长江河口北支盐水入侵及倒灌南支盐通量研究

以往对长江河口盐水入侵的研究主要集中在南支，对北支的盐水入侵研究甚少。这主要是因为长江河口水源地均在南支，人们研究重点在南支盐水入侵及其对水源地的影响，以及北支水深浅，较难开展现场观测。本申请项目通过北支现场观测和三维数值模拟，全面深入开展北支盐水入侵和倒灌盐通量的研究，尤其是首次提出和开展北支倒灌盐通量的研究。研究内容包括：历史观测资料分析；枯季在长江河口北支现场观测；利用本项目的北支观测资料对模式在北支河段作率定和验证；考虑径流量、潮汐、风应力、地形等多种动力因子，数值模拟和动力分析大潮和小潮期间北支盐水入侵和北支倒灌盐通量，定量分析潮差对北支盐水入侵和北支倒灌盐通量的影响；分别改变径流量、风应力和地形，数值试验和定量分析它们对北支盐水入侵和北支倒灌盐通量的影响。本项目对河口盐水入侵的研究具有重要的科学意义，对利用河口淡水资源具有重要的应用价值。

于2011年1月4-12日和2012年1月2-13日在长江河口分别作了3船和6船定点同步观测，采用ADCP、OBS和CTD等仪器测量流速流向、水温、盐度和浊度等。2011年1月观测资料分析结果表明，大潮和小潮期间北港盐水入侵均来北港外海盐水的直接入侵，而非来自上游，即北支盐水的倒灌。崇明东滩外侧北港北汊在大潮期间盐水入侵加重了北港中上段的盐水入侵。2012年1月观测结果表明，小潮期间北港拦门沙区域流在垂向上存在显著的不对成性，落潮历时远大于涨潮历时，盐水分层显著；发现大潮期间北港北汊上口的底层盐度峰值大于下游北港拦门沙的底层盐度峰值，该高盐水来源于北港北汊。大潮涨潮期间大量高盐水从北港北汊入侵北港主槽，缩短了外海盐水入侵的距离，升高了北港上段的盐度。进一步分析表明，潮汐、北风和北汊演变共同作用是造成北汊盐水入侵北港的主要原因。.收集和分析了大量长江河口历史观测资料，揭示了盐水入侵空间三维和时间不同尺度的变化特征。综合考虑径流量、潮汐、风应力、地形、斜压、混合等动力因子，建立了一个长江河口高分辨率三维盐水入侵数值模式。应用改进的三维数值模式，研究了北支盐水入侵和倒灌盐通量。当径流量取11 000 m3/s，风况取风速为6 m/s的北风时，北支上段大潮、中潮、小潮和半月平均盐通量分别为-26.28，-14.65，-1.58和-15.83 t/s，发生北支盐分倒灌进入南支，大潮期间的盐分倒灌远量大于小潮期间。通过数值计算定量分析了径流量、潮汐和北风对北支倒灌盐通量的影响：枯季北支盐分倒灌随径流量增加而减弱、减小而增强，随潮汐减弱而减小、增强而增加，随北风增强而增加、减弱而减小。计算分析了1998—1999年冬季北支日均盐通量，在径流量低和潮汐强的情况下发生严重的北支盐分倒灌，量值达到了-37 t/s。从盐通量时间变化过程看，在季节时间尺度上盐通量主要决定于径流量，从半月时间尺度上大小潮起着主要作用。.另外，发现了风应力对长江河口盐水入侵的影响，揭示了其动力机制；给出了枯季各个汊道的分流比；揭示了长江河口余流与盐水入侵的关系；定量给出了南水北调东线工程对长江河口盐水入侵的影响；揭示了长江河口南槽没冒沙区域淡水带存在的动力机制；给出了长江河口北支潮位和潮差的时空变化和机理；揭示了长江河口涨落潮不对称性动力成因等。本项目已发表13篇学术论文，其中SCI6篇，EI论文2篇。