第一章绪论

河口是外海盐水与上游河流淡水交汇的区域，由此产生的盐水入侵是河口地区存在的普遍现象。长江是我国第一大河，全长6300 km,长江河口是中国最大的河口，其地形十分复杂（图1.1)。上游徐六经附近的河道宽度约为6 km,而口门附近的河道宽度可达到90 km。自徐六经以下长江河口有三级分汊、四口入海的结构（陈吉余，1988)。自白苑河口下游，崇明岛将长江河道划分成南支和北支水道，为第一级分汊。自18世纪中叶后，长江主流重归南支，北支日益游浅，主槽水深不足5m，上段江面宽约2 km，口门附近宽达15 km，呈喇13/1 口状。由于地形的缘故，目前北支径流分配远小于南支，北支分流比仅为5%以下，而南支分流比要占到95%以上。由于进入北支的径流量减少，使得潮汝作用相应增强，造成北支成为涨潮流占主导的涨潮槽，尤其是在枯季大潮期间，长江径流量相对较小，北支的水、盐随涨潮流倒灌进入南支，形成长江河口特殊的盐水倒灌，影响了南支盐度。南支是长江径流的主要下泄通道，河面宽阔，存在很多水下沙洲和浅滩通道。南支主河道被长兴岛和横沙岛划分成南港和北港水道，形成第二级分汊，上海最大的水源地——青草沙水库，就建立在南北港分汊处。

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第二章长江入海径流量与海平面变化趋势

2.1前言

第一章介绍了长江河口盐水入侵的研究现状和特征。影响盐水入侵的主要因子有径流量和潮流，此外还有风应力、混合和河势变化等。全球气候变化下对于河口盐水入侵来说主要体现在区域降水量变化导致的入海径流量变化，以及河口及附近海区的海平面上升所造成的河口水深变化。以往已有诸多学者对未来长江径流量和海平面变化的趋势进行研究分析，也得到许多定量的结论（難琴等，2011; Wangetal.，2012)。此外，大型涉水工程，如三峡和南水北调工程等，直接改变了长江入海径流量，从而对河口盐水入侵造成影响。本文内容是利用数值模式预测未来盐水入侵对气候变化和重大工程的响应，尤其是在河口盐水入侵最为严重的1、2月份。因此，首先需要将全球气候变化和重大工程对盐水入侵的影响具体落实到模式的边界和初始条件上。本文以2012年为起始年，预测2030、2050和2100年长江河口盐水入侵对气候变化和重大工程的响应,需要确定2030、2050和2100年由气候变化和重大工程引起的长江入海径流量变化和海平面上升的量值。

2.2气候变化引起的入海径流量变化趋势

长江河口水量丰沛，在世界大河中仅次于亚马逊河、刚果河、奥利诺科河、恒河-布拉马普特拉河，居第五位。依据大通水文站的资料，长江最大流量达到92600 m3/s( 1954年），而最小流量仅为4620 m3/s (1979年)，年平均径流量在29000 m3/s左右。长江径流量存在明显旳季节性变化，5至10月为长江洪季，流量占全年的71.7%,以7月为最大，径流量达到45000 m3/s; 11月至次年4月为枯季，流量占全年的28.3%。由于本文主要研究长江河口盐水入侵现象，因此重点关注长江枯季的径流量变化情况，尤其是1、2月份期间，此时长江径流量达到一年之中最低的时段，三峡大现封闭前平均径流量在llOOOmVs左右，期间河口盐水入侵程度最为严重（图2.1)。 

