2022年长江口压咸补淡调度实践及成效

许银山 曾明 裘诚 胡挺

摘要：

2022年长江流域出现罕见的“汛期反枯”现象，径流量显著偏少，长江口咸潮入侵发生时间早、持续时间长、入侵程度严重。开展水工程群联合调度是压咸补淡、保障供水安全的重要举措。针对长江口咸潮入侵特点，基于长江流域水文预报调度体系，通过搭建长河系、远距离、多类水工程综合影响的一维水力学模型进行多工况场景模拟，并结合原型资料分析，从调度时机和调度目标两个角度提出了适应长江流域现状水工程群的压咸补淡调度策略。通过开展水工程群压咸补淡调度，明显抬升了中下游沿程水位，减轻了长江口咸潮影响，基本缓解了供水紧张的局面，取得了显著的社会效益和生态效益。提出的策略可为今后长江口地区的压咸补淡调度提供技术参考。

关 键 词：

咸潮入侵； 压咸补淡； 联合调度； 水工程群； 三峡水库； 长江口

中图法分类号： P338

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.006

0 引 言

长江口地区的咸潮入侵一般发生在枯水期［1］，期间河口处水体氯化物浓度的升高，将对长江口地区水源地取水造成较大威胁。咸潮入侵的影响因素众多［2］，其中上游径流与外海潮汐是最主要因素［3-4］。水工程群调度作为水量调配最直接的工程措施，在应对咸潮、保障供水安全中可发挥明显作用。相关学者针对水工程群调度对长江口咸潮的影响开展了相关研究，如丁磊等［5］分析得知枯水期补水调度明显增加了12月至次年3月的大通站径流量，降低了长江口水源地取水口平均氯化物浓度；李文善等［2］分析得知三峡水库启动试验性蓄水后长江口咸潮入侵次数和持续时间均呈下降趋势；何俊杰等［6］采用ECOM-si三维数值模型进行模拟发现枯季三峡水库泄流使长江口三大水源地不宜取水时间缩短约1～2 d；朱慧峰等［7］提出，三峡水库运行对长江口地区枯季咸潮压制具有正向作用，而蓄水期咸潮入侵周期将提前。

关于抵御咸潮的水工程调度，在珠江流域，刘夏等［8］分析了流域内单库、多库联合调度效果和补水次序，该流域自2005年开始压咸补淡调度，并逐步过渡至整个枯水期骨干水库群水量统一调度［8-10］，有效抑制了珠江河口磨刀门水道的咸潮上溯；在长江流域，2014年初陈行水库取水口氯化物浓度出现罕见的连续超标［11-12］，三峡水库通过增加下泄流量有效补充了淡水水量。长江上中游水库群调节能力强，河口区引调水工程规模大，针对长河系、多种类水工程协同开展压咸补淡调度的相关研究成果较少，还未有明确的调度策略和应用实践。

为此，本文针对2022年长江流域“汛期反枯”［13-14］、长江口咸潮入侵发生时间明显提前［15-16］的现象，基于数值模拟结果和實测资料，提出了长江流域现状水工程群的压咸补淡调度策略并应用于实践，总结了压咸补淡调度成效。

1 2022年长江口咸潮入侵概况

2022年汛期，长江流域发生流域性严重枯水，加之9月台风“轩岚诺”“梅花”“南玛都”对东海海面的顶托，长江口地区遭遇严重咸潮入侵，城市供水安全受到严重威胁。此次咸潮入侵罕见地发生在夏末秋初，具有发生时间早、持续时间长、影响范围广的特点。

2022年7月以来，大通站来水快速消退，由7月初日均流量54 600 m3/s消退至月底的30 900 m3/s，此后流量进一步减少，9月初日均流量已降至15 000 m3/s以下，9月上旬末降至12 000 m3/s，27日起降至10 000 m3/s以下，随后轻微波动。

监测数据显示，8月中旬起长江口地区开始出现咸潮入侵现象，随着上游来水的持续减少，入侵程度持续增强，形势日益严峻。东风西沙水源地9月1～4日遭遇第一次咸潮入侵，9月6日第二次咸潮入侵起汛；青草沙水源地9月5日咸潮入侵起汛；陈行水源地9月14日咸潮入侵起汛，自此，长江口三大水源地均出现取水困难。随着长江流域来水持续减少，崇明岛南侧北港河段的六滧站氯化物浓度持续大于250 mg/L（饮用水标准），在1 000～5 000 mg/L之间波动；南北支分汊口崇明洲头站氯化物浓度在1 000～2 000 mg/L之间；位于上游的南北支分汊口南侧白茆（备）站氯化物浓度随潮位间歇性大于250 mg/L。长江口地区氯化物监测站点分布见图1，其中六滧站氯化物浓度变化过程见图2。

