《Journal of Marine Science and Engineering》：Effects of the South Passage Channel Regulation Project on Saltwater Intrusion in the Yangtze Estuary
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盐水入侵威胁着长江口的淡水供应。北槽深水航道工程的影响已被广泛研究，而近期实施的南槽航道整治工程（SPCRP）的影响却鲜受关注。本研究采用经过率定的深度平均Delft3D模型，对比了无工程（C0）、一期工程（C1）和一二期工程（C12）三种情景（均不考虑疏浚）
盐水入侵威胁着长江口的淡水供应。北槽深水航道工程的影响已被广泛研究，而近期实施的南槽航道整治工程（SPCRP）的影响却鲜受关注。本研究采用经过率定的深度平均Delft3D模型，对比了无工程（C0）、一期工程（C1）和一二期工程（C12）三种情景（均不考虑疏浚），量化了分流比、盐度和断面盐通量的变化。结果表明，一期工程对水动力响应具有显著影响。在大潮条件下，南槽占北槽与南槽合计流量的比例从0.54（C0）降至0.24（C1）和0.21（C12），同时南槽上游断面的净水通量从2002 m3/s（C0）降至767 m3/s（C1）和711 m3/s（C12）。与C0相比，C1情景下南槽盐度最高增加3.63 ppt，北槽最高增加3.03 ppt，而二期工程相对于C1仅在局部产生最高0.87 ppt和0.81 ppt的盐度降低。变化集中于南槽和北槽，北港则相对不受影响。在南槽上游断面，大潮期间所有情景下的盐度输运均为向陆方向，从?4345 ppt·m3/s（C0）增至?9788 ppt·m3/s（C1）和?9844 ppt·m3/s（C12），尽管净水通量为向海方向。小潮期间的输运为向海方向。大潮期间的向陆输运受强烈负向的解析潮汐协方差项控制，与涨潮盐度高于落潮盐度的特征一致。这些结果为河口工程与盐水入侵风险管理之间的关联提供了基础。
南槽航道整治工程对长江口盐水入侵影响的数值模拟研究解读
一、研究背景与意义
长江口是中国重要的河口系统，分布着陈行、青草沙和东风西沙等重要淡水水库，盐水入侵是制约该区域淡水资源可利用性的重大环境问题。盐水入侵源于向海径流与向陆潮汐输运的相互作用，并受密度驱动环流、混合过程、风、波浪和河道形态等因素的进一步调制。长江口具有三汊四口的地貌格局：崇明岛将河口分为北支和南支，长兴岛和横沙岛将南支进一步分为北港和南港，九段沙将南港分为北槽和南槽。水和盐分可通过多条连通路径流动，汊道间的横向交换进一步加剧了外海盐水入侵。
流域和河口工程对盐水入侵具有重要影响。三峡大坝和南水北调工程通过调节径流影响长江口盐水入侵；北槽深水航道工程（DWP）通过人工改变局部地形和水动力条件，对盐水入侵产生一定影响。然而，不同工程的影响机制并不具有直接可转移性，因为某一汊道的束窄可能将水流转向其他路径而非简单地减少总输运量。
为改善南槽通航条件，南槽航道整治工程（SPCRP）被引入。一期工程（Phase-1）于2018至2020年实施，包括沿江亚南沙南缘长约16 km的护岸堤，并在南槽疏浚了600 m长、水深6 m的航道。拟议的二期工程（Phase-2）位于南槽中下游，包括从江亚南沙尾部延伸至九段沙东南侧、长约25 km的护岸导流堤，并疏浚形成8 m深、400 m宽的航道。以往对南槽的研究主要关注地貌演变、泥沙输运和余环流，对工程如何改变盐水入侵的直接证据有限。特别是，一期工程及后续二期工程如何改变北槽、南槽和北港之间的水交换，以及净水输运变化是否一致性地减少盐水入侵，仍不清楚。本研究旨在填补这一空白。
二、研究方法概述
研究人员采用经过率定的二维水平（2DH）Delft3D-FLOW模型模拟长江口水动力和盐度输运过程。模型计算域从上游河道延伸至河口，覆盖多汊河口段、杭州湾和邻近东海，采用1254 × 319的结构化曲线网格，在南槽区域分辨率最高约200 m。模型以上游大通站实测日径流和卢慈站月均径流为河流边界，以TPXO数据库重建的13个分潮作为海域边界潮位强迫。工程结构以二维溢流堰表示，堰顶高程设为?0.4 m，堰摩擦系数为1.0。模型利用2018年枯季（1月20日至2月15日）观测数据进行了率定验证，水位均方根误差小于0.3 m，流速误差为0.10至0.30 m/s，盐度误差为1.59至3.82 ppt，技能评分均高于0.65。研究设置了三个情景：无工程基准（C0）、含一期工程（C1）、含一二期工程（C12），所有情景均不包含疏浚，以隔离工程结构本身的水动力效应。通量分析采用断面水通量和盐通量的潮周期平均分解方法，将平流盐通量分解为平均流项和协方差项。
