南戴河海域淺海養殖項目所在海域流場分析
2014-07-08 21:21:37李紅云
河北漁業 2014年4期
李紅云
DOI:10.3969/j.issn.1004-6755.2014.04.005
近年來南戴河海域淺海養殖業發展迅速，淺海筏式養殖規模已達750萬籠，建設人工魚礁800 hm2，投入礁體50萬空立方，底播養殖底棲貝類233 hm2。分別進行了海灣扇貝、刺參、魁蚶增養殖開發，由于上述增養殖品種都依靠海區天然餌料生長，而海域流場作為水體交換重要因素之一，決定著能否為養殖品種提供充足天然餌料，從而決定著本海區養殖方式、養殖品種、養殖規模、放養密度等。為了做好本海域養殖規劃，合理利用養殖水面，避免盲目開發造成經濟損失，我們會同秦皇島海洋環境檢測站一起對南戴河海域流場進行調查分析，以便了解海域流場情況，為漁業項目海域使用開發提供依據。
為了解項目所在海域的流場情況，我們利用2012年9月4日在仙螺島周圍獲得的三個測流站N#（39°47′16″N、119°26′03″E）、E#（39°47′16″N、119°26′10″E）、W#（39°47′10″N、 119°25′12″E）的海流觀測資料進行了統計分析，同時利用二維潮流數值模型和比較通用的ADI方法計算了該海區的潮流流場和拉格朗日余流場。
1 實測海流資料統計分析
根據實測海流資料統計了各向海流頻率、平均速度（Vav）及最大流速（Vma），結果列于表1、表2、表3。
表1 N#站表層海流出現頻率、平均流速及最大流速
方向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW
頻率/% 7 7 23 7 7 23 15 7
Vav/cm?s-1 13 14 19 14 16 22 21 18
Vma/cm?s-1 10 14 26 14 16 29 24 18
表2 E#站表層海流出現頻率、平均流速及最大流速
方向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW
頻率/% 15 7 15 7 15 7 23 7
Vav/cm?s-1 9 12 13 10 15 17 19 6
Vma/cm?s-1 10 12 13 10 15 17 22 6
表3 W#站表層海流出現頻率、平均流速及最大流速
方向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW
頻率/% 15 15 15 7 7 15 7 7 7
Vav/cm?s-1 13 17 16 18 16 14 16 14 14
Vma/cm?s-1 14 20 20 18 16 14 16 14 14
表1表明，N#測站海流頻率SW～W向最大，各向之和為45%；NNE～ENE向次之，各向之和為37%，各向最大流速出現在SW向，其值為29 cm/s，ENE向次之，為26 cm/s。
表2表明，E#測站各向海流出現頻率E～SSE向最大，各向頻率之和為44%；SSW～W向次之，各向之和為37%，最大流速出現在WSW向，其值為22 cm/s。
表3表明，W#測站各向海流出現頻率NNE～ENE向最大，各向頻率之和為45%，ESE～SSE向次之，各向之和為29%，最大流速出現在NE、ENE向，其值為20 cm/s。
以上分析表明，本海區海流以潮流為主，并呈往復流運動形式，N#站漲潮流為SW～W向，落潮流為NNE～ENE向。E#站漲潮流為SSW～W向，落潮流為E～SSE向。W#站漲潮流為ESE～SSE向，落潮流為NNE～NE向。
2 潮流分析
2.1 潮流性質
潮流性質可分為規則、不規則半日潮流和規則、不規則全日潮流，其判別標準如下：
（Wo1+Wk1）/WM2 ≤0.5規則半日潮流
0.5＜（Wo1+Wk1）/WM2≤2.0不規則半日潮流
2.0＜（Wo1+Wk1）/WM2≤4.0 不規則全日潮流
4.0＜（Wo1+Wk1）/WM2規則全日潮流
Wo1、Wk1、WM2分別為主要太陰日分潮流、太陰太陽赤緯日分潮流、主要太陰半日分潮流的橢圓長軸長主（ cm/s）。
