近海筏式养殖造成的水文动力条件变化分析

李铁军，郭远明，徐汉祥，丁跃平，张玉荣，薛 彬

（浙江省海洋水产研究所，浙江省海水增养殖重点试验室，浙江舟山 316100）

三门湾位于浙江省海岸中段，三面环陆，是一个半封闭的海湾，呈西北东南走向，其形状尤如伸开五指的手掌，众多的港汊呈指状深嵌内陆。三门湾独特的地理环境非常适合开展筏式养殖，并且筏式养殖已形成了一定的规模。由于筏式养殖为木质框架结构，高密度的连片养殖设施必然会引起养殖海域水动力结构的变化，水流变缓养殖区内外海水交换能力变小。因此，研究三门湾筏式养殖活动对水文动力环境的影响具有重要的意义。目前，国内外部分学者采用潮流观测和数值模拟的方法对养殖设施造成的水文动力条件变化进行过分析[1-10]，但尚无关于采用调和分析方法研究养殖设施造成水文动力环境变化方面的报道。

本研究以旗门港附近海域假设的筏式养殖区作为研究对象，采用短期潮汐观测资料分析方法对筏式布置前后25 h的连续潮流观测资料进行调和分析，通过各个分潮的变化研究三门湾筏式养殖导致的水文动力条件变化，为进一步估算三门湾海域的养殖环境容量和优化养殖布局提供参考数据。

1 材料与方法

1.1 观测海区

三门湾是浙江省主要的传统养殖区。2009年6月8-9日，在旗门港附近海域布设筏架进行海流对比观测，筏架区中心位置如图1。筏架的规格15 m×6 m，按涨落潮方向分布，周围100 m范围内均无其它养殖设施。

图1 筏式区中心位置图Fig.1 Center location of suspension aquaculture area

1.2 观测方法

1.2.1 观测站位布置

筏式海流观测在筏架周围4个方向各设立1个测点，分别为 F1(29°08'42.10＂N，121°29'07.57＂E)、F2(29°08'41.64＂N，121°29'07.02＂E)、F3(29°08'41.64＂N，121°29'07.38＂E)、F4(29°08'42.00＂N，121°29'07.86＂E)，测点布设示意图如图2。

1.2.2 仪器设备与观测方法

筏式海流观测使用1台COMPACT-EM自容式电磁流速仪进行准同步观测，观测时间自6月8日15:00起至6月9日15:00止，每间隔1 h测量1次；撤去筏架观测时间自6月10日12:00起至6月10日12:00止，每间隔1 h测量1次。

图2 筏式养殖周围调查站位示意图Fig.2 Sampling sites around of the suspension aquaculture area

1.3 短期观测资料的分析方法

1.3.1 准调和分潮

本次实验观测时间较短，属短期观测，采用对一个周日潮汐观测资料进行调和分析的方法。这时只有少数几个主要分潮的调和常数能够由观测值来确定，对于其他的分潮就必须引进与这些分潮的一定的已知关系，采用准调和分潮方法进行调和分析。

以一个分潮为主，对其余分潮的调和常数给出它们与这个主要分潮调和常数的一定的关系，这实际上相当于把这些分潮合并到主要分潮而成为一项。但这一项的振幅和角速率不再是常量，而是随时间做缓慢的变化，因而称这样的项为准调和分潮。

1.3.2 潮流的调和常数和椭圆要素

水平流动中，由引潮力引起的叫潮流，非潮汐（主要是气象）原因引起的叫非潮流。水平流动的方向叫流向，记作θ，通常向北为0°，顺时针角度增大；流动速度叫流速，记为w。为了分析方便，常常把它们分解为向北和向东的分量，分别叫北分量和东分量，记为u和v，其中

单纯从潮流预报的角度来考虑，知道了北、东分量的各个分潮的调和常数就足够了。但是如果想了解该地点潮流变化的特征，则调和常熟就显得不直观。这时，可以采取的一种办法是推算出某些特殊日期的潮流随时间的变化过程，然后加以考察。另一种办法是选定几个主要的分潮，分别考察各分潮由北、东分量合成的流矢随时间变化的特点。

