钱塘江河口仓前段盐度变化特征及取水保证率分析

王 萱，周炳炳，卜一峰，夏冬梅，李若华

（1.杭州东部资产管理有限公司，浙江 杭州 310018；2.杭州市钱塘区农业农村局，浙江 杭州 311228；3.浙江省水利河口研究院(浙江省海洋规划设计研究院)，浙江 杭州 310020）

1 问题的提出

杭州钱塘新区是浙江省政府2019年设立的4大新区之一，由原杭州大江东产业集聚区（下文简称大江东片区）和原杭州经济技术开发区合并而成。其中大江东片区位于钱塘江南岸，下辖义蓬、河庄、新湾、临江、前进等5个街道，陆域面积348 km2。因大江东片区位于萧山平原末端，河网水质欠佳，目前绝大部分水体处于Ⅳ~Ⅴ类，无法满足工农业及环境用水水质的要求，河网水体可利用率较低，因此拟通过仓前水文站旁一工段闸取钱塘江水进行补水（一工段闸位置见图1），以改善河网水环境。

钱塘江河口是世界上典型的强潮河口，潮强流急、盐水入侵强烈，咸水最远可上溯至离杭州湾口207.0 km的闻家堰以上（见图1）[1]。咸水可改变土壤性质，影响生物生长[2]，根据GB 5084—2005《农田灌溉水质标准》，若水体氯离子浓度高于0.35 g/L不得用于农田灌溉，一工段闸河段位于钱塘江强涌潮河段，易受盐水入侵是该河段水资源利用最大的制约因素。因此，为支撑一工段闸取水工程的可行性研究，以氯度为指标分析钱塘江一工段闸河段的水资源可利用率非常必要。

图1 钱塘江河口平面形势及一工段闸位置图

2 钱塘江河口概况及分析方法

2.1 钱塘江河口概况

钱塘江是浙江省第一大河，流域面积约5.5万km2，富春江电站以下河段受外海潮汐影响，称为钱塘江河口。闻家堰—澉浦为钱塘江河口段，长116 km，水动力受径流和潮汐共同影响，丰水期主要受径流控制，枯水期主要受潮汐控制，澉浦以下为杭州湾，水动力主要受外海潮汐控制[3]。钱塘江河口径流由富春江电站控制，多年平均流量为950 m3/s，每年3—7月为丰水期，径流量占全年的70%，其他月份为枯水期。新安江水库建成（1960年）运行后，洪蓄枯泄，枯水期径流略有增加。钱塘江河口潮强流急，澉浦站实测最大潮差达9.00 m以上，潮汐受M2分潮控制，每日两涨两落。澉浦上游河段潮波严重变形，一工段闸附近的仓前水文站平均涨潮历时为1.8 h，平均落潮历时为10.6 h，平均潮差1.52 m，但最大潮差达5.27 m。由于年内径流变化，钱塘江河口盐度也呈现典型的季节变化，丰水期径流大则盐度低，枯水期径流小则盐度高，另外受大小潮汛的影响，盐度还呈现典型的半月变化[4]。

2.2 研究资料

钱塘江一工段闸旁边为仓前水文站，每天逐潮观测高、低潮位，并采用滴定法记录日最大、最小氯度（盐度=1.805×氯度+0.03 g/L）。1997年钱塘江尖山河段进行了治江围涂，对钱塘江的河势及盐水入侵影响较大且具有不可逆转性，故本文选用尖山围涂完工后2000—2016年的仓前站实测氯度资料进行分析。

径流、潮汐和江道地形是影响钱塘江河口盐水入侵的主要因素[5]，钱塘江河口的径流可由富春江电站逐日下泄流量代表。因江道地形变化较大，钱塘江每年4、7、11月份进行3次地形测验，分别代表梅汛前、梅汛后、秋季大潮后的河床地形情况，为反映河床冲淤情况，常采用闸口—盐官河段吴淞高程7.00 m以下的河床容积代表河床变化。

2.3 氯度标准及分析方法

大江东片区从钱塘江引水的目的是改善河网水质，主要用于农业灌溉和水体景观，由于景观用水对水体氯度标准没有规定，故参照GB 5084—2005《农田灌溉水质标准》，按氯离子浓度≤0.35 g/L控制。本文主要根据氯度控制标准及仓前站2000—2016年逐日氯度资料，分析钱塘江仓前河段可引水情况。

因仓前站日内盐度波动较大，根据日氯度最大值、最小值资料，可将取水天数细分为全天可取水和半天可取水，即日最大氯度小于0.35 g/L表示可全天取水，日最大氯度大于0.35 g/L但日最小氯度小于0.35 g/L表示可半天取水，日最小氯度大于0.35 g/L则表示全天不可取水，可取水天数=全天可取水天数+半天可取水天数。

3 仓前河段氯度时间变化特征

3.1 年际变化特征

统计仓前站年平均氯度、径流量、潮差及闸口—盐官河段年平均河床容积，仓前站氯度年际变化及与径流量、潮差、河床容积的关系见图2~4。由图2~4可见，仓前站氯度年际变化很大，最大为0.85 g/L，而最小仅0.16 g/L，同时径流量、潮差及河床容积年际变化也很大。因径流与咸潮方向相反，对盐水入侵有强烈压制作用。总体来说，丰水年份氯度较低，如2010—2016年，枯水年份氯度较高，如2003—2006年。另外，径流量大时河床冲刷严重，导致潮差增大，可增强咸潮上溯能力，而径流量小时，河床淤积，潮差减小，咸潮上溯能力减弱，由此可见，径流对盐水入侵有双重作用[6]。并且仓前站氯度与径流的相关性最强，即从年际变化角度来说，径流是仓前站氯度最大的影响因素。

