2022年長江口壓咸補淡調度實踐及成效

許銀山 曾明 裘誠 胡挺

摘要：

2022年長江流域出現罕見的“汛期反枯”現象，徑流量顯著偏少，長江口咸潮入侵發生時間早、持續時間長、入侵程度嚴重。開展水工程群聯合調度是壓咸補淡、保障供水安全的重要舉措。針對長江口咸潮入侵特點，基于長江流域水文預報調度體系，通過搭建長河系、遠距離、多類水工程綜合影響的一維水力學模型進行多工況場景模擬，并結合原型資料分析，從調度時機和調度目標兩個角度提出了適應長江流域現狀水工程群的壓咸補淡調度策略。通過開展水工程群壓咸補淡調度，明顯抬升了中下游沿程水位，減輕了長江口咸潮影響，基本緩解了供水緊張的局面，取得了顯著的社會效益和生態效益。提出的策略可為今后長江口地區的壓咸補淡調度提供技術參考。

關 鍵 詞：

咸潮入侵； 壓咸補淡； 聯合調度； 水工程群； 三峽水庫； 長江口

中圖法分類號： P338

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.006

0 引 言

長江口地區的咸潮入侵一般發生在枯水期［1］，期間河口處水體氯化物濃度的升高，將對長江口地區水源地取水造成較大威脅。咸潮入侵的影響因素眾多［2］，其中上游徑流與外海潮汐是最主要因素［3-4］。水工程群調度作為水量調配最直接的工程措施，在應對咸潮、保障供水安全中可發揮明顯作用。相關學者針對水工程群調度對長江口咸潮的影響開展了相關研究，如丁磊等［5］分析得知枯水期補水調度明顯增加了12月至次年3月的大通站徑流量，降低了長江口水源地取水口平均氯化物濃度；李文善等［2］分析得知三峽水庫啟動試驗性蓄水后長江口咸潮入侵次數和持續時間均呈下降趨勢；何俊杰等［6］采用ECOM-si三維數值模型進行模擬發現枯季三峽水庫泄流使長江口三大水源地不宜取水時間縮短約1～2 d；朱慧峰等［7］提出，三峽水庫運行對長江口地區枯季咸潮壓制具有正向作用，而蓄水期咸潮入侵周期將提前。

關于抵御咸潮的水工程調度，在珠江流域，劉夏等［8］分析了流域內單庫、多庫聯合調度效果和補水次序，該流域自2005年開始壓咸補淡調度，并逐步過渡至整個枯水期骨干水庫群水量統一調度［8-10］，有效抑制了珠江河口磨刀門水道的咸潮上溯；在長江流域，2014年初陳行水庫取水口氯化物濃度出現罕見的連續超標［11-12］，三峽水庫通過增加下泄流量有效補充了淡水水量。長江上中游水庫群調節能力強，河口區引調水工程規模大，針對長河系、多種類水工程協同開展壓咸補淡調度的相關研究成果較少，還未有明確的調度策略和應用實踐。

為此，本文針對2022年長江流域“汛期反枯”［13-14］、長江口咸潮入侵發生時間明顯提前［15-16］的現象，基于數值模擬結果和實測資料，提出了長江流域現狀水工程群的壓咸補淡調度策略并應用于實踐，總結了壓咸補淡調度成效。

1 2022年長江口咸潮入侵概況

2022年汛期，長江流域發生流域性嚴重枯水，加之9月臺風“軒嵐諾”“梅花”“南瑪都”對東海海面的頂托，長江口地區遭遇嚴重咸潮入侵，城市供水安全受到嚴重威脅。此次咸潮入侵罕見地發生在夏末秋初，具有發生時間早、持續時間長、影響范圍廣的特點。

2022年7月以來，大通站來水快速消退，由7月初日均流量54 600 m3/s消退至月底的30 900 m3/s，此后流量進一步減少，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，隨后輕微波動。

監測數據顯示，8月中旬起長江口地區開始出現咸潮入侵現象，隨著上游來水的持續減少，入侵程度持續增強，形勢日益嚴峻。東風西沙水源地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；陳行水源地9月14日咸潮入侵起汛，自此，長江口三大水源地均出現取水困難。隨著長江流域來水持續減少，崇明島南側北港河段的六滧站氯化物濃度持續大于250 mg/L（飲用水標準），在1 000～5 000 mg/L之間波動；南北支分汊口崇明洲頭站氯化物濃度在1 000～2 000 mg/L之間；位于上游的南北支分汊口南側白茆（備）站氯化物濃度隨潮位間歇性大于250 mg/L。長江口地區氯化物監測站點分布見圖1，其中六滧站氯化物濃度變化過程見圖2。

2 長江口壓咸補淡調度策略

2.1 調度對象及分析方法

針對長江口咸潮參與聯合調度的水工程群主要包括以三峽為核心的水庫群和長江下游引調水工程。聯合調度的水工程群和調度措施以《水利部關于2022年長江流域水工程聯合調度運用計劃的批復（水防〔2022〕262號）》和《關于長江口咸潮應對工作預案的批復（國汛〔2015〕1號）》（以下簡稱“預案”）為依據，納入聯合調度范圍的控制性水庫51座，引調水工程14座，具體情況見圖3及表1。

