李若華 ，夏冬梅，姚凱華

（1.浙江省水利河口研究院（浙江省海洋規(guī)劃設(shè)計研究院），浙江 杭州 310020；2.浙江省河口海岸重點實驗室，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

錢塘江河口是世界上典型的強潮河口，潮強流急、鹽水入侵強烈，咸水可上溯至離杭州灣口207 km的聞家堰以上（見圖1）[1]。鹽水入侵可改變河口區(qū)水體的理化特性，影響淡水生物群的棲息條件[2-3]，改變泥沙的絮凝機制，影響河口區(qū)的河床演變[4]，還深刻影響河口淡水資源的開發(fā)利用，杭州市區(qū)85%的生活用水取自錢塘江閘口河段，每年秋季大潮汛期經(jīng)常受到鹽水入侵的威脅[5]。因此，研究鹽水入侵的變化趨勢具有重要意義。

圖1 錢塘江河口平面形勢圖

近幾十年來，因海平面上升等外界條件改變，尤其是受人類活動的影響，大部分河口的徑流、潮汐及鹽水入侵程度發(fā)生了變化。新中國成立后對錢塘江河口影響最大的人類活動主要是新安江建庫和治江縮窄工程。韓曾萃[6]、史英標(biāo)[7]等研究表明，新安江建庫后增大了枯水徑流，降低了鹽水入侵程度，而河口段的治江縮窄增加沿程高水位及潮差，增大鹽水入侵強度。尖山河段治理后，鹽官以上河段的低水位抬高、潮差減小，鹽水入侵呈減小趨勢[8]。另外，曹穎[9]指出，錢塘江河口為喇叭形，且河床易沖易淤，此類河口具有天然的淤積下移趨勢，河口下移必將導(dǎo)致鹽水入侵的變化。

20世紀(jì)80年代后，錢塘江河口上游建庫及大規(guī)模治江縮窄工程基本完成。本文收集1992年以來的鹽度及相關(guān)水文資料，采用可消除季節(jié)性和流量影響的季節(jié)性肯達爾檢驗法[10]，淺析近30 a來錢塘江河口鹽水入侵的變化趨勢及原因，為河口相關(guān)研究及水資源利用提供參考。

2 研究區(qū)域與研究方法

2.1 研究區(qū)域

錢塘江是浙江省第一大河，流域面積約5.5萬km2，其中浙江省境內(nèi)面積4.8萬km2，占全省陸域面積的47%。富春江電站以下河段受潮汐影響，稱為錢塘江河口，長291 km。聞家堰至澉浦為錢塘江河口的河口段，長116 km，水動力受徑流和潮汐共同影響，豐水期主要受徑流控制，枯水期主要受潮汐控制，是鹽水入侵的主要河段。澉浦以下為杭州灣，水動力主要受外海潮汐控制[10]。錢塘江河口的徑流由富春江電站控制，多年平均流量為950 m3/s，每年的4—7月為豐水期。徑流量占全年的70%，其他月份為枯水期。新安江水庫建成（1960年）運行后，洪蓄枯泄，枯水期徑流略有增加。錢塘江河口潮強流急，澉浦實測最大潮差達9.00 m以上，潮汐受M2分潮控制，每日兩漲兩落。由于年內(nèi)徑流的變化，錢塘江河口的鹽度也呈現(xiàn)典型的季節(jié)變化，豐水期徑流大鹽度低，枯水期徑流小鹽度高；另外受大小潮汛的影響，鹽度還呈現(xiàn)典型的半月變化[11]。

2.2 研究資料

錢塘江河口長期觀測鹽度的水文站有閘口、七堡、倉前、鹽官、澉浦等5個站（位置見圖1），每日采用滴定法觀測日最大、最小氯度（鹽度=1.805×氯度‰+0.03‰），并記錄每個潮周期的最高、最低潮位，已積累近50 a的資料。澉浦站位于長山閘旁，受長山閘淡水排入影響，數(shù)據(jù)失真較為嚴(yán)重，尤其是2009年以后，澉浦站因采樣處淤積暫停氯度觀測。故本文僅選用閘口、七堡、倉前、鹽官4個觀測站的資料，時間序列上選用上游建庫及大規(guī)模治江縮窄工程基本完成后近30 a的數(shù)據(jù)。

