海浪灾害对贻贝脱落率的影响

王 勤，李尚鲁，卢 美，郭 敬，丁 骏

(浙江省海洋监测预报中心，浙江 杭州 310007)

0 引言

台风是对浙江危害最大的一种气象灾害，伴有狂风、暴雨、巨浪及风暴潮, 活动范围很广, 具有很强的破坏力。根据浙江省气象台的统计资料表明：1950—2019年70 a间，在浙江登陆的台风有45个，其中 97.8% 都是在6—10月登陆浙江沿海。每年6—10月是贻贝成熟的季节，一旦遭遇大风浪灾害，贻贝养殖损失严重。2011年的9号台风“梅花”使嵊泗县枸杞乡707 hm2贻贝绝收，直接经济损失共计达4亿元[1]。浙江省渔业互保协会经常接到浅海贝类养殖户受台风影响损失的报案，但贻贝存于水下，查勘人员通过选点抽查来确定贻贝脱落比例，效率低下。何豪力[2]通过分析同一贻贝养殖户在2018年两次台风过程的损失，建立了贻贝脱落率和风浪的关系，但分析的样本较少，仅2018年的“玛利亚”和“安比”台风。

嵊泗贻贝养殖发展于近30年，但嵊泗海域附近实际观测波浪数据偏少，仅有2018年嵊泗嵊山站浮标的部分数据，不足以建立贻贝损失与有效波高的相关性。本文尝试用SWAN模式计算有效波高，进而分析嵊泗附近海域有效波高重现期分布及台风期间贻贝损失样本，并用有效波高对脱落率进行判定，为科学的养殖规划提供依据，同时能减轻理赔工作量。该方法不受时效性限制，可为渔业互保的保险理赔提供参考。

1 材料和方法

1.1 研究地点与研究对象

嵊泗县位于舟山群岛北部，长江口和杭州湾汇合处，周边海域水质肥沃，饵料丰富，水温适宜，拥有浙江省最大的贻贝筏式养殖产业化基地。贻贝养殖区主要集中在水深10～30 m的海域，一般都在初级生产力高、泥沙含量少、作业距离近、水深和流速适宜、风浪较小的海湾或岛礁周边海域。养殖品种以养殖周期1 a、价格稍低的紫贻贝为主，其次为养殖周期 2～3 a，价值更高的厚壳贻贝。近年来，厚壳贻贝养殖面积占比不断增加，而该品种养殖周期长，遭受风暴袭击的概率更大。

1.2 数据采集与数据来源

2015—2018年11次台风过程嵊泗贻贝养殖受灾点的贻贝脱落率数据，由浙江省渔业互保协会提供。当养殖户报案后，保险勘察人员到达现场，在养殖区域不同位置拉3串贻贝上岸，目视判断脱落率。以1个案列为1个样本，共获得267个样本用于研究，样本点位置分布见图1。样本点大部分位于嵊山岛和枸杞岛附近，嵊泗的绿华岛和花鸟岛附近也有零星分布。

图1 样本点分布示意图Fig.1 Diagram of sample distribution

2018年5月—2019年9月有效波高数据来自嵊泗嵊山站浮标观测数据，由浙江省海洋监测预报中心提供。2015—2017年的有效波高数据通过SWAN模式计算得到。有效波高是将某一时段连续测得的波高序列从大到小排列，取排序后前1/3个波高的平均值。

1990—2019年台风数据，来自中国台风网最佳路径数据集(http:∥tcdata.typhoon.org.cn/)。其中2015—2018年的台风数据用于脱落率计算，与贻贝养殖损失的数据匹配。1990—2019年，每年选择2次登陆浙江省或对浙江近海有严重影响的台风用于海浪重现期计算，共60次。其中对浙江近海有严重影响的台风判定标准为在125E以西近岸转向，且强度达台风级以上。

1.3 计算方法

海浪重现期选用Pearson-Ⅲ型频率曲线的方法计算[3]。选用第三代海浪模型SWAN[4]计算嵊泗附近海域的有效波高。SWAN模式考虑了浅水中的波浪破碎、波浪绕射、底部摩擦、能量耗散和地形诱发的三相波波相互作用[5]，采用隐式格式离散控制方程，使该模型合理计算潜水波浪破碎效应，更适用于近岸波浪模拟[6]。

