不同海帶生長(zhǎng)季的桑溝灣潮流特征變化分析

王一聰，凡仁福，聶紅濤*，魏 皓

(1.天津大學(xué) 海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,天津 300072；2.海南省海洋與漁業(yè)科學(xué)院,海南 ?？?571126)

全球海水養(yǎng)殖業(yè)自1990年以來發(fā)展迅速,2018年世界海水養(yǎng)殖產(chǎn)量已超過3 000萬t[1]。中國是世界上海藻養(yǎng)殖面積和產(chǎn)量最大的國家,約占世界海藻產(chǎn)量的2/3[2-3]。然而,大規(guī)模、高密度的筏式養(yǎng)殖活動(dòng)雖然帶來可觀經(jīng)濟(jì)效益,但也會(huì)影響水體交換,對(duì)海洋環(huán)境造成影響,進(jìn)而制約海洋養(yǎng)殖產(chǎn)值提升,例如:養(yǎng)殖密度過高,會(huì)出現(xiàn)海帶腐爛現(xiàn)象[4],海帶收獲規(guī)格減小,影響海帶品質(zhì)[5]。因而需要科學(xué)認(rèn)識(shí)筏式養(yǎng)殖活動(dòng)的影響規(guī)律,合理布局養(yǎng)殖規(guī)模以達(dá)到更好的環(huán)境生態(tài)與經(jīng)濟(jì)效益。

筏式養(yǎng)殖對(duì)養(yǎng)殖海區(qū)水動(dòng)力結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了多方面的影響。樊星等[6]對(duì)桑溝灣7月海帶收獲季的垂直潮流特征研究發(fā)現(xiàn):海表面養(yǎng)殖生物和養(yǎng)殖設(shè)施的存在造成該海區(qū)的潮流垂直結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了潮流上邊界層,并首次提出“雙阻力模型”概念。何宇晴等[7]從潮流橢圓要素出發(fā)對(duì)比了桑溝灣海帶播苗期和成熟期潮流垂向特征,指出在播苗期各橢圓要素在垂向上分布均勻,而在成熟期各要素在垂向上變化劇烈,例如M2潮流橢圓長(zhǎng)軸最大值出現(xiàn)在中層,向海底和海表迅速減小。Zhang等[8]統(tǒng)計(jì)了黑泥灣海帶養(yǎng)殖區(qū)調(diào)查站位的流速垂向分布,發(fā)現(xiàn)一些站位在漲潮和落潮階段呈現(xiàn)出不同的流速剖面形狀,分析認(rèn)為由于在落潮階段經(jīng)過上游養(yǎng)殖區(qū)造成了潮流能量衰減。數(shù)值研究方面,Grant和Bacher[9]利用Aquadyn 3.0模型模擬發(fā)現(xiàn)在桑溝灣的主航道內(nèi),因?yàn)轲B(yǎng)殖筏架的存在,流速減緩了20%；而在養(yǎng)殖區(qū)的中心,流速減小了54%。史潔和魏皓[10]以POM 模型為基礎(chǔ)建立了養(yǎng)殖阻力參數(shù)化方案,模擬了養(yǎng)殖環(huán)境下桑溝灣的水動(dòng)力狀況,發(fā)現(xiàn)加入養(yǎng)殖阻力后最大流速出現(xiàn)在中層水體,并得到觀測(cè)結(jié)果的驗(yàn)證。

已有研究大多只關(guān)注海帶的非養(yǎng)殖季與養(yǎng)殖季對(duì)比分析,未考慮海帶不同生長(zhǎng)階段對(duì)潮流結(jié)構(gòu)的影響。4月份,海帶生長(zhǎng)速度較快,但是海帶長(zhǎng)度只有2.5～3.0 m；7月海帶生長(zhǎng)速度變緩,但是長(zhǎng)度增加到4～5 m[11]。實(shí)際上,不僅是海帶長(zhǎng)度,7月收獲季相比4月生長(zhǎng)旺盛季海帶的葉片寬度和厚度均有所增加[12],不同海帶生長(zhǎng)季對(duì)當(dāng)?shù)厮畡?dòng)力的影響程度差別需要進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。故而,本文對(duì)桑溝灣海帶的非養(yǎng)殖季(10月)、生長(zhǎng)旺盛季(4月)和收獲季(7月)的潮流特征進(jìn)行了細(xì)致分析,并通過譜分析和潮能通量的對(duì)比從能量角度認(rèn)識(shí)了造成不同季節(jié)潮流特征差異的原因。

