1、本科毕业论文（20 届）象山港赤潮防治对策（水动力）所在学院 专业班级 海洋科学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目 录摘 要 .Abstract .引 言 .31.材料与方法 .41.1 研究区域概况 .41.1.1 地理特征 .41.1.2 赤潮形成条件 .41.2 研究内容 .61.2.1 资料来源 .61.2.2 仪器与方法 .81.3 研究意义 .82.结果 .92.1 水动力分析 .92.2 营养盐变化规律分析 .102.3 水动力与营养盐输送关系 .133.讨论与分析 .14结论 .16参考文献 .18附译文 .19致谢 .41本科毕业论文 摘要I象山港赤潮防治
2、对策(水动力)摘要 本文引用 2006 年的 4-10 月份，宁波市象山港海洋环境监测站在港内设 14 个站位，对港内的水分要素和营养盐进行专项调查所获得的调查数据。赤潮发生机理与营养盐浓度变化有着密切关系，营养盐浓度变化又与港内水体交换能力紧密联系。文章中的图件利用Matlab 软件制作。象山港营养盐输送状况采用欧拉余流理论分析。而欧拉余流理论与物质输运具有直接关系，因此可从水动力角度分析象山港赤潮形成机理，并得出象山港赤潮的防治对策。研究结果表明：（1）象山港的港内余环流基本上表层自西向东底层自东向西的顺时针重力环流结构，与普通港湾的余流特征相同；（2）象山港水体中 N、P 类营养盐含量随
3、季节的变迁而不同。N、 P 营养盐的空间分布特征为 PO4-P、NO 2-N 和 NH4-N 的含量由象山港顶向象山港的出海口处均呈现降低趋势，其中以 PO4-P、NO 2-N 的降低趋势最为明显，而 NH4-N 的降低趋势相对较弱。 （3）象山港港顶因水动力小，营养盐富集多，极易导致赤潮爆发。关键词 象山港；赤潮；营养盐；浙江北部沿海本科毕业论文 ABSTRACT IIStudy on the Counter Measures of Red Tide Occured in Xiang -Shan Bay Zhejiang Province (from the point of view of
4、 hydrodynamics)Abstract The paper quoted the data measured by Ningbo Xiangshan marine environment monitoring station in April through October of 2006, which set 14 stations to investigate hydrological elements and nutrients of the bay. Since the mechanism of red tide is closely related to the nutrie
5、nt concentration, and the nutrient concentration is also associate with the ability of water exchange. Using Matlab software, together with hydrodynamics to analyze nutrients transport of Xiangshan bay. From the view of hydrodynamics, we have analyzed the formation mechanism of Xiangshan red tide, a
6、nd put forward to preventing and controlling Xiangshan red tide. The results showed that: (1) The residual circulation of Xiangshan harbor is gravitational circulation in structure of gravity , which surface flow direction is from west to east and bottom flow direction is from east to west; (2) N, P
7、 Elements in the Xiangshan water changes with the seasons; the spatial distribution of N, P nutrients is that the PO4-P, NO2-N and NH4-N showed a decreasing trend ,from the top of the Xiangshan Bay to the sea ;which the PO4-P and NO2-N reduced Obviously.Key words Xiangshan Bay; Red tide; Nutrients;
