南戴河海域浅海养殖项目所在海域流场分析

李红云

DOI:10.3969/j.issn.1004-6755.2014.04.005

近年来南戴河海域浅海养殖业发展迅速，浅海筏式养殖规模已达750万笼，建设人工鱼礁800 hm2，投入礁体50万空立方，底播养殖底栖贝类233 hm2。分别进行了海湾扇贝、刺参、魁蚶增养殖开发，由于上述增养殖品种都依靠海区天然饵料生长，而海域流场作为水体交换重要因素之一，决定着能否为养殖品种提供充足天然饵料，从而决定着本海区养殖方式、养殖品种、养殖规模、放养密度等。为了做好本海域养殖规划，合理利用养殖水面，避免盲目开发造成经济损失，我们会同秦皇岛海洋环境检测站一起对南戴河海域流场进行调查分析，以便了解海域流场情况，为渔业项目海域使用开发提供依据。

为了解项目所在海域的流场情况，我们利用2012年9月4日在仙螺岛周围获得的三个测流站N#（39°47′16″N、119°26′03″E）、E#（39°47′16″N、119°26′10″E）、W#（39°47′10″N、 119°25′12″E）的海流观测资料进行了统计分析，同时利用二维潮流数值模型和比较通用的ADI方法计算了该海区的潮流流场和拉格朗日余流场。

1 实测海流资料统计分析

根据实测海流资料统计了各向海流频率、平均速度（Vav）及最大流速（Vma），结果列于表1、表2、表3。

表1 N#站表层海流出现频率、平均流速及最大流速

方向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW

频率/% 7 7 23 7 7 23 15 7

Vav/cm•s-1 13 14 19 14 16 22 21 18

Vma/cm•s-1 10 14 26 14 16 29 24 18

表2 E#站表层海流出现频率、平均流速及最大流速

方向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW

频率/% 15 7 15 7 15 7 23 7

Vav/cm•s-1 9 12 13 10 15 17 19 6

Vma/cm•s-1 10 12 13 10 15 17 22 6

表3 W#站表层海流出现频率、平均流速及最大流速

方向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW

频率/% 15 15 15 7 7 15 7 7 7

Vav/cm•s-1 13 17 16 18 16 14 16 14 14

Vma/cm•s-1 14 20 20 18 16 14 16 14 14

表1表明，N#测站海流频率SW～W向最大，各向之和为45%；NNE～ENE向次之，各向之和为37%，各向最大流速出现在SW向，其值为29 cm/s，ENE向次之，为26 cm/s。

表2表明，E#测站各向海流出现频率E～SSE向最大，各向频率之和为44%；SSW～W向次之，各向之和为37%，最大流速出现在WSW向，其值为22 cm/s。

表3表明，W#测站各向海流出现频率NNE～ENE向最大，各向频率之和为45%，ESE～SSE向次之，各向之和为29%，最大流速出现在NE、ENE向，其值为20 cm/s。

以上分析表明，本海区海流以潮流为主，并呈往复流运动形式，N#站涨潮流为SW～W向，落潮流为NNE～ENE向。E#站涨潮流为SSW～W向，落潮流为E～SSE向。W#站涨潮流为ESE～SSE向，落潮流为NNE～NE向。

