changjiang Estuary
图 2 风持续天数与闸口正面盐水入侵持续天数间的对应关系
Fig. 2 Relationship between the duration of wind (in days) and the duration of saltwater intrusion (in days) outside the sluice
表 1 青草沙水域受到外海正面盐水入侵总体情况
Tab. 1 General information on saltwater intrusion from the open sea near Qingcaosha Reservoir
咸潮年度 上游闸口 下游闸口 上游闸门发生影响时
大通流量范围/(m3·s–1)下游闸门发生影响时
大通流量范围/(m3·s–1)发生次数 受影响天数/d 发生次数 受影响天数/d 2010年冬—2011年春 2 8 7 47 12600 ~ 14200 11800 ~ 19100 2011年冬—2012年春 4 16 6 45 11000 ~ 28100 11100 ~ 22100 2012年冬—2013年春 2 6 6 27 15000 ~ 18500 14900 ~ 20400 2013年冬—2014年春 3 30 3 38 9730 ~ 14000 9730 ~ 14000 2014年冬—2015年春 2 6 2 13 11400 ~ 11900 11400 ~ 11900 2015年冬—2016年春 0 0 2 8 16200 ~ 17000 16200 ~ 24100 2016年冬—2017年春 1 6 4 20 12600 ~ 13700 12600 ~ 19400 2017年冬—2018年春 0 0 5 18 13900 ~ 18100 2018年冬—2019年春 0 0 4 17 15900 ~ 24300 2019年冬—2020年春 2 13 2 15 10000 ~ 24100 10000 ~ 24100 
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表 2 青草沙水域受到正面盐水入侵月份分布情况
Tab. 2 Monthly distribution of saltwater intrusion from the open sea near Qingcaosha Reservoir
月份 上游闸口 下游闸口 受影响次数 受影响天数/d 受影响次数 受影响天数/d 9月 2 11 2 17 10月 1 5 4 14 11月 0 4 3 13 12月 3 13 6 36 1月 4 11 10 65 2月 4 32 9 66 3月 2 9 6 29 4月 0 0 1 3 5月 0 0 1 5 注: 受影响次数是统计盐水入侵发生起始日所处月份.
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表 3 不同年份青草沙水域受到外海盐水入侵影响天数比较
Tab. 3 Comparison of the number of days impacted from saltwater intrusion from the open sea near Qingcaosha Reservoir across different years
时间 上游闸口受影响天数/d 下游闸口受影响天数/d 同时段大通流量均值/(m3·s–1) 同时段大通流量中值/(m3·s–1) 2010年11月—2011年3月 8 42 15481 14300 2011年11月—2012年3月 12 37 17647 15900 2012年11月—2013年3月 6 27 18485 17600 2013年11月—2014年3月 21 33 13295 12500 2014年11月—2015年3月 6 13 17122 17000 2015年11月—2016年3月 0 8 22752 21800 2016年11月—2017年3月 6 15 18287 16000 2017年11月—2018年3月 0 15 16901 20200 2018年11月—2019年3月 0 13 21890 17300 2019年11月—2020年3月 6 6 16866 17350
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表 4 青草沙水域受到外海盐水入侵时对应大通流量与临界流量比较
Tab. 4 Comparison between the real river discharge and critical river discharge at Datong Station during saltwater intrusion events from the open sea near Qingcaosha Reservoir
月份 临界流量/(m3·s–1) 上游闸口 下游闸口 正面盐水入侵次数 单次入侵期间大通流量均值
低于临界流量次数正面盐水入侵次数 单次入侵期间大通流量均值
低于临界流量次数10月 16000 1 1 4 1 11月 15000 0 0 2 0 12月 13500 4 2 6 2 1月 12000 4 3 10 3 2月 12000 4 2 9 1 3月 14000 4 0 6 1 4月 18000 0 0 1 1