由于本次調查所獲資料較少（半周日），無法計算調和常數，故本文引用了1964年全國海洋普查結果，本海區的（Wo1+Wk1）/WM2小于0.5，屬正規半日潮流。
2.2 平均漲、落潮流速及歷時
表4 各測站漲落潮流速（cm/s）及歷時（時:分）
站號 Vav Vav漲 Vma漲 Tav漲 Vav落 Vma落 Tav落
N# 18 20 29 6：06 16 26 6:18
E# 13 15 22 6：10 11 13 6:14
W# 15 15 16 6：14 16 20 6:16
表4列出了各測站平均流速（Vav）、平均漲落潮流速（Vav漲、Vav落）、最大漲落潮流速（Vma漲、Vma落）、平均漲落潮歷時（Tav漲、Tav落）。由表4可知，N#站的Vav漲＞Vav落，Vma漲＞Vma落，Tav漲＜Tav落；E#站的Vav漲＞Vav落，Vma漲＞Vma落，Tav漲＜Tav落；W#站的Vav漲＜Vav落，Vma漲＜Vma落，Tav漲＜Tav落。并且N#站的平均流速大于EN#站和W#站。
2.3 潮流數值模擬
我們采用二維潮流數值模型和比較通用的ADI方法計算了該海區的流場。
基本方程和定解條件：
二維潮流數學模型的微分方程如下：
ut+uux+vuy-fv+gζX+guu2+v2C2(H+ζ)=0
vt+uvx+vvy+fu+gζY+gvu2+v2C2(H+ζ)=0
ζt+x[(H+ζ)u]+y[(H+ζ)v]=0
其中， u、v—流速的x、y方向分量；
H—從海平面起處的水深；
ζ—從海平面起算的水位；
C—謝才系數；
f—柯氏系數
g—重力加速度
空間步長：50 m
計算范圍和邊界條件：
閉邊界以海圖零米等深線為準，Vn=0，為了得到開邊界上的計算參數，我們采用了大（10 km）、中（2 500 m）、小（50 m）網格嵌套的辦法。渤海是一個大封閉海區，只有渤海海峽與外海相通。所以，大網格區域的開邊界取在渤海海峽進行潮流場數值模擬，并將結果進行檢驗，結果較滿意。然后，結果作為中網格開邊界值，模擬出中網格區域的潮流場，最后模擬出本工程數值模擬所需的潮流場及拉格朗日余流場。
3 余流
由于本次調查所獲資料僅為半周日，無法計算余流，故僅從理論上對本區余流加以分析。
本區域余流主要由風海流、潮汐余流組成。潮汐余流較弱，一般在1 cm/s左右，并呈偏東方向流動。風海流的大小和方向主要取決于海面風的大小和方向。本海區全年以S—W風占優勢，NE和ENE向次之，多年平均風速為3.7 m/s，最大風速為24.0 m/s。根據《港口工程技術規范》提供的近岸海區風海流估算方法進行估算，本區平均風海流為10 cm/s，歷年最大為 48 cm/s。可見本區余流以風海流為主。
（收稿日期：2014-02-18；修回日期：2014-03-04）
DOI:10.3969/j.issn.1004-6755.2014.04.005
近年來南戴河海域淺海養殖業發展迅速，淺海筏式養殖規模已達750萬籠，建設人工魚礁800 hm2，投入礁體50萬空立方，底播養殖底棲貝類233 hm2。分別進行了海灣扇貝、刺參、魁蚶增養殖開發，由于上述增養殖品種都依靠海區天然餌料生長，而海域流場作為水體交換重要因素之一，決定著能否為養殖品種提供充足天然餌料，從而決定著本海區養殖方式、養殖品種、養殖規模、放養密度等。為了做好本海域養殖規劃，合理利用養殖水面，避免盲目開發造成經濟損失，我們會同秦皇島海洋環境檢測站一起對南戴河海域流場進行調查分析，以便了解海域流場情況，為漁業項目海域使用開發提供依據。
為了解項目所在海域的流場情況，我們利用2012年9月4日在仙螺島周圍獲得的三個測流站N#（39°47′16″N、119°26′03″E）、E#（39°47′16″N、119°26′10″E）、W#（39°47′10″N、 119°25′12″E）的海流觀測資料進行了統計分析，同時利用二維潮流數值模型和比較通用的ADI方法計算了該海區的潮流流場和拉格朗日余流場。
1 實測海流資料統計分析