2 潮流分析

2.1 潮流性质

潮流性质可分为规则、不规则半日潮流和规则、不规则全日潮流，其判别标准如下：

（Wo1+Wk1）/WM2 ≤0.5规则半日潮流

0.5＜（Wo1+Wk1）/WM2≤2.0不规则半日潮流

2.0＜（Wo1+Wk1）/WM2≤4.0 不规则全日潮流

4.0＜（Wo1+Wk1）/WM2规则全日潮流

Wo1、Wk1、WM2分别为主要太阴日分潮流、太阴太阳赤纬日分潮流、主要太阴半日分潮流的椭圆长轴长主（ cm/s）。

由于本次调查所获资料较少（半周日），无法计算调和常数，故本文引用了1964年全国海洋普查结果，本海区的（Wo1+Wk1）/WM2小于0.5，属正规半日潮流。

2.2 平均涨、落潮流速及历时

表4 各测站涨落潮流速（cm/s）及历时（时:分）

站号 Vav Vav涨 Vma涨 Tav涨 Vav落 Vma落 Tav落

N# 18 20 29 6：06 16 26 6:18

E# 13 15 22 6：10 11 13 6:14

W# 15 15 16 6：14 16 20 6:16

表4列出了各测站平均流速（Vav）、平均涨落潮流速（Vav涨、Vav落）、最大涨落潮流速（Vma涨、Vma落）、平均涨落潮历时（Tav涨、Tav落）。由表4可知，N#站的Vav涨＞Vav落，Vma涨＞Vma落，Tav涨＜Tav落；E#站的Vav涨＞Vav落，Vma涨＞Vma落，Tav涨＜Tav落；W#站的Vav涨＜Vav落，Vma涨＜Vma落，Tav涨＜Tav落。并且N#站的平均流速大于EN#站和W#站。

2.3 潮流数值模拟

我们采用二维潮流数值模型和比较通用的ADI方法计算了该海区的流场。

基本方程和定解条件：

二维潮流数学模型的微分方程如下：

ut+uux+vuy-fv+gζX+guu2+v2C2(H+ζ)=0

vt+uvx+vvy+fu+gζY+gvu2+v2C2(H+ζ)=0

ζt+x[(H+ζ)u]+y[(H+ζ)v]=0

其中， u、v—流速的x、y方向分量；

H—从海平面起处的水深；

ζ—从海平面起算的水位；

C—谢才系数；

f—柯氏系数

g—重力加速度

空间步长：50 m

计算范围和边界条件：

闭边界以海图零米等深线为准，Vn=0，为了得到开边界上的计算参数，我们采用了大（10 km）、中（2 500 m）、小（50 m）网格嵌套的办法。渤海是一个大封闭海区，只有渤海海峡与外海相通。所以，大网格区域的开边界取在渤海海峡进行潮流场数值模拟，并将结果进行检验，结果较满意。然后，结果作为中网格开边界值，模拟出中网格区域的潮流场，最后模拟出本工程数值模拟所需的潮流场及拉格朗日余流场。

3 余流

由于本次调查所获资料仅为半周日，无法计算余流，故仅从理论上对本区余流加以分析。

本区域余流主要由风海流、潮汐余流组成。潮汐余流较弱，一般在1 cm/s左右，并呈偏东方向流动。风海流的大小和方向主要取决于海面风的大小和方向。本海区全年以S—W风占优势，NE和ENE向次之，多年平均风速为3.7 m/s，最大风速为24.0 m/s。根据《港口工程技术规范》提供的近岸海区风海流估算方法进行估算，本区平均风海流为10 cm/s，历年最大为 48 cm/s。可见本区余流以风海流为主。

（收稿日期：2014-02-18；修回日期：2014-03-04）

DOI:10.3969/j.issn.1004-6755.2014.04.005

近年来南戴河海域浅海养殖业发展迅速，浅海筏式养殖规模已达750万笼，建设人工鱼礁800 hm2，投入礁体50万空立方，底播养殖底栖贝类233 hm2。分别进行了海湾扇贝、刺参、魁蚶增养殖开发，由于上述增养殖品种都依靠海区天然饵料生长，而海域流场作为水体交换重要因素之一，决定着能否为养殖品种提供充足天然饵料，从而决定着本海区养殖方式、养殖品种、养殖规模、放养密度等。为了做好本海域养殖规划，合理利用养殖水面，避免盲目开发造成经济损失，我们会同秦皇岛海洋环境检测站一起对南戴河海域流场进行调查分析，以便了解海域流场情况，为渔业项目海域使用开发提供依据。

为了解项目所在海域的流场情况，我们利用2012年9月4日在仙螺岛周围获得的三个测流站N#（39°47′16″N、119°26′03″E）、E#（39°47′16″N、119°26′10″E）、W#（39°47′10″N、 119°25′12″E）的海流观测资料进行了统计分析，同时利用二维潮流数值模型和比较通用的ADI方法计算了该海区的潮流流场和拉格朗日余流场。

