1、 本科毕业论文 （ 20 届） 三门湾 近海筏式、网箱养殖 导致的水文动力条件变化分析 所在学院 专业班级 农业资源与环境 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目录 中文摘要 . 1 英文摘要 . 2 1. 前言 . 1 1.1 研究的目的和意义 . 1 1.2 国内外对于养殖设施对水动力的影响的研究动态 . 1 1.3 三门湾简介 . 2 2. 养殖设施材料与试验方法 . 3 2.1 养殖设施材料（网箱与筏式） . 3 2.2 试验观测方法 . 3 3. 观测结果统计与分析计算 . 5 3.1 观测结果统计记录 . 5 3.2 潮流调和分析 . 9 4. 结果与讨论 . 19
2、4.1 网箱、筏式养殖对海区海流的影响 . 19 4.2 结论 . 21 致谢 . 21 参考文献 . 22 摘要 自 20 世纪 90 年代以来 ，我国筏式和网箱养殖进入了较快的发展阶段。由于网箱、筏式养殖为木质框架结构，因此，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，导致水流变缓，使得网箱内外海水交换能力变小。三门湾海域网箱养殖和筏式养殖具有一定的规模，本研究在键跳港附近海域假设网箱养殖区、在旗门港附近海域假设筏式养殖区作为研究对象，在网箱养殖区和筏式养殖区周围 4 个方向各布设 1 个测点，进行布置网箱、筏式前后 25h 的连续潮流观测，并采用短期观测资料分析方法对一个周日
3、（ 25h）潮流观测资料进行调和分析，计算得到 K1、 O1、 M2、 S2、 MS4、 M4等各个分潮的潮流椭圆要素（ Wmax、 Wmin、Q、 time、 k）数值。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，由于调和分析结果中半日分潮并不明显，因此，本文以布置网箱、筏式前后调和分析结果中各站位各个分潮最大值的和值作为对比值，来分析网箱、筏式养殖导致的水文动力条件变化。 关键词 筏式养殖 网箱养殖 短期潮汐观测调和分析 水文动力 Abstract Since 1990s, the raft farming and ca
4、ges breeding have developed quickly. Because of the wood frame structure of the raft farming and cages breeding, high-density aquaculture facilities cause the change of hydrodynamic framework of the culture seas causing the water flowing slowly and exchange capability of the cages breeding decreasin
5、g. The raft farming and cages breeding in Sanmen Bay have certain scale. In this research, we form a hypothesis to setup cages breeding zone at Jiantiao port seas, and form a hypothesis to setup raft farming zone at Qimen port seas, around the cages breeding zone and raft farming zone, we lay four s
6、tations at four directions to take an observation of tide in 25h continuously., and adopt short observations analysis of data method for a day (25h) carrying on accordion to harmonic analysis. The computing receives elliptical parameters of constituent tide of K1, O1, M2, S2, MS4, and M4 etc.（ Wmax、