2.3 季節(jié)性肯達爾檢驗法

肯達爾檢驗法最初由Mann和Kendall提出，該方法不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，被許多學(xué)者應(yīng)用于分析降水、徑流、氣溫和水質(zhì)等要素的時間變化趨勢[12-13]。季節(jié)性肯達爾檢驗在肯達爾檢驗法的基礎(chǔ)上進行改進，是對歷年相同月份間要素樣本的比較，不受非正態(tài)分布及數(shù)據(jù)季節(jié)性變化的影響，適用于要素隨季節(jié)性規(guī)律變化的多年趨勢分析[14]。受豐水期、枯水期影響，錢塘江河口的鹽度具有典型的季節(jié)變化特征[11]，因此本文采用季節(jié)性肯達爾檢驗法分析鹽度多年變化趨勢。

季節(jié)性肯達爾檢驗法介紹見文獻9，其原理是將歷年同月（或同一時期）的觀測數(shù)據(jù)進行比較，如果后面的觀測值大于前面的監(jiān)測值，則記為“+ 1”，小于則記為“-1”，相等則記為“0”。如果求和大于0，則判為上升趨勢；如果求和小于0，則判為下降趨勢；如果求和等于0，則判為無明顯變化趨勢。在趨勢檢驗時取顯著性水平α為0.10和0.01，當(dāng)α≤0.01時，說明檢驗具有高度顯著性水平；當(dāng)0.01＜α≤0.10時，說明檢驗是顯著的。

3 結(jié)果與討論

3.1 氯度年際變化特征

統(tǒng)計各觀測站含氯度的年均值，分析1992—2018年氯度的年際變化特征（見圖2）。由圖2可見，鹽官站氯度較高，1992—2013年均在1.00‰以上，且波動幅度較大，2014年后氯度大幅降低，2014—2018年均低于1.00‰。倉前站年均氯度均低于1.00‰。七堡站年均氯度均低于0.50‰，在1994—1996年、2003—2004年氯度較高，其他年份較低。閘口站年均值均低于0.25‰的飲用水標(biāo)準(zhǔn)，波動幅度很小。

圖2 各觀測站年均氯度年際變化圖

閘口、七堡站位于河口段的上游，受徑流影響顯著，8—10月是抗咸供水最關(guān)鍵的時段，該時段閘口、七堡站的氯度體現(xiàn)上游水庫削峰填谷的作用及取水口河段受咸潮影響的情況，為此統(tǒng)計閘口、七堡站每年8—10月的平均氯度，繪制年際變化圖（見圖3）。2003年底，為保障杭州市的抗咸供水，浙江省成立抗咸工作聯(lián)席組織，定期研究、制定抗咸調(diào)度方案，以保障杭州市的供水安全。從圖3可看出，閘口、七堡站1992—2003年氯度較高，且波動幅度較大，尤其是1994—1996年、2003年的氯度明顯高于其他年份；2003年后閘口站氯度均小于0.05‰，七堡站的年際變化幅度也大幅減小，且氯度明顯低于2003年以前。由此可見，2003年后閘口、七堡站秋季的氯度降低且年際波動幅度減小，可能與嚴(yán)格執(zhí)行抗咸調(diào)度有關(guān)。

圖3 閘口、七堡站8—10月月均氯度年際變化圖

3.2 鹽水入侵年際變化趨勢

根據(jù)各觀測站含氯度的年際變化圖很難直觀看出年際變化趨勢，因此統(tǒng)計1992—2018年的月均氯度及月最大氯度，采用季節(jié)性肯達爾檢驗法判斷各觀測站氯度的升、降，以反映錢塘江河口鹽水入侵強度的變化，分析結(jié)果見表1。其中，月均氯度代表1個月平均的鹽度情況，月最大氯度代表大潮汛期間受咸潮的最大影響情況，2個指標(biāo)結(jié)合可在一定程度上體現(xiàn)鹽度在月內(nèi)的分布。

