南水北調(diào)對(duì)長(zhǎng)江口環(huán)境與生態(tài)的影響

南水北調(diào)對(duì)長(zhǎng)江口環(huán)境與生態(tài)的影響

計(jì)劃中的南北有三種引水方案。首先，城東（下游）的引水點(diǎn)位于江都。引水主干道長(zhǎng)156公里，規(guī)劃流量約500、700和1000輛。其次，中間（上游）的引水點(diǎn)在丹江口水庫，先引漢江，超越漢江，然后從長(zhǎng)江流渠引引漢江。引水從丹江口至北京，全長(zhǎng)1400多公里，引水流量約750、1000和1200米。第三，線路（上游）將長(zhǎng)江上游水轉(zhuǎn)移到黃河上游，在缺水地區(qū)補(bǔ)充灌溉。大規(guī)模的跨流域調(diào)水必將對(duì)調(diào)出區(qū)和調(diào)入?yún)^(qū)的自然環(huán)境產(chǎn)生影響。三種引水方案對(duì)長(zhǎng)江河口水環(huán)境的影響,一般而言,西線最小,中線次之,東線最為明顯。東線南水北調(diào)對(duì)長(zhǎng)江口的影響,涉及徑流、泥沙、咸水入侵、岸灘沖淤、航道、水產(chǎn)、漁業(yè)和生態(tài)環(huán)境等諸多方面,但其中最突出的影響是會(huì)加重長(zhǎng)江口的咸水入侵。故本文僅對(duì)東線南水北調(diào)對(duì)長(zhǎng)江河口咸水入侵的影響及對(duì)策作初步研究。1對(duì)具體運(yùn)行人影響的損失上海和江蘇瀕臨長(zhǎng)江河口,在長(zhǎng)江枯水期出現(xiàn)的咸水入侵造成黃浦江下游河段和長(zhǎng)江徐六涇以下河段氯化物等溶解鹽類劇增,使水質(zhì)不符合飲用水和工農(nóng)業(yè)用水的標(biāo)準(zhǔn),給上海和江蘇人民的生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來危害。長(zhǎng)江口嚴(yán)重的咸水入侵屢有發(fā)生,如1978年冬至1979年春,由于長(zhǎng)江水量特枯,加上長(zhǎng)江各地大量抽水,導(dǎo)致咸水入侵特別嚴(yán)重,崇明島全部被咸水包圍,長(zhǎng)江口徐六涇以下河段遭受咸水侵襲長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月之久,吳淞水廠最高氯度達(dá)到3950mg/L,氯度持續(xù)超標(biāo)(>250mg/L)達(dá)64d,其它水廠的氯度也都超標(biāo)。根據(jù)對(duì)90家工廠的調(diào)查,由此次咸水入侵造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1400萬元以上,其中食品工業(yè)、制藥工業(yè)被迫停產(chǎn),電鍍、紡織、印染、鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量普遍下降,出口產(chǎn)品因質(zhì)量下降而返銷。寶鋼為確保水質(zhì),不得不投資1.2億元建造一個(gè)避咸蓄淡水庫,全市用于購買脫鹽的淡水裝置的資金已達(dá)到10億元以上。咸水入侵對(duì)人民的身體健康影響也甚大,尤其對(duì)患心臟病和腎臟病的人危害更為嚴(yán)重。2鹽水倒灌南支受溫度影響解決寶鋼用水的寶鋼水庫和解決上海部分用水的陳行水庫均位于長(zhǎng)江口的南支南岸,故上海特別關(guān)注這一岸段的咸水入侵狀況。