7、 Wmin 、 Q、 time、 k） . According to the flows type distributes chart of the Marine atlas of Bohai Sea Yellow Sea East China Sea:Hydrology, the Sanmen Bay seas belong to the normal semi-diurnal tide. Because the constituent tide of the harmonic analysis result is not obvious, this paper uses the summa
8、tion of all max value of the constituent tide to carry on contrast, and analyses the change of the hydrodynamic condition by raft farming and cages breeding. Keywords Rafe farming Cages breeding Harmonic analysis of tides Palaeo hydrodynamic condition 1 1. 前言 1.1 研究的目的 和意义 随着中国近海可捕捞渔业资源的高强度开发利用，提高海水
9、养殖产量已成为满足国家对“蓝色蛋白质”需求增长的重要途径。如何持续获得养殖生物的最大养殖产量 ,即最大养殖容纳量 ,已经成为海洋生物资源可持续利用的关键问题 1。海带和贝类是中国近海养殖的主要养殖产品。海带吸收海水中的溶解态无机氮 ,而滤食性贝类则以有机颗粒物为食。这样 ,食物的消耗和更新的平衡就决定了养殖海域某种养殖生物的养殖容量 2-5。而营养盐和颗粒物的输运、补充依赖于海域的水文动力情况 ,故研究养殖海域水文 动力背景场 ,是估算养殖产量的基础。 养殖生物赖以生存的基础是环境，要从环境中获得其生长需要的营养物质。海湾的水交换、环流输运等水动力因素对创造良好的水文环境条件有举足轻重的作用。
10、自 20 世纪 90 年代以来，我国筏式和网箱养殖进入了一个较快的发展阶段，三门湾海域网箱养殖和筏式养殖形成了一定的规模。由于网箱、筏式养殖设施为木质框架结构，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，导致水流变缓以及网箱内外海水交换能力变小，使养殖海域营养盐的补充量大大降低，从而在一定程度上制约了养殖生物的质量和产量，制约了 养殖经济的发展 6。 如何使养殖布局更加合理，改善水动力环境，达到经济效益最大化和养殖产业的可持续发展，是目前面临的主要问题。增大养殖容量的主要措施之一就是缩短养殖海域的海水交换周期，而缩短海水交换周期的先决条件就是加快海水流动。目前，阻碍海水流动速度的主
11、要障碍是养殖海域内筏式、网箱养殖设施间隔设置过密。如何缩短海水交换周期，增加营养盐和饵料生物来源，达到扩大养殖容量，是提高养殖生物产量和质量的关键，其中重要的因子是营养盐、海流速度、海水交换周期以及沉积物 水界面的物质交换等 7。 本研究的基本内容是 以 三门湾海域作为研究区域，三门湾海域为半日潮海区， 在一个太阴日 (24 小时 25 分 )中有两次低潮和两次高潮， 以半日潮分量 M2、 S2为研究对象，对近海筏式、网箱养殖前后一周日（ 25 小时）潮流观测资料进行调和分析，分析近海筏式、网箱养殖造成的水文动力条件变化 。 通过设计近海筏式、网箱养殖区潮流观测试验，通过潮流观测数据，分析近海
12、筏式、网箱养殖造成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。 拟解决的主要问题 包括三个方面：（ 1）近海筏式、网箱养殖试验的设计；（ 2）试验区域的选择；（ 3）近海筏式、网箱养殖造成的水文动力条件变化的分析方法。 深入分析养殖海域的水动力结构特征，探讨高密度养殖对海区水动力结构的影响机制，为该海区水产养殖业健康、稳定、持续地发展提供可靠的科学依据，是研究的主要目标。 1.2 国内外对 于养殖设施对水动力的影响 的研究动态 本课题主要研究 近海养殖水域，在放置了养殖设施（筏架和网箱）后，对该水域水动力的改变。有关此方面， 国内外已进行了一定的研究，并
13、发表了相关文献。 首先，国外在这方面的研究包括， Gibbs et.al. 8（ 1991）通过海流观测发现新西兰贻贝养殖 区的海水流速比周围的流速减小 30%； Boyd and Heasman9（ 1998）在南非 Saldanha湾贝类筏式养殖区观测了湾内、外的海水流速，发现养殖区外的流速是养殖区内的 6 倍；Pilditch et.al. 10（ 2001）通过现场观测得到海水在经过扇贝养殖区后流速比周边减少 40%。除养殖生物之外，漂浮在水面上的养殖设施也对海水流动形成很大的阻力。 2 而 Grant et.al. 10-12（ 1998）在 Jackson and Winant13