閘口、七堡位于河口段的上游，鹽度較低，1 a中大部分時間為淡水，其觀測數(shù)據(jù)無法反映鹽度的變化。由表1可見，1992年以來月均氯度無明顯變化，但月最大氯度均呈顯著下降趨勢，表明大潮汛期的鹽水入侵強度有所降低，即取水口在大潮汛期受咸潮的影響有所減弱，這可能與抗咸調(diào)度逐漸優(yōu)化有關(guān)[15]。倉前、鹽官站的月均氯度及月最大氯度均呈高度顯著下降趨勢，表明倉前、鹽官站的鹽水入侵強度逐漸減弱。由此可見，1992年以來錢塘江河口的鹽水入侵強度有所降低。

表1 錢塘江河口段各監(jiān)測站氯度變化趨勢分析成果表

續(xù)表1

3.3 鹽水入侵變化趨勢與徑流、潮汐的關(guān)系

徑流、潮汐和江道地形是影響錢塘江河口鹽水入侵的主要因素，其中江道地形主要通過改變潮汐大小間接影響鹽水入侵，因而江道條件可包含在潮汐因素中[16]?；?992年以來富春江電站月均下泄徑流量，采用季節(jié)性肯達爾檢驗法分析表明，徑流量無明顯的變化趨勢，表明錢塘江流域的降水與錢塘江的流量無明顯的趨勢變化，說明錢塘江河口的鹽水入侵強度下降趨勢與徑流關(guān)系不大。

以潮差代表潮汐強度，采用月均潮差和月最大潮差2個指標(biāo)分析1992—2018年潮汐的變化趨勢，分析結(jié)果見表2。由表2可見，各站月均潮差、月最大潮差均呈現(xiàn)顯著下降趨勢，表明錢塘江河口的潮汐強度逐漸減弱。曹穎[9]指出，錢塘江河口因喇叭口形態(tài)及易沖易淤的河床底質(zhì)導(dǎo)致河口具有天然的淤積下移趨勢，近幾十年來河口沙坎頂點逐漸下移，且河口整治加快了這種下移趨勢，從而導(dǎo)致潮汐強度減弱。

表2 錢塘江河口段各潮位站潮差變化趨勢分析成果表

由此可見，近30 a來河口沙坎頂點下移導(dǎo)致河口段潮汐強度發(fā)生變化，尤其是1997年實施的尖山河段治理，使該河段的彎曲河勢基本穩(wěn)定，導(dǎo)致鹽官以上河段潮汐強度減弱，進潮量減少，相對加強徑流動力，造成鹽官以上河段鹽水入侵強度呈降低趨勢。

4 結(jié) 語

（1）鹽官站氯度高且年際波動幅度較大；倉前、七堡站在1994—1996年、2003—2004年氯度較高，其他年份波動幅度較??；閘口站年均值均低于0.25‰的飲用水標(biāo)準(zhǔn)。2003年后，閘口、七堡站8—10月的氯度較低且年際變化幅度較小，可能與上游水庫嚴(yán)格執(zhí)行抗咸調(diào)度有關(guān)。

（2）季節(jié)性肯達爾檢驗結(jié)果表明，1992年以來，閘口、七堡站的月最大氯度呈顯著下降趨勢；倉前、鹽官站的月均氯度及月最大氯度均呈高度顯著下降趨勢，表明近30 a以來錢塘江河口的鹽水入侵強度呈下降趨勢。

（3）徑流和潮汐是錢塘江河口鹽水入侵的主要影響因素。季節(jié)性肯達爾檢驗結(jié)果表明，1992年以來徑流量沒有明顯的變化趨勢，而潮汐強度呈顯著下降趨勢進而導(dǎo)致河口進潮量減少，表明鹽水入侵強度下降與潮汐強度降低有關(guān)。