根據實測海流資料統計了各向海流頻率、平均速度（Vav）及最大流速（Vma），結果列于表1、表2、表3。
表1 N#站表層海流出現頻率、平均流速及最大流速
方向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW
頻率/% 7 7 23 7 7 23 15 7
Vav/cm?s-1 13 14 19 14 16 22 21 18
Vma/cm?s-1 10 14 26 14 16 29 24 18
表2 E#站表層海流出現頻率、平均流速及最大流速
方向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW
頻率/% 15 7 15 7 15 7 23 7
Vav/cm?s-1 9 12 13 10 15 17 19 6
Vma/cm?s-1 10 12 13 10 15 17 22 6
表3 W#站表層海流出現頻率、平均流速及最大流速
方向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW
頻率/% 15 15 15 7 7 15 7 7 7
Vav/cm?s-1 13 17 16 18 16 14 16 14 14
Vma/cm?s-1 14 20 20 18 16 14 16 14 14
表1表明，N#測站海流頻率SW～W向最大，各向之和為45%；NNE～ENE向次之，各向之和為37%，各向最大流速出現在SW向，其值為29 cm/s，ENE向次之，為26 cm/s。
表2表明，E#測站各向海流出現頻率E～SSE向最大，各向頻率之和為44%；SSW～W向次之，各向之和為37%，最大流速出現在WSW向，其值為22 cm/s。
表3表明，W#測站各向海流出現頻率NNE～ENE向最大，各向頻率之和為45%，ESE～SSE向次之，各向之和為29%，最大流速出現在NE、ENE向，其值為20 cm/s。
以上分析表明，本海區海流以潮流為主，并呈往復流運動形式，N#站漲潮流為SW～W向，落潮流為NNE～ENE向。E#站漲潮流為SSW～W向，落潮流為E～SSE向。W#站漲潮流為ESE～SSE向，落潮流為NNE～NE向。
2 潮流分析
2.1 潮流性質
潮流性質可分為規則、不規則半日潮流和規則、不規則全日潮流，其判別標準如下：
（Wo1+Wk1）/WM2 ≤0.5規則半日潮流
0.5＜（Wo1+Wk1）/WM2≤2.0不規則半日潮流
2.0＜（Wo1+Wk1）/WM2≤4.0 不規則全日潮流
4.0＜（Wo1+Wk1）/WM2規則全日潮流
Wo1、Wk1、WM2分別為主要太陰日分潮流、太陰太陽赤緯日分潮流、主要太陰半日分潮流的橢圓長軸長主（ cm/s）。
由于本次調查所獲資料較少（半周日），無法計算調和常數，故本文引用了1964年全國海洋普查結果，本海區的（Wo1+Wk1）/WM2小于0.5，屬正規半日潮流。
2.2 平均漲、落潮流速及歷時
表4 各測站漲落潮流速（cm/s）及歷時（時:分）
站號 Vav Vav漲 Vma漲 Tav漲 Vav落 Vma落 Tav落
N# 18 20 29 6：06 16 26 6:18
E# 13 15 22 6：10 11 13 6:14
W# 15 15 16 6：14 16 20 6:16
表4列出了各測站平均流速（Vav）、平均漲落潮流速（Vav漲、Vav落）、最大漲落潮流速（Vma漲、Vma落）、平均漲落潮歷時（Tav漲、Tav落）。由表4可知，N#站的Vav漲＞Vav落，Vma漲＞Vma落，Tav漲＜Tav落；E#站的Vav漲＞Vav落，Vma漲＞Vma落，Tav漲＜Tav落；W#站的Vav漲＜Vav落，Vma漲＜Vma落，Tav漲＜Tav落。并且N#站的平均流速大于EN#站和W#站。
2.3 潮流數值模擬
我們采用二維潮流數值模型和比較通用的ADI方法計算了該海區的流場。
基本方程和定解條件：
二維潮流數學模型的微分方程如下：
ut+uux+vuy-fv+gζX+guu2+v2C2(H+ζ)=0
vt+uvx+vvy+fu+gζY+gvu2+v2C2(H+ζ)=0