長江口壓咸補淡調度策略主要是基于數值模型模擬分析結果。以預案中大通站流量閾值和閾值以上維持時間為調度目標，基于長江中下游水力學模型、長江口地區氯化物濃度分析模型，模擬分析水工程群不同調度工況對長江口水源地淡水的補充量和氯化物濃度影響程度，據此提出壓咸補淡調度的啟動時機和調度過程。

基于長江流域作業預報體系，采用水力學模型模擬分析長江中下游大通站流量過程［17］，模型范圍自三峽水庫壩址至長江口，納入模型的干流長度約1 881 km，且包含沿線主要支流來水，以支流來水及三峽出庫流量過程為上邊界、長江口天文潮位過程為下邊界。長江口地區氯化物濃度分析模型基于ECOM-si三維數值模式構建［18］，以大通站來水、外海潮位過程和相關氣象資料為邊界，計算長江口氯化物濃度變化過程。

2.2 調度策略

基于天文潮汐變化規律，根據水工程群對長江口咸潮的影響時間和影響程度，確定調度時機和調度過程。

（1） 調度時機。以水庫可供水量大小和引取水工程的流量調整空間為前提，以長江口潮汐預測以及河道水流傳播特性為依據，確定各調度對象的調度時機。

通過模型模擬、歷史資料、各年歷次補水調度過程，分析枯水時長江中下游沿程河道的水流傳播時間和坦化規律進而反推水工程的調度時機。根據長江口在小潮期間補淡的要求，三峽水庫需提前約10 d啟動補水工作，考慮到小潮出現前3 d潮動力也較小，建議進一步提前至13 d以上開始補水調度，其他水利工程根據枯水演進特性確定其配合三峽水庫開展壓咸補淡調度的時機。低水情況下，三峽水庫下泄至下游各站的傳播時間見表2。

（2） 調度方式。根據調度對象對長江口水量大小的影響效果確定調度方式。以大通站流量最大漲幅與三峽水庫下泄流量增加值之間的比值作為大通最大影響流量響應系數，以此來衡量三峽水庫的補水效果，亦可稱為三峽對大通的補水等效比。基于三峽水庫增加下泄流量大小、調度維持時間長短進行工況組合，分析調度前后對大通站的補水效果。結果表明：三峽水庫對大通站的補水等效比與調度持續時間更為相關，維持時間越長，補水效果越明顯（見圖4），結合調度時機，建議補水調度較小潮期提前約13 d啟動，并維持10 d以上，效果較為顯著。長江下游引調水工程由于距離長江口較近，控制引取水流量對長江口影響可基本視為等效，引調水工程在三峽水庫影響量到達時，相應減少引調水量，減少幅度越大，效果越明顯。

（3） 調度策略。長江口壓咸補淡調度主要以小潮期間補充淡水為目標，按水庫群和引調水工程分別確定調度時機和調度方式，其中水庫群開展聯合補水調度，引調水工程開展流量控制調度。考慮枯水期上游各水工程調度后水量變化到達長江口的傳播時間，以長江口所需的補水窗口期為依據時間，倒推各水工程需開展調度的時間，即為調度啟動時機。對長江口的補水過程以在小潮期間填谷使之達到目標流量為主，因沿程河槽調蓄作用，補水效率小于1，水庫下泄水量需大于填谷所需水量。按模型模擬并結合實踐驗證的補水等效比確定調度過程。

3 2022年調度實踐及成效

分析推演天文潮汐規律可知10月19日為長江口最小低低潮，受潮位降低影響，10月17～21日將為氯化物濃度低值區。通過及時采取以三峽水庫為核心的水工程群聯合應急調度，錯時加大三峽、丹江口水庫出庫流量向下游補水，加強長江下游沿江主要引調水工程流量控制，在長江口小潮期加大淡水補充、進一步降低了濃度，獲得取水窗口，增強了上海市和江蘇省太倉市供水保障能力。

3.1 調度過程

本次以三峽水庫為核心的水工程群聯合應急調度從10月2日啟動，具體調度過程如下：

（1） 以三峽水庫為核心的水庫群。考慮三峽水庫泄流至長江口的傳播時間和影響效果，計劃三峽水庫于10月2日啟動補水調度工作，10月2～11日，三峽水庫日均出庫流量加大至9 090～12 800 m3/s，較原計劃出庫流量共增加40.63億m3。10月5～6日，結合漢江下游滯留船舶疏解，丹江口水庫加大下泄流量至1 000 m3/s（補水0.9億m3）。10月2～11日期間，三峽、丹江口水庫共增加向下游補水量41.53億m3。