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表 5 入侵前出现的最大偏北风风力与正面入侵影响天数统计
Tab. 5 Statistics on the maximum northerly wind speed preceding saltwater intrusion and the duration of the respective intrusion (in days)
风力/级 上游闸口 下游闸口 出现次数 入侵影响天数范围和均值/d 出现次数 入侵影响天数范围和均值/d 2 ~ 3 1 2, 2 3 3 ~ 5, 4.3 3 ~ 4 5 3 ~ 6, 4.2 9 2 ~ 8, 5.2 4 ~ 5 7 3 ~ 17, 6 21 1 ~ 22, 6.4 5 ~ 6 2 4 ~ 9, 6.5 6 5 ~ 10, 7.2 6 ~ 7 1 7, 7 2 2 ~ 9, 5.5
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表 6 正面盐水入侵次数和比例与首日所处潮型统计
Tab. 6 Statistics on the numbers and frequency of saltwater intrusion events, and tidal types on the first day of saltwater intrusion
潮型 上游闸口 下游闸口 出现次数 所占比例 出现次数 所占比例 大潮 0 0 0 0 大潮后的中潮 2 12.5% 4 9.76% 小潮 3 18.75% 7 17.07% 小潮后的中潮 11 68.75% 30 73.17%
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表 7 下游闸口遭受正面盐水入侵的影响因素分析
Tab. 7 Factors analysis of saltwater intrusion from open sea at downstream sluice
月份 入侵
次数入侵首日大通流量
范围/(m3·s–1)入侵前5 ~ 7 d
大通流量/(m3·s–1)入侵前风向及持续时间 入侵前最大风力 入侵前潮型 9月 2 20000 ~ 22000 20000 ~ 21000 西北或偏北风3 d以上 均在6级以上 1次大潮后的中潮, 1次小潮 10月 4 14000 ~ 24000 17000 ~ 24000 西北或偏北风2次在2 d以上,
另有2次为西北或偏北风仅1 d均在4级以上 1次大潮后的中潮,
3次小潮后中潮11月 2 18000 ~ 23000 18000 ~ 23000 偏北风3 d以上 1次3 ~ 4级, 1次4 ~ 5级 1次小潮, 1次小潮后的中潮 12月 6 11000 ~ 18000 12000 ~ 19000 5次均为偏北或西北风持续3 d以上,
仅1次西北风持续1 d均在3级以上 1次大潮后中潮, 2次小潮,
3次小潮后中潮1月 10 11000 ~ 17000 11000 ~ 19000 均为持续偏北或西北风2 d以上 均在3级以上 均为小潮后的中潮 2月 9 11000 ~ 24000 11000 ~ 22000 偏北或西北风1 d以上 均在3级以上 2次小潮, 7次小潮后的中潮 3月 6 13000 ~ 18000 14000 ~ 18000 5次均为偏北或西北风持续1 d以上,
但1次前期为偏东风均在3级以上 均为小潮后的中潮 4月 1 17000 18500 偏东风 4 ~ 5级 小潮后中潮 5月 1 19000 17500 偏北风3 d 3 ~ 4级 小潮
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表 8 上游闸口遭受正面盐水入侵的影响因素分析
Tab. 8 Factors analysis of saltwater intrusion from open sea at upstream sluice
月份 入侵
次数入侵首日大通
流量范围/(m3·s–1)入侵前5 ~ 7 d
大通流量/(m3·s–1)入侵前风向及持续时间 入侵前最大风力 入侵前潮型 9月 2 20000 ~ 21000 19500 ~ 21000 偏北或西北风3 d以上 1次5 ~ 6级, 1次6 ~ 7级 小潮 10月 1 14000 17300 偏北或西北风7 d 5 ~ 6级 大潮后的中潮 11月 0 12月 4 11000 ~ 18000 12000 ~ 19000 3次偏北或西北风3 d以上,
仅1次西北风或东北风持续7 d3次4 ~ 5级, 1次3 ~ 4级 小潮后的中潮 1月 4 11000 ~ 17000 11000 ~ 17700 偏北或西北风持续2 d以上 均在3级以上 小潮后的中潮 2月 4 11000 ~ 14000 11000 ~ 14000 偏北或西北风1 d以上 3次4 ~ 5级, 1次3 ~ 4级 小潮或小潮后的中潮 3月 1 16800 15800 偏北或西北风持续3 d以上 3 ~ 4级 小潮后的中潮
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