14、（ 1983）研究的基础上，估算了 Benguela 的 Saldanha 湾内贻贝筏式养殖对海水流动的阻力约为底播养殖的 30 倍，并得到了 Boyd and Heasman（ 1998）的印证。对于吊放式养殖，其对流场的阻碍程度与绳子的几何形状、养殖种类、养殖时间和收获情况等密切相关。 国内对于 放置了养殖设施（筏架和网箱）后，对该海域水动力条件改变的相关 研究做的并不多。首先 在 1994 年 3 到 10 月间，赵俊，周诗赉等 14（ 1996）逐月地对桑沟湾进行了一周日（ 25h）共计 6 次的海流连续观测，每站使用 2 台海流计同步进行表层和底层的观测。作者采用二维单层流体力学数值
15、模式 和 ADI 法对桑沟湾潮流系统进行了模拟，模拟结果与 10 年前（国家海洋局第一海洋研究所， 1988）即大规模增养殖之前整个潮流流场的分布形式相比没有明显变化，潮汐、潮流性质没有变，往复流性质没有变，潮流方向也没有改变。但是，湾内流速却大幅度下降，平均下降幅度达到了约 50%。比起 10 年前，湾内、外海水交换率减少 1.7，海水半交换周期延长 11 个潮周期。 之后的相关研究是王辉荣等 15-17根据 2000 2006 年在湄洲湾、罗源湾和三沙湾网箱养殖区的海流观测资料 ,分析了网箱布置对海区海流的衰减作用 ,说明了养殖区内海 水的流动性极差 ,很难跟自然海区的海水交换 ,造成网箱
16、养殖区水质特别是底质的恶化 ,单纯靠海水自净能力来降解净化养殖生产过程中产生的残饵是不可能的。提出网箱养殖应分单元设置、每单元控制网箱规模、单元之间应保留足够间距进行养殖的布局规划。 最近一次相关方面的试验研究是史洁，魏浩 18-20于 2006 年 4 月和 7 月在中国北方典型筏式养殖海域 桑沟湾进行的潮流特征观测 ,对养殖设施 (筏架与浮子等 )和养殖生物 (海带等 )带来的阻力分别进行参数化 ,修改 POM模型 ,对桑沟湾水动力场进行模拟 ,进而以此水动力模型驱动水质模型模拟该 湾海水的半交换时间 ,并与不考虑养殖阻力的模拟结果进行比较。此项研究的结果表明 :(1)加入养殖阻力的水动力
17、模型能模拟出更加真实的潮流流速大小和垂直结构特征； (2)由于养殖活动的影响 ,桑沟湾的流速减小 40%,平均半交换时间延长了 71%。 1.3 三门湾简介 本次研究选择三门湾作为实验研究的海域，是因为其特殊的地理位置以及代表性。三门湾 海涂广阔，属细粘土物质，湾内风浪小， 有利于 水产养殖 的发展。作为浙江省重点海水增养殖基地，历史上三门湾以滩涂贝类养殖为主。随着海水筏式、网箱养殖技术的提高，湾内的筏式、网箱养殖得以发 展，并形成了一定的规模 21。 三门湾位于浙 江 东 部 沿海，北 面 距 离 定海港 80 海里，南 面 距 离 海门港 34 海里，北靠象山半岛，与象山湾相隔最短的蜂腰宽
18、 10 13 公里。湾口东起南田岛 (牛头山 )金漆 (七 )门，西至坡坝港牛头门，宽 14 海里；口部至湾北底部泗洲头，纵长 约 18 海里。口部有三门岛、五子岛相扼。湾的东、北、西三面环山，深割象山半岛的南部海岸，海湾曲折度较大、地形复杂。 三门湾为 半封闭 海湾， 位于浙江省海岸 的 中段。湾口面向东南，以金柒门 -三门岛 -牛头山的连线为界与东海相连，除尖洋岛北面有石浦水道与外海相通外，三面环 陆。湾内长 40 多公里，宽约 10 多公里 ,低潮总面积 达 390 余平方公里。平均水深 约 9 米 。仅有白峤港、海游溪等小河注入。海湾受北北东和北北西两组断裂所控制 ,历经 各个 历史时
19、期的地貌发育演变 ,形成 6 个良好深水港汊和淤泥舌状滩地相间分布 ,主要 是 岳井洋、胡陈港、沥洋港、蛇盘北港、蛇蟠水道和健跳港，宛如五指巨掌伸入浙东大陆，构成了独特的港湾淤泥质地貌。三门湾位于北亚热带夏湿冬温气候区，年均降水量 在 1400 毫米 左右 。 3 东侧的石浦港，西侧的健跳港，均为较大的海港。湾内还有海游、陈湖、沥洋、车岙、蟹钳等港。湾内海岸曲折，泥滩宽 阔，并间嵌有蛇蟠山、青门山、下万山、满山等大小岛屿40 余个，部分泥滩与岛屿之间已被围垦。湾内西部水域较深，东部水域较浅，一般水深 510 米，青门山以西水域水深达 10 25米，满山东北水域水深仅 0.4 1 米。主要锚地有
20、猫头、蛇蟠水道，可避 7 8 级风。三门湾湾顶潮差大，汊面广，纳潮量大，潮汐性质属正规半日潮 ， 在青门山附近平均高潮间隙 9 时 17 分，湾口大潮升 6.2 米，小潮升 4.7 米，平均海面3.5 米。潮流基本顺水道而流； 三门湾流速湾口 1.5 2.5 节，蛇蟠水道 2.33.3 节。 图 1-1 三门湾卫星视图 Fig.1-1 The satellite navigation map of Sanmen Bay 2. 养殖设施材料与试验方法 2.1 养殖设施材料（网箱与筏式） 筏式养殖是 在浅海水面上利用浮子和绳索组成浮筏，并用缆绳固定于海底，使海藻 (如海带、紫菜 )和固着动物 (如