SWAN模式采用基于波能量的平衡方程。在笛卡尔坐标系下，波能量平衡方程可表示为[4]

(1)

式中：左边第一项为固定点波能量密度N随时间的变化率；第二和第三项表示波浪能量在二维地球空间中的传播，其中Cx、Cy分别为波作用量在x方向和y方向上的传播速度；第四项表示由于流和水深所引起的相对频率的漂移导致N在σ空间的变化，Cσ代表在σ方向的波浪传播速度；第五项表示N在θ空间的转移，亦即水深及流场所引起的折射，Cθ代表在θ方向波浪传播速度[5-6]。方程右边S代表以波谱密度表示的源汇项，包括风能的输入、波与波之间非线性相互作用和由于底摩擦、白浪、破碎等引起的能量损耗，表示能量的输入和耗散，具体形式为

S=Sin+Snl3+Snl4+Sds,w+Sds,b+Sds,br

(2)

上式右边分别表示风能输入项Sin、三波相互作用Snl3、四波相互作用Snl4、白帽耗散Sds,w、底摩擦Sds,b和波浪破碎Sds,br[7]。

本文采用非结构三角形网格，用大小区域网格嵌套计算的方法获取嵊泗海域深水区和浅水区的波浪场，分辨率从外到内逐渐增大。大区域网格覆盖整个东中国海海域，计算范围为115°E—134°E，16°N—41°N，此网格包括29 193个计算节点，15 423个三角形。小区域的计算网格包含长江口杭州湾海域，网格细致，达到44万多个，采用局部加密的方式，在嵊泗附近海域最高空间分辨率达200 m。模式采用闭合边界，由大区域为小区域提供边界条件(图2)。

图2 模式计算网格Fig.2 Grid for model calculation

2 模型验证

选取2019年影响浙江海域的4次台风(分别是1905号 “丹娜丝”、1909号“利奇马”、1911号“白鹿”及1917号“塔巴”)进行模式计算，用嵊泗嵊山站的实测有效波高数据进行验证，结果如图3所示。图3a是1905号“丹娜丝”台风过程的验证，模拟的最大有效波高峰值出现较实测提前了2 h，且最大值小于实际观测最大值。图3b是1909号“利奇马”台风过程的验证，模拟的峰值出现时间及变化与实测较吻合，但模拟峰值大于实测值。图3c是1911号“白鹿”台风过程的验证，模拟的峰值出现时间与实测较吻合，但模拟峰值大于实测值，台风登陆消亡期间受其他天气系统影响，有效波高的模拟值偏小。图3d是1917号“塔巴”台风过程的验证，模拟的峰值与实测较吻合，但有效波高减小的速率较实测值快。

台风过程中，模拟的嵊泗嵊山站最大有效波高的平均绝对误差为0.35 m，平均相对误差为7.6%，近海海浪大于2 m的平均预报相对误差小于30%。本文所选的模型及网格可用于计算有效波高。

(a)1905号“丹娜丝”台风过程验证

(b)1909号“利奇马”台风过程验证

(c)1911号“白鹿”台风过程验证

(d)1917号“塔巴”台风过程验证

3 结果

3.1 嵊泗海域有效波高重现期分析

基于1990—2019年数据，每年选择2次登陆浙江省或对浙江近海有严重影响的台风用于有效波高重现期计算，共60次，以P-Ⅲ曲线进行拟合，得到嵊泗海域多年一遇的有效波高(图4)。图4a是2年一遇的有效波高分布图，在枸杞岛西北面海域，有效波高为2.5～4.0 m，在枸杞岛南面为3.0～4.5 m，在嵊山岛南面为3.0～4.5 m。图4b是5年一遇的有效波高分布图，在枸杞岛西北面为4.5～5.5 m，在枸杞岛南面为5.5～6.5 m，在嵊山岛南面为5.0～6.5 m。图4c是10年一遇的有效波高分布图，在枸杞岛西北面为5.0～6.5 m，在枸杞岛南面为6.0～7.5 m，在嵊山岛南面为5.5～7.5 m。图4d 是20年一遇的有效波高分布图，在枸杞岛西北面为5.0～6.5 m，在枸杞岛南面为7.0～8.5 m，在嵊山岛南面为6.5～8.5 m。