8、Zhejiang northern coastal waters本科毕业论文 材料与分析3引言赤潮是一种全球性的海洋生态灾害。每年都给海洋渔业、生态环境和人类健康造成巨大的危害和损失。近年来，沿海赤潮发生呈明显上升趋势, 爆发频率增加, 规模不断扩大, 新赤潮藻种不断出现。象山港地处浙江中部沿海，是一个狭长型半封闭海湾，港内水产养殖条件良好，是浙江省最大的水产养殖基地，也是赤潮多发区。近年来，沿湾工农业和水产养殖业迅猛发展的同时，由于缺乏科学管理，工农业污水以及养殖业产生的污染物大量进入港湾，整个象山港水质处于严重的富营养化状态，湾内频有赤潮发生。众多海洋工作者对象山港内的水动力和港内生态作了
9、研究。徐兆礼，顾新根等对象山港赤潮期浮游生物生态特征进行过研究, 从浮游生物群落动力学角度对1988年象山港发生的三次赤潮期浮游生物生态特征进行了分析。董礼先,苏纪兰对象山港盐度分布和水体混合进行过研究。蔡燕红，张海波等对象山港水域浮游植物与赤潮生物种群作过动态研究并分析赤潮的成因, 认为象山港浮游植物数量在增加，赤潮发生的时间和赤潮种类也发生了一定程度的变化.吕华庆等（2009）则结合物理海洋学和海洋生态学对象山港氮、磷营养盐环流和分布规律进行研究，是该领域第一次结合浅海动力和海湾生态所作的研究。由于海洋环境动力条件复杂且强,而海洋的基础生产力又主要由大小为微米至数十微米量级的浮游生物进行,
10、因此海洋生态过程与以物理过程为特征的海洋学机制密切有关。赤潮藻也属于此类浮游生物,因此,要认识赤潮生物如何在海洋生态群落中发展成优势种,需了解外界环境中营养物质和海流等因子是如何诱发/ 触发赤潮的生态学和海洋学机制的。这要从生态环境整体、从动态方面去阐明海洋赤潮高发区环境系统内赤潮生物生态过程、营养物质生物地球化学过程、赤潮生消的关键物理过程之间的定量关系等,以揭示有害赤潮爆发的机制。目前为止,国内外已经提出了几十种治理赤潮的方法,几千种灭藻药剂, 但能真正用于治理海洋赤潮的却寥寥无几。治理赤潮的难点在于海浪运动会改变药剂浓度分布, 如何解决在极短的时间内, 保持药剂浓度在能杀灭赤潮生物的阈值
11、内, 又不对非赤潮生物有任何伤害, 也不存在药剂本身的二次污染, 这是要解决的关键技术问题。所以赤潮防治研究大多数还处于实验室研究中。而措施的采取必须对象山港海域进行系统的环境评价和生态研究。本项目利用物理海洋学与海洋生态学两学科的理论，以深入的现场海调为基础，把象山港内水动力、营养盐浓度分布、叶绿素 a 浓度分布有机地结合起来,进行十分系统的研究，为海湾生态系统修复和可持续开发服务。本科毕业论文 材料与分析41 材料与分析1.1 研究区域概况1.1.1 地理特征象山港流域由象山港狭湾、牛鼻山水道和佛渡水道三大部分组成，流域面积1,455km2（如图 1 所示）。本研究所指象山港为象山港狭湾，
12、或称为象山港内。从卫星遥感地图数据知，象山港地处 12125E-12200E 和 2923N-2949N （M_map GSHHS数据库，http: /www. ngdc. noaa. gov/mgg/shorelines/data/gshhs/）之间。从12200E 向西计算 (M_map GSHHS 数据库, http: /www. ngdc. noaa. gov/mgg/shorelines/data/gshhs/)，它是一个纵长约为 62.8km、面积 563 km2 的半封闭海湾，其中水域面积 391.8 km2，滩涂面积 171.2 km2,平均水深 10m，港口宽度 9.5 。k
13、m坐落在港口的六横岛把象山港以外的区域分成了东南侧的牛鼻山水道和西北侧的佛渡水道。如图 1-11.1.2 赤潮形成条件赤潮的形成是各种物理、化学、生物因素综合作用的结果, 而且赤潮生物种类繁多, 不同海域发生赤潮的主要影响因子又不尽相同, 造成赤潮机理的复杂性。象山港形成赤潮具有以下条件：（1） 营养盐的含量营养盐是赤潮发生的物质基础，一些富营养化程度严重的海域往往也是赤潮多发地区。图 1-1 象山港示意图Fig.1-1 Schematic view of Xiangshan Bay24 36 48 122oE 12 24 20 30 40 50 30oN 仑仑仑仑仑仑仑仑仑仓仓仓仓仓仓仓仓N
14、o.1仑 仑 仑仑 仑 仑仑 仑 仑仑 仑 仑仓 仓 仓仓仓仓仓仓仓仓仓仓仓仓仓仓仓仓仓仓仓1 234 56No.2本科毕业论文 材料与分析5富营养化与赤潮形成之间的关系非常复杂，不同的赤潮生物对营养盐有不同的响应，营养盐的含量和组成结构将导致浮游植物生物量和种群的变化。对浮游植物生长影响最直接的是溶解无机态的营养盐。象山港海域水体中溶解无机氮（DIN）具有多种存在形态（包括NO 3-N，NO 2-N，NH 4-N等），以NO 3-N为主要存在形式，这表明该海域无机氮未处于热力学平衡状态。溶解无机氮（DIN）对浮游植物的生理生化特征、赤潮发生的种群及规模有着重要的影响。再者水体溶解氧含量比较高
15、，NH 4 -N被氧化成 NO3 -N；当NO 3 -N含量很大时，在反硝化细菌的作用下就会转化成 NO2 -N，在一定条件下可能会被进一步还原为 NH4-N。藻类在光合作用及随后的同化作用逐步将水体中的无机氮转化成各种含氮的有机物。海域水体中溶解态无机磷酸盐主要以PO 4-P的形态存在，主要来源于陆源输入、大气干/湿沉降以及沉积物释放等。营养物质不断的在沉积物-海水界面释放或沉积，使沉积物- 海水界面总是处于生物地球化学动态平衡状态。在这个过程中，有机质、溶解氧的浓度、温度、pH 和生物扰动等因素控制着该海域氮、磷等营养元素的迁移转化。一旦某因素过量，将导致失去这种平衡。从而将引发赤潮的爆发