1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

1.1 研究區(qū)域概況

桑溝灣地處山東半島東端,東接黃海,其他三面被陸地所包圍,屬于半封閉型海灣(圖1)。桑溝灣灣口南北寬約11 km,東西長(zhǎng)約7.5 km,總面積約133.3 km2[13],平均水深7.5 m[7],灣內(nèi)最深處為15 m。桑溝灣年平均水溫13.3 ℃,平均鹽度31.8[6]。桑溝灣海域水動(dòng)力以潮流為主導(dǎo),潮汐類型為不正規(guī)半日潮,潮流類型以正規(guī)半日潮流為主[14-15]。

圖1 桑溝灣調(diào)查站位Fig.1 Survey stations in the Sanggou Bay

桑溝灣從20世紀(jì)80年代中期開始大規(guī)模養(yǎng)殖海帶[13],一直以來是我國的海帶主產(chǎn)區(qū)。除了海帶,牡蠣和扇貝也是桑溝灣主要的海產(chǎn)品。海帶的養(yǎng)殖期為每年11—12月播苗至次年5—6月收獲[16]。桑溝灣由灣口至灣頂水深逐漸變淺,灣口外最深可達(dá)30 m[17]。灣口至灣頂分布著不同的養(yǎng)殖區(qū),水深較深的灣口區(qū)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)更新速度相對(duì)較快,適宜海帶生長(zhǎng),為海帶養(yǎng)殖區(qū)；灣頂水交換能力較弱,水深較淺不適宜養(yǎng)殖海帶,但卻適合濾食型貝類的養(yǎng)殖,為貝類養(yǎng)殖區(qū)。灣中部為貝藻兼養(yǎng)區(qū),一般是海帶和貝類在同一筏架上共同養(yǎng)殖,但是目前此養(yǎng)殖模式所占區(qū)域很小,更多的是海帶單養(yǎng)和貝類單養(yǎng)分散片區(qū),各類養(yǎng)殖區(qū)呈現(xiàn)斑塊狀分布。

1.2 調(diào)查站位及觀測(cè)設(shè)置

我們于2019年10月在桑溝灣進(jìn)行了大面水文調(diào)查和坐底流速剖面觀測(cè)。坐底流速剖面觀測(cè)站位為灣口北側(cè)尋山站(122°33′38.2″E,37°08′30.1″N,水深12 m)和南側(cè)楮島站(122°32′24.9″E,37°03′12.2″N,水深8 m),站位位置如圖1所示。2006年4月和7月同樣在尋山、楮島兩站進(jìn)行流速剖面觀測(cè),各次調(diào)查觀測(cè)儀器信息及設(shè)置如表1所示。2019年10月25日至11月4日楮島站觀測(cè)儀器受到干擾,該段時(shí)間數(shù)據(jù)質(zhì)量較差,因此不采用；在2006年7月航次,楮島站流速數(shù)據(jù)同樣無法使用。由于觀測(cè)盲區(qū)等影響,流速剖面的觀測(cè)常常會(huì)缺失近底層或表層的數(shù)據(jù),因此對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了垂向插值補(bǔ)全。對(duì)于水位數(shù)據(jù),2019 年航次通過AD2CP測(cè)量記錄的壓力數(shù)據(jù)獲得；2006年航次由固定在筏架上的安德拉水位儀獲得,每10 min記錄一次水位,每次的觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)為1個(gè)月。為了便于對(duì)比,3個(gè)航次的水位和流速數(shù)據(jù)在進(jìn)行質(zhì)量控制后,均被處理為10 min平均后使用。

表1 3個(gè)航次所使用的流速剖面儀儀器信息及設(shè)置Tabel 1 Configuration of current profilers used during three surveys