2 长江口压咸补淡调度策略

2.1 调度对象及分析方法

针对长江口咸潮参与联合调度的水工程群主要包括以三峡为核心的水库群和长江下游引调水工程。联合调度的水工程群和调度措施以《水利部关于2022年长江流域水工程联合调度运用计划的批复（水防〔2022〕262号）》和《关于长江口咸潮应对工作预案的批复（国汛〔2015〕1号）》（以下简称“预案”）为依据，纳入联合调度范围的控制性水库51座，引调水工程14座，具体情况见图3及表1。

长江口压咸补淡调度策略主要是基于数值模型模拟分析结果。以预案中大通站流量阈值和阈值以上维持时间为调度目标，基于长江中下游水力学模型、长江口地区氯化物浓度分析模型，模拟分析水工程群不同调度工况对长江口水源地淡水的补充量和氯化物浓度影响程度，据此提出压咸补淡调度的启动时机和调度过程。

基于长江流域作业预报体系，采用水力学模型模拟分析长江中下游大通站流量过程［17］，模型范围自三峡水库坝址至长江口，纳入模型的干流长度约1 881 km，且包含沿线主要支流来水，以支流来水及三峡出库流量过程为上边界、长江口天文潮位过程为下边界。长江口地区氯化物浓度分析模型基于ECOM-si三维数值模式构建［18］，以大通站来水、外海潮位过程和相关气象资料为边界，计算长江口氯化物浓度变化过程。

2.2 调度策略

基于天文潮汐变化规律，根据水工程群对长江口咸潮的影响时间和影响程度，确定调度时机和调度过程。

（1） 调度时机。以水库可供水量大小和引取水工程的流量调整空间为前提，以长江口潮汐预测以及河道水流传播特性为依据，确定各调度对象的调度时机。

通过模型模拟、历史资料、各年历次补水调度过程，分析枯水时长江中下游沿程河道的水流传播时间和坦化规律进而反推水工程的调度时机。根据长江口在小潮期间补淡的要求，三峡水库需提前约10 d启动补水工作，考虑到小潮出现前3 d潮动力也较小，建议进一步提前至13 d以上开始补水调度，其他水利工程根据枯水演进特性确定其配合三峡水库开展压咸补淡调度的时机。低水情况下，三峡水库下泄至下游各站的传播时间见表2。

（2） 调度方式。根据调度对象对长江口水量大小的影响效果确定调度方式。以大通站流量最大涨幅与三峡水库下泄流量增加值之间的比值作为大通最大影响流量响应系数，以此来衡量三峡水库的补水效果，亦可称为三峡对大通的补水等效比。基于三峡水库增加下泄流量大小、调度维持时间长短进行工况组合，分析调度前后对大通站的补水效果。结果表明：三峡水库对大通站的补水等效比与调度持续时间更为相关，维持时间越长，补水效果越明显（见图4），结合调度时机，建议补水调度较小潮期提前约13 d启动，并维持10 d以上，效果较为显著。长江下游引调水工程由于距离长江口较近，控制引取水流量对长江口影响可基本视为等效，引调水工程在三峡水库影响量到达时，相应减少引调水量，减少幅度越大，效果越明显。

（3） 调度策略。长江口压咸补淡调度主要以小潮期间补充淡水为目标，按水库群和引调水工程分别确定调度时机和调度方式，其中水库群开展联合补水调度，引调水工程开展流量控制调度。考虑枯水期上游各水工程调度后水量变化到达长江口的传播时间，以长江口所需的补水窗口期为依据时间，倒推各水工程需开展调度的时间，即为调度启动时机。对长江口的补水过程以在小潮期间填谷使之达到目标流量为主，因沿程河槽调蓄作用，补水效率小于1，水库下泄水量需大于填谷所需水量。按模型模拟并结合实践验证的补水等效比确定调度过程。

3 2022年调度实践及成效

分析推演天文潮汐规律可知10月19日为长江口最小低低潮，受潮位降低影响，10月17～21日将为氯化物浓度低值区。通过及时采取以三峡水库为核心的水工程群联合应急调度，错时加大三峡、丹江口水库出库流量向下游补水，加强长江下游沿江主要引调水工程流量控制，在长江口小潮期加大淡水补充、进一步降低了浓度，获得取水窗口，增强了上海市和江苏省太仓市供水保障能力。

3.1 调度过程

本次以三峡水库为核心的水工程群联合应急调度从10月2日启动，具体调度过程如下：

（1） 以三峡水库为核心的水库群。考虑三峡水库泄流至长江口的传播时间和影响效果，计划三峡水库于10月2日启动补水调度工作，10月2～11日，三峡水库日均出库流量加大至9 090～12 800 m3/s，较原计划出库流量共增加40.63億m3。10月5～6日，结合汉江下游滞留船舶疏解，丹江口水库加大下泄流量至1 000 m3/s（补水0.9亿m3）。10月2～11日期间，三峡、丹江口水库共增加向下游补水量41.53亿m3。