根據(jù)實(shí)測(cè)資料分析和數(shù)學(xué)模型計(jì)算,南支南岸咸水入侵有上、中、下三個(gè)來源(圖1):上段來自北支鹽水倒灌,下段來自南港咸水上溯,中段有北港的咸水入侵。北支屬漲潮槽性質(zhì),在長(zhǎng)江口四條入海汊道中,氯度最高。當(dāng)上游來的流量小(大通流量小于25000m3/s)和潮差大(青龍港潮差大于3m)時(shí),北支的鹽水會(huì)大量倒灌進(jìn)入南支,成為南支河段咸水入侵的主要來源。由于20世紀(jì)70年代以來北支淤積加速,咸水入侵影響逐漸減弱,但近幾年來北支鹽水倒灌南支又有所加劇,如北支上口青龍港的鹽度在1998年12月大潮期達(dá)到21～22,1999年3月大潮期達(dá)24～26,由此導(dǎo)致寶鋼水庫和陳行水庫取水口水域在1998～1999年的枯水期,氯度連續(xù)大于250mg/L的最長(zhǎng)天數(shù)達(dá)25d,青草沙水域連續(xù)超標(biāo)達(dá)38d,可見,北支咸水倒灌仍然是南支咸水最重要的來源。南港咸水入侵,在枯季流量豐、平水情況下,一般上溯到吳淞口附近,對(duì)寶鋼河段幾無影響,但當(dāng)枯季流量保證率在90%以上時(shí)即枯水情況下,咸水上溯可達(dá)瀏河口或以上河段。北港咸水入侵對(duì)崇明島南門影響較大,其次為寶鋼,再次為楊林,對(duì)吳淞的影響很小。3在非引水條件下，長(zhǎng)江河口淡水的時(shí)空變化規(guī)律3.1潮差對(duì)月的影響日變化與潮流過程線相似,氯度一天中出現(xiàn)兩高兩低。若咸水入侵源以北支倒灌為主,氯度的峰、谷值分別出現(xiàn)在落憩、漲憩附近;若主要來自南、北港,氯度的峰、谷值分別出現(xiàn)在漲憩、落憩附近。半月變化日平均氯度在半月中高、低值出現(xiàn)的時(shí)間與潮差的關(guān)系較復(fù)雜,因咸水入侵源和所處的位置而異,一般有三種情況:一種是大潮到小潮氯度逐漸增大,小潮期氯度比大潮期大,如南支主槽即是;另一種則相反,大潮期氯度比小潮期大,如北支和南、北槽;第三種介于兩者之間,如南、北港上段。季節(jié)變化長(zhǎng)江口氯度與大通站流量有明顯的負(fù)相關(guān)。一般是2月氯度最高,7月最低,6～10月為低鹽期,稱為“淡季”,12～4月為高鹽期,稱為“咸季”,5月、11月為“咸淡水過渡月”。年際變化長(zhǎng)江口氯度的年際變化與大通站流量有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,枯季流量為豐水的年份,咸水入侵上界可達(dá)高橋附近河段,枯季流量為平水或枯水的年份,咸水上溯可達(dá)吳淞口、堡鎮(zhèn)以上河段。3.2氯度縱向分布縱向分布長(zhǎng)江徑流量變幅可達(dá)15.4,潮差變幅也在10以上。在不同徑流量和不同潮差情況下,咸水入侵的范圍變化較大。一般而言,長(zhǎng)江沖淡水?dāng)U散的外邊界洪季在125°E附近,枯季在122.3°E左右。南支咸水入侵的上界,枯季可達(dá)吳淞以上,洪季在橫沙以下。氯度縱向分布的一般特點(diǎn)是由上游向下游逐漸遞增,出口門入口外海濱后急劇增加。南支河段因北支咸水倒灌,在七丫口至石洞口河段氯度比上、下游高,呈低—高—低的馬鞍形分布。橫向分布各汊道相近斷面氯度的高低主要受制于徑流分配,在長(zhǎng)江口的四個(gè)口門中以北支最高。在復(fù)式河槽中,同一斷面漲潮槽比落潮槽高,如新橋水道比南支主槽高。在單一河槽中,北岸比南岸高,岸邊比中泓高。垂向分布主要取決于鹽、淡水混合類型。