1 实测海流资料统计分析

根据实测海流资料统计了各向海流频率、平均速度（Vav）及最大流速（Vma），结果列于表1、表2、表3。

表1 N#站表层海流出现频率、平均流速及最大流速

方向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW

频率/% 7 7 23 7 7 23 15 7

Vav/cm•s-1 13 14 19 14 16 22 21 18

Vma/cm•s-1 10 14 26 14 16 29 24 18

表2 E#站表层海流出现频率、平均流速及最大流速

方向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW

频率/% 15 7 15 7 15 7 23 7

Vav/cm•s-1 9 12 13 10 15 17 19 6

Vma/cm•s-1 10 12 13 10 15 17 22 6

表3 W#站表层海流出现频率、平均流速及最大流速

方向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW

频率/% 15 15 15 7 7 15 7 7 7

Vav/cm•s-1 13 17 16 18 16 14 16 14 14

Vma/cm•s-1 14 20 20 18 16 14 16 14 14

表1表明，N#测站海流频率SW～W向最大，各向之和为45%；NNE～ENE向次之，各向之和为37%，各向最大流速出现在SW向，其值为29 cm/s，ENE向次之，为26 cm/s。

表2表明，E#测站各向海流出现频率E～SSE向最大，各向频率之和为44%；SSW～W向次之，各向之和为37%，最大流速出现在WSW向，其值为22 cm/s。

表3表明，W#测站各向海流出现频率NNE～ENE向最大，各向频率之和为45%，ESE～SSE向次之，各向之和为29%，最大流速出现在NE、ENE向，其值为20 cm/s。

以上分析表明，本海区海流以潮流为主，并呈往复流运动形式，N#站涨潮流为SW～W向，落潮流为NNE～ENE向。E#站涨潮流为SSW～W向，落潮流为E～SSE向。W#站涨潮流为ESE～SSE向，落潮流为NNE～NE向。

2 潮流分析

2.1 潮流性质

潮流性质可分为规则、不规则半日潮流和规则、不规则全日潮流，其判别标准如下：

（Wo1+Wk1）/WM2 ≤0.5规则半日潮流

0.5＜（Wo1+Wk1）/WM2≤2.0不规则半日潮流

2.0＜（Wo1+Wk1）/WM2≤4.0 不规则全日潮流

4.0＜（Wo1+Wk1）/WM2规则全日潮流

Wo1、Wk1、WM2分别为主要太阴日分潮流、太阴太阳赤纬日分潮流、主要太阴半日分潮流的椭圆长轴长主（ cm/s）。

由于本次调查所获资料较少（半周日），无法计算调和常数，故本文引用了1964年全国海洋普查结果，本海区的（Wo1+Wk1）/WM2小于0.5，属正规半日潮流。

2.2 平均涨、落潮流速及历时

表4 各测站涨落潮流速（cm/s）及历时（时:分）

站号 Vav Vav涨 Vma涨 Tav涨 Vav落 Vma落 Tav落

N# 18 20 29 6：06 16 26 6:18

E# 13 15 22 6：10 11 13 6:14

W# 15 15 16 6：14 16 20 6:16

表4列出了各测站平均流速（Vav）、平均涨落潮流速（Vav涨、Vav落）、最大涨落潮流速（Vma涨、Vma落）、平均涨落潮历时（Tav涨、Tav落）。由表4可知，N#站的Vav涨＞Vav落，Vma涨＞Vma落，Tav涨＜Tav落；E#站的Vav涨＞Vav落，Vma涨＞Vma落，Tav涨＜Tav落；W#站的Vav涨＜Vav落，Vma涨＜Vma落，Tav涨＜Tav落。并且N#站的平均流速大于EN#站和W#站。