尋山站位于海帶養(yǎng)殖片區(qū),楮島站位于牡蠣養(yǎng)殖片區(qū)。10月份的桑溝灣尚未開始進(jìn)行海帶播苗活動(dòng),為海帶非養(yǎng)殖季；4月和7月分別為海帶生長(zhǎng)旺盛季和收獲季。由于本文主要關(guān)注海帶養(yǎng)殖阻力的影響,因此2.1～2.3節(jié)都是以尋山站為例進(jìn)行3個(gè)海帶養(yǎng)殖階段的對(duì)比；而2.4節(jié)探討潮流水平空間變化時(shí),則使用了尋山和楮島兩站數(shù)據(jù)進(jìn)行非養(yǎng)殖季和生長(zhǎng)旺盛季的對(duì)比,這其中包含了貝類和海帶共同的影響。下文提到的養(yǎng)殖季,包括了4月生長(zhǎng)旺盛季和7月海帶收獲季。

2 結(jié)果與討論

2.1 潮位調(diào)和結(jié)果比較

尋山站位于桑溝灣灣口北部潮流主要通道區(qū)。表2為尋山站非養(yǎng)殖季(10月)和養(yǎng)殖季(4月和7月)的潮位調(diào)和分析結(jié)果。從潮位調(diào)和結(jié)果可以看出,該站潮位以M2分潮為主,潮型系數(shù)介于0.5～2.0,屬于不規(guī)則半日潮[18]。M2分潮振幅在50 cm 左右,遲角在150°左右,調(diào)和結(jié)果與方國洪等[19]繪制M2分潮同潮圖所示結(jié)果相同。從非養(yǎng)殖季(10月)到海帶收獲季(7月),潮汐的潮型系數(shù)逐漸增加,7月的潮型系數(shù)接近于1,不規(guī)則半日潮特征愈發(fā)明顯。

表2 尋山站非養(yǎng)殖季與養(yǎng)殖季潮位調(diào)和結(jié)果Table 2 Tidal harmonic constants at Xunshan station in different seasons

2.2 垂向平均流速變化

尋山站非養(yǎng)殖季和養(yǎng)殖季深度平均流速準(zhǔn)調(diào)和分析結(jié)果如表3所示。該站潮流以東西流向?yàn)橹?M2分潮潮流明顯占優(yōu),淺水分潮M4的潮流振幅大于全日分潮。潮型系數(shù)為0.1左右,為正規(guī)半日潮流。M2分潮在非養(yǎng)殖季的橢率絕對(duì)值為0.19,大于養(yǎng)殖季,說明在養(yǎng)殖季,深度平均的潮流更加接近往復(fù)流特征,此現(xiàn)象在其他的海帶養(yǎng)殖區(qū)也有出現(xiàn)[20]。

表3 尋山站非養(yǎng)殖季與養(yǎng)殖季深度平均潮流調(diào)和結(jié)果Table 3 Depth-averaged tidal current harmonic constants at Xunshan station in different seasons

尋山站漲、落潮流不對(duì)稱現(xiàn)象在非養(yǎng)殖季十分明顯,落潮流速大于漲潮流速。在大潮日,尋山站非養(yǎng)殖季漲、落潮平均流速分別為17和23 cm/s；4月生長(zhǎng)旺盛季分別為23和26 cm/s；7月收獲季漲、落潮平均流速分別為23和24 cm/s。從10月非養(yǎng)殖季到翌年7月收獲季,漲、落潮流速差逐漸變小。同樣在小潮日,尋山站非養(yǎng)殖季漲、落潮平均流速分別為13和18 cm/s,4月分別為18和19 cm/s,7月分別為23和23 cm/s。在養(yǎng)殖季,漲、落潮流速已經(jīng)趨于相等?？梢?在養(yǎng)殖季,潮流不對(duì)稱現(xiàn)象有所消減。在半日分潮主導(dǎo)的海灣,由其產(chǎn)生的1/4日分潮是導(dǎo)致潮波變形和潮不對(duì)稱的主要原因[21-23]。趙東波等[23]指出福建羅源灣大規(guī)模的養(yǎng)殖筏架和網(wǎng)箱對(duì)M2分潮影響不大,但卻減小了由M2誘導(dǎo)的M4分潮振幅,潮波變形程度降低,潮汐不對(duì)稱效應(yīng)減弱。桑溝灣的大規(guī)模養(yǎng)殖活動(dòng)同樣改變了潮的不對(duì)稱性,由表2可知,4月的尋山站M4分潮振幅相對(duì)10月非養(yǎng)殖季有所減小,潮波變形程度降低,潮不對(duì)稱性減弱。