ζt+x[(H+ζ)u]+y[(H+ζ)v]=0
其中， u、v—流速的x、y方向分量；
H—從海平面起處的水深；
ζ—從海平面起算的水位；
C—謝才系數；
f—柯氏系數
g—重力加速度
空間步長：50 m
計算范圍和邊界條件：
閉邊界以海圖零米等深線為準，Vn=0，為了得到開邊界上的計算參數，我們采用了大（10 km）、中（2 500 m）、小（50 m）網格嵌套的辦法。渤海是一個大封閉海區，只有渤海海峽與外海相通。所以，大網格區域的開邊界取在渤海海峽進行潮流場數值模擬，并將結果進行檢驗，結果較滿意。然后，結果作為中網格開邊界值，模擬出中網格區域的潮流場，最后模擬出本工程數值模擬所需的潮流場及拉格朗日余流場。
3 余流
由于本次調查所獲資料僅為半周日，無法計算余流，故僅從理論上對本區余流加以分析。
本區域余流主要由風海流、潮汐余流組成。潮汐余流較弱，一般在1 cm/s左右，并呈偏東方向流動。風海流的大小和方向主要取決于海面風的大小和方向。本海區全年以S—W風占優勢，NE和ENE向次之，多年平均風速為3.7 m/s，最大風速為24.0 m/s。根據《港口工程技術規范》提供的近岸海區風海流估算方法進行估算，本區平均風海流為10 cm/s，歷年最大為 48 cm/s。可見本區余流以風海流為主。
（收稿日期：2014-02-18；修回日期：2014-03-04）
DOI:10.3969/j.issn.1004-6755.2014.04.005
近年來南戴河海域淺海養殖業發展迅速，淺海筏式養殖規模已達750萬籠，建設人工魚礁800 hm2，投入礁體50萬空立方，底播養殖底棲貝類233 hm2。分別進行了海灣扇貝、刺參、魁蚶增養殖開發，由于上述增養殖品種都依靠海區天然餌料生長，而海域流場作為水體交換重要因素之一，決定著能否為養殖品種提供充足天然餌料，從而決定著本海區養殖方式、養殖品種、養殖規模、放養密度等。為了做好本海域養殖規劃，合理利用養殖水面，避免盲目開發造成經濟損失，我們會同秦皇島海洋環境檢測站一起對南戴河海域流場進行調查分析，以便了解海域流場情況，為漁業項目海域使用開發提供依據。
為了解項目所在海域的流場情況，我們利用2012年9月4日在仙螺島周圍獲得的三個測流站N#（39°47′16″N、119°26′03″E）、E#（39°47′16″N、119°26′10″E）、W#（39°47′10″N、 119°25′12″E）的海流觀測資料進行了統計分析，同時利用二維潮流數值模型和比較通用的ADI方法計算了該海區的潮流流場和拉格朗日余流場。
1 實測海流資料統計分析
根據實測海流資料統計了各向海流頻率、平均速度（Vav）及最大流速（Vma），結果列于表1、表2、表3。
表1 N#站表層海流出現頻率、平均流速及最大流速
方向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW
頻率/% 7 7 23 7 7 23 15 7
Vav/cm?s-1 13 14 19 14 16 22 21 18
Vma/cm?s-1 10 14 26 14 16 29 24 18
表2 E#站表層海流出現頻率、平均流速及最大流速
方向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW
頻率/% 15 7 15 7 15 7 23 7
Vav/cm?s-1 9 12 13 10 15 17 19 6
Vma/cm?s-1 10 12 13 10 15 17 22 6
表3 W#站表層海流出現頻率、平均流速及最大流速
方向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW
頻率/% 15 15 15 7 7 15 7 7 7
Vav/cm?s-1 13 17 16 18 16 14 16 14 14
Vma/cm?s-1 14 20 20 18 16 14 16 14 14