2.3 潮流数值模拟

我们采用二维潮流数值模型和比较通用的ADI方法计算了该海区的流场。

基本方程和定解条件：

二维潮流数学模型的微分方程如下：

ut+uux+vuy-fv+gζX+guu2+v2C2(H+ζ)=0

vt+uvx+vvy+fu+gζY+gvu2+v2C2(H+ζ)=0

ζt+x[(H+ζ)u]+y[(H+ζ)v]=0

其中， u、v—流速的x、y方向分量；

H—从海平面起处的水深；

ζ—从海平面起算的水位；

C—谢才系数；

f—柯氏系数

g—重力加速度

空间步长：50 m

计算范围和边界条件：

闭边界以海图零米等深线为准，Vn=0，为了得到开边界上的计算参数，我们采用了大（10 km）、中（2 500 m）、小（50 m）网格嵌套的办法。渤海是一个大封闭海区，只有渤海海峡与外海相通。所以，大网格区域的开边界取在渤海海峡进行潮流场数值模拟，并将结果进行检验，结果较满意。然后，结果作为中网格开边界值，模拟出中网格区域的潮流场，最后模拟出本工程数值模拟所需的潮流场及拉格朗日余流场。

3 余流

由于本次调查所获资料仅为半周日，无法计算余流，故仅从理论上对本区余流加以分析。

本区域余流主要由风海流、潮汐余流组成。潮汐余流较弱，一般在1 cm/s左右，并呈偏东方向流动。风海流的大小和方向主要取决于海面风的大小和方向。本海区全年以S—W风占优势，NE和ENE向次之，多年平均风速为3.7 m/s，最大风速为24.0 m/s。根据《港口工程技术规范》提供的近岸海区风海流估算方法进行估算，本区平均风海流为10 cm/s，历年最大为 48 cm/s。可见本区余流以风海流为主。

（收稿日期：2014-02-18；修回日期：2014-03-04）

DOI:10.3969/j.issn.1004-6755.2014.04.005

近年来南戴河海域浅海养殖业发展迅速，浅海筏式养殖规模已达750万笼，建设人工鱼礁800 hm2，投入礁体50万空立方，底播养殖底栖贝类233 hm2。分别进行了海湾扇贝、刺参、魁蚶增养殖开发，由于上述增养殖品种都依靠海区天然饵料生长，而海域流场作为水体交换重要因素之一，决定着能否为养殖品种提供充足天然饵料，从而决定着本海区养殖方式、养殖品种、养殖规模、放养密度等。为了做好本海域养殖规划，合理利用养殖水面，避免盲目开发造成经济损失，我们会同秦皇岛海洋环境检测站一起对南戴河海域流场进行调查分析，以便了解海域流场情况，为渔业项目海域使用开发提供依据。

为了解项目所在海域的流场情况，我们利用2012年9月4日在仙螺岛周围获得的三个测流站N#（39°47′16″N、119°26′03″E）、E#（39°47′16″N、119°26′10″E）、W#（39°47′10″N、 119°25′12″E）的海流观测资料进行了统计分析，同时利用二维潮流数值模型和比较通用的ADI方法计算了该海区的潮流流场和拉格朗日余流场。

1 实测海流资料统计分析

根据实测海流资料统计了各向海流频率、平均速度（Vav）及最大流速（Vma），结果列于表1、表2、表3。

表1 N#站表层海流出现频率、平均流速及最大流速

方向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW

频率/% 7 7 23 7 7 23 15 7

Vav/cm•s-1 13 14 19 14 16 22 21 18

Vma/cm•s-1 10 14 26 14 16 29 24 18

表2 E#站表层海流出现频率、平均流速及最大流速

方向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW

频率/% 15 7 15 7 15 7 23 7

Vav/cm•s-1 9 12 13 10 15 17 19 6

Vma/cm•s-1 10 12 13 10 15 17 22 6

表3 W#站表层海流出现频率、平均流速及最大流速

方向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW

频率/% 15 15 15 7 7 15 7 7 7

Vav/cm•s-1 13 17 16 18 16 14 16 14 14

Vma/cm•s-1 14 20 20 18 16 14 16 14 14

表1表明，N#测站海流频率SW～W向最大，各向之和为45%；NNE～ENE向次之，各向之和为37%，各向最大流速出现在SW向，其值为29 cm/s，ENE向次之，为26 cm/s。

表2表明，E#测站各向海流出现频率E～SSE向最大，各向频率之和为44%；SSW～W向次之，各向之和为37%，最大流速出现在WSW向，其值为22 cm/s。

表3表明，W#测站各向海流出现频率NNE～ENE向最大，各向频率之和为45%，ESE～SSE向次之，各向之和为29%，最大流速出现在NE、ENE向，其值为20 cm/s。