第三章长江河口盐水入侵数值模式设置及验证 ......21

3.1长江河口盐水入侵三维数值模式....... 21

第四章长江河口盐水入侵变化趋势及动力机制分析 .......42

4. 1模式实验设置及控制实验模拟  ..........50

42 第五章气候变化引起的径流量变化对长江河口盐水入侵的影响........... 67

5. 1盐水入侵对气候变化引起径流量变化的响应....... 67

5.2低径流量情况下盐水入侵.......... 87

第八章气候变化和重大工程对长江河口淡水资源的影响

8.1未来各年份中气候变化和重大工程对长江河口盐水入侵的影响

2050年总体上盐水入侵造成的淡水资源减少量要比2030年少，盐水入侵给淡水资源带来的危害要弱于2030年。究其原因，在2050年中，仅南水北调工程使得河口淡水体积有所减少，而气候变化引起的径流量增加、海平面上升、以及三峡工程枯季放水有利于河口淡水资源的增加（图8.2)。南水北调工程在2050年抽调长江径流量共计1600mVs,造成河口盐度大范围上升（见第7.2.2章)，2月期间淡水体积共计减少42.79%。而三峡工程后增加了入海径流量1709 m'/s,量值上与南水北调工程调水量接近，在2月期间增加了河口淡水资源，淡水体积的变化率在量值上接近南水北调工程。气候变化引起的径流量变化小于三峡工程的影响，因此总体上对淡水资源的影响也相应较小。海平面上升情况下，据第六章分析，外海入侵河口的盐量虽然增加，但上游北支倒灌量略有降低，而南支上段淡水资源主要受北支倒灌影响。同时，海平面上升水体总体积增加。故而在2050年，海平面上升淡水资源略有增加，2月期间整体增加4.41%。仅在小潮末期和过后，下游高盐水在斜压力作用下上溯，使得海平面上升导致的淡水资源体积略微减少。

8.2小结

在2030年，三峡工程是削弱河口盐水入侵强度的主要因子，而入侵增强的主要原因南水北调工程，其次为海平面上升，三者对2月份淡水体积的影响分别为30.26%、-19.21%和-8.95%。在2050年，三峡工程和南水北调工程仍是影响河口盐水入侵的主要因素，其中南水北调工程由于调水量有所增加，因此与盐水入侵的相关程度高于2030年，对盐水入侵增强的贡献也较大，两个因子对2月份淡水体积影响分别在45.46%和-42.79%。而海平面上升增加了进入北支的径流量，在小潮期间与北支盐通量倒灌减弱有较为明显的正相关关系。2100年盐水入侵增强的主要因素是海平面上升，其次是南水北调工程，而削弱盐水入侵的主要动力是三峡工程，气候变化引起的径流量变化次之。同时，随着气候变化引起的径流量变化和海平面上升对河口盐水入侵的影响增加，三峡工程和南水北调工程所带来的影响则相应减弱。

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第九章总结

本文的主要结论如下：

1.长江气候及重大工程变化趋势。长江枯季1、2月期间因气候变化导致的入海径流量呈增长趋势。气候变化导致的绝对海平面持续上升，同时由于长江河口地区地面沉降和地壳下沉，相对海平面M上升趋势。三峡工程和南水北调工程为长江流域最为重要的工程，其中三峡工程枯季持续放水，增加了长江入海径流量，南水北调工程引长江水至北方地区致使径流量减少，并且远期规划中引水量持续增加。在2012、2030、2050和2100年长江入海径流量分别为13755、13057、12792和13631 m3/s，2030、2050和2100年相对海平面较2012年分别上升112.1、281.1和703.6 mm。

2.长江河口盐水入侵通量机制。长江河口的盐水入侵最大特点是北支盐水倒灌进入南支。北支整体被高盐水占据，向陆的斯托克斯输运是盐水倒灌的主要原因。倒灌后的盐份在南支上段随径流下泄，表现为向海的欧拉输运，并影响到南北港。在北港口门，大潮期间主要表现为向陆的斯托克斯输运和向海的欧拉输运，河道内的盐份输送主要向海，滩地上则向陆；小潮期间斯托克斯作用减弱，垂向切变和潮菜作用增加，对向陆盐份输送起到促进作用。

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参考文献（略）