三、主要研究结果
3.1 大潮平均盐度、余流和潮差响应
在大潮期间三日平均分析中，最大变化出现在南槽和北槽，北港相对不受影响。C0情景下，南槽最大盐度为16.79 ppt，北槽为16.49 ppt，北港仅为0.47 ppt。C1相对C0，南槽盐度最大增加3.63 ppt，北槽增加3.03 ppt，北港仅增加0.38 ppt；余流变化在南槽最大达0.35 m/s。C12相对C1，盐度在南槽和北槽局部降低，最大降幅分别为?0.87 ppt和?0.81 ppt，北港变化可忽略（?0.06 ppt）。
3.2 余水通量和余盐通量
C0情景下，水通量在北港最大（7.57 m2/s），南槽最低（0.45 m2/s）。C1情景下，南槽向海水通量上游减少超过2 m2/s，南槽中部向陆盐通量最大增加25 ppt·m2/s，北槽向海盐通量增加8 ppt·m2/s。C12情景下，水通量变化较小（南槽最大1.69 m2/s向陆），但盐通量变化显著，南槽最大达26.89 ppt·m2/s，北槽为4.05 ppt·m2/s。
3.3 分流比和断面通量
大潮期间，南槽占北槽与南槽合计流量的比例从C0的0.54降至C1的0.24和C12的0.21。南槽上游断面（Sec2）净水通量从2002 m3/s（C0）降至767 m3/s（C1）和711 m3/s（C12），北槽断面（Sec1）从1727 m3/s增至2495 m3/s和2659 m3/s，北港（Sec3）保持主导路径，仅从10,217 m3/s小幅变化至10,829 m3/s和10,729 m3/s。小潮期间变化幅度较小。盐通量响应与水通量不同：大潮期间Sec2在所有情景下均为向陆输运，从?4345 ppt·m3/s（C0）增至?9788 ppt·m3/s（C1）和?9844 ppt·m3/s（C12）；小潮期间Sec2转为向海输运（981、1684和1649 ppt·m3/s）。
3.4 堰参数敏感性分析
研究人员进行了四组敏感性实验，改变堰顶高程（?0.2 m和?0.6 m）和堰摩擦系数（0.8和1.2）。结果显示，大潮分流比仅在0.23至0.25之间变化，Sec2大潮盐通量始终为向陆（?9409至?10,074 ppt·m3/s），协方差项始终占主导（?11,083至?11,693 ppt·m3/s），小潮盐通量始终为向海。结果表明，分流比和盐输运的方向、量级及控制机制对堰参数具有稳健性。
四、讨论与结论
讨论部分指出，多汊河道的分流比受下游汊道相对输水能力和水力阻力控制。SPCRP工程结构降低了南槽的输水能力，将其流量主要重新分配至北槽。一期工程对南槽净水通量的相对减少在大潮期间（约62%至64%）远大于小潮期间（约20%至22%），表明工程效应在减弱潮汐强迫下有所减弱。与北槽深水航道工程通过航道加深和堤坝建设改变局部潮流的机制不同，SPCRP在本模型中表现为溢流堰，约束和引导水流而不完全阻塞河道。
关键发现是Sec2在净水通量向海的条件下，大潮期间总盐通量仍为向陆。通量分解表明，大潮期间平均流项为向海正值（C0、C1、C12分别为5268、3077和2736 ppt·m3/s），但协方差项强烈为负（分别为?8676、?11,391和?11,154 ppt·m3/s），涨潮平均盐度高于落潮平均盐度0.35至0.39 ppt。协方差项是产生向陆盐输运的主要机制，扩散项也贡献向陆输运但量级较小。小潮期间协方差项仍为负，但平均流项增大至2632至5251 ppt·m3/s，超过协方差和扩散项，产生净向海盐通量。因此，大小潮盐输运方向反转并非由协方差项符号变化引起，而是由其相对重要性变化所致。
研究结论表明，SPCRP的工程结构主要改变南槽水动力条件，一期工程主导响应，二期工程附加影响有限。南槽上游断面表现为潮汐调制的盐输运系统，大潮向陆输运受潮汐协方差控制，小潮向海输运受平均流控制。研究同时指出局限性：深度平均模型无法解析垂向分层、重力环流和垂向剪切扩散；工程结构简化为二维溢流堰；采用固定工程前地形；仅分析单一枯季时段；未考虑风强迫。未来工作应使用三维模型、纳入风浪强迫、检验参数敏感性、覆盖多个季节事件，并利用工程后观测资料验证。监测计划不应仅依赖净水通量来判断受整治河道中的盐水入侵状况。