（2） 长江下游引调水工程。长江下游引调水工程较多，引水量较大，经统计，8～10月引水流量在440～1 830 m3/s之间，其中8月中旬至9月上旬调水流量较大，平均为1 500 m3/s，9月中旬起调水流量在1 000 m3/s 左右。10月15～19日，安徽、江苏省水利厅加强辖区内沿长江主要引调水工程引水流量控制，日均引水流量分别为14.7，793 m3/s，较10月上旬分别减少66%和26%。

3.2 调度成效

（1） 明显抬升了中下游干流及两湖水位。

受水库群补水调度影响，中下游干流水位先后起涨，沙市-九江江段水位较补水前最低水位抬升约3.4～1.6 m，持续时间达15～24 d，改善了沿江城乡取水和农业灌溉条件。洞庭湖、鄱阳湖受长江补水顶托影响，两湖出口附近水位亦回升1.5～2.5 m，其中，鄱阳湖区水位抬升0.25～1.5 m，洞庭湖区水位抬升0.35～2.5 m，增加了两湖通航水深，水域面积较不调度时均增加100 km2左右。

（2） 有效增加了长江入海流量。

10月15日大通站最大日均流量涨至13 700 m3/s，12 000 m3/s以上流量持续时间达9 d左右，10 000 m3/s以上流量持续时间达17 d左右，为应对咸潮提供了有效径流保障，有效确保了补水关键期大通站流量的稳定。

采用水力学、大湖演算模型等多模型综合反演，分析对比水工程群联合调度前后大通站流量变化（见图5）。若不开展联合调度，10月大通站日均流量将在10 000 m3/s以下持续波动缓退；通过开展水工程群联合调度，大通站流量增加的持续时间超20 d，最大增加约4 000 m3/s，增大幅度约40%，大通站最大增加流量与三峡水库增泄流量的比值达0.8左右。

（3） 显著减轻了长江口咸潮影响。

根据长江委水文局的实况氯化物浓度场加密监测数据，采用长江口氯化物浓度分析模型进行复盘分析，结果见图6。本次调度平均降低陈行水库氯化物浓度250 mg/L（10月10～26日，下同），使陈行水库取水口氯化物浓度低于250 mg/L的时间由0 d增加至8 d；平均降低东风西沙水库取水口氯化物浓度190 mg/L，使低于250 mg/L的时间由4 d增加至8 d；平均降低青草沙水库取水口氯化物浓度300 mg/L，其中19～20日氯化物浓度由900 mg/L降低至接近250 mg/L，为水库抢水争取了时机。

基于长江口氯化物浓度实测数据可知，开展联合调度之前，大通流量在9 000 m3/s时，咸潮一般可以上溯至荡茜，甚至白茆以上；联合调度之后，咸潮上溯的氯化物浓度锋面逐渐下移，与10月初实际监测结果相比，10月16日南支涨、落潮期250 mg/L的分界线均下移约10～20 km，以三峡水库为核心的水工程群联合调度影响在长江口地区逐步显现。10月中旬末补水达到最大影响量时，250 mg/L分界线最远处已下移至中央沙头附近，整体来看，分界线较10月初下压了20 km以上。

通過本次联合调度，上海三大水源地水库自10月19～30日有效取水共约5 010万m3，若根据10月中下旬三大水源地平均日供水折算，可满足约40 d的供水需求，结合其他应急取水措施，已基本缓解了上海市供水紧张的局面。同时，经过窗口期蓄水补充，江苏省太仓市浪港、浏河两个水库增加蓄水约1 200万m3。

4 结论与展望

通过开展以三峡水库为核心的水工程群联合调度，统筹协调水源地之间调水、保水、节水等多方综合性举措，显著缓解了长江口供水紧张的局面，保障了内河水源供水，取得了显著的社会效益和生态效益。

（1） 本次调度过程进一步验证了以三峡水库为核心的水工程群对长江口压咸补淡调度的可行性。通过水库群补水与引调水工程流量控制，有效增加了长江入海流量，显著降低了长江口水源地取水口氯化物浓度，下压了咸潮上溯边界，增加了取水时间。

（2） 通过调度实践，进一步明确细化了水工程群的调度策略。以三峡水库为核心的水工程群为调度对象，以小潮期间补充淡水并在大通站目标流量以上持续天数为目标，按水库群和引调水工程分别确定调度时机和调度方式，建议三峡水库补水调度较小潮期提前13 d启动，并维持10 d以上，引调水工程在三峡水库影响量到达时相应减少引调水量，按等效比确定补水过程。

结合本次调度经验，认为将来应加强以下几个方面研究：① 强化咸潮入侵特性和规律机理分析，优化提升水文水动力水质模型精度；② 提升枯水期水工程精细化补水预演能力，优化压咸补淡策略，研究制定极枯条件下流域水工程压咸补淡预案；③ 进一步挖潜水工程群安全合理的可调水量、分析长江口地区自身工程及非工程措施的提升空间，以保障长江口地区供水安全。

参考文献：

［1］ 谭培论，汪红英.三峡工程对改善长江口咸潮入侵情势的分析［J］.中国三峡建设，2004（5）：29-31，75.