以上分析表明，本海区海流以潮流为主，并呈往复流运动形式，N#站涨潮流为SW～W向，落潮流为NNE～ENE向。E#站涨潮流为SSW～W向，落潮流为E～SSE向。W#站涨潮流为ESE～SSE向，落潮流为NNE～NE向。

2 潮流分析

2.1 潮流性质

潮流性质可分为规则、不规则半日潮流和规则、不规则全日潮流，其判别标准如下：

（Wo1+Wk1）/WM2 ≤0.5规则半日潮流

0.5＜（Wo1+Wk1）/WM2≤2.0不规则半日潮流

2.0＜（Wo1+Wk1）/WM2≤4.0 不规则全日潮流

4.0＜（Wo1+Wk1）/WM2规则全日潮流

Wo1、Wk1、WM2分别为主要太阴日分潮流、太阴太阳赤纬日分潮流、主要太阴半日分潮流的椭圆长轴长主（ cm/s）。

由于本次调查所获资料较少（半周日），无法计算调和常数，故本文引用了1964年全国海洋普查结果，本海区的（Wo1+Wk1）/WM2小于0.5，属正规半日潮流。

2.2 平均涨、落潮流速及历时

表4 各测站涨落潮流速（cm/s）及历时（时:分）

站号 Vav Vav涨 Vma涨 Tav涨 Vav落 Vma落 Tav落

N# 18 20 29 6：06 16 26 6:18

E# 13 15 22 6：10 11 13 6:14

W# 15 15 16 6：14 16 20 6:16

表4列出了各测站平均流速（Vav）、平均涨落潮流速（Vav涨、Vav落）、最大涨落潮流速（Vma涨、Vma落）、平均涨落潮历时（Tav涨、Tav落）。由表4可知，N#站的Vav涨＞Vav落，Vma涨＞Vma落，Tav涨＜Tav落；E#站的Vav涨＞Vav落，Vma涨＞Vma落，Tav涨＜Tav落；W#站的Vav涨＜Vav落，Vma涨＜Vma落，Tav涨＜Tav落。并且N#站的平均流速大于EN#站和W#站。

2.3 潮流数值模拟

我们采用二维潮流数值模型和比较通用的ADI方法计算了该海区的流场。

基本方程和定解条件：

二维潮流数学模型的微分方程如下：

ut+uux+vuy-fv+gζX+guu2+v2C2(H+ζ)=0

vt+uvx+vvy+fu+gζY+gvu2+v2C2(H+ζ)=0

ζt+x[(H+ζ)u]+y[(H+ζ)v]=0

其中， u、v—流速的x、y方向分量；

H—从海平面起处的水深；

ζ—从海平面起算的水位；

C—谢才系数；

f—柯氏系数

g—重力加速度

空间步长：50 m

计算范围和边界条件：

闭边界以海图零米等深线为准，Vn=0，为了得到开边界上的计算参数，我们采用了大（10 km）、中（2 500 m）、小（50 m）网格嵌套的办法。渤海是一个大封闭海区，只有渤海海峡与外海相通。所以，大网格区域的开边界取在渤海海峡进行潮流场数值模拟，并将结果进行检验，结果较满意。然后，结果作为中网格开边界值，模拟出中网格区域的潮流场，最后模拟出本工程数值模拟所需的潮流场及拉格朗日余流场。

3 余流

由于本次调查所获资料仅为半周日，无法计算余流，故仅从理论上对本区余流加以分析。

本区域余流主要由风海流、潮汐余流组成。潮汐余流较弱，一般在1 cm/s左右，并呈偏东方向流动。风海流的大小和方向主要取决于海面风的大小和方向。本海区全年以S—W风占优势，NE和ENE向次之，多年平均风速为3.7 m/s，最大风速为24.0 m/s。根据《港口工程技术规范》提供的近岸海区风海流估算方法进行估算，本区平均风海流为10 cm/s，历年最大为 48 cm/s。可见本区余流以风海流为主。

（收稿日期：2014-02-18；修回日期：2014-03-04）