物理過程對(duì)半封閉海灣養(yǎng)殖容量影響的數(shù)值研究.pdf

1、桑溝灣是我國(guó)黃海沿岸重要的水產(chǎn)增養(yǎng)殖水域，近年來，隨著對(duì)水產(chǎn)品需求的不斷提高，人們?cè)跀U(kuò)大養(yǎng)殖面積的同時(shí)，也提高養(yǎng)殖密度，而隨之帶來的結(jié)果是養(yǎng)殖設(shè)施和養(yǎng)殖生物對(duì)桑溝灣的水動(dòng)力結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大影響，使該灣的潮流結(jié)構(gòu)改變，潮流流速明顯減小，海水交換周期延長(zhǎng)等等，進(jìn)而營(yíng)養(yǎng)鹽的補(bǔ)充受到限制，反過來影響?zhàn)B殖生物的生長(zhǎng)和產(chǎn)出。 首先，為了了解養(yǎng)殖活動(dòng)對(duì)桑溝灣水動(dòng)力場(chǎng)的影響，于2006年4月和7月在桑溝灣進(jìn)行了潮流特征綜合觀測(cè)。由于高密度筏式養(yǎng)殖，

2、養(yǎng)殖設(shè)施和養(yǎng)殖生物占據(jù)了上層水體，阻礙了海水流動(dòng)，形成了潮流上邊界層，潮流垂直結(jié)構(gòu)與一般非養(yǎng)殖海區(qū)明顯不同，同一位置，最大流速出現(xiàn)在中下層，表層海水先漲先落；從灣口到灣頂，潮流流速顯著衰減，相距僅5.2 km的兩站，表層平均流速衰減達(dá)63％，灣頂站比灣口站潮流相位提前1h，可見養(yǎng)殖活動(dòng)對(duì)海水流動(dòng)的阻礙作用不容忽視。 基于觀測(cè)得到的桑溝灣潮流結(jié)構(gòu)特征，對(duì)養(yǎng)殖設(shè)施和主要養(yǎng)殖生物(海帶)帶來的阻力分別進(jìn)行參數(shù)化，加入POM水動(dòng)力模型中

3、，對(duì)桑溝灣的水動(dòng)力場(chǎng)進(jìn)行模擬。進(jìn)而，用此水動(dòng)力模型驅(qū)動(dòng)保守物質(zhì)輸運(yùn)模型模擬該灣半交換時(shí)間的分布，并與不考慮養(yǎng)殖阻力的模擬結(jié)果進(jìn)行比較。加入養(yǎng)殖阻力的水動(dòng)力模型能夠模擬出桑溝灣更加真實(shí)的潮流流速大小和特有的垂直結(jié)構(gòu)，即高密度筏式養(yǎng)殖活動(dòng)帶來的潮流上邊界層的存在；由于養(yǎng)殖活動(dòng)的影響，桑溝灣的水動(dòng)力場(chǎng)與開展大規(guī)模養(yǎng)殖前相比，平均流速減小40％，平均半交換時(shí)間延長(zhǎng)71％。 其次，將加入養(yǎng)殖阻力的POM水動(dòng)力模型與桑溝灣生態(tài)模型和海帶個(gè)體

4、生長(zhǎng)模型耦合得到桑溝灣養(yǎng)殖模型，模擬無機(jī)氮營(yíng)養(yǎng)鹽和浮游植物的季節(jié)變化和大面分布，無機(jī)氮營(yíng)養(yǎng)鹽收支情況和海帶養(yǎng)殖產(chǎn)量。無機(jī)氮與浮游植物存在明顯的季節(jié)變化，養(yǎng)殖活動(dòng)的季節(jié)性增大了無機(jī)氮和浮游植物季節(jié)變化幅度，二者的大面分布受大面積海帶和貝類養(yǎng)殖的影響；海帶生長(zhǎng)期間，外海補(bǔ)充是無機(jī)氮的最重要的源；模擬得到海帶的總產(chǎn)量為7.01萬噸干重，最終產(chǎn)量分布受外海對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽補(bǔ)充的控制，靠近灣口的養(yǎng)殖區(qū)產(chǎn)量大，灣內(nèi)營(yíng)養(yǎng)鹽補(bǔ)充不足的區(qū)域，產(chǎn)量較小。

5、應(yīng)用桑溝灣養(yǎng)殖模型進(jìn)行數(shù)值實(shí)驗(yàn)，研究各個(gè)過程的改變對(duì)海帶養(yǎng)殖產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明： (1)如果不采用貝藻間養(yǎng)，由于缺少貝類排泄對(duì)無機(jī)氮的補(bǔ)充，最終海帶總產(chǎn)量減小0.3萬噸，減產(chǎn)4.3％，海帶-貝類混養(yǎng)區(qū)減產(chǎn)更為明顯，達(dá)19.6％。 (2)如果海帶養(yǎng)殖期內(nèi)多大風(fēng)事件，攪動(dòng)底沉積物，使得底沉積釋放無機(jī)氮增大一倍，海帶的總產(chǎn)量增加0.29萬噸，增產(chǎn)4.1％，貝藻混養(yǎng)區(qū)增產(chǎn)明顯，達(dá)19.6％。 (3)溫度對(duì)產(chǎn)量影響不大。

6、 (4)在無機(jī)氮缺乏的海帶養(yǎng)殖后期，對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽補(bǔ)充不足海帶-貝類混養(yǎng)區(qū)集中施肥，肥料利用率最高，得到的海帶產(chǎn)量提高最大。 (5)在不考慮養(yǎng)殖設(shè)施和養(yǎng)殖生物的水動(dòng)力場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，海帶生長(zhǎng)期內(nèi)，高估外海對(duì)桑溝灣內(nèi)無機(jī)氮營(yíng)養(yǎng)鹽補(bǔ)充81.5％，進(jìn)而高估海帶產(chǎn)量38.5％。 最后，改變養(yǎng)殖密度，研究水動(dòng)力場(chǎng)的變化，隨之帶來的無機(jī)氮營(yíng)養(yǎng)鹽補(bǔ)充的變化，及最終海帶養(yǎng)殖產(chǎn)量的變化，探討最適養(yǎng)殖密度和最大養(yǎng)殖產(chǎn)出。養(yǎng)殖密度越大，對(duì)海水流