［2］ 李文善，王慧，左常圣，等.长江口咸潮入侵变化特征及成因分析［J］.海洋学报，2020，42（7）：32-40.

［3］ 黄洪城，匡翠萍，顾杰，等.河口咸潮入侵研究进展［J］.海洋科学，2014，38（9）：109-115.

［4］ 罗小峰，陈志昌.长江口水流盐度数值模拟［J］.水利水运工程学报，2004（2）：29-33.

［5］ 丁磊，缴健，杨啸宇，等.上游水库群运行对长江口淡水资源的影响及未来趋势分析［J］.海洋工程，2022，40（2）：130-142.

［6］ 何俊杰，刘富强.枯季三峡库区泄流对缓解长江口盐水入侵的数值模拟研究［J］.绿色科技，2017（22）：43-48，52.

［7］ 朱慧峰，阮仁良，陈国光，等.三峡水库运行调度对长江口水源地安全的影响分析［J］.中国给水排水，2011，27（8）：34-36.

［8］ 刘夏，白涛，武蕴晨，等.枯水期西江流域骨干水库群压咸补淡调度研究［J］.人民珠江，2020，41（5）：84-95.

［9］ 本刊编辑部.珠江流域2004～2005年干旱与压咸补淡应急调水［J］.人民珠江，2006（5）：45，52.

［10］ 孙波.从珠江“压咸补淡”到“水量统一调度”的变化与思考［J］.人民珠江，2008（5）：5-7.

［11］ 毛兴华.2014年长江口咸潮入侵分析及对策［J］.水文，2016，36（2）：73-77.

［12］ 丁磊，窦希萍，高祥宇，等.长江口2013年和2014年枯季盐水入侵分析［J］.水利水运工程学报，2016（4）：47-53.

［13］ 官学文，曾明.2022年长江流域枯水特征分析与启示［J］.人民长江，2022，53（12）：1-5，36.

［14］ 冯宝飞，邱辉，纪国良.2022年夏季长江流域气象干旱特征及成因初探［J］.人民长江，2022，53（12）：6-15.

［15］ 茅志昌，沈焕庭，徐彭令.长江河口咸潮入侵规律及淡水资源利用［J］.地理学报，2000（2）：243-250.

［16］ 鲁军，陈炯宏，陈肃利，等.应对长江口咸潮的长江上游水库群调度可行性分析［J］.人民长江，2015，46（24）：6-9，23.

［17］ 程海云.2020年长江流域性大洪水中水文测报的实践与启示［J］.长江技术经济，2020，4（4）：1-4.

［18］ 吴辉，朱建荣.长江河口北支倒灌盐水输送机制分析［J］.海洋学报（中文版），2007（1）：17-25.

（编辑：胡旭东）

Abstract：

In 2022，the Changjiang River Basin experienced a rare dry and drought climate in flood season，and the runoff was significantly less than normal.The salt tide intrusion in the Changjiang River Estuary occurred early，lasted for a long time，and its intrusion degree was serious.The joint operation of water projects group is an important measure to recharge fresh water for repelling saltwater intrusion and ensure the safety of water supply.According to the characteristics of saltwater intrusion in the Changjiang River Estuary，based on the hydrological forecast and operation system of the Changjiang River Basin，a one-dimensional hydraulic model considering the comprehensive influence of long river system，long distance and multi-type water projects was built to simulate the multi-condition scenarios.Combined with the analysis of prototype data，an operation strategy to recharge fresh water for repelling saltwater intrusion adapted to the current water projects group in the Changjiang River Basin was proposed from the perspectives of operation opportunity and objectives.Through this operation，the water level along the middle and lower reaches significantly raised，the impact of salt tide in the Changjiang River Estuary had been reduced，the situation of water supply shortage had been basically alleviated，and remarkable social and ecological benefits had been achieved.The research result can provide a reference for recharging fresh water for repelling saltwater intrusion in Chiangjiang River Estuary in the future.

Key words：

salt tide intrusion；recharge fresh water for repelling saltwater intrusion；joint operation；water projects group；Three Gorges Reservoir；Changjiang River Estuary