（2） 長江下游引調水工程。長江下游引調水工程較多，引水量較大，經統計，8～10月引水流量在440～1 830 m3/s之間，其中8月中旬至9月上旬調水流量較大，平均為1 500 m3/s，9月中旬起調水流量在1 000 m3/s 左右。10月15～19日，安徽、江蘇省水利廳加強轄區內沿長江主要引調水工程引水流量控制，日均引水流量分別為14.7，793 m3/s，較10月上旬分別減少66%和26%。

3.2 調度成效

（1） 明顯抬升了中下游干流及兩湖水位。

受水庫群補水調度影響，中下游干流水位先后起漲，沙市-九江江段水位較補水前最低水位抬升約3.4～1.6 m，持續時間達15～24 d，改善了沿江城鄉取水和農業灌溉條件。洞庭湖、鄱陽湖受長江補水頂托影響，兩湖出口附近水位亦回升1.5～2.5 m，其中，鄱陽湖區水位抬升0.25～1.5 m，洞庭湖區水位抬升0.35～2.5 m，增加了兩湖通航水深，水域面積較不調度時均增加100 km2左右。

（2） 有效增加了長江入海流量。

10月15日大通站最大日均流量漲至13 700 m3/s，12 000 m3/s以上流量持續時間達9 d左右，10 000 m3/s以上流量持續時間達17 d左右，為應對咸潮提供了有效徑流保障，有效確保了補水關鍵期大通站流量的穩定。

采用水力學、大湖演算模型等多模型綜合反演，分析對比水工程群聯合調度前后大通站流量變化（見圖5）。若不開展聯合調度，10月大通站日均流量將在10 000 m3/s以下持續波動緩退；通過開展水工程群聯合調度，大通站流量增加的持續時間超20 d，最大增加約4 000 m3/s，增大幅度約40%，大通站最大增加流量與三峽水庫增泄流量的比值達0.8左右。

（3） 顯著減輕了長江口咸潮影響。

根據長江委水文局的實況氯化物濃度場加密監測數據，采用長江口氯化物濃度分析模型進行復盤分析，結果見圖6。本次調度平均降低陳行水庫氯化物濃度250 mg/L（10月10～26日，下同），使陳行水庫取水口氯化物濃度低于250 mg/L的時間由0 d增加至8 d；平均降低東風西沙水庫取水口氯化物濃度190 mg/L，使低于250 mg/L的時間由4 d增加至8 d；平均降低青草沙水庫取水口氯化物濃度300 mg/L，其中19～20日氯化物濃度由900 mg/L降低至接近250 mg/L，為水庫搶水爭取了時機。

基于長江口氯化物濃度實測數據可知，開展聯合調度之前，大通流量在9 000 m3/s時，咸潮一般可以上溯至蕩茜，甚至白茆以上；聯合調度之后，咸潮上溯的氯化物濃度鋒面逐漸下移，與10月初實際監測結果相比，10月16日南支漲、落潮期250 mg/L的分界線均下移約10～20 km，以三峽水庫為核心的水工程群聯合調度影響在長江口地區逐步顯現。10月中旬末補水達到最大影響量時，250 mg/L分界線最遠處已下移至中央沙頭附近，整體來看，分界線較10月初下壓了20 km以上。

通過本次聯合調度，上海三大水源地水庫自10月19～30日有效取水共約5 010萬m3，若根據10月中下旬三大水源地平均日供水折算，可滿足約40 d的供水需求，結合其他應急取水措施，已基本緩解了上海市供水緊張的局面。同時，經過窗口期蓄水補充，江蘇省太倉市浪港、瀏河兩個水庫增加蓄水約1 200萬m3。

4 結論與展望

通過開展以三峽水庫為核心的水工程群聯合調度，統籌協調水源地之間調水、保水、節水等多方綜合性舉措，顯著緩解了長江口供水緊張的局面，保障了內河水源供水，取得了顯著的社會效益和生態效益。

（1） 本次調度過程進一步驗證了以三峽水庫為核心的水工程群對長江口壓咸補淡調度的可行性。通過水庫群補水與引調水工程流量控制，有效增加了長江入海流量，顯著降低了長江口水源地取水口氯化物濃度，下壓了咸潮上溯邊界，增加了取水時間。

（2） 通過調度實踐，進一步明確細化了水工程群的調度策略。以三峽水庫為核心的水工程群為調度對象，以小潮期間補充淡水并在大通站目標流量以上持續天數為目標，按水庫群和引調水工程分別確定調度時機和調度方式，建議三峽水庫補水調度較小潮期提前13 d啟動，并維持10 d以上，引調水工程在三峽水庫影響量到達時相應減少引調水量，按等效比確定補水過程。

結合本次調度經驗，認為將來應加強以下幾個方面研究：① 強化咸潮入侵特性和規律機理分析，優化提升水文水動力水質模型精度；② 提升枯水期水工程精細化補水預演能力，優化壓咸補淡策略，研究制定極枯條件下流域水工程壓咸補淡預案；③ 進一步挖潛水工程群安全合理的可調水量、分析長江口地區自身工程及非工程措施的提升空間，以保障長江口地區供水安全。

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（編輯：胡旭東）

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