21、贻贝 )幼苗固着在吊绳上，悬挂于浮筏的养殖方式。 网箱养殖是 将合成纤维如尼龙、聚氯乙烯等网线编织而成的网衣装置在网箱架上，置于水中，在网箱内养殖经济动物的一种养殖方式。分为：浮动式、固 定式和沉水式等。 2.2 试验观测方法 2.2.1 观测海区的选择 三门湾是浙江省主要的传统养殖区。 2009 年 6 月 8-6 月 9 日 ,我们选择在健跳港附近海域布设网箱进行海流对比观测， 布设 网排的网箱个数 2 口 2 口 ,单口网箱规格为 4m 4m。 健跳港 22是一个狭长的淤泥质港汊 ， 健跳港上游开阔 ,下游窄深 ,整个港域地形成壶形状 ,健跳水文站断面以内的港面宽度一般为 300500米
22、 ,最窄处的黄门峡断面 ,其宽度在 200米 左右 ,港内大部分水深在 5 米 以上 ,最大水深达 47 米 ,是浙东沿海潮差最大的海区之一，最大潮差 7.23 米，平均 潮差 4.15 米。港内波浪作用较弱，牛山嘴附近海域为风浪和涌浪兼有的混合海浪区，平均波高 0.6 米。健跳内港为天然避风良港，健跳大桥上游可通航千吨级船舶，大桥下游可通航 3000 5000 吨级船舶。口门内深槽段长度 2.1 公里，宽度 300 米，水深 10 30 米，最深处达 47 米，航道条件非常优越。 2009年 6月 8-6月 9日 ,我们选择在旗门港附近海域布设筏式进行海流对比观测，布设筏式的规格为 15m
23、6m,按涨落潮方向分布，周围 100m 范围内均无其它养殖设施。旗门港 23位于宁海4 县南部三门湾尾，西抱旗门大汤，东至蛇盘 水道，南与三门县正屿港相邻。港北为一市镇，港南靠三门县。以海畔旗门山得名。长 9.5 公里，宽 1 里，面积 7.55 平方公里，水深 23 米。 图 2-1 旗门港与健跳港地理位置图 Fig.2-1 The geographical position of Qimen port and Jiantiao port 2.2.2 观测站位布置分布 网箱海流观测共设 4 个站位 ,具体分布为 :在网排周围四个方向各设立一个测点，分别为W1(29 0350.40“N,121
24、 3911.10“E)、 W2(29 0349.86“N,121 3911.22“E)、 W3(290349.74“N,121 3910.50“E)、 W4(29 0350.34“N,121 3910.20“E)。网箱养殖周围调查站位示意图见图 2-2。 筏式海流观测共设 4 个站位 ,具体分布为 :在筏式周围四个方向各设立一个测点，分别为F1(29 0842.10“N,121 2907.57“E)、 F2(29 0841.64“N,121 2907.02“E)、 F3(290841.64“N,121 2907.38“E)、 F4(29 0842.00“N,121 2907.86“E)。筏式养
25、殖周围调查站位示意图见图 2-3。 W1W2W3W4图 2-2 网箱养殖周围调查站位示意图 Fig.2-3 The stations around Cages breeding area F1F2F3F4图 2-3 筏式养殖周围调查站位示意图 Fig.2-3 The stations around raft farming area 5 2.2.3 仪器设备 本实验研究中，我们进行海流观测所使用的仪器为 COMPACT-EM自容式电磁海流计 23。 COMPACT EM自容式电磁海流计外形小巧、重量轻、内存容量大。是装有微型处理器的小型电磁流速仪，可以用来长期连续观测水体的流速和流向，并将流速
26、（ 2个信道），方位 (2个信道 )，水温 (1个信道 )及电池电压共计 6个信道的数据作为一组数据记录到日志文件中。 COMPACT EM可通过 RS232串行接口和计算机相连，所有操作都是由计算机来控制实现的。由于测试仪器内部装有时钟，所以可以简单地进行起始时间和项目的设定以及观测参数的选择。观测完毕后，起始时间和标定系数等数据的自动传送 缩短了数据处理的时间。该仪器小巧精密，在海上工作时应注意防止碰撞，在甲板上应放在稳定位置。 2.2.4 观测方法 网箱海流观测使用 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13 34起至 6月 9日 13 30止