2.3 流速垂向結(jié)構(gòu)變化

2.3.1 流速垂向分布對(duì)比

養(yǎng)殖活動(dòng)對(duì)流速垂向分布的影響明顯。3個(gè)時(shí)期的流速深度-時(shí)間剖面(圖2)顯示,在非養(yǎng)殖季,尋山站流速最大值出現(xiàn)在水體上部；而在4月生長(zhǎng)旺盛季,流速最大值出現(xiàn)在水體中下部；在海帶收獲季的7月,流速最大值更加靠近水體底部。在養(yǎng)殖季,水體上層由于海帶生長(zhǎng)阻擋了水體的流動(dòng),增大了水體的表層阻力,同時(shí)在海底摩擦阻力的共同作用下,造成了海水表層和底層流速較小、中層流速最大的垂向結(jié)構(gòu)。

圖2 尋山站流速大小深度-時(shí)間剖面對(duì)比Fig.2 Comparison of the time-depth variation of current velocity at Xunshan station

尋山站漲、落潮流速垂向剖面特征分析表明:尋山站以東西方向往復(fù)流為主,漲潮時(shí),潮水向西進(jìn)入桑溝灣,流速東分量為負(fù)值；落潮時(shí),潮水向東流出桑溝灣,流速東分量為正值。以σ(σ＝z/H)坐標(biāo)繪制漲、落潮平均流速東分量剖面圖如圖3所示,圖中z為距底高度,H為總深度,z/H＝0 代表海底,z/H＝1 代表海表[7]。

在非養(yǎng)殖季,海表至海底流速變化相對(duì)較小,流速最大值出現(xiàn)在海表。在養(yǎng)殖季,流速垂向變化劇烈,流速最大值出現(xiàn)在水體中下層。在7月,流速最大值相較于4月更向水體底部移動(dòng)。在7月尋山站的落潮階段出現(xiàn)了一種不同于漲潮階段的流速剖面(圖3e、圖3f)。在水體中上部(z/H＞0.6),即5 m 以淺,流速變化幅度較小,而這一深度正是該階段的海帶長(zhǎng)度；在z/H＜0.6的水體中下部,流速快速增大,在靠近水體底部迅速減小。這一現(xiàn)象在其他筏式養(yǎng)殖區(qū)也有出現(xiàn)[20],這可能與海帶此時(shí)的長(zhǎng)度和測(cè)量位置選取有關(guān)。首先,7月海帶收獲季的海帶長(zhǎng)度、寬度和厚度均要大于4月[11]。當(dāng)潮流能量不足以使海帶卷曲時(shí),上層水體均會(huì)受到海帶更強(qiáng)的阻礙,流速變得緩慢而均勻。此時(shí),更多水體從海帶下部流過,從而在水體中下部流速增大,在靠近海底時(shí),由于底摩擦的作用流速減小。此外,觀測(cè)站點(diǎn)位于灣口落潮流的下游,當(dāng)落潮時(shí),潮流由灣口南側(cè)進(jìn)入桑溝灣,然后由灣口北側(cè)流出桑溝灣。尋山站南側(cè)很多養(yǎng)殖區(qū)的海帶尚未完全收獲[24],落潮流在到達(dá)灣口北側(cè)前需要流經(jīng)灣內(nèi)更大范圍的養(yǎng)殖區(qū),養(yǎng)殖筏架的阻力作用更大,從而潮流衰減更為明顯。而在漲潮階段,潮流由灣口北側(cè)進(jìn)入桑溝灣,受到養(yǎng)殖區(qū)阻力作用較少,能量衰減較少,水體中上層未出現(xiàn)流速均勻現(xiàn)象(圖3e、圖3f)。實(shí)際上,類似現(xiàn)象在4月生長(zhǎng)旺盛季已經(jīng)初露端倪,圖3c、圖3d顯示落潮階段表層流速在一小段內(nèi)(0.8＜z/H＜0.9)分布均勻,只是因?yàn)?月海帶長(zhǎng)度、厚度和寬度小于7月,流速剖面變化沒有收獲季表現(xiàn)得明顯。