表1表明，N#測站海流頻率SW～W向最大，各向之和為45%；NNE～ENE向次之，各向之和為37%，各向最大流速出現在SW向，其值為29 cm/s，ENE向次之，為26 cm/s。
表2表明，E#測站各向海流出現頻率E～SSE向最大，各向頻率之和為44%；SSW～W向次之，各向之和為37%，最大流速出現在WSW向，其值為22 cm/s。
表3表明，W#測站各向海流出現頻率NNE～ENE向最大，各向頻率之和為45%，ESE～SSE向次之，各向之和為29%，最大流速出現在NE、ENE向，其值為20 cm/s。
以上分析表明，本海區海流以潮流為主，并呈往復流運動形式，N#站漲潮流為SW～W向，落潮流為NNE～ENE向。E#站漲潮流為SSW～W向，落潮流為E～SSE向。W#站漲潮流為ESE～SSE向，落潮流為NNE～NE向。
2 潮流分析
2.1 潮流性質
潮流性質可分為規則、不規則半日潮流和規則、不規則全日潮流，其判別標準如下：
（Wo1+Wk1）/WM2 ≤0.5規則半日潮流
0.5＜（Wo1+Wk1）/WM2≤2.0不規則半日潮流
2.0＜（Wo1+Wk1）/WM2≤4.0 不規則全日潮流
4.0＜（Wo1+Wk1）/WM2規則全日潮流
Wo1、Wk1、WM2分別為主要太陰日分潮流、太陰太陽赤緯日分潮流、主要太陰半日分潮流的橢圓長軸長主（ cm/s）。
由于本次調查所獲資料較少（半周日），無法計算調和常數，故本文引用了1964年全國海洋普查結果，本海區的（Wo1+Wk1）/WM2小于0.5，屬正規半日潮流。
2.2 平均漲、落潮流速及歷時
表4 各測站漲落潮流速（cm/s）及歷時（時:分）
站號 Vav Vav漲 Vma漲 Tav漲 Vav落 Vma落 Tav落
N# 18 20 29 6：06 16 26 6:18
E# 13 15 22 6：10 11 13 6:14
W# 15 15 16 6：14 16 20 6:16
表4列出了各測站平均流速（Vav）、平均漲落潮流速（Vav漲、Vav落）、最大漲落潮流速（Vma漲、Vma落）、平均漲落潮歷時（Tav漲、Tav落）。由表4可知，N#站的Vav漲＞Vav落，Vma漲＞Vma落，Tav漲＜Tav落；E#站的Vav漲＞Vav落，Vma漲＞Vma落，Tav漲＜Tav落；W#站的Vav漲＜Vav落，Vma漲＜Vma落，Tav漲＜Tav落。并且N#站的平均流速大于EN#站和W#站。
2.3 潮流數值模擬
我們采用二維潮流數值模型和比較通用的ADI方法計算了該海區的流場。
基本方程和定解條件：
二維潮流數學模型的微分方程如下：
ut+uux+vuy-fv+gζX+guu2+v2C2(H+ζ)=0
vt+uvx+vvy+fu+gζY+gvu2+v2C2(H+ζ)=0
ζt+x[(H+ζ)u]+y[(H+ζ)v]=0
其中， u、v—流速的x、y方向分量；
H—從海平面起處的水深；
ζ—從海平面起算的水位；
C—謝才系數；
f—柯氏系數
g—重力加速度
空間步長：50 m
計算范圍和邊界條件：
閉邊界以海圖零米等深線為準，Vn=0，為了得到開邊界上的計算參數，我們采用了大（10 km）、中（2 500 m）、小（50 m）網格嵌套的辦法。渤海是一個大封閉海區，只有渤海海峽與外海相通。所以，大網格區域的開邊界取在渤海海峽進行潮流場數值模擬，并將結果進行檢驗，結果較滿意。然后，結果作為中網格開邊界值，模擬出中網格區域的潮流場，最后模擬出本工程數值模擬所需的潮流場及拉格朗日余流場。
3 余流
由于本次調查所獲資料僅為半周日，無法計算余流，故僅從理論上對本區余流加以分析。
本區域余流主要由風海流、潮汐余流組成。潮汐余流較弱，一般在1 cm/s左右，并呈偏東方向流動。風海流的大小和方向主要取決于海面風的大小和方向。本海區全年以S—W風占優勢，NE和ENE向次之，多年平均風速為3.7 m/s，最大風速為24.0 m/s。根據《港口工程技術規范》提供的近岸海區風海流估算方法進行估算，本區平均風海流為10 cm/s，歷年最大為 48 cm/s。可見本區余流以風海流為主。
（收稿日期：2014-02-18；修回日期：2014-03-04）