隨徑、潮流勢(shì)力的消長(zhǎng),長(zhǎng)江口出現(xiàn)高度分層(A型)、部分混合(B型)和垂向均勻混合(C型)等三種混合類型,當(dāng)出現(xiàn)A型時(shí),上下層氯度差很大,出現(xiàn)B型時(shí)上下層氯度有一定差別,出現(xiàn)C型時(shí),上下層氯度接近一致。長(zhǎng)江口是一個(gè)以B型為主的河口。4水流比的大小及其對(duì)長(zhǎng)江口、河口徑流的影響因子從上可見,長(zhǎng)江口咸水入侵的長(zhǎng)度與強(qiáng)度主要取決于上游來的徑流量大小和潮差的大小,尤其是徑流量的大小更是主導(dǎo)因素,而東線南水北調(diào)直接從河口區(qū)調(diào)水會(huì)減少河口的徑流量,因而必然會(huì)加重長(zhǎng)江口的咸水入侵?，F(xiàn)在利用徑流量與氯度兩者的密切關(guān)系,對(duì)東線南水北調(diào)對(duì)長(zhǎng)江口咸水入侵的影響作初步預(yù)估。4.1全年補(bǔ)水,持續(xù)天數(shù)按第一時(shí)間:10.上海市目前自來水供應(yīng)量約有80%來自黃浦江上游,吳淞站位于黃浦江與長(zhǎng)江口的交接處,故吳淞站氯度的大小對(duì)黃浦江水源地至關(guān)重要。現(xiàn)根據(jù)吳淞站氯度大于250mg/L的持續(xù)天數(shù)與大通平均枯季流量和年最小日平均流量的關(guān)系得出:(1)豐水年(占統(tǒng)計(jì)年份的26%)若調(diào)水1000m3/s,影響甚微,可全年調(diào)水;(2)平水年(占統(tǒng)計(jì)年份的47%以上),若調(diào)水1000m3/s,大于250mg/L的持續(xù)天數(shù)僅增加2.3d,增加百分比為60;(3)枯水年,若調(diào)水500、700、1000m3/s,可能增加的天數(shù)分別為6.4、9.2和14.6d,增加的百分比為46、66、104;(4)特枯年,出現(xiàn)機(jī)率很小,但對(duì)咸水入侵的影響極大,若調(diào)水700、1000m3/s,黃浦江口有3個(gè)月、5個(gè)月的時(shí)間超過飲用水標(biāo)準(zhǔn)。吳淞站自1972年以來實(shí)測(cè)最大氯度值為3950mg/L,出現(xiàn)于1979年2月,根據(jù)大通站月平均流量與吳淞站月最大氯度值之間良好的負(fù)相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)為0.94)得出,若調(diào)水1000m3/s,吳淞站可能出現(xiàn)的最大氯度值達(dá)到6130mg/L,即比原最大氯度值增加48%。4.2流量與潮差關(guān)系為估算南水北調(diào)后鹽水入侵長(zhǎng)度的變化,收集了1960年以來8次較大規(guī)模的長(zhǎng)江口南支—南港河段的縱向水文測(cè)驗(yàn)資料。測(cè)驗(yàn)期間大通站流量在8200～48300m3/s,中浚站潮差在1.62～3.62m之間,基本上反映了長(zhǎng)江口徑流與潮流的不同組合狀況,有一定的代表性。大量實(shí)測(cè)資料表明,長(zhǎng)江口南支—南港河段的鹽水入侵長(zhǎng)度與大通站流量和中浚站潮差關(guān)系密切,呈反比關(guān)系?，F(xiàn)根據(jù)8次實(shí)測(cè)資料用兩組無維量綱參數(shù)繪制圖2。其中:LiL0～ˉΗΗi?