利用譜分析進(jìn)一步探究造成圖3中流速剖面差異的原因。對(duì)10月非養(yǎng)殖季、4月生長(zhǎng)旺盛季和7月收獲季的7 d的流速東分量數(shù)據(jù)進(jìn)行垂向分層譜分析,結(jié)果如圖4所示。3個(gè)時(shí)期的譜分析結(jié)果均顯示半日分潮的功率譜密度值要遠(yuǎn)大于淺水分潮和全日分潮。從10月的結(jié)果可以看出,半日分潮的功率譜密度在上部水體垂向變化較小,故而非養(yǎng)殖季流速垂向分布較為均勻(圖3a、圖3b)。對(duì)于生長(zhǎng)旺盛季的4月,半日分潮的功率譜密度相比10月非養(yǎng)殖季變化較為劇烈,從表層向底層,先是迅速增大后迅速減小,這也形成了圖3c、圖3d的流速剖面形狀。值得注意的是,7 月收獲季的功率譜顯示半日分潮的功率譜密度在水體上層(z/H＝0.6～0.8)變化相對(duì)4月較為緩慢,在z/H＝0.5處突然增大,此變化規(guī)律同圖3e、圖3f落潮階段的流速東分量垂向變化較為一致,即在z/H＞0.5處,流速變化緩慢,z/H＜0.5后,流速突然增大,在z/H＝0.3處,流速達(dá)到最大。相比4月,7月半日分潮最大功率譜密度值更加靠近底部,導(dǎo)致流速最大值也更加靠近底部。

圖4 尋山站垂向各層流速東分量譜分析對(duì)比Fig.4 Comparison of vertical variation of current velocity(east component)spectrum analysis at Xunshan station

2.3.2 潮流調(diào)和要素垂向分布對(duì)比

從以上分析可知,半日分潮能量的變化是造成流速垂向剖面差異的主要原因。然而,不僅流速,半日分潮潮流橢圓要素的垂向分布在非養(yǎng)殖季與養(yǎng)殖季也有很大差別。圖5為尋山站非養(yǎng)殖季與養(yǎng)殖季的M2分潮潮流橢圓最大流速、最大流速出現(xiàn)時(shí)間以及橢率的垂向分布。與流速東分量一致,在非養(yǎng)殖季,M2分潮潮流橢圓最大流速在水體表層達(dá)到最大值；在養(yǎng)殖季,最大值出現(xiàn)在水體中下部。M2分潮最大流速出現(xiàn)時(shí)間在不同時(shí)期的垂向分布也有所不同。在非養(yǎng)殖季,最大流速出現(xiàn)時(shí)間差異不大,底層略早于表層,相差約為5 min。在4月生長(zhǎng)旺盛季,潮流橢圓流速最大值最早出現(xiàn)在水體中上層(z/H＝0.6),在水體中下層(z/H＝0.4)出現(xiàn)最晚,相差10 min。在7月收獲季,水體中上層首先達(dá)到流速最大值,即表層早于底層漲落,最大相差30 min。這是由于在養(yǎng)殖季,海面的筏式養(yǎng)殖作物和養(yǎng)殖設(shè)施形成的養(yǎng)殖阻力大于底部阻力,使得表層海水先漲/落[6]。在非養(yǎng)殖季,橢率由海水表層至底層逐漸變小,越近底越接近于往復(fù)流；在4月,橢率由表至底保持在－0.05左右,變化不大,保持往復(fù)流特征；在7月,橢率由表至底先由正值減小至0,而后向負(fù)方向逐漸增加。