从式中取出某个角速率为σ的分潮来考察，并取当ν0i=n2π时作为时间的起算点，或者引入

可以看出，上式实际上是一个椭圆参数方程，由分量等于u和v的矢量端画出的轨迹是一个椭圆。不过这个椭圆的轴不正好在u，v轴上，而是偏转了一个角度。分潮流椭圆长半轴和短半轴即是这个分潮流速可能达到的最大值和最小值，分别叫做该分潮的最大和最小潮流，记作W和w。最小潮流与最大潮流之比叫旋转率，记为k，并且规定，若这个分潮矢随着时间的增加按逆时针方向旋转，k算作正，否则，算作负。最大分潮流流速W、方向Θ、发生的时间τ以及旋转率k决定了分潮流椭圆的基本特征，叫做潮流的椭圆要素[11]。

2 结果与讨论

2.1 观测结果

旗门港附近海域筏式养殖的海流观测结果范围见表1，撤去筏架后海流观测结果范围见表2。

表1 旗门港附近海域筏式养殖实测平均流速Tab.1 Measured mean flow velocity of the suspension aquaculture in sea area of Qimen port单位：流速/cm/s；流向/°

表2 旗门港附近海域撤去筏架后实测平均流速Tab.2 Measured mean flow velocity of nothing suspension aquaculture in sea area of Qimen port单位：流速/cm/s；流向/°

2.2 调和分析结果

2.2.1 参数选取

调和分析程序中的调和常数振幅和迟角数值来自于《渤海、黄海、东海海洋图集(水文)》[12]。

2.2.2 分析结果

对旗门港附近海域筏式养殖前后各站位的周日潮汐观测资料进行调和分析，通过调和分析得到各分潮的潮流椭圆要素，分析结果见表3～10。在潮流椭圆要素分析中Wmax表示最大流速，Wmin表示最小流速，Q表示最大流速流向，time表示最大流速发生时刻，k为椭率（“-”号表示顺时针旋转，“+”号表示逆时针旋转）。

表3 旗门港附近海域筏式养殖F1站位调和分析结果Tab.3 Result for harmonic analysis of the sampling sites(F1)in sea area of Qimen port

表4 旗门港附近海域筏式养殖F2站位调和分析结果Tab.4 Result for harmonic analysis of the sampling sites(F2)in sea area of Qimen port

表5 旗门港附近海域筏式养殖F3站位调和分析结果Tab.5 Result for harmonic analysis of the sampling sites(F3)in sea area of Qimen port

表6 旗门港附近海域筏式养殖F4站位调和分析结果Tab.6 Result for harmonic analysis of the sampling sites(F4)in sea area of Qimen port

表7 旗门港附近海域撤去筏架F1站位调和分析结果Tab.7 Result for harmonic analysis of nothing sampling sites(F1)in sea area of Qimen port

表8 旗门港附近海域撤去筏架F2站位调和分析结果Tab.8 Result for harmonic analysis of nothing sampling sites(F2)in sea area of Qimen port

表9 旗门港附近海域撤去筏架F3站位调和分析结果Tab.9 Result for harmonic analysis of nothing sampling sites(F3)in sea area of Qimen port

表10 旗门港附近海域撤去筏架F4站位调和分析结果Tab.10 Result for harmonic analysis of nothing sampling sites(F4)in sea area of Qimen port

3 结论与讨论

3.1 筏式养殖对海区潮流的影响

根据《渤海、黄海、东海海洋图集水文》中的潮流类型分布图，该海域属于正规半日潮流类型，半日分潮M2、S2为主要潮流。可采用筏架养殖布置前后半日分潮M2、S2一个周日潮汐观测资料的调和分析结果，分析筏式养殖造成水文动力条件的变化。由于调和分析结果中半日分潮并不明显，因此，本文以调和分析结果中各分潮最大值的和做为对比值，来分析筏式养殖造成水文动力条件的变化。

根据2009年6月8日-11日筏架养殖前后的连续25 h潮流观测资料的调和分析结果，可以看出筏式养殖对海区潮流有一定的影响，流速变化率为-22.05%～-6.24%。

表11 筏式养殖对海区潮流影响结果Ta.11 Affecting of the suspension aquaculture to the tidel cu rrent

3.2 讨论

本研究对筏架布置前后一个周日潮汐观测资料进行调和分析，通过各主要分潮的Wmax和值的变化，分析筏式养殖对海区水文动力环境的影响。这种方法有一定的新意。但该研究存在两个问题：（1）该海区潮流属于正规的半日潮流，但半日分潮M2、S2并不明显，可能与选择的养殖区域离岸太近或海底地形有关；（2）试验设置的筏式养殖区域略小。

总的来说，本论文对研究养殖设施导致的水文动力环境变化提供了一个新的思路，研究结果对分析筏式养殖对海区海区潮流的影响有一定的参考价值。

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