ˉQQiLiL0～HˉˉˉHi?QˉˉˉQiL0——自徐六涇至南槽4號(hào)燈浮的距離(km);Li——鹽水入侵端點(diǎn)至南槽4號(hào)燈浮的距離(km);ˉΗHˉˉˉ——中浚站的多年平均潮差(m);Hi——觀測(cè)時(shí)期中浚站的潮差(m);Q——大通站多年平均流量(m3/s);Qi——觀測(cè)期前6d的大通站流量(m3/s)。在計(jì)算中,Hi取中浚站的平均潮差,Qi分別取豐水、平水、枯水及特枯水文年的特征流量值。計(jì)算結(jié)果見表1。表中增量反映出,流量與咸水入侵距離不是線性關(guān)系,而是指數(shù)關(guān)系。在枯水年調(diào)水500m3/s和700m3/s后0.5等鹽線上溯距離增量分別為3.6km和4.0km,而調(diào)水1000m3/s后達(dá)5.2km。在特枯水年調(diào)水500m3/s和700m3/s后,0.5等鹽線上溯距離增量分別為4.2km和5.0km,而調(diào)水1000m3/s后達(dá)8.5km?？梢?調(diào)水后影響最大的是在枯水年,尤其是特枯水年。4.3水文對(duì)地下水滲流速度的影響引水船站位于長(zhǎng)江河口南槽口門,大戟山站位于長(zhǎng)江口與杭州灣交接處,嵊山站位于杭州灣口。故選擇此三站可反映調(diào)水后對(duì)長(zhǎng)江口門、長(zhǎng)江口與杭州灣交接處和杭州灣口鹽度變化的影響。根據(jù)1990～1999年的長(zhǎng)江大通站月平均流量和長(zhǎng)江口及鄰近海域的引水船、大戟山和嵊山站的表層月平均鹽度資料,求得大通站流量與上述各站的表層鹽度成負(fù)指數(shù)相關(guān),其回歸方程和相關(guān)關(guān)系分別為1:引水船站S=23.27e-0.2326Q(1)R=0.90大戟山站S=26.379e-0.1161Q(2)R=0.85嵊山站S=33.233e-0.0364Q(3)R=0.65式中S為所在站的表層月平均鹽度,Q為大通站月平均流量(104m3/s)。由相關(guān)系數(shù)可見,長(zhǎng)江口門的月平均鹽度與大通站的月平均流量的關(guān)系密切,但隨著長(zhǎng)江沖淡水?dāng)U散距離的增加,相關(guān)性漸差,長(zhǎng)江徑流對(duì)水體鹽度的影響逐漸減弱,這意味著南水北調(diào)工程對(duì)鹽度的影響主要在河口及其鄰近海域。在四種不同水文條件下,若東線南水北調(diào)工程調(diào)水500、700、1000m3/s時(shí),對(duì)引水船、大戟山和嵊山站的表層鹽度的影響如表2所示。從表中可見,調(diào)水后對(duì)三站的鹽度均有影響,其中對(duì)位于長(zhǎng)江南槽口的引水船站影響較明顯。在調(diào)水1000m3/s情況下,鹽度將升高0.42至0.47。4.4沖淡水?dāng)U展面積與水文年的關(guān)系舟山漁場(chǎng)和呂泗漁場(chǎng)位于長(zhǎng)江沖淡水和陸架水的交匯處,長(zhǎng)江沖淡水?dāng)U展面積的變化直接影響這兩個(gè)漁場(chǎng)的變化?，F(xiàn)取30等鹽線作為長(zhǎng)江沖淡水的邊界,根據(jù)1985年8月至1986年7月的實(shí)測(cè)資料,得到表層長(zhǎng)江沖淡水面積A與大通徑流量Q的統(tǒng)計(jì)關(guān)系為:A=0.65Q+0.15(104km2)。利用此關(guān)系計(jì)算四種不同水文年條件下,調(diào)水500、700、1000m3/s后的長(zhǎng)江沖淡水?dāng)U展面積的變化,從計(jì)算結(jié)果可看出:調(diào)水500m3/s后沖淡水?dāng)U展面積將縮小約300～400km2;調(diào)水700m3/s后縮小500km2,調(diào)水1000m3/s后縮小600～700km2。