27、 ,每间隔 1小时测量一次；撤去网箱观测时间自 6月 10日 10 55起至6月 11日 10 55止 ,每间隔 1小时测量一次。 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14 41起至 6月 9日 14 37止 ,每间隔 1小时测量一次；撤去筏式观测 时间自 6月 10日 12 11起至6月 10日 12 12止 ,每间隔 1小时测量一次。 3. 观测结果统计与分析计算 3.1 观测结果统计记录 健跳港附近海域网箱养殖的海流观测结果如表 3-1所示，撤去网箱后海流观测结果如表3-2所示；旗门港附近海域筏式养殖的海流观测结果如表 3-
28、3所示，撤去筏式后海流观测结果如表 3-4所示。 表 3-1 健跳港附近海域网箱养殖实测平均流速 Tab.3-1 The average flow velocity of Cages breeding area in Jiantiao port 单位：流速 (cm/s)； 流向 ( ) 站位 序号 W1 W2 W3 W4 平均 流速 平均 流向 平均 流速 平均 流向 平均 流速 平均 流向 平均 流速 平均 流向 1 44.2 333.8 49.2 325.4 46.9 324.5 48.1 348.5 2 64.5 45.3 63.8 161.6 60.1 246.8 61.5 198.4
29、 3 51.0 216.8 49.8 337.0 48.1 276.9 53.4 339.7 4 20.9 252.7 23.8 5.9 18.7 272.8 21.5 298.6 5 17.4 88.7 29.4 33.2 27.2 235.9 20.6 48.5 6 6 19.6 138.4 13.2 31.4 12.0 44.1 12.6 37.8 7 14.3 264.8 14.0 235.2 14.2 250.0 14.7 22.5 8 32.1 157.5 30.2 282.0 19.8 254.4 21.6 15.1 9 28.8 168.3 29.2 272.7 24.0 19
30、2.6 21.2 194.0 10 44.4 295.7 42.8 316.9 40.7 319.6 32.1 322.1 11 43.5 188.3 44.0 177.6 46.0 249.3 44.8 294.3 12 13.4 230.8 14.5 278.5 19.1 234.4 20.9 224.3 13 31.5 348.6 32.9 111.7 28.8 8.3 31.8 59.3 14 49.0 318.7 59.9 305.9 51.1 329.9 58.4 316.4 15 67.6 153.0 68.9 258.7 64.8 299.0 71.1 357.5 16 41.
31、0 250.7 40.2 246.9 40.2 220.9 35.8 116.6 17 28.4 99.3 29.9 133.4 16.1 182.7 17.2 207.1 18 18.2 244.3 12.0 41.3 18.2 244.3 12.1 348.2 19 16.8 175.1 13.4 204.6 18.3 271.8 14.8 25.3 20 17.6 315.2 20.5 354.5 19.1 251.0 21.4 69.3 21 28.4 349.5 27.7 290.9 26.7 235.8 31.1 248.5 22 42.6 271.2 41.3 258.3 38.
32、4 301.6 43.2 292.3 23 35.0 188.9 35.4 251.4 32.2 243.6 34.3 222.7 24 11.0 106.6 16.0 195.5 12.5 35.7 25.0 230.4 25 34.0 245.8 38.2 223.8 34.2 209.8 33.4 215.6 表 3-2 健跳港附近海域撤去网箱后实测平均流速 Tab.3-2 The average flow velocity of area without Cages breeding in Jiantiao port 单位：流速 (cm/s)； 流向 ( ) 站位 序号 W1 W2 W3 W4 平均 流速 平均 流向 平均 流速 平均 流向 平均 流速 平均 流向 平均 流速 平均 流向 1 26.1 118.1 19.8 359.8 33.2 241.9 38.9 333.6 2 14.9 178.5 35.0 1.66 23.1 3.0 19.3 44.0 3 32.8 304.7 24.8 75.7 25.4 70.3 35.5 24.7 4 27.0 67.4 25.5 87.4 19.0 319.8 25.7 97.2 5 20.4 18.5 19.8 56.4 13.3 309.6 17.5 12.1
