物理過程對半封閉海灣養(yǎng)殖容量影響的數(shù)值研究.pdf

1、桑溝灣是我國黃海沿岸重要的水產(chǎn)增養(yǎng)殖水域，近年來，隨著對水產(chǎn)品需求的不斷提高，人們在擴(kuò)大養(yǎng)殖面積的同時，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)殖生物對桑溝灣的水動力結(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，海水交換周期延長等等，進(jìn)而營養(yǎng)鹽的補(bǔ)充受到限制，反過來影響?zhàn)B殖生物的生長和產(chǎn)出。 首先，為了了解養(yǎng)殖活動對桑溝灣水動力場的影響，于2006年4月和7月在桑溝灣進(jìn)行了潮流特征綜合觀測。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，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)殖活動對海水流動的阻礙作用不容忽視。 基于觀測得到的桑溝灣潮流結(jié)構(gòu)特征，對養(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水動力模型中

3、，對桑溝灣的水動力場進(jìn)行模擬。進(jìn)而，用此水動力模型驅(qū)動保守物質(zhì)輸運模型模擬該灣半交換時間的分布，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)殖阻力的水動力模型能夠模擬出桑溝灣更加真實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)殖活動帶來的潮流上邊界層的存在；由于養(yǎng)殖活動的影響，桑溝灣的水動力場與開展大規(guī)模養(yǎng)殖前相比，平均流速減小40％，平均半交換時間延長71％。 其次，將加入養(yǎng)殖阻力的POM水動力模型與桑溝灣生態(tài)模型和海帶個體

4、生長模型耦合得到桑溝灣養(yǎng)殖模型，模擬無機(jī)氮營養(yǎng)鹽和浮游植物的季節(jié)變化和大面分布，無機(jī)氮營養(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)量分布受外海對營養(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)值實驗，研究各個過程的改變對海帶養(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，對營養(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)殖生物的水動力場的驅(qū)動下，海帶生長期內(nèi)，高估外海對桑溝灣內(nèi)無機(jī)氮營養(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，研究水動力場的變化，隨之帶來的無機(jī)氮營養(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，對海水流