圖5 尋山站M2分潮潮流橢圓最大流速、最大流速出現(xiàn)時(shí)間以及橢率垂向分布對(duì)比Fig.5 Comparison of vertical variation of maximum velocity,its occurrence time and ellipticity of M2tidal current at Xunshan station

2.4 潮流水平空間變化比較

養(yǎng)殖活動(dòng)不僅會(huì)對(duì)潮流垂向結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,還會(huì)對(duì)潮流的水平分布產(chǎn)生影響。在養(yǎng)殖季,海表密集的海帶會(huì)影響潮波傳遞的速度,更會(huì)造成潮流在養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)的流速衰減。史潔[25]研究了桑溝灣養(yǎng)殖季灣口至灣頂?shù)牧魉偎p發(fā)現(xiàn),表層流速由灣口至灣頂衰減了63%,且灣口海水比灣頂先漲先落,提前約1 h?？锎淦嫉萚26]對(duì)秦皇島筏式養(yǎng)殖區(qū)進(jìn)行了情景模擬,發(fā)現(xiàn)同一站位在有養(yǎng)殖的情況下,漲、落潮過程相比無養(yǎng)殖情況下滯后1 h左右,體現(xiàn)了養(yǎng)殖活動(dòng)對(duì)潮波傳遞的阻礙。由于尋山、楮島兩站水深不同,因此將兩站流速數(shù)據(jù)按照σ(σ＝z/H)坐標(biāo)進(jìn)行插值,便于對(duì)尋山至楮島的每一層的流速變化進(jìn)行非養(yǎng)殖季和養(yǎng)殖季的對(duì)比。對(duì)比流速為尋山、楮島兩站在同一觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)測(cè)量到的平均流速。由于2006年7月海帶收獲季楮島站流速數(shù)據(jù)無法使用,圖6僅給出了非養(yǎng)殖季(10月)和生長(zhǎng)旺盛季(4月)尋山站至楮島站的流速變化率的垂向分布,計(jì)算方法如式(1):

圖6 非養(yǎng)殖季與生長(zhǎng)旺盛季尋山站至楮島站流速變化率的垂向分布Fig.6 Comparison of vertical variation of current velocity change rate from Xunshan station to Chudao station in non-culture season and kelp growing season

式中,P代表流速變化率,S代表兩站潮流流速,i代表兩站垂向第i層。由圖6可以看出,在非養(yǎng)殖季,垂向各層的流速變化率(圖6藍(lán)線)在中上層(z/H＝0.65)最大,為61%,意味著尋山至楮島在該層的流速衰減61%,在近底層(z/H＝0.23)最小,衰減48%；在生長(zhǎng)旺盛季,流速變化率(圖6 紅線)同樣在中上層(z/H＝0.75)最大,即尋山至楮島流速衰減64%,在近底層(z/H＝0.28)最小,衰減55%。對(duì)比兩個(gè)階段,生長(zhǎng)旺盛季的流速衰減大于非養(yǎng)殖季,即圖6中紅線始終處于藍(lán)線的右側(cè)。在非養(yǎng)殖季,海表只有養(yǎng)殖筏架,沒有養(yǎng)殖生物的影響,因此流速的衰減是由于養(yǎng)殖筏架和海底摩擦造成的；而在生長(zhǎng)旺盛季,海表的養(yǎng)殖設(shè)施、養(yǎng)殖生物和底摩擦共同造成了潮流的水平衰減。在水體中上層(z/H＞0.7),非養(yǎng)殖季與生長(zhǎng)旺盛季的流速變化率的差異最為顯著,表明海表筏式養(yǎng)殖活動(dòng)對(duì)于中上層潮流的影響程度更大。在生長(zhǎng)旺盛季,表層的流速衰減程度大于底層,說明水體表層阻力大于底層阻力,與2.3節(jié)養(yǎng)殖季潮流垂向分布所得結(jié)論一致；而在非養(yǎng)殖季,底層的流速衰減率大于表層,說明底層阻力大于表層,與養(yǎng)殖季存在差異。