5預(yù)測(cè)的結(jié)果和對(duì)策5.1通過對(duì)比表現(xiàn)洪水的水文水平上述定性分析和定量計(jì)算表明:長(zhǎng)江口的咸水入侵在天然情況下已比較嚴(yán)重,南水北調(diào)后若不采取相應(yīng)的措施將更嚴(yán)重;東線是在河口區(qū)的河口段調(diào)水,取水口離口門較近,故它對(duì)長(zhǎng)江河口咸水入侵影響較大;長(zhǎng)江的徑流有明顯的洪季(5～10月)、枯季(11～4月)變化,南水北調(diào)對(duì)咸水入侵影響主要在枯季,對(duì)洪季沒有影響或影響甚微;長(zhǎng)江的徑流也有明顯的年際變化,有特枯水年、枯水年、平水年和豐水年之分。南水北調(diào)對(duì)咸水入侵在豐水年幾無影響,可以全年調(diào)水;在平水年有一定的影響;在枯水年有明顯影響,在特枯水年有嚴(yán)重影響。由于氯化物與流量的相關(guān)曲線近似指數(shù)曲線,故調(diào)水500、700、1000m3/s后其影響是不同的。調(diào)水量越大,影響越大,尤其是在低流量時(shí)調(diào)大量的水影響特別嚴(yán)重,故此時(shí)調(diào)水要慎之又慎,最好不調(diào)。5.2處理方法南水北調(diào)將在不同程度上減少入海徑流量,故對(duì)長(zhǎng)江口咸水入侵的影響是有害無利的。但如能采取如下措施,其不利影響可以緩解或抵消。(1)綜合開發(fā)，減少入侵的主要來源北支因淤積日益嚴(yán)重,咸水入侵有減弱趨勢(shì),但目前咸水倒灌南支仍很嚴(yán)重,仍是陳行水庫、寶鋼水庫乃至擬建的青草沙水庫咸水入侵的主要來源。若任北支自然發(fā)展,其消亡還需經(jīng)歷相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期。為減少甚至消除南水北調(diào)產(chǎn)生的負(fù)面影響,建議結(jié)合長(zhǎng)江河口的綜合整治和蘇崇滬大交通的規(guī)劃,對(duì)北支進(jìn)行綜合開發(fā)整治,如在北支上首建造一座兼具擋鹽功能的的閘橋工程,或采用其它的一些能削減北支咸水倒灌的工程措施。這是充分開發(fā)長(zhǎng)江河口淡水資源的一項(xiàng)關(guān)鍵措施,對(duì)上海、江蘇均有利,必須加快進(jìn)行。(2)建設(shè)避咸蓄淡水庫21世紀(jì)初上海將建成以浦東開發(fā)開放為龍頭的國(guó)際經(jīng)濟(jì)、金融、貿(mào)易和航運(yùn)中心的國(guó)際大都市。隨著城市發(fā)展和人民生活水平的提高,城市供水范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大,需水量也將增加,對(duì)水質(zhì)的要求也將提高,現(xiàn)有的黃浦江上游水源和陳行水庫在水質(zhì)或水量上均難以滿足需要。若再南水北調(diào),更需盡快建造新的避咸蓄淡水庫。上海市有關(guān)部門已對(duì)青草沙水庫進(jìn)行了預(yù)可行性研究,可在此基礎(chǔ)上加快進(jìn)行。(3)確定1/s水流量由于氯度與流量的相關(guān)曲線近似指數(shù)曲線,當(dāng)流量超過16000m3/s時(shí)減少1000m3/s,對(duì)吳淞的氯度影響甚微,而小