图2 仓前站年均氯度与年均径流量图

图3 仓前站年均氯度与年均潮差图

图4 仓前站年均氯度与年均河床容积图

3.2 季节变化

根据统计资料，仓前站多年月平均、日最大氯度与径流、潮差、河床容积的关系见图5~7。由图5~7可见，因径流和潮汐的季节性变化，仓前站氯度年内波动巨大，月平均日最大氯度最大达1.01 g/L，而最小仅0.14 g/L。3—7月为丰水期，径流较大，且潮汐相对较弱，氯度较低；8—11月径流大幅减小，平均不足丰水期的1/2，且河床经过丰水期的强烈冲刷，7月份河床容积较4月份大幅增加，同时潮差明显增大，导致氯度较高；12月—次年2月径流量小，但河床经过秋季4个月的回淤，容积大幅减小，潮流上溯能力减弱，潮差明显减小，氯度较低。

图5 仓前站多年月均日最大氯度与月均径流量图

图6 仓前站多年月均日最大氯度与月均潮差图

图7 仓前站多年月均日最大氯度与河床容积图

3.3 月内及日内变化

根据2016年8月份统计资料，日最大氯度与日最大潮差关系见图8。由图8可见，氯度月内变幅较大，最大氯度达1.08 g/L，而最小仅0.04 g/L，其变化特征与潮汐变化一致，月内呈现两高两低的变化特征，大潮汛期氯度高，小潮汛期低。

图8 仓前站日最大氯度与日最大潮差月内变化图

仓前站氯度与潮位日内变化特征见图9。由图9可见，随着潮位的升高，氯度逐渐增大，高平之后潮位逐渐降低，氯度随后也逐渐降低，在涨潮前的低平阶段氯度达到最大，并且氯度的变化滞后于潮位1.0~2.0 h。

图9 仓前站氯度与潮位日内变化图

3.4 氯度随涌潮的变化

图10为2007年10月仓前站大潮汛涌潮期间氯度随潮位变化过程线图。由图10可见，在涌潮到达前，氯度较低；涌潮过后，氯度快速升高，氯度在涌潮过后约2.0 h达到最大值，之后缓慢降低。

图10 仓前站氯度随涌潮变化图

4 水资源可利用率分析

4.1 年可取水天数分析

以氯度0.35 g/L为控制指标，统计仓前站2000—2016年逐年可取水天数（见图11）。统计结果表明，多年平均可取水天数为296 d，占全年81%，其中全天可取水天数268 d，占全年73%，远大于半天可取水天数。2003年可取水天数最少，仅227 d，占全年62%，因2003年为径流由丰转枯的第1年，氯度相对较高；2008年可取水天数最多，达339 d ，占全年93%，因该年在连续枯水年份中径流有所增加，使得该年氯度相对较低。

图11 2000—2016年逐年可取水天数图

对应不同保证率，年可取水天数统计结果见表1。由表1可见，保证率为50%时，可取水天数为297 d，占全年的81%，其中全天可取水天数为272 d，半天可取水天数为25 d。保证率为80%时，可取水天数为237 d，占全年的65%，其中全天可取水天数为225 d，半天可取水天数为12 d 。

表1 不同保证率下年可取水天数统计表 d

4.2 月可取水天数分析

根据统计，多年月平均可取水天数见表2。由表2可见，年内上半年可取水天数明显大于下半年可取水天数，而下半年尤以9—11月可取水条件最差，可取水天数分别为19，17，20 d。

表2 多年月平均可取水天数统计表 d

4.3 典型年可取水天数分析

为进一步指导取水调度，选用2016年、2005年、2000年分别代表丰、平、枯水年，分析典型年份的可取水天数及年内分布。典型年各月全天可取水天数统计见表3和图12。由表3及图12可见，丰水年仅在8、9、12月可取水条件较差，全天可取水天数达302 d；平水年在7—11月可取水条件较差，全天可取水天数为272 d；枯水年一半以上的月份可取水条件较差，仅3、4、6、11、12月等5个月取水条件较好，全天可取水天数为204 d。

表3 典型年各月全天可取水天数统计表 d

图12 典型年各月全天可取水天数图

5 结 论

（1）仓前河段年际、年内氯度差异较大，其变化主要由径流的变化所致。因潮汐大小变化，月内、日内的盐度变化也很大。年内以下半年盐水入侵强烈，月内以大潮汛期盐水入侵最强，日内在涨潮高平后氯度最高，落潮低平后氯度最低。

（2）2000—2016年的统计结果表明，年均氯度最大为0.85 g/L，而最小仅0.16 g/L；月均日最大氯度最大为1.01 g/L，而最小仅0.14 g/L。

（3）以GB 5084—2005《农田灌溉水质标准》中规定的氯度≤0.35 g/L为控制依据，保证率为50%的年份可取水天数达297 d（其中全天可取水272 d，半天可取水25 d），占全年的81%；保证率为80%的年份可取水天数为237 d（其中全天可取水225 d，半天可取水12 d），占全年的65%。其中，3—6月取水条件最好，1、2、7、12月次之，8—11月较差，10月最差。