從能量角度亦可看出桑溝灣南北方向的衰減。由渤黃海M2分潮同潮圖[19]可知,在山東半島成山頭附近存在一個(gè)M2分潮無潮點(diǎn),位于桑溝灣東北部。由于潮波圍繞無潮點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),因此潮波率先到達(dá)桑溝灣北部尋山站,后到達(dá)灣口南側(cè)楮島站。潮能通量,又稱潮能通量密度,指單位時(shí)間通過自海底至海面單位密度寬度斷面的潮能,具體計(jì)算式為

式中,Φ為潮能通量密度,T為潮波周期[27],ρ為海水密度,h為水深,ζ為水位,g為重力加速度,u和v分別為流速東分量和北分量。選取了非養(yǎng)殖季2019年10月20日至24日,11月5日至8日共9天、18個(gè)半日潮周期以及生長(zhǎng)旺盛季2006年4月28日至5月6日共9天、18個(gè)半日潮周期的尋山站和楮島站潮能通量差(Φ尋山－Φ楮島)進(jìn)行對(duì)比(圖7)?？梢钥闯?在絕大多數(shù)的潮周期內(nèi),生長(zhǎng)旺盛季潮能通量的衰減大于非養(yǎng)殖季。在生長(zhǎng)旺盛季的5月3日,能量衰減最大達(dá)到5.4 k W·m－1,而在非養(yǎng)殖季能量衰減最大時(shí)僅為2.9 k W· m－1,發(fā)生在10月21日。對(duì)所有潮周期進(jìn)行平均,生長(zhǎng)旺盛季平均能量衰減為2.9 k W·m－1,而非養(yǎng)殖季平均能量衰減為1.5 k W·m－1,足以見得養(yǎng)殖活動(dòng)對(duì)水平方向潮流能量的削減。

圖7 非養(yǎng)殖季與生長(zhǎng)旺盛季尋山站至楮島站的潮能通量差(Φ尋山－Φ楮島)Fig.7 Comparison of tidal energy flux difference(ΦXunshan－ΦChudao)between non-culture season and kelp growing season

3 結(jié)論

本文基于桑溝灣尋山和楮島兩站的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料,分析了不同海帶生長(zhǎng)階段下的潮流特征差異,并從能量角度探究了造成這種差異的原因,得出以下結(jié)論:

①養(yǎng)殖季的深度平均潮流更加接近往復(fù)流特征。由于養(yǎng)殖活動(dòng)的影響,淺水分潮被削弱,因此養(yǎng)殖季的潮不對(duì)稱性相比非養(yǎng)殖季有所減弱。

②尋山站在3個(gè)養(yǎng)殖階段的流速垂向剖面各有不同。在非養(yǎng)殖季,流速在垂向上變化幅度較?。辉陴B(yǎng)殖季,流速最大值出現(xiàn)在水體中下層,7月收獲季的上層流速分布均勻,相比4月生長(zhǎng)旺盛季更加明顯。由譜分析結(jié)果可知,半日分潮在垂向上的能量變化是造成不同流速剖面的主要原因。

③桑溝灣非養(yǎng)殖季與養(yǎng)殖季由北至南的流速衰減率在水體中上層的差異最大,這是由于在養(yǎng)殖季水體上層存在的養(yǎng)殖生物造成的。從能量衰減的角度看,在養(yǎng)殖季由北至南平均衰減的潮流通量密度為2.9 k W·m－1,能量衰減是非養(yǎng)殖季的近2倍。

本文探討了海帶養(yǎng)殖區(qū)的潮流特征,對(duì)于貝類養(yǎng)殖區(qū),我們已在開展觀測(cè)實(shí)驗(yàn),以探究不同養(yǎng)殖品種對(duì)水動(dòng)力環(huán)境的影響差異。同時(shí),鑒于觀測(cè)站位和時(shí)長(zhǎng)的限制,今后將利用數(shù)值模式進(jìn)行情景模擬,更加系統(tǒng)地分析不同養(yǎng)殖布局和不同養(yǎng)殖密度對(duì)筏式養(yǎng)殖海區(qū)水動(dòng)力的影響程度,以便提供更為合理的養(yǎng)殖規(guī)劃布局。