(a)2年一遇

(b)5年一遇

(c)10年一遇

1990—2019年台风期间嵊泗海域有效波高的数值模拟表明：枸杞岛东南面受台风浪影响最大，枸杞岛西北面受台风浪影响相对较小;嵊山岛南面的贻贝养殖区，离岛近的海域受风浪影响相对较小，但离岛较远的海域受台风浪影响较大，与枸杞岛南面相当。

3.2 贻贝脱落率与有效波高的关系

将2015—2018年11次台风过程中嵊泗贻贝养殖受灾点的贻贝脱落率及对应的有效波高作统计分析。有效波高大于3 m时，贻贝脱落的概率达 97.8%，贻贝开始出现脱落的可能性较大。2007 年世界银行建议，可依据农业自然灾害风险发生的经验概率将风险划分四个管理层次：1～7 a发生一次、7～15 a发生一次、15～25 a发生一次以及25 a以上发生一次，各层次适宜的风险分散机制依次为风险自留、农业保险、再保险(以及大灾保险基金等)和政府统筹[8]。也即作为风险自留的保险阈值要选择2年一遇或5年一遇有效波高。5年一遇有效波高的赔付率太低，会出现无人参保的现象，因此选择2年一遇有效波高作为赔付阈值。但根据2年一遇有效波高最小值枸杞岛西北面的2.5 m，赔付率是100%，不符合保险赔付设定，因此选择枸杞岛南面和嵊山岛南面2年一遇的有效波高最小值3 m作为赔付阈值。

当有效波高为3～5 m时，贻贝脱落率达30%的样本占11.70%，脱落率达40%的样本占 18.71%，脱落率达50%的样本占20.47%，脱落率达60%的样本占34.50%，即85.38%的样本脱落率均在30%到60%之间，脱落率达70%～90%的样本数都为零，仅几个样本损失100%，可能是受其他因素的影响(图5a)。当有效波高为5～6 m时，仅6个样本，贻贝脱落率达50%的样本占83.33%(图5b)，暂由线性插值得出结论，需要后期更多样本的补充来修正。当有效波高为6～9 m时，贻贝脱落率达100%的占 39.47%，脱落率达80%的占5.26%，脱落率达70%的占7.89%，脱落率达60%的占5.26%，脱落率达50%的占18.42%，即脱落率达50%以上的占76.3%(图5c)。有效波高达9 m以上样本中脱落率达100%的占 65.2%，脱落率达80%的占2.17%，脱落率达70%的占19.57%，即脱落率达70%以上的占 86.96%(图5d)。通过上述分析，得到有效波高与贻贝脱落率的关系如表1所示。

表1 贻贝脱落率与有效波高间的关系Tab.1 Relationship between mussel loss rateand significant wave height

(a)有效波高3～5 m

(b)有效波高5～6 m

(c)有效波高6～9 m

(d)有效波高大于9 m

4 小结

本文根据舟山嵊泗海域的特点，选用SWAN海浪模式，计算得到嵊泗贻贝养殖海域台风期间的有效波高。用2019年嵊泗嵊山浮标的观测数据进行模型验证，模型达到较高精度。利用模式计算对1990—2019年影响浙江的60次台风进行重现期分析，得出枸杞岛西北面受台风浪影响相对较小，东南面受台风影响最大。

利用2015—2018年11次台风期间嵊泗海域的有效波高，分析有效波高和贻贝脱落率之间的关系可知：有效波高和脱落率有明显的相关性，当有效波高达3 m时，贻贝开始脱落；有效波高为3～5 m时，贻贝脱落率为30%～60%；当有效波高为5～6 m时，贻贝脱落率为40%～90%；当有效波高为6～9 m时，贻贝脱落率为50%～100%；有效波高超过9 m时，贻贝脱落率为70%～100%，出现100%脱落的可能性较高。

对台风期间贻贝脱落率与有效波高关系的研究，可为浙江省渔业互保协会的保险理赔提供参考，使之不受时效性限制，减轻理赔工作量。但本文仅考虑了有效波高对贻贝脱落率的影响，对风力、潮流、养殖环境等因素的影响[9]还有待更深入的研究，使研究结果可信度更高，更具实际意义。