16、。（2） 气候条件 降水、气温、光照、风向及风力等气象条件与赤潮的形成、发展和消失密切相关。赤潮发生前有大量的陆面降水,赤潮开始前日气温剧升, 赤潮期间风速较小 , 气温较高, 光照充足, 赤潮生物迅速繁殖形成赤潮。一旦温度下降, 赤潮生物繁殖受阻, 并随着一场降雨将赤潮区冲淡, 赤潮就会减弱并消失。象山港地处北亚热带季风气候区，气候温暖湿润，雨量充沛，四季分明，属亚热带气候类型。降水量的年际变化较大，丰水年可以达 2100mm，枯水年只有 700mm，最多年降水量是最少年降水量的 3 倍左右。全年的降水主要集中在 39 月，占年降水量的 70%80% 左右，象山港平水期、丰水期和枯水期分别在
17、 4 月、7 月和 11 月左右。因此在秋末至冬季经常发生赤潮。（3） 水动力条件水动力条件直接影响着赤潮生物的分布、聚集和分散。潮流的聚集作用比藻类自身的生长对赤潮的贡献更大。沿岸上升流在赤潮形成中起重要作用, 它可以将底层的营养物质带到表层, 为赤潮生物的生长繁殖提供必要的物质条件, 同时也将孢囊带到水表层, 促进萌发。象山港湾内潮位受驻波影响较大，潮差从湾口向湾内逐渐增大。潮流呈东北、西南向,往复流。平均落潮流速大于涨潮流速,愈往东(港口方向)流速愈大。涨潮流历时大于落潮流历时。M 2 分潮流的椭圆长轴走向基本上与等深线的走向保持一致，潮流与其相向，港内潮差较大，故潮流也较大。潮差由港口
18、至港顶逐渐增大，潮流却与之相反。涨、落潮历时不对称现象明显，日、夜潮不等，涨潮历时大于落潮历时，落潮流速强于涨潮流速，各段水域的流速不同，形成涨潮慢，落潮快的潮汐。且愈向港底，此现象愈显著。最大潮流流速出现在出海口，向港内有逐渐减小的趋势。港区水体交换因港区狭长半封闭而显滞缓。因此潮流小的区域极易出现富营养化而引发赤潮。本科毕业论文 材料与分析61.2 研究内容1.2.1 资料来源宁波市象山港海洋环境监测站于 2006-2007 年每年的 4-10 月份，在港内设 14 个站位（图 1-2） ，对港内的水分要素和营养盐进行了专项调查。获得了较为丰富的调查资料。表1-3 是 2007 年 7 月
19、 21 日象山港测站船头流向原始数据，表 1-4 为 2007 年 7 月 21 日象山港测站船头流向原始数据。图 1-2 赤潮监控区调查站位图Fig1-2 Red tide monitored space diagram 表 1 2007 年 7 月 21 日象山港测站船头流向流速数据记录表Table 1 Current directions and velocities at the vessel fore from July,21 2007 7 月 21日 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均值流速 cm/s 46 40 46 48 46 40 42 44 48 48 44.8
20、13:30 流向 d 244 244 244 242 236 246 240 236 230 264 242.6流速 cm/s 22 20 24 18 18 18 18 16 18 16 18.814:00 流向 d 248 250 246 216 240 246 240 242 250 250 242.815:00 流速 cm/s 40 40 40 38 42 42 40 38 42 42 40.4本科毕业论文 材料与分析7流向 d 64 64 62 64 70 66 68 66 66 72 66.2流速 cm/s 108 96 94 98 100 94 96 96 96 96 97.416
21、:00 流向 d 94 100 110 102 92 86 86 90 94 90 94.4流速 cm/s 92 94 86 88 86 88 86 86 88 88 88.217:00 流向 d 88 88 88 92 92 92 92 90 90 92 90.4流速 cm/s 54 54 54 58 52 52 54 52 54 54 53.818:00 流向 d 90 86 92 94 94 94 94 92 92 94 92.2流速 cm/s 2 2 2 4 0 2 4 4 6 2 2.819:00 流向 d 86 52 48 26 22 50 92 92 128 160 75.6流速
22、 cm/s 38 36 36 38 38 40 38 38 36 38 37.620:00 流向 d 236 230 228 236 236 236 240 240 236 236 235.4流速 cm/s 44 42 44 42 42 44 46 44 44 44 43.621:00 流向 d 238 238 238 228 236 236 236 236 236 236 235.8流速 cm/s 44 42 46 44 48 44 44 46 42 44 44.422:00 流向 d 240 236 230 244 252 240 238 240 236 244 240流速 cm/s 48
23、 50 50 52 50 52 48 52 50 50 50.223:00 流向 d 254 228 250 250 250 252 254 254 252 250 249.4流速 cm/s 66 66 68 70 70 70 70 70 70 68 68.80:00:00 流向 d 254 252 252 254 252 254 252 256 254 254 253.4表 2 2007 年 7 月 21 日象山港测站船尾流向流速数据记录表Table 2 Current directions and velocities at the vessel rear from July,21 200
24、77 月 21日 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均值流速 cm/s 46 48 50 52 48 - - - - - 49 13:00 流向 d 244 248 232 242 256 - - - - - 244 流速 cm/s 24 26 30 28 30 26 24 30 24 26 27 14:00 流向 d 230 190 194 230 178 174 244 152 208 178 198 流速 cm/s 46 42 46 46 46 44 44 44 44 42 44 15:00 流向 d 40 36 36 38 52 46 42 58 38 48 43 流速 cm
25、/s 92 102 90 90 94 86 94 94 98 96 94 16:00 流向 d 98 92 80 70 64 74 74 68 58 - 75 流速 cm/s 94 88 90 88 88 92 90 90 92 92 90 17:00 流向 d 82 84 80 80 82 84 78 80 84 84 82 流速 cm/s 60 62 62 64 60 64 64 60 62 64 62 18:00 流向 d 90 90 90 94 94 94 94 94 96 94 93 流速 cm/s 6 6 4 6 8 10 10 8 10 8 8 19:00 流向 d 174 18
26、2 192 214 210 206 200 200 202 180 196 流速 cm/s 38 36 34 38 40 40 40 32 36 30 36 20:00 流向 d 216 190 208 206 204 174 176 216 218 154 196 21:00 流速 cm/s 48 46 46 46 44 44 46 48 46 46 46 本科毕业论文 材料与分析8流向 d 178 194 194 194 192 210 204 194 202 190 195 流速 cm/s 46 40 44 44 44 48 48 46 44 46 45 22:00 流向 d 130 2
27、00 160 154 172 244 190 216 174 196 184 流速 cm/s 52 56 56 56 56 56 56 56 54 - 55 23:00 流向 d 136 158 166 124 136 148 110 112 122 - 135 流速 cm/s 68 70 70 68 68 68 68 68 66 68 68 0:00 流向 d 162 202 122 128 90 94 122 170 196 194 148 1.2.2 仪器与方法盐度测量采用美国产海鸟CTD。该仪器是国际上使用最为普遍的温,盐,密剖面测量仪器,硬件性能稳定,应用软件丰富,功能强大,该仪器投
28、放方便,适用于各种海域的测量。在未作任何调节的情况下，精度仍可达到0.005。硝酸氮采用锌粉还原法；亚硝酸氮，重氮偶氮法；铵氮，次溴酸钠氧化法；磷酸盐，磷钼蓝法。船头和船尾4米深处的流速、流向是利用直读式海流计测量。测量时间连续24小时，每小时测一次，每次测量读10次数据。正北方向为零度，正南方向为180度，以顺时针方向为依据，依次增加至360（0）。1.3 研究意义象山港海洋资源丰富，有较高的开发利用价值和发展前景。如港口资源、滩涂资源、水产资源、潮汐能资源、矿产资源和旅游资源。而近年来该港由于缺乏科学管理，工业污染物大量进入港湾，整个象山港水质处于严重的富营养化状态。湾内频有赤潮发生，其频
29、率、规模和面积不断增大，对象山港的养殖业、渔业资源、渔产品质量、生态环境以及人类健康构成了重大的危害和威胁,严重影响了其经济发展。国内外通过分析水动力研究赤潮形成及赤潮防治相对比较少。由于动力因素复杂多变，很多防治赤潮对策还在实验室中。通过对该港水动力，及营养盐分布状况的分析，并提出赤潮治理的科学依据。这具有实际的科学和经济意义。2.结果2.1 水动力分析 象山港水域是典型的非正规半日潮港，所谓非正规半日潮是在一个太阴日内有两次高潮和两次低潮，由于受浅海、河口水下地形、径流等影响，使二次高潮位和二次低潮位不等，涨、落潮历时也不等的半日潮。对不正规半日潮而言，有少数日子，第二次高潮很小。根据不正规半日潮的这种特性，该区域水体质点在经一个涨落潮周期后与起点间产生净位移。如图2-1（AutoCAD制作图），质点A在涨潮时产生位移b，落潮时产生位移a，a大于b，从而表层水体产生向外的净输运量。A 质点处的高盐、高密水体下沉。底层水体则是产生向内的净输运量，使B质点处的高盐、高密水体上升。从而形成顺时针的重力环流结构。
